Memoria Ceci

DISEÑO DE UNA PLANTA DESALADORA DE AGUA DE MAR POR ÓSMOSIS INVERSA

Cecilia Rodríguez Fernández MEMORIA – 1

1. MEMORIA

1.1 OBJETO DEL PRESENTE PLIEGO DE BASES

El objeto del presente Proyecto es definir y presupuestar las obras necesarias para la

licitación y posterior ejecución de una instalación desaladora de agua de mar en la

región de Murcia, subordinándose dicho Pliego a la Ley de Contratos del Estado y a su

Reglamento.

La instalación se proyecta completa, de modo que el conjunto formado por el edificio

de proceso, de toma de agua de mar, depósito de almacenamiento y estación de bombeo

de agua producto, se ubicarán en el interior de una parcela puesta a disposición por el

Gobierno de Murcia.

Se incluye además en este Proyecto un conjunto de elementos externos a la parcela,

tales como conexión con la red eléctrica, conducción de vertidos al mar, conducciones

para el bombeo de agua producto y accesos. Se trata de una obra completa, pues su

explotación no se ve interferida por otras obras que posteriormente se realicen y podrá

ser entregada al uso general una vez ejecutadas las correspondientes obras.



1.2 INTRODUCCIÓN

La región de Murcia tiene un clima excepcional y una tradición agrícola que ha

hecho que sus moradores a través de la historia hayan buscado su supervivencia primero

y su desarrollo económico después, con la puesta en juego de sus mejores tierras. Esta

búsqueda de bienestar social a través de la agricultura ha requerido el uso de los escasos

recursos hídricos de la región. Para ello y sobre todo en los últimos sesenta años, ha

sido necesario un gran esfuerzo para disponer de los recursos hídricos requeridos.

Primero fue necesaria la regulación del río Segura mediante la construcción de los

embalses de Fuensanta, Camarillas y Cenajo; después la puesta en explotación de las

aguas subterráneas y por último, el trasvase Tajo – Segura y la reutilización de las aguas

residuales. A pesar de todo ello, la región de Murcia continúa todavía luchando para

alcanzar el nivel medio de la renta española y de la europea.

En estos momentos está en riesgo la supervivencia de un tercio de la superficie

regada, como consecuencia del agotamiento, por sobreexplotación, de los acuíferos.

Mantener la riqueza agrícola creada en la región de Murcia, no aumentarla, requiere

disponer de 460 año

hm3

más.

Se puede afirmar que Murcia es la región española donde mejor se utiliza el agua.

Sin embargo, para mantener la riqueza creada es necesario aportar esos recursos

( )año

hm3

460 del exterior. Para ello se puso en marcha el Plan Hidrológico Nacional,

que ha despertado un gran debate en el país. A la solución del Trasvase del Ebro se le

opone la desalación como alternativa. Los numerosos estudios realizados ponen de

manifiesto que la desalación de agua de mar es una solución viable técnica y

económicamente para resolver problemas de abastecimiento urbano, turístico e

industrial y, en ocasiones muy especiales, para la agricultura. Asimismo, la utilización

de estas plantas evitará el impacto y degradación medioambiental que supone el

Trasvase del Ebro.



Los trasvases de agua desde unas cuencas hidráulicas a otras, salvo casos

verdaderamente excepcionales de difícil justificación, son inaceptables desde puntos de

vista humanos, sociales, ecológicos, geológicos, medioambientales, científicos y

económicos, por los graves desequilibrios y perjuicios de todo tipo que conllevan y

producen en la cuenca cedente, y con indiscutible repercusión en territorios próximos.

Afectan tan gravemente al medioambiente que, incluso, sobrepasan la posibilidad de

decisión de una nación, pues llega a ser un problema ecológico y climático de nivel

mundial. Además, por principio, esos trasvases de agua intercuencas son soluciones

limitadas y agotables, y, por tanto, son deficientes y temporales, incluso inservibles.

Solamente se debe trasvasar, con excepcionalidad, siempre y cuando no se haya

resuelto la carencia de agua en la cuenca receptora mediante el agotamiento simultáneo

de todas las otras vías posibles que pueden ser utilizadas, y sin que quepa ningún tipo de

excusas o pretextos. Antes de recurrir a los trasvases intercuencas, en cada una de ellas

hay que agotar todos sus recursos posibles:

1. Potenciación y refuerzo de las reservas superficiales mediante

alumbramientos de aguas, encauzamientos o mejoras de los mismos, con presas

que formen embalses que no produzcan daños e impactos medioambientales

desaconsejados. Son un gran remedio para combatir la desertización y la sequía,

incentivando la conformación de la necesaria humedad ambiental, incluso la

provocación de nubes y lluvias. Pueden producir riqueza adicional, además de la

paisajística y medioambiental.

2. Recurrir a las repoblaciones hidro-forestales adecuadas.

3. Explotación ponderada y equilibrada de sus acuíferos, bajo el ineludible

control de efectos y resultados, de forma continuada.

4. Recuperación y reciclaje de todas las aguas residuales, tanto urbanas como

industriales.

5. Desalinización de aguas salobres.

6. En las zonas costeras, desalinización directa de agua de mar.



La solución de los problemas que la escasez de agua plantea en las zonas áridas es,

en general, muy compleja, debido a la gran cantidad de parámetros que intervienen,

dándose el caso de que las soluciones adoptadas en una región no son válidas para otras.

Pero, con cualquiera de estos planteamientos, cada cuenca tiene la solución en sus

manos, sin tener que recurrir al sacrificio de las demás.

Las desaladoras no deben ser meras soluciones de emergencia, sino soluciones

estructurales a lo largo del litoral español para resolver no sólo los problemas de las

zonas próximas sino los correspondientes a otras del interior. Éstas podrían ser

auxiliadas desde tales ubicaciones perimetrales, cuando la solución sea propicia y viable

desde el punto de vista técnico y económico, incluso a través de una posible futura Red

Nacional, o también de forma separada e individual. En función del sistema utilizado,

de los medios empleados y de los objetivos diseñados, se podrán obtener distintas

calidades de agua, con precios y costes también diversos, que permitirán su diferente

uso y destino, de una forma total o parcial. Podrán ser aguas potables muy adecuadas

para uso humano o animal, para regadío u otros servicios (urbanos, rurales,

industriales…), según el caso.

La existencia de desalinizadoras, en número cada vez mayor, obligará a tomar

medidas para evitar impactos ambientales que, en este caso, se suelen traducir en un

elevado consumo energético, emisiones de gases, vertidos de efluentes con alto

contenido salino, y el impacto visual y acústico en el entorno. Para evitarlo, habrá que

reducir el consumo de energías no renovables, el agregado de productos químicos y la

corrosión de materiales, además de buscar alternativas a la excesiva cloración y

desarrollar sistemas de evacuación o tratamiento de salmueras.

Las desalinizadoras si están bien planteadas y realizadas, pueden funcionar

ininterrumpidamente, sin ningún tipo de limitaciones, con independencia del clima y de

otros condicionantes de muy variadas índoles, cualquiera que sea su tipo y el del agua a

tratar. Dependerán sólo del ser humano, lo que es otra gran ventaja.



Figura 1 – Planta desaladora



1.3 EL PROBLEMA DEL AGUA EN ESPAÑA

1.3.1. Introducción.

España es el país más árido de la Unión Europea. Este hecho puede ser determinante

para un país como éste, que posee un clima seco y soleado, imprescindible para el sector

turístico, así como para el sector agrario.

En los últimos años se viene insistiendo que en las próximas décadas se va a producir

un sensible incremento de los problemas relacionados con la escasez y/o contaminación

del agua, hasta el punto de poder hablar de una crisis del agua. Para entender el

problema del agua en España es necesario partir de su variabilidad climática. Todo el

mundo conoce la existencia de una España seca, la mayor parte, y otra húmeda, situada

en el norte de la península. Esta situación viene determinada por dos rasgos

hidrológicos característicos de la Península Ibérica:

1. La irregularidad en el tiempo, que es necesario combatir mejorando la

regulación (construcción de presas, explotación de aguas subterráneas, recarga

artificial de acuíferos, uso conjunto de aguas superficiales y subterráneas).

2. La irregularidad en el espacio, que ha de ser resuelta mediante el transporte de

recursos hídricos dentro de la misma cuenca o el aporte de cuencas exteriores

excedentarias.

En la España insular, la escasez de recursos hídricos y la imposibilidad de acudir a la

solución de trasvases ha hecho necesario contemplar la disminución del consumo, la

reutilización de las aguas residuales y la utilización de las tecnologías de desalación.

Este planteamiento global quedaría incompleto si no se determinasen aquellas zonas

más sensibles a una futura escasez de agua que se vislumbra en un horizonte próximo y

que podría provocar el colapso de su economía. Para determinar las zonas sensibles, es

interesante conocer la distribución de los recursos hídricos naturales por habitante

(Tabla I).



Tabla I – Distribución de los recursos hídricos naturales en España.

RECURSOS NATURALES CUENCA

POBLACIÓN (mill. habit.) TOTALES PER CÁPITA

Pirineo (Cataluña) 5.85 2780 475 Islas Canarias 1.33 965 726

Segura 1.31 1000 763 Júcar 3.99 4142 1038

Islas Baleares 0.63 745 1183 Sur 1.98 2418 1221

Guadalquivir 4.68 7771 1660 Tajo 6.03 12858 2132

Guadiana 1.64 6165 3759 Norte 6.56 42088 6416 Ebro 2.75 18198 6617

Duero 2.25 15168 6741 TOTAL ESPAÑA 39.00 114298 2931

Figura 2 – Distribución del consumo por sectores en España

En consecuencia, de acuerdo con esta clasificación de las cuencas españolas, se

confirma que el problema hídrico se centra en el litoral mediterráneo y en la España

insular. Las zonas críticas o de escasez de recursos han sido determinadas por el Libro

Blanco del Agua en España, publicado por el Ministerio de Medio Ambiente. En él se

especifica que el déficit hídrico se localiza fundamentalmente en el Segura, cabecera del

Guadiana, Vinalopó – Alacantí y Marina Baja en el Júcar, zona oriental de la cuenca del



Sur y otros sistemas de menor extensión en la margen derecha del Ebro. El Libro

Blanco establece dos conceptos en relación con la escasez hídrica:

1. Escasez de tipo estructural: el recurso potencial, incluyendo reutilización,

desalación y transferencias, es siempre inferior al nivel de consumo que se

pretende alcanzar.

2. Escasez de carácter coyuntural: los niveles de consumo se hallan próximos al

recurso potencial y se dan circunstancias hidrológicas adversas.

Como conclusión, se puede afirmar que España es un país seco y las numerosas

sequías han quedado reflejadas en las abundantes rogativas que se han realizado en

muchas regiones españolas. Durante los últimos 50 años se ha hecho un enorme

esfuerzo por aprovechar las aguas del país mediante la construcción de embalses y la

utilización de las aguas subterráneas. Como resultado de este proceso, la producción de

electricidad de origen hidráulico se ha multiplicado por 10, y la superficie de los

regadíos casi por 3. Además, se han ampliado sustancialmente las dotaciones urbanas e

industriales exigidas por el crecimiento de las ciudades, la mejora del nivel de vida, el

turismo y la industrialización del país. Sin embargo, resulta cada vez más evidente que

el aprovechamiento de las aguas españolas tiene un límite, que ya se manifiesta en

restricciones del consumo doméstico de muchas ciudades, contaminación de aguas

superficiales y agotamiento de aguas subterráneas, demandas insatisfechas en la

agricultura y peticiones de trasvases para paliar la escasez de muchas regiones.

1.3.2. Disponibilidad y uso del agua en España.

Los ríos españoles recogen al año unos 106000 hm3, de los que sólo se podrían

utilizar 9000 si no hubiera embalses. Se ve que la proporción de agua que se puede

emplear de forma natural, sin hacer pantanos de almacenamiento, es pequeña, no llega

al 10%. Sucede esto porque los ríos españoles tienen grandes diferencias de caudal

entre unas estaciones y otras; su régimen es torrencial, y esto hace muy difícil su

aprovechamiento.



Para poder disponer de agua suficiente se han construido pantanos que almacenan el

agua en la época de lluvias, regulan el caudal del río para evitar inundaciones y se

pueden aprovechar para obtener energía hidroeléctrica. La capacidad de embalse es, en

la actualidad, superior a 50000 hm3 al año, lo que da una disponibilidad de agua de

unos 2800 m3 por persona al año. El problema fundamental es que se distribuye de

forma muy desigual, y algunas zonas secas tienen escasez de agua.

Más de las tres cuartas partes del agua consumida en España se emplean para el

regadío. Alrededor del 14% es consumida por las ciudades y pueblos y un 6% por la

industria. Se entiende bien que el regadío absorba una proporción tan importante del

agua, porque la agricultura más rentable se da precisamente en la España seca, y

depende en gran medida de la disponibilidad de agua. Esta misma realidad es la que

explica que España sea uno de los mayores consumidores de agua del mundo. En

cualquier política que busque el buen uso del agua en la Península es fundamental

analizar los sistemas de riego, para ir implantando los más eficientes, y decidir si se

debe poner más superficie de tierra en regadío o no.

La proporción de agua consumida por la población en España es muy similar a la

normal en los países desarrollados. Aunque la cantidad de agua que se consume en las

necesidades municipales y domésticas no es muy grande, su calidad tiene que ser muy

buena, lo que afecta de forma importante al precio. En el suministro de agua a ciudades

e industrias uno de los principales problemas es el de las pérdidas en las cañerías de

distribución que, en bastantes lugares, son de más del 50% del agua repartida. De

hecho, las restricciones de agua que se suelen dar en algunas ciudades en las épocas de

escasez, no son tanto por el agua consumida por los habitantes, sino para evitar las

pérdidas en las canalizaciones.



1.3.3. Aguas superficiales y subterráneas.

El agua que cae a la tierra en forma de lluvia o nieve en parte se infiltra en el suelo,

formando las acumulaciones de agua subterránea, y en parte resbala por la superficie

reuniéndose en ríos, lagos o pantanos hasta que desemboca en el mar o se evapora.

Las cuencas hidrográficas incluyen toda la zona en la que el agua que cae llega a un

mismo río principal.

Los acuíferos o capas freáticas son los estratos de terrenos porosos que se

encuentran llenos de agua, de tal forma que permiten extraer cantidades grandes de

agua, de una forma que es rentable económicamente. Normalmente los acuíferos se van

recargando de forma natural con la precipitación que se infiltra en el suelo y en las

rocas. En el ciclo geológico normal

el agua suele entrar al acuífero en

las llamadas zonas de recarga,

atraviesa muy lentamente el manto

freático y acaba saliendo por las

zonas de descarga, formando

manantiales y fuentes que

devuelven el agua a la superficie

(Figura 3).

Figura 3 – Aguas superficiales y

subterráneas

El ritmo de renovación del agua subterránea es muy lento. Por esto, al extraer el

agua subterránea en pozos se origina una zona sin agua, en forma de cono, alrededor

del punto de extracción. Cualquier contaminante que se descargue por encima de este

lugar es llevado por el cono directamente a la zona del pozo y puede afectar de forma

muy importante a la calidad del agua extraída. Por otra parte cuando a un acuífero se le

quita, en un período largo de tiempo, más agua que la que se recarga, va disminuyendo



el nivel freático y se está haciendo un uso no sostenible de este recurso. Con el paso del

tiempo el acuífero se irá vaciando, provocando diversos problemas (Figura 4).

Figura 4 – Salinización de acuíferos por sobreexplotación

1.3.4. Gestión del agua.

Para que toda la población disponga de agua de calidad suficiente, de forma que la

explotación de este recurso se haga de una forma sostenible, sin que se creen graves

problemas de escasez a medio plazo, es necesaria una eficaz gestión del uso y la

extracción del agua.

Por una parte hay que asegurar el suministro de agua con la construcción de

embalses, el transporte por sistemas de tuberías y canales y la extracción del agua

subterránea. Por otra parte hay que desarrollar todos los aspectos legales y

administrativos que el uso del agua conlleva, siendo muy importante mejorar la

eficiencia en el uso del agua disminuyendo su desperdicio y reduciendo su uso

innecesario.



1.3.5. Presas y embalses.

La construcción de un pantano supone beneficios indudables. Asegura el suministro

de agua durante todo el año en las zonas con lluvias o deshielos estacionales; regula el

flujo del agua impidiendo inundaciones y muchos se aprovechan para generar energía

hidroeléctrica. Desde el punto de vista ecológico se forman ecosistemas nuevos que

pueden ser muy apropiados para la vida de aves acuáticas o peces u otros organismos

que necesitan de aguas remansadas para vivir. Junto a estas ventajas hay varios

inconvenientes que es importante tener en cuenta antes de decidir si una determinada

presa se debe construir o no. Hacer la presa es caro. La inundación de grandes áreas

obliga a desplazar de sitio pueblos enteros y desaparecen ricas tierras agrícolas y otros

ecosistemas valiosos.

Desde un punto de vista ecológico, las grandes presas alteran de forma muy

importante el río. Las características del agua embalsada son muy distintas de las que

corresponderían a las del curso fluvial. Su temperatura, gases disueltos, partículas en

suspensión, estratificación, y otros parámetros cambian drásticamente. Además las

presas son obstáculos, a veces insalvables, para salmones, truchas y otros seres vivos

que deben moverse por el río para completar sus ciclos de vida.

También hay que considerar que los embalses tienen un tiempo de utilidad

relativamente corto. Se van llenando con los sedimentos que arrastra el río y se calcula

que su vida puede estar entre unos 50 a 200 años, antes de que la cuenca se colmate y

pierda su capacidad de almacenar agua. Además, la presa retiene los sedimentos que en

condiciones normales el río arrastraría y las tierras situadas más abajo de la presa

pierden el aporte de nutrientes que esos sedimentos llevaban y se empobrecen. En las

zonas cálidas se evapora tanta cantidad de agua que la que queda embalsada se

enriquece en sales, con lo que baja su utilidad para el riego.



1.3.6. Transferencia entre cuencas hidrológicas.

En la actualidad, muchos Planes Hidrológicos de todo el mundo se basan en la

construcción de grandes presas y embalses en zonas que tienen agua abundante para

hacer su transvase, a través de canales, túneles y grandes tuberías, a zonas secas. Estos

planes incluyen descomunales obras de ingeniería y la modificación de muchos

kilómetros cuadrados de territorio. En España son muy conocidos los trasvases de agua

entre la cuenca del Tajo y la del Segura, cuya agricultura depende, en gran medida, de

este agua transportada.

Algunas de estas desviaciones de agua han tenido consecuencias ecológicas,

humanas y sociales muy negativas. Por ejemplo la colosal desviación del agua de los

ríos que alimentaban el mar de Aral para regar tierras de cultivo, casi ha hecho

desaparecer este mar con importantes repercusiones en la salud y en la forma de vida de

varios millones de personas que vivían en sus cercanías.

1.3.7. Desalación y otras formas de suministrar agua a zonas secas.

La gran abundancia de agua salada hace que pudiera ser una magnífica fuente de

agua si se consiguiera quitarle la sal por métodos económica y energéticamente

rentable. En la actualidad se usan varias tecnologías para desalinizar el agua. Una de las

más corrientes es por destilación, calentando el agua hasta ebullición y condensando

después el vapor. En otro método, el denominado de ósmosis inversa, se fuerza al agua

a pasar por una membrana que deja pasar las pequeñas moléculas de agua, pero no los

iones de sal.

1.3.8. Reducción del gasto innecesario.

Se estima que del 50% al 70% del agua que se extrae se desperdicia, por

evaporación, fugas y otros motivos. Uno de los motivos por los que se desperdicia tanta



agua es porque su precio se mantiene artificialmente bajo. Cuando la consumimos

pagamos sólo una parte, a veces muy pequeña, de lo que cuesta su extracción y

preparación para el consumo. De esta forma no se estimula el ahorro y el uso

restringido. El agua se considera un bien público, con un gran componente político, y

los gastos que ocasiona se cargan a la masa global de impuestos pagados entre todos los

ciudadanos.

El sistema de riego que se use tiene especial influencia en el ahorro de agua, ya que

casi el 80% de la consumida se emplea para riego. Sistemas muy usados como el

transporte del agua por gravedad a través de surcos hechos en la tierra para dejar que

encharque los campos, son especialmente derrochadores de agua. El riego por

aspersión, recubrir los canales de transporte del agua con cemento o plástico, o nivelar

bien los campos para que se encharquen homogéneamente, ahorran agua en proporción

apreciable. Las más modernas tecnologías de riego gota a gota que, en algunas

ocasiones, están incluso controladas por ordenador para mantener el adecuado nivel de

humedad, reducen el desperdicio de agua hasta límites de alrededor del 15%.

En algunas zonas se utiliza el agua residual urbana, después de tratada, para riego.

Tiene la ventaja de que además de ahorrar consumo, devuelve nutrientes orgánicos que

abonan los campos cultivados.

1.3.9. Recursos hídricos globales.

Las reservas de agua en el planeta son inmensas (Figura 5). Se estima que la

hidrosfera contiene cerca de 1386 millones de km3. Sin embargo, los océanos, que

representan una gran reserva de este agua, cubren las tres cuartas partes de la superficie

terrestre y el 97.5% del total, y tienen una salinidad media de más de un 3% en peso,

haciéndola inservible para cualquier tipo de uso. El resto es agua dulce, pero el 68.9 %

está en forma permanente como hielo y nieve que cubren las regiones polares y

montañosas. Del resto de agua dulce disponible, el 29.9% son aguas subterráneas y tan

sólo el 0.3% se encuentra en lagos, reservorios y sistemas de los ríos, estando en

condiciones de ser utilizables sin limitaciones técnicas ni económicas.



Figura 5 – Recursos hídricos globales



1.4 PRESENTE Y FUTURO DE LA DESALACIÓN EN ESPAÑA

1.4.1. La situación actual.

Las plantas de desalación de agua de mar se instalan por primera vez hacia los años

60 y pretenden resolver el problema de abastecimiento a la ciudad de Ceuta y a las islas

de Lanzarote, Fuerteventura y Gran Canaria, que tienen en común la escasa

disponibilidad de recursos hídricos. Las primeras tecnologías que se implantaron fueron

las de destilación, en sus variantes de multietapa flash (MSF), cuya primera planta se

instaló en Lanzarote en 1964, y de compresión de vapor (CV), cuya primera planta se

instaló en 1972 en la misma isla (Tabla II).

Tabla II – Evolución histórica de la desalación en España.

AÑO PLANTA DESALADORA 1964 Primera planta MSF en Lanzarote

1970 Las Palmas I. 20000 día

m3

. Primera planta dual MSF

1972 Primera planta CV en Lanzarote ( )día

m3

350 .

1976 Desaladora de aguas salobres por OI. Fuerteventura

1980 Las Palmas II. 18000 día

m3

de MSF

1984 Lanzarote. 500 día

m3

. Primera planta OI de agua de mar

1986 Lanzarote II. 7500 día

m3

. Fibra hueca

1988 Maspalomas I. 20000 día

m3

. Primera planta EDR

1990 Las Palmas III. 36000

díam

3. Primera planta OI con membranas de

arrollamiento en espiral del mundo. Planta con mayor capacidad del mundo

1996 Decosol, 45000

díam

3. OI de agua de mar con membranas de fibra

hueca

1996 – 1998 Sureste. 15000

díam

3. Primera planta OI de una sola etapa y con 7

membranas por tubo de presión

1999 Bahía de Palma. 45000

díam

3. Primera gran planta con

recuperación de energía con turbinas Pelton



El desarrollo y entrada en el mercado de otras tecnologías más eficientes, como la

ósmosis inversa, hace que, en 1970, se instalen las primeras plantas de este tipo para la

desalación de aguas salobres; sin embargo, se necesitó más de una década para que se

instalara la primera planta de desalación de agua de mar, ubicada en Lanzarote, con una

capacidad de 500 día

m3

. Es en 1986 cuando una nueva planta (Lanzarote II),

utilizando membranas de fibra hueca, consigue una producción de 7500 día

m3

.

Tabla III – Consumo energético de plantas desaladoras en España.

AÑO TECNOLOGÍA 3m

kWh g

kWh1000

1970 MSF 22 83 1980 MSF 18 66 1985 CV 15 57 1988 CV 13 49 1990 OI 8.5 32 1994 OI 6.2 23.5 1996 OI 5.3 20 1998 OI 4.8 18.5 1999 OI 4.5 17 2000 OI 4.0 15 2001 OI 3.7 14

El espectacular desarrollo que tiene la desalación en España es fruto de la fuerte

demanda de agua que presenta el sureste de la península y también del desarrollo

tecnológico experimentado por la ósmosis inversa, que ha conseguido una mejora en la

eficiencia energética, que alcanza hasta el 60 % de ahorro sobre cualquier tecnología de

destilación.

Tabla IV – Variación de los costes totales de desalación en plantas desaladoras en España.

AÑO 3m

∈ 3$

m

US

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 2002 0.43 0.43



El menor consumo energético y un descenso relativo del coste del kWh en España ha

hecho posible una reducción de costes de explotación de las plantas de ósmosis inversa,

hasta el punto de constituir una alternativa para el abastecimiento de agua potable, el

turismo o la industria. La agricultura no ha podido, de forma generalizada, soportar los

costes de la desalación hasta este momento, pero ya se están encontrando numerosos

casos de utilización de pequeñas plantas que desalan aguas de acuíferos salobres e

incluso en agriculturas muy especializadas se ha llegado a la utilización de agua de mar,

como es el caso de la planta Virgen del Milagro de Mazarrón (Murcia).

A pesar de los altos costes de la desalación de agua de mar, están en proyecto

algunas grandes plantas para cultivos muy tempranos, de alta rentabilidad, que se

utilizan como complemento a otros recursos hídricos de mucho menor coste. La mezcla

de aguas subterráneas algo salinizadas con aguas desaladas de mar se ha convertido en

una posibilidad para resolver el fuerte déficit hídrico de amplias zonas agrícolas costeras

del sureste español.

Tabla V – Capacidad de desalación en España. Total instalada y en proyecto.

USOS INSTALADA (2000) PROYECTOS (2000 – 2003)

Abastecimiento 148.7 año

hm3

107.4 año

hm3

Agricultura 18.9 año

hm3

94.5 año

hm3

Industria 3.9 año

hm3

------ Agua de mar

Subtotal 171.5 año

hm3

201.9 año

hm3

Abastecimiento 75.4 año

hm3

25 año

hm3

Agricultura 78.9 año

hm3

20 año

hm3

Industria 66.0 año

hm3

34 año

hm3

Aguas salobres

Subtotal 220.3 año

hm3

79 año

hm3

TOTAL 391.8 año

hm3

280.9 año

hm3



El rápido desarrollo de la desalación requiere, en una futuro próximo, una especial

sensibilidad para hacer compatibles las plantas de desalación con el impacto que éstas

puedan producir sobre el medio ambiente.

1.4.2. Las posibilidades futuras.

El 97% del agua existente sobre la superficie de la Tierra se encuentra en los

océanos, o es salobre; así pues, parece lógico pensar en utilizar estas inmensas reservas

mediante el uso de las tecnologías de desalación. Por tanto, la eliminación de las sales

presentes en el agua de mar es un objetivo prioritario que exige la colaboración de

científicos, investigadores y técnicos, a fin de responder a uno de los retos más

dramáticos a los que se enfrenta la sociedad de nuestro tiempo.

En la actualidad, el interés por la desalación se debe a una serie de aspectos positivos

que podrían definirse de la siguiente manera:

1. Demandas de agua no satisfechas: esta situación es muy evidente en la costa

mediterránea y las Islas Canarias e Islas Baleares.

2. Tendencia a la baja del coste de la desalación: se produce tanto para aguas

salobres como para aguas marinas. El progreso de las técnicas de desalación se

ha debido a la investigación de los materiales, métodos y sistemas cuya

combinación ha dado lugar a instalaciones de bajo consumo de energía y alta

eficiencia.

3. Precio del agua en alza: la escasez de recursos hídricos y la alta rentabilidad de

algunos cultivos en diversas zonas del país, donde el clima es más caluroso, hace

que el coste del agua se dispare.

4. Financiación de la Administración.

Las incertidumbres o aspectos negativos que se plantean ante el futuro desarrollo de

la desalación pueden ordenarse y explicarse bajo tres preguntas:



1. ¿Podrá la agricultura española pagar el coste del agua desalada? La

agricultura consume más del 80 % del agua que se gestiona. Esto crea un

elevado nivel de incertidumbre en los empresarios agrícolas, que nunca conocen

la cantidad de agua de la que van a disponer. En consecuencia, sustituir el agua

de riego por otra desalada a partir de agua de mar o de acuíferos de agua salobre,

sin límites cuantitativos ni cualitativos, es una estrategia que incorpora seguridad

a las explotaciones agrarias de regadío. Para abordar esta cuestión es interesante

analizar el efecto que el agua tiene sobre el coste final de las producciones

agrícolas, para lo cual deben estudiarse los distintos cultivos propios del

territorio de interés. Cabe, por tanto, conocer, en cada caso, cuál es el máximo

precio del agua que puede asumir una actividad agrícola determinada y, a la

vista de este precio, es posible decidir si la desalación puede solucionar el

abastecimiento normal o solamente una solución de emergencia. Por otro lado,

se puede afirmar que el porcentaje de participación del coste del agua en el coste

final de la actividad es tanto más bajo cuanto más tecnificado es el cultivo en

cuestión.

2. ¿La evolución futura de los precios energéticos favorecerá la implantación

de plantas de desalación? Cuando se habla de desalación de agua se está

hablando necesariamente de consumo de energía y, en gran medida, de consumo

de petróleo. La producción de agua desalada depende de un producto escaso en

nuestro territorio que puede ser racionado o encarecido por agentes y

circunstancias de imposible control por el Estado. En consecuencia, deben

buscarse alternativas energéticas que faciliten el proceso de desalación.

3. ¿El impacto medioambiental de las desaladoras impedirá su futuro

desarrollo? Las actividades de desalación generan un flujo de permeado que no

plantea impacto negativo en relación con los recursos naturales, y un rechazo,

salmuera, que debe ser evacuado de forma inocua o reutilizado en otros

procesos. El ruido de las plantas desaladoras genera también efecto sobre el

medio ambiente y debe ser corregido convenientemente. Finalmente, la

vinculación entre desalación de agua y generación de energía eléctrica hace

partícipe a esta última del impacto ambiental que genera la primera, cuyo

estudio y tratamiento debe hacerse de forma constructiva.



1.5 DATOS DE PARTIDA


La creencia falsa de que el agua de mar tiene siempre las mismas características lleva

con frecuencia a errores serios en el diseño y operación de las plantas desaladoras. En

realidad, el agua de mar tiene características muy diferentes y específicas en las distintas

regiones del mundo y de cada mar.

La fuente de suministro de agua de mar es un factor de enorme importancia que se ha

de considerar en el diseño de las plantas de ósmosis inversa. Este paso es fundamental,

ya que la calidad del agua de mar tiene una tremenda repercusión sobre la intensidad,

costo y dificultad de operación del pretratamiento que requiere dicho agua, antes de

poder alimentar a las membranas de ósmosis inversa. El concepto básico es que, aunque

la ósmosis elimina las sales del agua, así como algas, moluscos, bacterias, virus y

pirógenos, no es conveniente alimentar a las membranas de ósmosis inversa con agua

contaminada con materia que las pueda ensuciar o dañar y, por tanto, reducir su

rendimiento. El éxito de la operación de cualquier planta desaladora por el sistema de

ósmosis inversa depende en su mayor parte de la calidad de su agua de alimentación.

1.5.2. Características generales del agua de mar.

Para desalar cualquier tipo de agua, es necesario conocer las principales

características físicas, químicas y biológicas de la misma, para que el proceso

seleccionado sea eficiente técnica y económicamente y para que el producto final reúna

las condiciones de calidad requeridas para el uso al que va destinado.

El agua de mar se puede considerar como un complejo sistema químico que recicla

constantemente sus constituyentes, entre los cuales se hallan casi todas las sustancias

simples que existen en estado natural. Entre ellos destacan:



1. Las sales disueltas, que determinan su salinidad, estando casi todas en forma

ionizada, con predominio de los cationes sobre los aniones, cuya circunstancia le

da al agua de mar su carácter alcalino, reflejado por un pH de 8.2 como

promedio mundial.

2. Gases en disolución, que mayoritariamente provienen de la atmósfera, a través

del intercambio en la interfase aire – agua de mar, de los cuales, el más

abundante es el nitrógeno y el más activo es el oxígeno. En profundidad y en las

cuencas donde no hay circulación de corrientes, el oxígeno no se renueva,

produciéndose la anoxia y la formación de H2S por reducción bacteriana de los

iones sulfatos. El CO2 es el gas más soluble y en el agua de mar se encuentra

presente en diversas formas, de acuerdo con las diferencias de temperatura,

presión y pH del agua.

3. Una gran diversidad de sustancias orgánicas disueltas, que provienen de los

productos de asimilación o de descomposición liberados por los organismos

vivos o muertos y, más recientemente, por la contaminación del mar.

4. Materias en suspensión, en forma de partículas insolubles de diversos tamaños,

que pueden estar formadas por sustancias minerales, detritus orgánicos e

inorgánicos y el plancton en general.

El material que se encuentra en las aguas marinas tiene su origen en distintas fuentes,

entre las que destacan la atmósfera, los ríos, los glaciares y las aguas hidrotermales.

1.5.3. El agua, características y propiedades.

El agua de mar es una disolución acuosa en la que se encuentran disueltos una gran

variedad de sólidos (sales principalmente) y gases atmosféricos, sumándose a ellos

materiales sólidos suspendidos del tipo orgánico e inorgánico. Junto con los anteriores,

forman parte también de esta disolución acuosa algunos organismos microscópicos

vivos vegetales conocidos como fitoplancton y animales (zooplancton).



Tabla VI – Composición del agua de mar.

CONSTITUYENTE mardeaguaenkgg % EN PESO

Cloruro 19.35 55.07 Sodio 10.76 30.62 Sulfato 2.71 7.72 Magnesio 1.29 3.68 Calcio 0.41 1.17 Potasio 0.39 1.10 Bicarbonato 0.14 0.40 Bromuro 0.067 0.19 Estroncio 0.008 0.02 Bario 0.004 0.01 Fluoruro 0.001 0.01 TOTAL 35.13 99.99

En virtud de la abundancia con que se hallan presentes en el agua de mar, las sales

disueltas descritas en la tabla anterior se reconocen como constituyentes principales,

mientras que otras, que lo están en cantidades mas pequeñas, se denominan

constituyentes secundarios. Los constituyentes principales figuran como iones

metálicos e iones básicos en los porcentajes expuestos en la tabla I, mientras que los

"constituyentes secundarios" no superan el 0,025% de los primeros, a pesar de lo cual

juegan un importante papel en relación con la actividad biológica del mar (Figura 6).

Figura 6 – Constituyentes principales del agua de mar



Aunque la salinidad y la composición química varía de un mar a otro, lo que

comporta cambios de densidad así como otros parámetros físicos y químicos, la

composición química media aproximada de 1 litro de agua de mar es la siguiente:

Tabla VII – Composición química media de 1 litro de agua de mar.

COMPONENTE CANTIDAD (gramos) Cloruro de sodio 24,0 Cloruro de magnesio 5,0 Sulfato neutro de sodio 4,0 Cloruro de calcio 1,1 Cloruro de potasio 0,7 Bicarbonato de sodio 0,2 Bromuro de sodio 0,096 Ácido bórico 0,026 Cloruro de estroncio 0,024 Fluoruro de sodio 0,003

La presencia de sales en el agua de mar puede ser explicada por dos procesos:

1. El primero tiene relación con las aguas liberadas en las erupciones volcánicas,

conteniendo muchos de los componentes actuales.

2. El segundo proceso se refiere al aporte de sales al océano producido mediante el

lavado de los continentes que efectúan las lluvias y los ríos, debido al gran

aporte de disolución que tiene el agua

Algunas de las características particulares que presenta el agua de mar son:

1. Alcalinidad: el agua de mar tiene un grado de acidez (pH) que fluctúa entre un

valor de 7.6 y 8.4, lo que le confiere cierto carácter alcalino.

2. Compresión (reducción de volumen por efectos de presión): el agua de mar

tiene una pequeña, pero finita, compresibilidad la cual varía tanto con la

salinidad como con la temperatura.

3. Conductividad eléctrica: la capacidad de conducción de la electricidad a través

del agua de mar se ve aumentada bajo la influencia de la presión ejercida por la

columna de agua (presión hidrostática).



4. Transmisión del sonido: en el mar la velocidad de propagación del sonido

fluctúa entre 1400 y 1600 s

m , la que a su vez dependerá de la temperatura, la

salinidad y la presión, siendo la primera el parámetro de mayor incidencia

debido a la variaciones que presenta dentro de la columna de agua.

Tabla VIII – Velocidad de propagación del sonido en función de la temperatura, la

salinidad y la profundidad.

Por cada aumento de: La velocidad del sonido aumenta: Temperatura 1 ºC 2.5 m/s Salinidad 1 parte por mil 1.4 m/s Profundidad 100 metros 1.8 m/s

5. Índice de refracción: este índice aumenta con la salinidad, mientras que con un

aumento en la temperatura disminuye. Así, para una salinidad de 33 ‰, el índice

de refracción fluctúa entre 4049 (a 0°C) y los 3851 (a 25°C).

6. Punto de congelación: temperatura a la cual el agua de mar se congela y cuya

variación dependerá de la salinidad.

Las dos propiedades físicas más importantes del agua de mar son, sin duda, la

temperatura y la salinidad, que determinan la densidad del agua. En el océano, la

densidad suele aumentar con la profundidad, de modo que las capas de agua superiores

se apoyan siempre en otras de mayor densidad. No obstante, esta situación de equilibrio



puede verse rota por multitud de factores y, en un momento dado encontrarse aguas más

densas sobre otras de una densidad ligeramente inferior. Esto provoca una inestabilidad

gravitacional que empuja al agua más "pesada" a hundirse mientras la capa siguiente,

más "ligera", asciende para ocupar su lugar, estableciéndose una circulación vertical.

Pero no son estas las únicas propiedades interesantes del agua de mar. Aunque son

las que tienen mayores connotaciones físicas, resulta de vital importancia para la

oceanografía biológica estudiar y conocer cómo se propagan la luz y el sonido en el

océano.

La temperatura del agua de mar varía entre -2 ºC (aguas polares) y 42 ºC (máximos

valores registrados en aguas costeras someras). El rango de temperaturas en tierra es

mucho más amplio y abarca desde los -68 ºC (Siberia, 1892) hasta los 58 ºC (Libia,

1922). Esto da cuenta del gran poder termoestabilizante del mar. La única manera de

tener información de la temperatura en profundidad sigue siendo mediante medidas in

situ.

La temperatura de la superficie del océano depende de la cantidad de radiación solar

que reciba y de qué fracción de ésta refleje. En cualquier caso, la penetración de la luz

solar es escasa y se reduce a los primeros metros de profundidad (entre 15 m en algunas

aguas costeras y 200 m en aguas oceánicas abiertas muy claras). Por otro lado, el mar

pierde calor por conducción, ya que en promedio la superficie oceánica está más

caliente que el aire, y por efecto de la evaporación, siendo este último el medio de

pérdida de calor más efectivo, disipando del orden de 10 veces más que la conducción.

El principal aporte calorífico que tiene el agua del mar está representado por las

radiaciones energéticas que le llegan del Sol. Su calor específico tiene un valor elevado

en comparación con el calor específico de las demás sustancias existentes en la

superficie del planeta; esto confiere al mar una extraordinaria capacidad para almacenar

calor y por esta propiedad puede actuar como un gigantesco moderador del clima. Esta

gran capacidad de los océanos para conservar el calor permite que la temperatura sea



más estable en el mar que en los continentes, siendo en aquél menos marcados sus

cambios a través de las cuatro estaciones del año.

Otras fuentes de calor para el océano son:

1. La energía solar reflejada por el cielo.

2. El calor original del interior de la Tierra.

3. El calor que se desprende de la desintegración radiactiva.

4. La energía derivada de los procesos químicos y biológicos que se realizan en el

seno del océano.

► Cambios de temperatura con la profundidad.

Hoy en día, la temperatura del agua del mar se mide con termistores, que van

midiendo y registrando los datos a medida que descienden en la columna de agua. De

este modo proporcionan la información necesaria para la elaboración de perfiles.

Observando estos perfiles, se observa que, en general, la temperatura del agua

disminuye con la profundidad, pudiendo establecerse claramente (de forma análoga

ocurre con la salinidad) tres zonas, con características bien definidas:

1. Capa de mezcla: zona que abarca alrededor de los 100 primeros metros y

corresponde a la zona de la columna de agua que se ve afectada por el stress del

viento. Se caracteriza por tener unos valores de temperatura casi inalterables.

2. Termoclima: inmediatamente por debajo de la capa de mezcla se produce un

fuerte descenso de la temperatura hasta rondar los 5 ºC en torno a los 1000 m.

3. Capa profunda: zona en la cual la temperatura se estabiliza y, aunque sigue

disminuyendo, lo hace de forma muy suave y apenas perceptible.

En cualquier caso, los espesores de estas capas son relativos y pueden variar

sensiblemente de una localización a otra, e incluso, en un mismo lugar, varían

estacionalmente dando lugar a lo que se conoce como termoclima estacional. Se puede

distinguir también un termoclima diurno debido al calentamiento rápido de los



primeros 10 ó 15 metros. En cualquier caso, estas variaciones estacionales y diarias

suelen ser de pequeña magnitud frente al termoclima permanente.

El agua del mar es una disolución de sales, por lo que sus propiedades físicas son

muy diferentes de las del agua dulce y varían de acuerdo con la cantidad de sales que

contenga. Las propiedades físicas del agua del mar se pueden dividir en seis tipos:

1. Térmicas: dependen del calor que absorbe de las radiaciones energéticas que

recibe del Sol, así como de la cantidad de calor que posteriormente el mar

devuelve a la atmósfera. Por lo tanto, el balance térmico del océano se establece

por la diferencia entre el calor ganado y el perdido, y este balance es casi

estacionario en el océano en su conjunto, aunque puede variar en algunos mares

en especial, según las diferentes latitudes donde se encuentran en el planeta. Las

características térmicas del agua del mar influyen sobre otras de sus

propiedades, y se puede destacar que la temperatura interviene directamente en

el establecimiento de la distribución de las masas de agua en el océano, por

cambios de la densidad, disponiéndose las menos densas y calientes arriba y las

más densas y frías abajo.

2. Mecánicas: están determinadas por la salinidad, y son la densidad y la presión.

La salinidad está dada, principalmente, por los cloruros, sulfatos y carbonatos

que se encuentran disueltos en el agua del mar, y su distribución no es uniforme

ni constante, varía de un lugar a otro, tanto en dirección horizontal, como en

vertical, e incluso sufre oscilaciones en un mismo punto del océano, con el

transcurso del tiempo. El factor fundamental que determina las variaciones de

salinidad en un área marítima concreta es la pérdida o ganancia de agua. La

densidad del agua del mar consiste en su peso derivado de la cantidad de masa

de sales por unidad de volumen de agua, por lo que es directamente

proporcional a su salinidad, ya que a mayor cantidad de sales, existe una masa

superior por unidad de volumen de agua; en cambio, es inversamente

proporcional a la temperatura, siendo la densidad menor a mayor temperatura.

3. Eléctricas: consisten en que este medio es conductor de la electricidad, debido a

que las moléculas de las sales se disocian en iones positivos y negativos, que al

estar sometidos a un campo eléctrico se desplazan en sentido contrario



produciendo corrientes. Esta propiedad sirve para medir, con mayor precisión, la

salinidad del océano.

4. Acústicas: el estudio de las características acústicas del agua oceánica es de

gran importancia, ya que las ondas sonoras y ultrasonoras penetran desde la

superficie del mar hasta grandes profundidades, al contrario de la luz solar, que

sólo lo hace a 200 metros de profundidad, y de las ondas de radio, que también

son absorbidas rápidamente; por lo tanto, la comunicación y el conocimiento

submarino tienen que realizarse utilizando las propiedades acústicas del mar.

5. Ópticas: las características ópticas se producen debido a que el agua del mar

presenta cierta transparencia, es decir, la posibilidad de dejar pasar la luz,

transparencia que cambia conforme aumenta la profundidad, debido a que esta

luz sufre fenómenos de reflexión y refracción. La luz que penetra en el océano

es indispensable para que tengan lugar los fenómenos de fotosíntesis en el

interior de las aguas marinas, es decir, la captación de la energía solar para la

elaboración de la sustancia orgánica que será el alimento de los vegetales, los

animales y el hombre. Las radiaciones que forman la luz son absorbidas por el

agua del mar y le transmiten calor. Esta absorción es selectiva y depende de la

longitud de onda de la radiación. Dentro del espectro visible, la absorción es

máxima para el rojo y mínima para el azul-verde. La infrarroja transporta la

mayor parte de la energía calorífica, y se absorbe prácticamente en el primer

metro de agua. El calor del mar depende de esta selectividad de sus aguas para

absorber y dispersar la luz. Así el color azul intenso de algunas zonas oceánicas

se debe a la ausencia de partículas en suspensión, mientras que en las aguas

costeras predomina el color verde, por la abundancia de partículas nutritivas y

de pequeños organismos que forman el plancton.

6. Radiactivas: se pueden diferenciar dos tipos de radiactividad en los mares:

o La que se produce de manera natural en ellos.

o La que el hombre ha introducido a los océanos al usar la energía

atómica.



► Salinidad del océano.

Se entiende por salinidad a la concentración de sales disueltas en el agua oceánica.

Un valor medio para esta propiedad puede ser 3,5% en peso, pero generalmente no se

expresa de esta manera sino en partes por mil. No obstante, este símbolo se omite,

generalmente, debido a que la salinidad se define formalmente como un cociente de

conductividades y es, por lo tanto, adimensional.

Aunque se puede suponer que la salinidad ronda el valor de 35 (treinta y cinco

gramos por kilogramo de agua), lo cierto es que en distintas zonas del planeta este valor

varía sensiblemente. Así la salinidad en zonas más cerradas como el Mediterráneo o el

mar rojo es muy superior a este valor medio y en otras como el Mar Báltico, con gran

aporte fluvial, desciende bastante por debajo del mismo.

La sal más abundante es el cloruro sódico, que supone la mayor parte de la sal

disuelta en el mar, pero existe gran cantidad de otros iones que se presentan en

concentraciones menores pero muy significativas. En general se acepta que, aunque el

valor total de salinidad varíe de una zona a otra, las proporciones relativas entre estos

iones permanecen prácticamente constantes, aunque existen multitud de casos

particulares en que esto no se cumple:

1. Mares cerrados, estuarios y otras zonas con un considerable aporte fluvial que

puede alterar las proporciones iónicas.

2. Zonas profundas o de poca circulación en las que las condiciones puedan llegar

a ser anóxicas, y en las que la acción bacteriana extrae del agua los iones sulfato

para usarlo en lugar del oxígeno.

3. Zonas de aguas cálidas y someras caracterizadas por una intensa precipitación

química o biológica del carbonato de calcio, disminuyendo su presencia en

disolución.

4. Zonas de activo vulcanismo submarino (como las dorsales submarinas), en las

que suele darse una intensa liberación de gases



Variación de la salinidad

La salinidad en el océano, fuera de estos casos particulares que se han observado,

varía muy poco. En superficie, el valor de la salinidad depende directamente de la

relación entre la evaporación y la precipitación, y, por tanto, de las condiciones

climáticas. Por debajo de los 1000 metros de profundidad, en cambio, la influencia de

estas variaciones superficiales no es apreciable y la salinidad suele mantenerse entre

34.5 y 35 en cualquier latitud.

Distribución de la salinidad en superficie

En la superficie del océano, se alcanzan los valores máximos de salinidad en torno a

los 20º de latitud en ambos hemisferios, ya que en estas zonas la evaporación es mayor

que la precipitación. Esta zona corresponde con los cinturones desérticos en tierra. Los

valores mínimos se alcanzan en bajas latitudes, en las que hay un mayor aporte fluvial y

se funden los hielos polares.

Distribución de la salinidad en profundidad

Los valores de salinidad suelen ser bastante altos en los primeros metros en relación

con las zonas más profundas. Tras una zona que varía entre los 30 y 100 metros de

profundidad y que presenta un valor constante (capa de mezcla), se produce un fuerte

descenso hasta cerca de los 1000 m, en que se estabiliza en torno a 34.5 ó 35. Esta zona

de intenso gradiente es conocida como haloclima.

► Densidad y presión en las aguas oceánicas.

La temperatura y salinidad del agua son factores determinantes de sus propiedades

físicas y de su distribución, sobre todo en lo que a la escala vertical se refiere. Esto se

debe al efecto que estas propiedades tienen sobre la densidad, que aumenta al

incrementarse la salinidad y disminuye cuando el incremento se da en la temperatura.

Si se supone una masa de agua estática (en equilibrio hidrostático) y en la que no

existen fenómenos de difusión molecular, las porciones de agua más "pesadas" se



hunden y de este modo se obtiene una columna de agua estratificada en la que se pueden

distinguir capas con diferentes densidades decrecientes a medida que nos se asciende a

la superficie. Esto es lo que trata de mostrar la Figura 7, donde las aguas más densas

tienen un color más oscuro.

Figura 7 – Columna de agua estratificada

Esta estructura tan perfectamente estratificada podría romperse fácilmente si

se agitase el agua, de forma que las distintas porciones, cada una con su

densidad, tenderían a reubicarse de nuevo en el nivel correspondiente, oscilando

en torno a él con amplitud decreciente hasta alcanzar de nuevo el estado de

equilibrio, en un proceso de reajuste hidrostático. Este fenómeno es crucial en

los procesos de mezcla en el océano.

En las zonas polares, la densidad del agua aumenta por dos motivos: al congelarse el

agua, ésta deja atrás su contenido en sales, aumentando localmente la salinidad del agua.

Por otro lado, el descenso de la temperatura hace aumentar también la densidad. Estas

aguas polares más densas se hunden originando toda una serie de corrientes y

circulaciones. En las zonas más cálidas, una elevada tasa de evaporación produce un

considerable aumento de la salinidad, y por ello, de la densidad originando un efecto

similar.

En general, el océano está estratificado y la densidad aumenta linealmente con la

profundidad, aunque este aumento es de pequeña magnitud y, a efectos prácticos,

muchas veces se considera el océano como de densidad constante. En cualquier caso,

las variaciones de densidad están ligadas al aumento de la presión según la ecuación de

la hidrostática:

=→=

)(:

81.9:

)(:

2

mdprofundidaz

smgravedadlaadebidanaceleracióg

atmpresiónP

zgP ρ



► La propagación de la luz en el agua de mar.

La propagación de la luz depende del medio que atraviese. Así la luz no viaja a la

misma velocidad en el aire que en el agua.

Cuando la luz se propaga en un medio acuoso, su intensidad decrece

exponencialmente, en un fenómeno de atenuación que tiene dos causas fundamentales:

1. Absorción: la energía luminosa se convierte en otro tipo de energía,

generalmente calor o energía química. Esta absorción es producida por:

o Las algas, que utilizan la luz como fuente de energía.

o Materia orgánica e inorgánica particulada (MOP y MIP) en suspensión.

o Compuestos inorgánicos disueltos.

o El agua en sí.

2. Dispersión (scattering): este fenómeno consiste, simplemente, en el resultado

de la colisión del haz de luz con las partículas en suspensión, provocando

múltiples reflexiones. Cuanto más turbia sea el agua (más partículas en

suspensión) mayor será el efecto de dispersión (Figura 8), dificultando la

penetración de la luz.

Figura 8 - Scattering

Por efecto de este fenómeno de atenuación de la luz, la zona

suficientemente iluminada como para albergar vida vegetal se

reduce a unos pocos metros en la zona superficial del océano, lo

que se conoce como zona o capa fótica. Toda la columna de agua por debajo de esta

capa es llamada zona afótica. La capa fótica tiene un espesor variable que depende de

la turbidez del agua, y que oscila entre los 15 metros en ciertas zonas costeras y los 200

metros en aguas claras en océano abierto. No se debe confundir el término de capa

fótica con el de máxima penetración de la luz, la cual llega a mayor profundidad (hasta

casi los 1000 m) pero no con intensidad suficiente para sostener la fotosíntesis de los

vegetales.



La luz en el océano se torna difusa por efecto de la dispersión. Esto implica que la

luz no siempre sigue el camino más corto hasta iluminar un objeto, sino que muchos

rayos llegan reflejados y desviados de su trayectoria original. Esto provoca algunos

problemas con la visión submarina, ya que el ojo necesita que la imagen de los objetos

viaje directamente hasta la retina para poder conformar una imagen coherente. La

difusión de la luz entre el objeto y el ojo hace que el primero pierda contraste, más

cuanto más lejos esté, por lo que la figura se ve borrosa y difuminada. La medida de la

atenuación de la luz da información cuantitativa de la turbidez del agua.

La luz no es sino una mezcla de radiaciones electromagnéticas de frecuencias

distintas. Cada color es una radiación con cierta frecuencia particular, y no todos

penetran en el agua de mar de la misma manera. Así, los colores rojos son los primeros

en desaparecer, mientras que los últimos son los verde - azules. Cuando se ve un objeto

de un color determinado, es porque su superficie refleja radiación luminosa corresponde

a ese color. La vida en el océano se ha adaptado a estas peculiaridades.

El esquema de la derecha (Figura 9) trata de mostrar la profundidad hasta la

que penetran los distintos colores del espectro visible. Se puede observar cómo

los rojos no pasan de los primeros metros y los azules alcanzan profundidades

mayores.

Figura 9 – Profundidad hasta la que penetran

los colores del espectro visible

► La medición de la luz bajo el nivel del mar.

El método más económico para medir la turbidez de las aguas superficiales es el

disco de Secchi, que consiste en una placa metálica circular de color blanco que se hace

descender dentro del agua de manera paralela a la superficie, de modo que se pueda ver

desde la borda de un barco. Su funcionamiento es muy sencillo y consiste en ir bajando

el disco hasta que deje de verse, y anotar esa profundidad, que es la llamada

profundidad de Secchi (ZS).



► Las masas de agua, convergencia y divergencia.

La temperatura y la salinidad del agua del mar guardan entre sí una relación que

caracteriza a ciertos volúmenes de agua localizados a diferentes profundidades en un

punto geográfico determinado, y a los que se les denomina masas de agua, como las que

se encuentran en el Mediterráneo y en el Antártico.

El océano está formado por un conjunto de masas de agua de características

fisicoquímicas diferentes que influyen en una gran variedad de procesos oceánicos, en

especial, en la producción y modificación de las corrientes. En general, las masas de

agua se distinguen unas de otras por su temperatura y su salinidad y se pueden

representar por una curva que describe gráficamente la relación que guardan entre sí

estas dos características del agua del mar, en un volumen determinado.

La manera de representar esta relación entre la temperatura y la salinidad (diagrama

temperatura - salinidad) es trazando una curva (curva de temperatura – salinidad) en los

ejes de coordenadas, en la cual las temperaturas se colocan en las ordenadas y las

salinidades en las abscisas. En esta curva quedan representadas las características de

una masa de agua en particular. Es común que para 0.1 por mil de salinidad,

corresponda 1°C de temperatura.

Estas dos características se deben tomar en cuenta para determinar los caracteres

diferenciales de las masas de agua. No es suficiente sólo una de ellas, ya que las otras

propiedades del agua del mar, como la densidad, son el resultado de esta relación, y

para obtener el valor de la densidad se tiene que partir de medir la temperatura en

relación con la salinidad.

Cuando en estas masas de agua la relación entre la temperatura y la salinidad es

uniforme, se dice que se está en presencia de una masa de agua tipo. Esto se observa

excepcionalmente en el océano y sólo se localiza en algunas cuencas donde el agua es

homogénea desde la superficie hasta el fondo, o también en profundidades

relativamente grandes. En general, las masas de agua no son homogéneas y presentan

cierta mezcla; sin embargo, están definidas por un contorno que se denomina playa.



Cada masa de agua quedará definida por su

playa y los puntos en donde se entrecruzan

dos playas, indican que existe mezcla entre

diversas masas de agua.

Figura 10 – Representación de los fenómenos de

convergencia y divergencia de las masas de agua

Las masas de agua se encuentran en constante movimiento y en ciertas partes del

océano se produce el hundimiento de grandes cantidades de agua de la masa superficial;

las que se localizan a menor latitud se hunden hasta formar masas de agua superior, y

las que se ubican a mayor latitud lo hacen para formar masas de agua intermedia; a esta

serie de fenómenos se le llama convergencia.

El agua que se dirige hacia zonas más profundas durante las convergencias

generalmente regresa a la superficie, y cuándo esto sucede se presentan las llamadas

divergencias, o surgencias, que pueden encontrarse a lo largo del perímetro del

Continente Antártico y en ciertos lugares frente a las costas occidentales de los

continentes (Figura 10).

► Las precipitaciones atmosféricas y el ciclo del agua.

El aire atmosférico nunca está completamente seco, sino que presenta cierta

proporción de agua en forma de vapor que proviene, principalmente, del agua de los

océanos. La humedad del aire es muy variable de un punto a otro de la Tierra. Los

vientos que remueven la masa atmosférica mezclan las capas secas con las húmedas,

llevando este vapor lejos de los lugares de origen y formando las masas de aire.

El agua sube a la atmósfera debido al fenómeno de la evaporación, que es más

intensa mientras más lo sea la temperatura y la agitación del aire. La evaporación

disminuye la temperatura de la superficie del agua ya que absorbe gran cantidad de la



energía del Sol, lo que regula el equilibrio térmico de los océanos. Asimismo, la

evaporación tiene un efecto importante sobre la salinidad de los mares, ya que tiende a

concentrar las sales que en ellos existen, es decir, incrementa la salinidad,

contrarrestando la acción de las precipitaciones pluviales que diluyen las sales del agua

próximas a la superficie del mar, disminuyendo la salinidad. Por tanto, se va a

establecer un equilibrio entre la temperatura, la evaporación y la precipitación que

permite que la salinidad aumente o disminuya según las condiciones existentes en la

atmósfera y el océano. También la evaporación es importante por ser la fuente de la

mayor cantidad del agua dulce de la Tierra, ya que el agua regresa a la superficie del

planeta y a los océanos al precipitarse el vapor en forma de lluvia.

La cantidad de evaporación del agua de la superficie de los mares está determinada

por los siguientes factores:

1. Temperatura.

2. Contenido de vapor de agua en la atmósfera.

3. Velocidad del viento.

4. Salinidad del agua.

5. Área de agua expuesta al Sol.

La evaporación es directamente proporcional a la temperatura y a la velocidad del

viento, ya que al aumentar estos factores también se incrementa ella, y es inversamente

proporcional al contenido de vapor de agua y a la salinidad de ella, debido a que cuando

éstos son altos la evaporación disminuye.

Si en su movimiento ascendente las masas de aire cargadas de vapor de agua se

encuentran con otras sólo de aire, el vapor se condensa y forma nubes, haciéndose

visible, como ocurre al borde del mar, en donde las masas de aire marítimo, saturadas

de humedad, chocan con las de origen continental, secas y frías. La evaporación de la

superficie del mar es la fuente de las nubes, y el aire marítimo el portador de ellas. Las

nubes que se encuentran sobre los continentes tienen origen marino, ya que el aire



continental presentaría el cielo despejado. Al originarse las nubes, se van uniendo hasta

formar un manto con un espesor de aproximadamente un kilómetro.

Las nubes están formadas por la concentración de gotas de agua o de cristales de

hielo que se encuentran suspendidos en la atmósfera como consecuencia de la

condensación del vapor de agua contenido en el aire, debido al enfriamiento de este

último. El vapor de agua atmosférico condensado cae en diferentes formas, ya sea nieve

o granizo, dependiendo de las condiciones locales.

Con todo lo anterior, se puede apreciar que los océanos ceden a la atmósfera

enormes cantidades de vapor de agua gracias al fenómeno de la evaporación que se

origina en su superficie, sobre todo en las regiones ecuatoriales y tropicales, en donde la

elevada temperatura lo favorece. Las masas de aire caliente de estas regiones, cargadas

de vapor de agua formando la humedad, se elevan en la atmósfera y se dirigen hacia los

continentes debido a los vientos procedentes del océano, y al hacer contacto con las

montañas se elevan hacia las zonas frías. Por la acción del choque con las masas en

forma de nubes que, arrastradas por el viento, provocan la lluvia.

El agua cae sobre el mar y sobre la tierra; cuando lo hace en el mar retorna enseguida

a su punto de partida; cuando cae en la tierra, ha de seguir caminos muy distintos hasta

reintegrarse a él, estableciendo el llamado ciclo hidrológico (Figuras 11 y 12). Una

parte del agua que se precipita sobre la tierra corre por la superficie de ésta, se

concentra en arroyuelos y luego en ríos

que erosionan y disuelven los

materiales que se encuentran a su paso

y que la llevan, por último, al mar.

Figuras 11 y 12 – Ciclo hidrológico



La masa de agua arrojada por estas corrientes principales es recogida por el océano,

en el cual se decanta el fango que ella arrastró, y queda en su fondo, y se limpia,

combinándose con las sales de sodio, potasio, calcio y magnesio. Luego, el Sol la

evapora nuevamente y se originan las nubes, enriquecidas en oxígeno por la acción de

los vientos, y vuelven a viajar de nuevo a la tierra. Aquí, el frío condensa el vapor de

agua, que cae como lluvia o rocío. Otra parte del agua que cae sobre la tierra se infiltra

y constituye el agua subterránea, formando la capa acuífera que, al filtrarse y formar

manantiales, es aprovechada por los vegetales, los animales y el hombre. Una tercera

parte se evapora y vuelve a la atmósfera.

1.5.4. Análisis del agua de mar.

Las características físicas a tener en cuenta son:

1. Turbidez.

2. Color.

3. Materia en suspensión.

4. Temperatura (máxima y mínima).

Las tres primeras sirven para definir el pretratamiento, pudiendo ser sustituidas por la

medida del índice de atascamiento. La temperatura mínima servirá para definir el

número máximo de módulos requeridos. No se debe olvidar que al aumentar la

temperatura del agua, disminuye su viscosidad, aumentando el caudal producido por las

membranas. Este parámetro tendrá influencia económica en la inversión inicial y en el

costo de reposición de membranas. La temperatura máxima servirá para calcular la vida

de las membranas, que es tanto menor cuanto mayor es la temperatura de operación.

El dato más importante para predecir la presión de operación de diseño de una planta

de ósmosis inversa es la temperatura ya que, cuando aumenta, el agua puede permear a

través de la membrana más fácilmente. La presión de operación disminuye un 4% por

cada grado centígrado que aumenta la temperatura. La membrana idónea para operar a



alta temperatura es la que tenga el mayor rechazo de sales, ya que a alta temperatura

disminuye la presión de operación y el paso de sales aumenta, empeorando con ello la

calidad del agua. Para desalar cualquier agua, es necesario conocer las características

físicas, químicas y biológicas de la misma, con el fin de que el proceso seleccionado sea

eficiente técnica y económicamente y para que el producto final reúna las condiciones

de calidad requeridas para el uso al que va destinado.

Entre los constituyentes del agua de mar destacan:

1. Sales disueltas: determinan su salinidad, estando casi todas en forma ionizada,

con predominio de los cationes sobre los aniones, cuya circunstancia le da al

agua de mar su carácter alcalino, reflejado por un pH de 8.2 como promedio

mundial.

2. Gases en disolución: mayoritariamente provienen de la atmósfera, a través del

intercambio en la interfase aire – agua de mar, de los cuales, el más abundante es

el nitrógeno y el más activo es el oxígeno. En profundidad y en las cuencas

donde no hay circulación de corrientes, el oxígeno no se renueva, produciéndose

la anoxia y la formación de H2S por reducción bacteriana de los iones sulfatos.

El CO2 es el gas más soluble y en el agua de mar se encuentra presente en

diversas formas, de acuerdo con las diferencias de temperatura, presión y pH del

agua.

3. Una gran diversidad de sustancias orgánicas disueltas, que provienen de los

productos de asimilación o de descomposición liberados por los organismos

vivos o muertos y, más recientemente, por la contaminación del mar.

4. Materias en suspensión, en forma de partículas insolubles de diversos tamaños,

que pueden estar formadas por sustancias minerales, detritus orgánicos e

inorgánicos y el plancton en general.

El material que se encuentra en las aguas marinas tiene su origen en distintas fuentes,

entre las que destacan la atmósfera, los ríos, los glaciares y las aguas hidrotermales.



1.5.5. El agua y sus contaminantes.

El agua es una sustancia fundamental para la vida, pero también lo es en muchos de

los procesos industriales, entre los que destacan los siguientes:

1. Materia prima de un proceso.

2. Disolvente de otras materias.

3. Diluyente de otras materias.

4. Método de transporte para otras sustancias.

5. Transporte de calor.

6. Vapor, agua caliente.

7. Agua de refrigeración.

8. Como auxiliar (lavado, limpieza…).

El agua puede llegar a la industria o bien de una captación independiente (superficial

o subterránea) o bien directamente de la red de suministro municipal. Cada proceso

industrial necesita el agua con unas características determinadas y que no tienen por qué

ser las mismas.

En principio, se debe establecer una diferencia entre las aguas superficiales (de río) y

las aguas subterráneas (de pozo). Los datos se recogen en la siguiente tabla:



Tabla IX – Tipos de agua.

CONTAMINANTE UNIDAD AGUA DE RÍO AGUA DE POZO Temperatura ºC 14 9.5

Turbidez UTN 18 0.2

Color CoPtL

mg − 30 10

Materias en suspensión L

mg 25 0.35

pH Adimensional 8 6.5 ºFranceses 20 35 TAC: título

alcalimétrico completo (medida de

la alcalinidad) L

meq 4 7

ºFranceses 22 80 TH: grado hidriométrico (medida de la

dureza) L

m 4.4 16

Ca ºFranceses 17 71 Mg ºFranceses 5 9

Cloruros −ClL

mg 25 70

Sulfatos −4SOL

mg 18 330

Hierro FeLmg 1.4 3.5

Manganeso MnLmg Trazas 1.2

Amoniaco −4NHL

mg 0.7 1.5

Nitritos −2NOL

mg 0.2 Trazas

Nitratos −3NOL

mg 3 1

CO2 libre Lmg 4 135

Oxígeno disuelto Lmg 9.5 Ausencia

Oxidabilidad al permanganato 2OL

mg 7.5 1.5

Para decidir qué tratamiento aplicar se necesitará saber la calidad del agua, con los

correspondientes análisis fisicoquímicos y bacteriológicos y la aplicación a la que va

destinada el agua, es decir, se evaluarán las impurezas presentes y las especificaciones

de calidad final exigidas y con ello se podrá diseñar el pretratamiento.



Tabla X – Calidad de algunas aguas.

CONCEPTO Conductividad TSD Na SiO2 Carbón

orgánico total (COT)

ORIGEN cm

Sµ ppm ppm ppm ppm

Mar 51000 36000 11000 1 – 20 1 – 10 Residual urbana

600 – 2000 500 – 1500 50 – 200 5 – 20 100 – 300

Río 100 – 3000 50 – 2000 5 – 800 2 – 200 10 – 40 Pozo 150 – 1000 100 – 600 1 – 100 10 – 30 < 1

Pozo salobre 1200 – 10000 800 – 6000 150 – 1500 1 – 20 1 – 5 Municipal 600 – 2000 400 – 1200 15 – 150 1 – 6 2 – 6

Química pura 25ºC

0.0548 0 0 0 0

Las aguas superficiales están mucho más expuestas a la contaminación derivada de la

actividad humana y contiene, además de materia orgánica, todo tipo de productos de

origen industrial o agrícola.

Los contaminantes acuáticos se dividen en los siguientes grupos:

1. Gases disueltos: oxígeno, nitrógeno, dióxido de carbono, amoniaco.

2. Materias en suspensión: arena, arcilla, fangos diversos, restos de vegetales.

3. Materias emulsionadas: aceites, hidrocarburos, suspensiones coloidales.

4. Sales minerales en disolución: carbonatos, bicarbonatos, sulfatos, cloruros,

nitratos, silicatos… combinados con metales alcalinos, alcalinotérreos…

5. Materia orgánica de origen natural.

6. Compuestos sintéticos y artificiales de difícil biodegradación.

7. Metales pesados y tóxicos inorgánicos.

8. Organismos vivos que constituyen la fauna y flora del medio.

9. Organismos patógenos de origen animal o humano.



1.5.6. Parámetros de calidad de las aguas.

Los procesos disponibles para mejorar la calidad de las aguas son muchos y muy

diferentes, aunque pueden clasificarse en cuatro grandes grupos:

1. Físicos.

o Sabor y olor.

o Color.

o Turbidez.

o Conductividad y resistividad.

2. Químicos.

o pH.

o Dureza.

o Alcalinidad.

o Coloides.

o Acidez mineral.

o Sólidos disueltos.

o Sólidos en suspensión.

o Sólidos totales.

o Residuo seco.

o Cloruros.

o Sulfatos.

o Nitratos.

o Fosfatos.

o Fluoruros.

o Sílice.

o Bicarbonatos y carbonatos.

o Otros componentes aniónicos.

o Sodio.

o Potasio.

o Calcio.

o Magnesio.

o Hierro.



o Manganeso.

o Metales tóxicos.

o Gases disueltos.

3. Biológicos.

o Demanda biológica de oxígeno (DBO).

o Demanda química de oxígeno (DQO).

o Carbón orgánico total (COT).

4. Radiológicos.

5. Bacteriológicos.

1.5.7. Pretratamiento de adecuación para la ósmosis.

Se entiende por pretratamiento de una instalación de ósmosis inversa los procesos a

los que se debe someter el agua con objeto de acondicionarla, tanto física como

químicamente, para obtener el máximo rendimiento de las membranas, en producción y

en duración.

El pretratamiento del agua está encaminado a evitar la precipitación de sales sobre la

membrana, el atascamiento por óxidos metálicos, materia en suspensión,

microorganismos y la degradación química de la misma.

Dado que durante el proceso de ósmosis inversa se produce una concentración de

sales, hay que evitar que éstas alcancen su producto de solubilidad, puesto que en ese

caso precipitarían. La primera medida a tomar será trabajar a recuperaciones bajas, es

decir, factores de concentración bajos. Las sales más frecuentes que presentan

problemas de precipitación son el carbonato de calcio, el sulfato de calcio y la sílice.



1.5.8. El Mar Mediterráneo.

El Mar Mediterráneo es un mar interior de Europa, Asia y África, unido al océano

Atlántico en su extremo occidental por el estrecho de Gibraltar. Conocido por los

romanos como el Mare Nostrum, el Mediterráneo es casi un mar cerrado. Tiene una

gran importancia política como salida marítima para los países de la antigua Unión de

Repúblicas Socialistas Soviéticas a través del Bósforo, el mar de Mármara, los

Dardanelos y el mar Negro, y para el acceso de Europa y América al petróleo de Libia,

Argelia y de la región del golfo Pérsico a través del canal de Suez y los oleoductos

terrestres.

El Mediterráneo cubre una extensión de unos 2510000 km2, tiene una longitud de

este a oeste de 3860 km y una anchura máxima de 1600 km. En general poco profundo,

1370 metros de media, el Mediterráneo alcanza una profundidad máxima de 5121

metros frente a la costa sur de Grecia.

Tabla XI- Características generales del Mar Mediterráneo.

DIMENSIONES 4000 km de Este a Oeste 46000 km de litoral

SUPERFICIE Representa el 1% de la superficie de los océanos. 2051 millones de km2. 5.4 veces la superficie de España.

VOLUMEN 3.4 millones de km3.

PROFUNDIDAD Media: 1370 metros. Máxima: 5121 metros.

MAREAS 0.40 de media.

TEMPERATURA

La temperatura del agua de la superficie varía según la estación del año. Verano: entre 21ºC y 30ºC. Invierno: entre 10ºC y 15ºC. A partir de 200 metros, la temperatura se mantiene constante (±13ºC).

SALINIDAD Media: 38% contenido de sal.

PRINCIPALES RÍOS Nilo. Po. Ebro. Ródano.

CAMBIO DE AGUAS Renovación cada 90 años.

CLIMA - Lluvioso en otoño. - Inviernos suaves.



Figura 13 – Morfología aérea de la cuenca mediterránea

El Mediterráneo está sometido a dos sistemas de tiempo atmosférico, el subtropical y

el de las latitudes medias. El clima Mediterráneo se caracteriza por tener un invierno

templado, húmedo y ventoso, y un verano cálido, seco y relativamente en calma. Los

periodos de transición, desde abril a mayo y desde septiembre a octubre, son demasiado

cortos para ser considerados como estaciones propiamente dichas.

Las características de las estaciones están directamente relacionadas con el

movimiento y desarrollo de los grandes sistemas de presiones: el anticiclón permanente

de las Azores, el gran anticiclón continental de Eurasia y las bajas presiones sobre el

desierto norteafricano y el Atlántico tropical.

Esquemáticamente, el mar Mediterráneo se compone de tres principales masas de

agua:

1. Las aguas superficiales del Atlántico, con espesor de 50 a 200 metros y

salinidad que oscila entre 36.2 ups cerca de Gibraltar y 38.6 ups en la cuenca

levantina.



2. Las aguas intermedias de la cuenca levantina, que se encuentran a una

profundidad entre 200 y 800 metros, con temperatura de 13 a 15.5ºC y salinidad

de 38.4 a 39.1 ups.

3. Las aguas profundas del Mediterráneo, formadas en sus cuencas occidentales

y orientales.

Las aguas profundas del Mediterráneo se caracterizan por una temperatura de 12.7ºC

y una salinidad de 38.4 ups, mientras que las aguas profundas del Mediterráneo oriental

se caracterizan por una temperatura de 13.6ºC y una salinidad de 38.7 ups.

La temperatura y la salinidad en la superficie del mar Mediterráneo en invierno se

exponen en las Figuras 14 y 15. Sin embargo, las características físicas de las masas de

agua han cambiado desde finales de la década de los 50. Sobre las causas de estos

cambios se debate si son debidos a un cambio global, o a la disminución de las

aportaciones de agua dulce. Recientemente se han observado también cambios en las

aguas profundas del Mediterráneo oriental.

Figura 14 – Temperatura en la superficie del mar



Figura 15 – Salinidad en la superficie del mar

Las variaciones del nivel del mar en las costas del Mediterráneo se limitan

generalmente a decenas de centímetros, principalmente a causa de las variaciones de

presión atmosférica y las mareas. La amplitud de las mareas en el mar Mediterráneo es

pequeña y predominan los efectos semidiurnos. Además, las estrechas plataformas

continentales evitan la amplificación de las mareas en las costas, por lo que sólo en el

norte del mar Adriático se pueden observar desplazamientos mareales importantes.

1.5.9. Oceanografía química del Mar Mediterráneo.

Desde hace mucho tiempo se sabe que el mar Mediterráneo está empobrecido y sus

niveles de nutrientes son demasiado bajos para sustentar una gran biomasa. Hay un

aporte limitado de nutrientes a las aguas superficiales del Mediterráneo, tanto desde sus

capas inferiores como desde fuentes externas, tales como el océano Atlántico, las costas

ribereñas y la atmósfera, pero la principal razón de su pobreza en nutrientes está

relacionada con la hidrología y la circulación del Mediterráneo como cuenca de

concentración.



Las aguas del Mediterráneo, aparte de su relativa pobreza en nutrientes, suelen

contener más nitrógeno que fósforo y se caracterizan por una relación nitrato/fosfato

que difiere de la de los océanos abiertos, sobre todo de la del Atlántico. La relación N:P

en el Mediterráneo se sitúa entre 20 y 26, es decir, mayor que el valor N:P = 16:1

observado por Redfield en el Atlántico. El mar Mediterráneo parece ser una excepción,

donde el fósforo es el factor más limitante.

El Mediterráneo aparece en la Figura 16, compuesta a partir de 30 fotografías de

satélite parciales, como un mar de aguas pobres, excepto en determinadas zonas, las

cuales corresponden a áreas de producción natural elevada (giro del mar de Alborán,

frentes catalano-balear y liguro-provenzal, litorales fertilizados por los aportes del Ebro,

el Ródano, el Po y el Nilo) bien a regiones en las que la producción se debe a la

eutrofización de origen humano (sobre todo mares Adriático y Negro). Los colores más

cálidos (rojos) corresponden a las mayores concentraciones de clorofila, el pigmento

fotosintético del fitoplacton y los macrófitos, y los más fríos (azules) a las aguas más

pobres en clorofila.

Figura 16 – Fotografías de satélite del Mar Mediterráneo



1.5.10. Oceanografía biológica del Mar Mediterráneo.

Las características de la vida marina del Mediterráneo reflejan los principales

factores de un ambiente abiótico, por ejemplo, la deficiencia de nutrientes, la

temperatura de las aguas profundas (>13ºC), las mareas de poca amplitud, así como los

acontecimientos geológicos antiguos y recientes, siendo el conocimiento de las

limitaciones físicas fundamental para entender el ecosistema pelágico.

El esquema general de la evolución anual del plancton se basa en la fuerte floración

del fitoplancton en primavera y, en menor medida, en otoño, lo que se asocia con la

máxima variabilidad del gradiente de temperatura y salinidad. La floración pelágica es

mínima en verano e invierno, por ser los parámetros físicos mucho más estables.

Como en otros sistemas, la vida en una columna de agua está gobernada por las

relaciones tróficas: la producción primaria depende de la luz, el dióxido de carbono y

los nutrientes.

En comparación con otros mares u océanos, la productividad primaria en las partes

centrales del Mediterráneo occidental y oriental, como en otras zonas costeras lejos de

la influencia de los grandes ríos o de las aglomeraciones urbanas, es bastante baja.

Diversos factores pueden contribuir a ello: la distribución temporal y espacial de los

mecanismos de fertilización; la circulación superficial y la profunda forzadas por los

intercambios de agua que tienen lugar en los principales estrechos; y la entrada de

sustancias a través de los ríos, la escorrentía y la atmósfera, todos ellos de gran

importancia para entender los ciclos de muchos elementos importantes, incluyendo los

nutrientes.

En líneas generales, la vida marina del Mediterráneo puede ser caracterizada de

manera resumida por tener poca biomasa y gran diversidad.

Con respecto a la diversidad, el mar Mediterráneo, que representa sólo el 0,8% de la

superficie y menos del 0,25% del volumen de los océanos del mundo, incluye



aproximadamente el 7% de la fauna marina conocida y el 18% de la flora marina

mundial, con un 28% que es endémica en el mar Mediterráneo. La colección de

comunidades más típica y mejor conocida viene representada por el ecosistema de la

planta marina Posidonia oceánica, que se desarrolla formando grandes praderas a una

profundidad entre 25 y 40 m de la parte infralitoral de la cuenca occidental y la oriental

del mar Mediterráneo.

1.5.11. Composición química del agua de mar para su desalación.

Los elementos inorgánicos mayoritarios presentan, por lo general, un

comportamiento conservativo, con la excepción del ion Ca2+, que muestra variaciones

notables en su concentración en relación con la profundidad y el tipo de ambiente

considerado. Por el contrario, los elementos minoritarios no presentan un

comportamiento conservativo y muestran en su concentración una gran variabilidad

como respuesta a la influencia de un grupo de factores que actúan indistintamente sobre

el medio marino.

El pH del agua de mar está, como promedio, alrededor de 8. En este caso, muchos

iones metálicos, principalmente los de transición, se hidrolizan formando pequeñas

partículas coloidales que terminan por coagular y precipitar en la mayoría de los casos.

El mar tiene una gran variedad de sustancias orgánicas, cuya concentración media

está comprendida entre 0.3 y 3 mg de carbono orgánico por litro. El origen de dichas

sustancias puede ser el siguiente:

1. Continental: materia orgánica que procede de los aportes fluviales en forma de

materiales húmicos y materia vegetal lixiviada del suelo. El viento y los vertidos

urbanos e industriales también son fuentes significativas de materia orgánica.

2. Descomposición de los organismos: este proceso ocurre bajo dos mecanismos,

la autólisis, llevada a cabo por enzimas presentes en las células muertas del

propio organismo, y la acción bacteriana.



3. Excreciones de las algas: como consecuencia de ciertos procesos fotosintéticos,

las algas liberan una amplia gama de compuestos orgánicos. Normalmente, los

productos excretados están constituidos por moléculas pequeñas, como el ácido

glicólico, aminoácidos e hidratos de carbono.

4. Excreciones de animales marinos: el zooplancton es una fuente no

despreciable de material orgánico disuelto. Los compuestos mayoritarios de las

excreciones son sustancias orgánicas nitrogenadas.

Dada su extensión, el mar se presenta como un gran almacén de gases procedentes de

la atmósfera. En la interfase creada entre el mar y la atmósfera tiene lugar un

intercambio de gases cuya intensidad depende de la constante de Henry y de la

diferencia de concentración del componente gaseoso entre la atmósfera y el líquido

marino. La solubilidad de un gas en el agua de mar, además de depender de la

temperatura y de la presión, también depende de la salinidad.

1.5.12. Operación de filtración.

Se puede definir la operación de filtración como el proceso de separación de las

partículas sólidas de un líquido. Dichas partículas sólidas, sobre todo las de pequeño

tamaño, son las responsables de la turbidez del agua y se caracterizan por ser sólidos en

suspensión

aguaLmateriamg .

Existen tres tipos de filtración en función del sentido de flujo del agua y del tipo de

retención de sólidos que se realiza:

1. Filtración en superficie: los sólidos de tamaño superior a un cierto tamaño de

paso, quedan retenidos sobre una superficie filtrante perpendicular al flujo de

agua (caso A de la Figura 17). Este fenómeno sucede, por ejemplo, en los filtros

de cartucho. El principal inconveniente de estos filtros es que no son capaces de



retener grandes cantidades de sólidos, ya que éstos, al acumularse, impiden el

paso del agua.

2. Filtración en profundidad: los sólidos son retenidos por distintos mecanismos

(fuerzas de Van der Waals, interceptación mecánica…) en la masa de un medio

granular (caso B de la Figura 17). El ejemplo más representativo de este tipo son

los filtros de arena, cuya principal ventaja es su gran capacidad de retención de

sólidos en suspensión.

3. Filtración tangencial: es análoga a la filtración en superficie pero con la

diferencia de que el agua circula paralelamente a la superficie de filtración (caso

C de la Figura 17). Un ejemplo típico de filtración tangencial es la ósmosis

inversa. La principal ventaja de este sistema es que el agua que se va a filtrar

realiza el barrido de los sólidos evitando su acumulación, aunque, en general,

debe realizarse a presión para obligar al agua a pasar a través de la superficie

filtrante.

Figura 17 – Esquema simplificado de los tipos de filtración

→→→→ Estructura de los filtros.

La estructura de un filtro está relacionada con el funcionamiento del lecho o medio

filtrante, que posee una granulometría determinada. Este medio filtrante es el

responsable de llevar a cabo la retención de los sólidos en suspensión. El proceso se

lleva a cabo de la siguiente manera (Figura 18):

1. Zona de saturación o de almacenamiento: el medio filtrante se mezcla con la

materia en suspensión, los sólidos retenidos descienden a capas inferiores y el

paso de agua es reducido. La pérdida de carga es elevada en esta zona.



2. Zona de transición o de transferencia: el medio filtrante contiene una cierta

cantidad de materia en suspensión y todavía es capaz de retener la mayor parte

de sólidos que le llegan. El paso de agua es menor que el nominal de diseño y la

pérdida de carga es mayor.

3. Zona de seguridad: el medio filtrante sólo recibe agua limpia. La altura de esta

zona sin usar es la garantía de que la calidad de agua filtrada es la requerida. El

paso de agua es el inicial y la pérdida de carga es la de diseño.

4. Zona de soporte: es el sistema encargado de recoger el agua filtrada y, durante

el lavado del filtro, distribuir uniformemente el aire y el agua de lavado. Esta

zona es del mismo material base que el medio filtrante, pero de mayor

granulometría.

Figura 18 – Representación gráfica simplificada del proceso de filtración

→→→→ Proceso de filtración.

El proceso de filtración puede resumirse en los siguientes pasos:

1. La zona de transferencia se desplaza en el sentido del flujo del agua.

2. La altura de la zona de saturación aumenta.

3. La altura de la zona no usada disminuye.

4. La pérdida de carga aumenta a medida que el filtro va saturándose.



El ciclo de filtración se da por terminado cuando la zona de transferencia llega a la

salida del lecho, o la pérdida de carga en el filtro es la máxima permitida. El filtro debe

ser contralavado para eliminar, por arrastre de agua a contracorriente, los sólidos en

suspensión almacenados en el seno del medio.

A partir de este instante, si se continúa filtrando, puede suceder que se produzcan

fugas de la materia retenida y/o que las partículas del medio filtrante se rompan por

acción de la presión.

1.5.13. Medios filtrantes implicados en el proceso de desalación.

En el caso del proceso de desalación, la materia prima, su procesado y el modo de

aplicación de los medios filtrantes son las claves para obtener un rendimiento adecuado

en cada una de las distintas etapas en que se emplean. La antracita, la arena y el

carbonato cálcico son tres materias primas que permiten su utilización en el proceso de

desalación:

1. Pretratamiento o eliminación de los sólidos en suspensión.

2. Postratamiento o ajuste de pH y remineralización del agua osmotizada.

Las principales características y diferencias entre la antracita, la arena y el carbonato

cálcico que sirven para definir los distintos usos de cada producto se detallan en las

siguientes tablas:



Tabla XII – Comparativa de las características de la antracita frente a la arena y al carbonato cálcico.

CARACTERÍSTICAS ANTRACITA FILTRANTE

ARENA FILTRANTE

CARBONATO CÁLCICO

MATERIA PRIMA Pureza en materia prima base

> 92% carbono > 97% SiO2 > 99.1% CaCO3

Pérdida por fricción en tres años

< 0.4% No relevante No relevante

Densidad aparente 720 – 740 3m

kg 1500 3m

kg 1500 3m

kg

Reactividad química (20% HCl a las 24h)

< 1% masa < 1% masa Elevada

Porosidad Baja Baja Elevada Forma Angulosa Esférica Irregular Microestructura No relevante No relevante Cristalina PROCESADO

Granulometrías estándar

0.8 – 1.6 mm 1.4 – 2.5 mm 2.5 – 4.0 mm

0.4 – 0.8 mm 0.7 – 1.2 mm 1.0 – 2.0 mm

1.0 – 2.0 mm 1.2 – 1.8 mm 1.8 – 2.5 mm 2.5 – 4.0 mm

% material mayor que el tamaño de partícula

< 5% < 5% No relevante

% material menor que el tamaño de partícula

< 5% < 5% No relevante

Talla hidráulica 1.15 mm 1.85 mm 3.09 mm

0.59 mm 0.90 mm 1.40 mm

No relevante

RANGO RECOMENDADO DE DISEÑO

Velocidad de filtración 5 – 30 ( )h

m 5 – 30 ( )h

m 5 – 30 ( )h

m

Altura del lecho filtrante 400 – 1200

mm 400 – 1000 mm > 1500 mm

Pérdida de carga del lecho máxima

1.5 mca 1.5 mca No relevante

Velocidad de agua de lavado

35 – 65 ( )h

m 35 – 65 ( )h

m 25 – 40 ( )h

m

Expansión del lecho > 25% > 25% > 25% De manera simplificada se puede decir:

1. La antracita filtrante es un medio cuyas características permiten la eliminación

de los sólidos en suspensión de un gran tamaño.

2. La arena filtrante es un medio cuyas características permiten la eliminación de

los sólidos en suspensión de pequeño tamaño.



3. El carbonato cálcico es un medio cuyas características permiten su utilización en

el proceso de postratamiento o ajuste del pH y remineralización del agua

osmotizada.

1.5.14. Eliminación de los sólidos en suspensión.

La eliminación de sólidos en suspensión en el proceso de desalación mediante

ósmosis inversa tiene como objetivo principal la protección de las membranas frente a

la entrada en la zona de presión de los coagulantes y otros productos en forma sólida.

Los tres tipos de filtros más comunes que se pueden encontrar actualmente son:

1. Filtro convencional: monocapa de arena.

2. Filtro de alto rendimiento: bicapa antracita – arena.

3. Filtro tricapa.

► Filtro convencional: monocapa de arena.

La filtración sobre arena es el sistema convencional de eliminar los sólidos en

suspensión y garantizar una óptima calidad del agua. Para obtener un filtro de arena que

cumpla las expectativas de rendimiento que se requieren, deben seguirse los pasos

indicados en la Tabla XIII.



Tabla XIII – Representación simplificada del proceso de diseño de un filtro monocapa.

PASOS PARÁMETROS INDICADORES

ESTÁNDAR RANGOS ESTÁNDAR

Determinación de la granulometría de la arena

Calidad de agua de entrada.

Calidad de agua de salida

SSdeLmg

µm de talla efectiva

0.4 – 0.8 mm 0.7 – 1.2 mm

Determinación de la granulometría de la grava

Granulometría de la arena

mm 100 mm de 1.5 – 2.5 mm

100 mm de 3.5 mm Determinación de la

velocidad aire/agua del contralavado

Granulometría de la arena

mm 35 – 65 h

m

Determinación de la altura de capa

Duración del ciclo Horas > 1000 mm arena

Determinación de la velocidad de filtración

Calidad de agua de entrada.

Calidad de agua de salida

SSdeLmg

µm de talla efectiva

5 – 30 h

m

Determinación de la sección de paso del filtro

Caudal a tratar h

m3

-----

► Filtro de alto rendimiento: bicapa antracita – arena.

La filtración en doble capa antracita – arena filtrante es el sistema más eficiente de

eliminar los sólidos en suspensión. El filtro bicapa antracita – arena aprovecha las

ventajas de combinas ambos medios (Figura 19):

1. Antracita: posee una densidad baja y una granulometría elevada y de forma

angulosa, lo que le proporciona una elevada capacidad de retención de sólidos

en suspensión en la parte superior del lecho.

2. Arena: posee una baja densidad y una granulometría pequeña y de forma

redondeada, que le proporciona la garantía de una fuga nula de sólidos.

3. Grava soporte: su densidad es elevada y posee una distribución granulométrica

adecuada (al menos, dos capas) y un espesor suficiente, lo que permite el reparto

uniforme del aire y el agua de lavado en toda la sección del filtro.



Figura 19 – Representación gráfica simplificada del funcionamiento de un filtro bicapa

El máximo rendimiento de la doble capa de antracita y arena con la combinación

adecuada de granulometrías (teniendo en cuenta la granulometría de la grava soporte),

permitirá retener entre 4 y 11 filtrantemediovolumenm

SSdekg3 y por ciclo de

filtración.

El principal problema de este tipo de filtro es la mezcla de las distintas capas. Para

evitarlo, se deben conocer las características de los medios filtrantes y su correcta

combinación, así como las condiciones de explotación adecuadas, entre las que destacan

las siguientes:

1. Respetar la relación de la talla hidráulica de los medios como única garantía

para minimizar la mezcla de capas.

2. Mantener la proporción de material con un tamaño de partícula superior o

inferior a los límites admitidos en un valor menor del 5% del total.



3. Realizar un correcto contralavado del filtro, utilizando aire en una primera etapa

de lavado para expansionar correctamente ambos medios filtrantes y,

posteriormente, emplear agua para el arrastre de la suciedad retenida.

► Filtro tricapa.

La teoría del filtro tricapa explota al límite el concepto de filtración que propone la

filtración bicapa o dual:

1. Las capas superiores, de baja densidad y mayor granulometría, retienen los

sólidos en suspensión de gran tamaño.

2. Las capas inferiores, de elevada densidad y menor granulometría, garantizan la

calidad del agua filtrada.

3. El rendimiento por ciclo de filtración aumenta.

La práctica del filtro tricapa muestra la realidad:

1. Los materiales de una densidad lo suficientemente baja como para quedar

estratificados sobre la capa de antracita, son porosos.

2. Los materiales porosos se llenan de agua y de materia en suspensión.

3. Los materiales aumentan su densidad hasta niveles incompatibles con la capa

inferior.

4. Las capas de materiales porosos y antracita se mezclan.

5. El filtro deja de funcionar.

1.5.15. Conclusiones.

La filtración sobre medio granular en el proceso de desalación sólo es realmente

efectiva cuando todos los elementos que la integran han sido adecuadamente diseñados

y convenientemente gestionados.



Únicamente el conocimiento extraído de la experiencia práctica y aplicado

individualmente a cada caso, permite obtener un rendimiento adecuado de las

instalaciones de filtración. Dicho conocimiento debe emplearse a lo largo de todo el

proceso de selección de la materia prima, su procesado y el diseño del sistema de

filtración.

1.5.16. Análisis de diseño.

El análisis del agua de mar que se toma como base es el siguiente:

Tabla XIV – Análisis del agua de mar.

CATIONES (ppm) ANIONES (ppm) Ca++ 427 CO3

2- 0.5 Mg++ 1565 HCO3

- 138.5 Na+ 11870 SO4

2- 2177 K+ 340 F- 0.1 NH4

+ 0 Cl- 22291 Mn2+ 0 NO3

- 0.3 B- 5

Fe++ 0 PO4

3- 0 TOTALES 14202 TOTALES 24612.40

1.5.17. Características adicionales.

Tabla XV – Características adicionales.

PARÁMETRO VALOR

Salinidad total L

mg4.38814

Conductividad (20ºC) cm

uS47100

pH 7.90

SiO2 Lmg14.0

TAC 14 F Color < 15 U Pt SAR 54.57 pH de equilibrio 6.94



1.5.18. Evolución de la temperatura del agua.

Se ha considerado que la temperatura del agua bruta en las proximidades de la región

de Murcia puede fluctuar entre 19 y 23 ºC, con los valores medios considerados

recogidos en la siguiente tabla:

Tabla XVI – Evolución de la temperatura del agua.

MES TEMPERATURA MES TEMPERATURA Enero 19 Julio 22 Febrero 19 Agosto 23 Marzo 20 Septiembre 21 Abril 21 Octubre 20 Mayo 21 Noviembre 19 Junio 22 Diciembre 19

El valor promedio de la temperatura del agua será, por tanto, de 20.6ºC.

1.5.19. Datos complementarios.

Además de los datos indicados en los apartados anteriores, se han considerado los

siguientes:

1. Número de líneas a instalar ............................2

2. Caudal útil por línea .......................................día

m3

8000

3. Conversión de trabajo.....................................53%

El valor de la conversión de trabajo es un valor orientativo, ya que puede fluctuar

entre el intervalo 45% - 55%. Sin embargo, se considera que una conversión de trabajo

del 53% es la adecuada, ya que es cercano al valor máximo de conversión pero no llega

a él, lo que provocará que el equipo no trabaje a potencia máxima y, como

consecuencia, no esté sometido a un esfuerzo demasiado alto, que provoque un rápido

desgaste.



El Contratista Adjudicatario de las obras comprobará los datos de partida y revisará

los cálculos del proyecto a fin de realizar las correcciones oportunas si fuera necesario.

1.5.20. Colectores.

El material de todas las tuberías de conexión entre los diferentes edificios será de

PRFV con timbraje mínimo de 6 atmósferas, excepto las impulsiones de agua producto,

en donde se podrán utilizar tubulares de fundición dúctil.

► Bombeo de agua de mar de la nueva desaladora.

Desde el edificio de proceso se instalará un emisario submarino con una longitud de

1500 m, a fin de evitar las posidonias presentes en el mar Mediterráneo. Dicha

conducción transportará el agua bruta (agua de mar) para su tratamiento de desalación

en el edificio de proceso.

► Vertidos.

Las aguas de vertido comprenden las aguas de lavado de filtros, las aguas pluviales y

las de aseos de las oficinas.

La planta dispondrá de un sistema de tratamiento de las aguas de lavado de filtros,

para lo que es necesario instalar un colector en el interior de la parcela para el transporte

de las aguas de lavado desde la planta de proceso hasta la planta de tratamiento

instalando una conducción de 170 m de longitud y 400 mm de diámetro. Este

tratamiento de aguas de lavado recogerá igualmente las aguas residuales de los aseos de

la planta.

Tanto las aguas provenientes del sistema de lavado como las aguas pluviales

procedentes de la urbanización interior de la planta desaladora, verterán al colector

general que recoge todas las aguas antes del vertido al mar en una arqueta situada junto

al depósito de almacenamiento de agua producto, y desde aquí hasta el pozo de



conexión del colector de vertido al mar existente, por medio de un sistema de

conducción cuya longitud estimada es de 110 m y 600 mm de diámetro. Se ha previsto

que pueda desaguar a este sistema de evacuación el desagüe de fondo del depósito de

almacenamiento de agua producto por medio de una conducción de 40 metros de

longitud y 300 mm de diámetro.

Las salmueras originadas en la planta desaladora serán recogidas y almacenadas para

su posterior tratamiento en una planta adecuada, con el fin de minimizar el caudal de

vertidos al mar y el impacto ambiental que éstos suponen.

► Agua de lavado de filtros.

Se ha previsto dotar a la nueva planta desaladora de un proceso físico – químico con

posterior decantación para el tratamiento del agua de lavado de filtros y proceder a su

posterior vertido junto con la salmuera producto de la ósmosis inversa

Se dispondrá de un filtro de arena (de seg

L200 de caudal de entrada por filtro) por

bastidor de ósmosis inversa (de día

m3

8000 de producción por bastidor) y un tercero de

reserva en la planta de tratamiento.

De igual forma, la planta desaladora dispone de dos filtros de arena (de seg

L125 de

caudal de entrada por filtro) para alimentación de los dos bastidores de ósmosis inversa

y un tercer filtro de reserva, no disponiéndose de tratamiento para el agua de lavado de

estos filtros, de modo que se pretende transportar esta agua de lavado hasta la planta de

tratamiento.

La instalación se diseñará de modo que no exista simultaneidad en el tratamiento de

las aguas de lavado de filtro cuyo caudal es similar al de filtración.

Puesto que el proceso físico – químico con posterior decantación se instalará en la

nueva planta, es preciso disponer, en primer lugar, de una conducción de transporte



desde la planta existente hasta el depósito de almacenamiento de agua de lavado y,

seguidamente, hasta el colector de vertido.

► Bombeo de agua producto de la planta desaladora.

El agua producida en la planta desaladora se bombeará hasta el embalse o depósito

más cercano. Las capacidades máximas de transporte de la conducción se deben

calcular teniendo en cuenta las características de las conducciones instaladas y

considerando una velocidad de circulación del agua de seg

m2 .

1.5.21. Línea de tratamiento.

► Pretratamiento.

1. Captación y bombeo de agua de mar.

2. Dosificación de hipoclorito.

3. Dosificación de ácido.

4. Dosificación de coagulante.

5. Filtración sobre arena.

6. Equipo de lavado de filtros de arena.

7. Dosificación de bisulfito.

8. Dosificación de dispersante.

9. Filtros de cartucho.

► Ósmosis inversa.

1. Bombeo a alta presión.

2. Ósmosis inversa.

3. Equipo de lavado de membranas.

4. Unidad de desplazamiento.

5. Depósito de compensación.



1.5.22. Equipos electromecánicos.

► Membranas.

Se propone un funcionamiento que permite reducir el consumo específico de energía

entre 33.02.0m

hkW ⋅− , aumentando la conversión de trabajo del sistema al 53% y

mejorar notablemente el flujo promedio por unidad de superficie de membrana.

Todo ello se consigue con un bastidor de dos etapas, con 164 cajas presión de 6

elementos de membranas cada una (80 en la primera etapa y 86 en la segunda, con un

total de 9846164 =⋅ membranas).

De este modo, al garantizar un flujo promedio tan bajo se consigue minimizar el

castigo de las membranas de las primeras posiciones, consiguiendo un buen equilibrio

hidráulico entre todas ellas, reduciéndose los lavados del bastidor y la reposición de

módulos.

Este diseño debe ser comprobado por los licitadores para ratificar su viabilidad y, en

caso de ser necesario, modificar las hipótesis de partida propuestas.

► Bombeo de alta presión.

El bombeo de alta presión, además de mejorar notablemente el consumo específico

de energía, permite trabajar a baja tensión (660V) incorporando variadores de

frecuencia. Se sustituye la tradicional turbobomba de alta presión de 950 kW a 6000 V

por turbobombas de 560 kW a 660 V, más otra bomba booster en cada línea para

alimentación de la segunda etapa de 450 kW a 660 V, dotada de variador de frecuencia.

► Reactivos.

Los reactivos se han previsto con un diseño racional en cuanto a volúmenes de

almacenamiento, acordes con un buen criterio de explotación, dotando a esta instalación

de absoluta independencia.



► Filtros de arena.

La filtración sobre arena deberá contemplar la incorporación en el proyecto de

motobombas diseñadas para lavar con salmuera, con el objetivo de mejorar la eficacia

del lavado.

► Filtros precapa.

La filtración sobre precapa se contemplará como una instalación, absolutamente

independiente, con los equipos de preparación y compensación, junto con los propios

filtros.

► Lavado y desplazamiento.

Lo indicado en el punto anterior se debe tomar en consideración con los equipos para

desplazamiento y lavado de membranas en cuanto a su dimensionamiento hidráulico,

dado lo indicado en la ósmosis, por cambio a dos etapas en el bastidor y aumento del

número de tubos al subir la conversión.

► Electricidad.

El diseño del bombeo de alta presión y concepción del bastidor en doble etapa

implica cambios importantes al bajar la tensión de suministro. De este modo, el centro

de transformación se reduce y desaparecen las celdas de media tensión, aumentando el

capítulo de baja tensión. No obstante, el presupuesto global de la instalación eléctrica se

reduce considerablemente, al ser más económicos los equipos de aparellaje en baja

tensión.

1.5.23. Descripción de las plantas desaladoras de agua de mar.

Para explicar el proceso de la ósmosis inversa, se debe conocer previamente el

fenómeno de la ósmosis natural. Si se separan mediante una membrana semipermeable

(que permite el paso a su través del disolvente, el agua, y no del soluto), las sales de dos



soluciones acuosas, una concentrada y otra diluida, se observa que se establece un flujo

de agua, y no de soluto, desde la solución diluida (agua pura) hacia la solución salina

(concentrado). Este fenómeno de difusión de soluto a través de la membrana se produce

por una tendencia natural a igualar las concentraciones a ambos lados de la membrana

semipermeable.

El flujo de agua continuaría hasta igualar ambas concentraciones; sin embargo, el

paso de agua hacia el compartimento concentrado hace aumentar el nivel de la solución

respecto del compartimento diluido. Esta diferencia de altura produce una presión

hidrostática contraria al flujo osmótico, de forma que cuando la diferencia de altura

iguala la necesaria para que el disolvente siga pasando a través de la membrana, el flujo

se detiene. En este momento se alcanza el equilibrio osmótico y la diferencia de presión

entre compartimentos se denomina presión osmótica. Si a continuación se somete a la

solución concentrada a una presión hidrostática superior a su presión osmótica natural,

se observa que el agua circula en sentido contrario.

La concentración de la solución más rica en sales aumenta conforme va perdiendo

agua, mientras que al otro lado de la membrana se obtiene agua con un contenido en

sales muy bajo. A este fenómeno se le conoce con el nombre de ósmosis inversa.

En la práctica, el funcionamiento básico de la ósmosis inversa consiste en que una

bomba envía agua a presión, con alto contenido en sales, hasta una membrana

semipermeable, de manera que dicha presión supere la presión osmótica necesaria para

que el agua la atraviese. Este es un proceso continuo, y se obtiene, por un lado, agua con

un mínimo contenido en sales (permeado), y por otro una salmuera concentrada

(rechazo). La presencia de una válvula reguladora en la salida del rechazo permite

controlar la conversión del sistema, es decir, la cantidad de permeado producido

respecto del agua de alimentación.

Sin embargo, una planta desaladora de agua de mar es un sistema más complejo, en

el que intervienen diversas fases de proceso. Estas fases, o componentes de una planta

desaladora en el sentido más amplio son las siguientes:



1. Captación del agua de mar: consiste en la toma del agua de mar que

posteriormente será desalada. Existen diversos métodos de captación, de los

cuales dependerá en gran parte el funcionamiento de la planta.

2. Pretratamientos: el agua de mar no puede ser enviada directamente a las

membranas de ósmosis inversa, pues lleva consigo otros componentes que

pueden afectar a la eficiencia del funcionamiento de las mismas, así como a su

vida útil. Por tanto, es necesario realizar una serie de tratamientos al agua de mar

captada para adecuarla a la calidad mínima requerida.

3. Bombeo de alta presión y recuperación de energía: una vez realizados los

pretratamientos, el agua ha de ser impulsada a la presión necesaria hacia las

membranas, para lo cual se utilizan potentes bombas de alta presión. Este

bombeo produce un elevado consumo energético, por lo que para su

minimización se utilizan sistemas de recuperación de energía que, a partir de la

presión residual que lleva el agua de rechazo de las membranas, consiguen

economizar la energía externa a aportar mediante las bombas de alta presión.

4. Tratamiento del agua por ósmosis inversa: es la fase de ósmosis inversa

propiamente dicha. Las membranas se colocan en el interior de tubos de presión,

que se distribuyen en tantos bastidores como sea necesario. Aquí es donde, a

partir del agua de alimentación, se obtiene un permeado (agua desalada) y un

agua de rechazo (salmuera). El buen funcionamiento, las condiciones de

operación y el mantenimiento de las membranas incidirá directamente en la

viabilidad de la planta.

5. Postratamientos: el agua desalada obtenida es prácticamente pura; presenta una

salinidad mínima y, en principio, ausencia de partículas en suspensión y

microorganismos. Sin embargo, según el consumo al que vaya destinada el agua

desalada, es necesario realizar una serie de tratamientos posteriores a la

desalación para adecuarla a la legislación vigente. Evidentemente, los

postratamientos más complejos se realizan cuando el agua desalada se destina al

abastecimiento de poblaciones.

6. Almacenamiento e impulsión del permeado: el agua producida en la planta

debe distribuirse a sus usuarios finales, para lo cual será necesario construir los

depósitos o embalses de almacenamiento necesarios para la regulación del



suministro, así como de los grupos de impulsión y conducciones del agua para

hacerla llegar a todos los puntos de entrega.

7. Evacuación de salmuera: el agua de rechazo de la planta debe ser eliminado de

forma segura para el medio ambiente, por lo que su vertido, o cualquier otra

técnica de eliminación, puede ser un factor determinante en el proyecto de la

planta.

8. Instalaciones accesorias: la planta desaladora necesita otras instalaciones

auxiliares para su buen funcionamiento. Entre ellas, cabe destacar el sistema de

limpieza de membranas, agua de servicio a la planta, aire comprimido de

instrumentación, sistema de tuberías y todas las obras civiles necesarias.

Los diferentes diseños pueden incluir un mayor o menor grado de automatización del

control de los procesos. Es importante indicar que a mayor automatización se requiere

un incremento de la inversión. Sin embargo, un mayor grado de automatización y

centralización del control conllevará un ahorro en concepto de personal y una mayor

sencillez de manejo de la planta desaladora.



1.6 ÓSMOSIS INVERSA, FUNDAMENTOS Y CARACTERÍSTICAS

1.6.1. Antecedentes histórico – científicos.

Los primeros estudios sobre la ósmosis se basaron en los principios de la medicina,

la biología, la fisiología… Hay que remontarse a finales del siglo XIX para encontrar

las primeras explicaciones, siempre basadas en el concepto de absorción y, por lo tanto,

en el proceso de alimento de la célula. Los fisiólogos del siglo XIX señalaban que la

absorción por flujo osmótico, a través de la membrana exterior que protege a la célula,

permite a ésta la alimentación y, por lo mismo, el mantenimiento del proceso vital de la

célula o de un organismo unicelular.

La ósmosis aparece ligada a muchas teorías y fenómenos (teoría de las soluciones,

teoría de los equilibrios termodinámicos, barreras de flujo de difusión), pero no existe

una teoría que explique el flujo osmótico.

1.6.2. Los principios.

Entre 1800 y 1900 se desarrollan la biología y la medicina, con Bichat como

precursor. Durante este periodo se produce un fuerte desarrollo científico e industrial,

que provoca que todos los investigadores busquen soporte científico para los fenómenos

observados en la química y sus procesos, lo cual les permitirá modelizar los

comportamientos biológicos. Mediado el siglo XIX se sigue avanzando en la

compartimentación de la ciencia, aparecen disciplinas como la fisicoquímica y las

reacciones termoquímicas y, por encima de todo ello, se desarrolla la física de las

soluciones, vital para el estudio de la ósmosis. Se debe tener en cuenta que la mayoría

de teorías nacen del intento de comprender el comportamiento del átomo y como lo más

fácil de manejar por su reacción rápida a los cambios de temperatura son los gases, la

mayoría de los experimentos están realizados con ellos.



Tanto Thomas Graham, padre de la química de los coloides, y Raoult con su Teoría

de las Soluciones fueron los que sentaron las bases de la fisicoquímica como una

disciplina científica. Simultáneamente, numerosos científicos estudiaban dentro del

campo de la fisiología los fenómenos de transporte celulares en plantas y animales. De

aquí se deduce que tanto el estudio de los gases como su comportamiento en las

soluciones se entremezclan, sentando las bases sobre el fenómeno osmótico.

La ósmosis se basa en la Teoría de Soluciones y a pesar de que Graham fue el padre

de los estudios y experimentó sobre el flujo de difusión de un gas a través de un tapón

poroso, comienza a aparecer el concepto de hacer pasar sustancias a través de una

membrana semi-permeable, sin consumo de energía exterior. Pero fue Fick quien,

planteándose los experimentos de Graham sobre bases cuantitativas y por analogías

entre los estudios sobre conductividad eléctrica y calorífica, estableció formalmente la

matemática de la difusión: la presencia de un flujo de difusión es debido a una

diferencia de concentraciones. El principal problema es que tanto Graham como Fick

explicaban el fenómeno de la difusión de forma descriptiva y cuantitativa, pero no eran

capaces de encontrar el por qué. Hasta la segunda mitad del siglo XIX, con las

investigaciones de Maxwell sobre movimientos moleculares, velocidades relativas y

agitación, no se dio soporte a dicho por qué.

En 1748 Nollet, profesor de física experimental en la Universidad de Navarra,

experimentó con una membrana realizada a partir de la pared de la vejiga de una animal,

colocando alcohol a un lado y agua al otro y comprobó que el agua fluía de un lado al

otro para mezclarse con el alcohol. Nollet afirmó que el proceso contrario nunca se

produciría; es decir, descubrió la existencia de membranas semi-permeables y definió el

proceso osmótico que permitía el paso de uno de los componentes de una solución pero

no el de otros. Llamó solvente a la sustancia capaz de atravesar la membrana y soluto a

la que no puede fluir a través de ella. Sin embargo, no fue capaz de explicar por qué

ocurría este fenómeno.

Fue el investigador Henri Dutrochet quien realizó el descubrimiento del fenómeno

osmótico a través de membranas semipermeables, y lo hizo dentro de su objetivo



principal: demostrar que las leyes fundamentales de la química y la física y, por lo tanto,

las matemáticas eran capaces de explicar los procesos básicos de la vida.

Así, puede fijarse como fecha del descubrimiento del fenómeno osmótico, tal y como

se conoce, el año 1828, fecha en la que Dutrochet publicó que si se tenían dos

soluciones con el mismo soluto, que no puede atravesar la membrana, una a cada

lado de una membrana semipermeable, el flujo osmótico ocurría siempre de la

solución menos concentrada a la más concentrada y, por supuesto, fluía el solvente

el cual provocaba una presión sobre la membrana a la que llamó presión osmótica.

Entre Van´t Hoff. y Gibbs consolidaron la relación entre la ósmosis y la teoría de las

soluciones, y la comparación entre la cinética de la ósmosis y la de los gases atrajo el

interés de la comunidad científica. Pero eran ideas equivocadas y fueron abandonadas a

principios del siglo XX, al descubrirse que la presión osmótica no es el resultado del

choque de las moléculas contra el tabique formado por la membrana. En este momento

comienza a manejarse el concepto de energía química de una solución,

estableciéndose definitivamente la fisicoquímica como una ciencia. Paralelamente, las

teorías termodinámicas químicas fueron avanzando, dando mayor explicación al

fenómeno osmótico y entendiendo la presión osmótica como una diferencia de energías

químicas de las soluciones.

1.6.3. El fenómeno de la ósmosis.

Si se tiene un recipiente con dos zonas, en las que existen dos soluciones con los

mismos constituyentes pero con distintas concentraciones, y se ponen en contacto

dichas soluciones, ocurre un fenómeno llamado difusión, que tiende a igualar la

concentración de ambas soluciones. Como ejemplo se puede considerar un caso sencillo

formado por un solvente como el agua y un soluto como el azúcar, de manera que la

concentración del azúcar en la zona 2 sea mayor que en la zona 1 (C2 > C1). Cuando se

ponen en contacto las dos soluciones, el azúcar se difunde desde la solución concentrada



(C2) hacia la solución diluida (C1),

mientras que el agua lo hace en sentido

contrario (Figura 20).

Figura 20 – Difusión sin barreras

Si se separan las dos soluciones con

una membrana que sólo permita la

difusión a su través de uno de los

constituyentes como, por ejemplo, el

solvente (agua), impidiéndoselo al soluto

(azúcar). Este tipo de membrana recibe el

nombre de membrana semipermeable

(Figura 21).

Figura 21 – Difusión a través de una membrana

En esta situación, el agua se pararía

cuando la presión generada por el aumento de nivel contrarrestase la que tiende a hacer

que el agua se difunda y pase a través de la membrana (Figura 22). A este fenómeno se

le llama ósmosis.

Si la solución 1 fuese de agua pura, es decir, C1 = 0, a la diferencia de alturas que

existiría entre ambos compartimentos cuando se alcanzase el equilibrio, se le llamaría

presión osmótica (π2) de la solución 2 (la

presión osmótica del agua pura se considera

nula por convenio). Por el contrario, si C1

fuese distinta de 0, la diferencia de alturas

cuando se alcanzase el equilibrio sería igual

a la diferencia de las presiones osmóticas de

las dos soluciones (∆π = π2 – π1).

Figura 22 – El fenómeno de la ósmosis



1.6.4. La ósmosis inversa.

Si considera de nuevo el sistema del

ejemplo anterior, pero suponiendo que se

ejerce en el compartimento 2 una presión

superior a la diferencia de presiones osmóticas

(Figura 23), se puede comprobar que la

difusión del agua ocurre en sentido inverso y

que el azúcar sigue sin poder atravesar la

membrana. A este fenómeno se le conoce con

el nombre de ósmosis inversa.

Figura 23 – Esquema de principio de la ósmosis inversa

Desde el punto de vista industrial, el proceso comienza cuando una bomba envía la

solución a tratar hacia una membrana semipermeable manteniendo permanentemente

una elevada presión en uno de sus lados, con lo que una parte del solvente y una

cantidad muy pequeña de soluto atraviesan la membrana.

Tanto la solución que atraviesa la membrana como la que es rechazada por ella

evacuan en continuo de sus compartimentos. El rechazo presenta habitualmente una

elevada concentración de sustancias disueltas, siendo baja la del producto o permeado,

mientras que una válvula de regulación situada en la tubería de rechazo controla el

porcentaje de solución que es convertida en producto.

1.6.5. Definiciones y nomenclatura.

En el proceso de la ósmosis inversa, los conceptos más importantes y sus

nomenclaturas son:

1. Aportación o solución de aporte: solución que llega a las membranas de

ósmosis inversa. La nomenclatura que se utiliza para esta solución es:



o Caudal: Qa

o Concentración: Ca

o Presión hidráulica: Pa

o Presión osmótica: πa

Al compartimento que contiene esta solución se le llama compartimento de alta

presión y a la cara de la membrana en contacto con este compartimento se le

conoce con el nombre de lado de alta.

2. Permeado o producto: solución que se obtiene al otro lado de la membrana,

después de atravesarla. La nomenclatura utilizada es:

o Caudal : Qp

o Concentración: Cp

o Presión hidráulica: Pp

o Presión osmótica: πp

Al compartimento que contiene esta solución se le denomina compartimento de

baja presión y a la cara de la membrana en contacto con él se le conoce con el

nombre de lado de baja.

3. Rechazo: solución, más concentrada que la aportación, que no puede atravesar

la membrana. También se le suele llamar concentrado o salmuera de rechazo. La

nomenclatura utilizada es:

o Caudal : Qr

o Concentración: Cr

o Presión hidráulica: Pr

o Presión osmótica: πr

4. Coeficiente de permeabilidad: volumen de solvente (agua) que atraviesa la

membrana por unidad de superficie, unidad de tiempo y unidad de presión a

temperatura y salinidad determinadas y constantes. Suele medirse en

bardiam

m

⋅⋅2

3

o en bardia

m

⋅ y se representa por A.

5. Porcentaje de recuperación o factor de conversión: cociente, expresado en

tanto por ciento, entre el caudal de permeado y el caudal de aportación que llega

a las membranas. Se representa por Y.



a

p

Q

QY

aportacióndeCaudal

permeadodeCaudalY ⋅=⇒⋅= 100100

6. Conversión: porcentaje de recuperación expresado en tanto por uno. Se

representa por y.

a

p

Q

Qy =

7. Porcentaje de rechazo de sales: cociente, expresado en tanto por ciento, entre

la concentración de la solución de aporte menos la del permeado y la

concentración de la solución de aporte. Se representa por R.

a

pa

C

CCR

−⋅= 100

8. Porcentaje de paso de sales: cociente, en tanto por ciento, entre la

concentración de sales en el permeado y en la solución de aporte. Se representa

por Ps.

a

p

sC

CP ⋅= 100

9. Factor de conversión: número de veces que se concentran las sales en el

rechazo de la ósmosis inversa. Su valor es igual al cociente entre las

concentraciones de sales en el rechazo y en la solución de aporte. Se representa

por Fc.

a

r

cC

CF =



1.6.6. Relación entre los distintos parámetros.

Considerando constante la densidad de las distintas soluciones se pueden establecer

las siguientes igualdades:

1. Conservación del solvente: rpa QQQ +=

2. Conservación del soluto: rrppaa CQCQCQ +=

1.6.7. Membranas de ósmosis inversa.

Las membranas son las películas finas del material poroso que se pueden

utilizar para varias separaciones químicas. Aunque muchas membranas se hacen de

las películas del polímero, también pueden estar hechas de cerámica, de fibra de

carbón y de sustratos metálicos con poros (Figura 24). Los pequeños poros en las

membranas pueden servir de barreras físicas, impidiendo el paso de moléculas

como sales, bacterias y virus que van en el agua y en el aire.

Figura 24 – Membrana



Las membranas pueden clasificarse en función de distintos parámetros, según se

recoge en la siguiente tabla:

Tabla XVII – Clasificación de las membranas.

PARÁMETROS TIPOS

ESTRUCTURA Simétricas Asimétricas

NATURALEZA Integrales Compuestas de capa fina

FORMA

Planas Tubulares Fibra hueca Espirales

COMPOSICIÓN QUÍMICA Orgánicas Inorgánicas

CARGA SUPERFICIAL Neutras Catiónicas Aniónicas

MORFOLOGÍA DE LA SUPERFICIE Lisas Rugosas

PRESIÓN DE TRABAJO

Muy baja Baja Media Alta

De máquina Inversión de fase Policondensación entre fases Polimerización de plasma

TÉCNICA DE FABRICACIÓN

Dinámicas

► Clasificación según su estructura.

Atendiendo a la estructura que presenten en un corte transversal a la superficie en

contacto con la solución a tratar, las membranas pueden ser:

1. Simétricas: se llaman membranas simétricas u homogéneas a aquellas cuya

sección transversal ofrece una estructura porosa uniforme a lo largo de todo su

espesor, no existiendo zonas de mayor densidad en una o ambas caras de la

membrana. Este tipo de membranas presentan una elevada permeabilidad al

solvente y un bajo rechazo de sales, por lo que se utilizan en otras técnicas pero

no son aptas para la ósmosis inversa.



2. Asimétricas: este tipo de membranas presenta en su parte exterior, en la cara en

contacto con la solución de aporte, una capa extremadamente densa y delgada

bajo la cual aparece un lecho poroso. A la capa densa y delgada se le llama capa

activa y es la barrera que permite el paso del solvente e impide el paso del

soluto. El resto de la membrana sólo sirve de soporte a la capa activa, debiendo

al mismo tiempo ofrecer la mínima resistencia posible al paso del solvente.

Todas las membranas de ósmosis inversa tienen capa activa y son, por tanto,

asimétricas.

► Clasificación según su naturaleza.

Atendiendo a su naturaleza, las membranas asimétricas pueden ser:

1. Integrales: en estas membranas existe continuidad entre la capa activa y el

lecho poroso soporte, siendo ambos del mismo polímero. Los dos tienen la

misma composición química y entre ellos no hay una clara separación, sino un

aumento progresivo de la porosidad. Las membranas de esta naturaleza se

obtienen haciendo coagular el polímero que las forma a partir de una solución

del mismo, tras lo cual se introduce la película en una serie de baños de agua a

distintas temperaturas para darle la estructura porosa, formar la capa activa y

eliminar los distintos disolventes residuales que hayan quedado en la membrana,

procedentes de la fase de fabricación de la película. El espesor de la capa activa

es del orden de las 0.25 micras y el del lecho poroso situado bajo ella y que le

sirve de soporte es de unas 99.75 micras (Figura 25). El principal inconveniente

de este tipo de membranas es que toda mejora de las características de la capa

activa viene acompañada de un peor comportamiento del lecho poroso, y

viceversa, al ser ambos del mismo polímero y tener misiones contrapuestas.

Figura 25 – Sección transversal de una membrana integral



2. Compuestas de capa fina: en este tipo de membranas, la capa activa y el

sustrato microporoso que le sirve de soporte son de materiales diferentes. La

membrana consta de tres capas de distintos materiales que, en orden

descendente, son:

o Capa superior: capa activa.

o Capa intermedia: lecho poroso soporte de la capa activa.

o Capa inferior: tejido reforzado responsable de la resistencia mecánica de

la membrana.

A diferencia de las membranas integrales, las compuestas de capa fina se

fabrican en dos etapas. En la primera etapa se deposita la capa intermedia sobre

una tela de refuerzo que constituye la capa inferior. El espesor del lecho poroso

ronda las 40 micras. En la segunda etapa se deposita sobre la capa intermedia la

capa superior o capa activa, cuyo espesor es de 0.2 a 0.5 micras (Figura 26).

Variando el tipo de polímero utilizado y los parámetros de fabricación se

obtienen membranas con distintas características, tanto de rechazo de sales como

de flujos de permeado por unidad de superficie.

Las membranas compuestas de capa fina son la evolución tecnológica de las

integrales y presentan, frente a ellas, las siguientes ventajas:

o Cada capa (activa, lecho soporte o tejido reforzado) puede desarrollarse y

optimizarse separada e independientemente, adecuando cada una a su

trabajo específico.

o Se puede variar a voluntad el espesor de la capa activa adecuándolo a las

necesidades específicas de cada aplicación.

o Puede alterarse la porosidad de la capa activa y, por tanto, su porcentaje

de rechazo de sales, así como el flujo de permeado, en función de las

necesidades.

Figura 26 – Sección transversal de una membrana compuesta de capa fina



► Clasificación según su forma.

Atendiendo a la forma que presenta la membrana, una vez fabricada, se pueden

distinguir los siguientes tipos:

1. Planas: este tipo de membranas presenta una capa activa plana. Se fabrican en

forma de lámina de papel continuo, cortándose posteriormente para adoptar

distintas formas geométricas en función de la técnica empleada para su posterior

ensamblaje.

2. Tubulares: se construyen en forma de tubo hueco, de distintas longitudes y su

diámetro interior oscila entre 6 y 25 mm. La capa activa en este tipo de

membranas suele encontrarse en la superficie interior del tubo. El resto del

espesor presenta una estructura porosa y sirve de soporte a la capa activa. La

solución a tratar circula por el interior, el permeado fluye radialmente del

interior hacia el exterior y el rechazo se obtiene en el otro extremo del tubo

(Figura 27).

Figura 27 – Esquema de circulación de flujos en membranas tubulares

3. Fibra hueca o capilares: este tipo de membranas dispone de una película muy

densa en su parte exterior que constituye la capa activa. Bajo esta fina película y

hacia el centro del tubo se encuentra la estructura porosa que le sirve de soporte.

El diámetro interior de la fibra varía según el fabricante y el tipo de aplicación

entre 42 y 120 micras y los diámetros exteriores correspondientes entre 85 y 250

micras (Figuras 28 y 29).



Figuras 28 y 29 – Membrana de fibra hueca y sección transversal de la misma

La solución a tratar circula por el exterior de la fibra y el permeado fluye

radialmente desde el exterior hacia el interior, recogiéndose en el extremo de la

fibra (Figura 30).

Figura 30 - Esquema de circulación de flujos en membranas de fibra hueca

4. Espirales: consisten en hojas de membrana que se sitúan sobre un soporte

poroso y un espaciador. Este conjunto se enrolla sobre un tubo de PVC que

servirá como colector de agua permeada (Figura 31). Actualmente, el 60% de las

membranas utilizadas son de este tipo. La razón para esta popularidad se basa en

dos ventajas apreciables:

o Buena relación área de membrana / volumen del módulo.

o Un diseño que permite ser usado en la mayoría de las aplicaciones

(admite una turbiedad más de tres veces mayor que los otros sistemas y

permite trabajar con régimen turbulento).



Figura 31 – Membrana en espiral

► Clasificación según la composición química.

Atendiendo a la composición química de la capa activa, las membranas pueden

clasificarse en dos grandes grupos:

1. Orgánicas: reciben este nombre todas aquellas membranas cuya capa activa está

fabricada a partir de un polímero o copolímero orgánico. Aunque existe un gran

número de polímeros, copolímeros y mezclas, tanto naturales como sintéticos,

con los que se pueden fabricar membranas, muy pocas de éstas son aptas para la

ósmosis inversa. De todos los compuestos orgánicos, los que han tenido éxito en

la fabricación de las membranas de ósmosis inversa son:

o Acetato de celulosa (CA): acetilando la celulosa procedente de la madera

o del algodón se obtiene un producto llamado acetato de celulosa.

Tratándolo con agentes saponificantes se hidroliza una pequeña parte de

los grupos acetato, mejorando así su solubilidad y dando lugar al acetato



de celulosa modificado. Los tratamientos complementarios a que se

someten las membranas de acetato de celulosa tras su formación, cuyo

objeto es modificar las características de permeabilidad y de rechazo de

sales de la capa activa así como las distintas concentraciones y mezclas

utilizadas, han originado una gran diversidad de membranas. Las

ventajas e inconvenientes de este tipo de membranas se recogen en la

siguiente tabla:

Tabla XVIII – Ventajas e inconvenientes de las membranas orgánicas.

Ventajas Inconvenientes

· Alta permeabilidad

· Elevado porcentaje de rechazo de sales

· Tolerancia al cloro libre

· Bajo costo

· Alta sensibilidad a la hidrólisis

· Posibilidad de degradación

· Alto riesgo de disolución de la membrana

· Aumento del paso de sales con el tiempo

· Elevadas presiones de trabajo

La esperanza de vida de una membrana de esta naturaleza en función de

la temperatura y del pH de trabajo evoluciona según se representa en el

gráfico.

Figura 32 – Esperanza de vida de una membrana en función de la temperatura y el pH



o Triacetato de celulosa (CTA): tiene un mejor comportamiento que el

acetato de celulosa frente a la hidrólisis, lo que se traduce en la

posibilidad de trabajar en una gama de pH algo más amplia. Este

polímero, además de los inconvenientes señalados para el acetato de

celulosa, presenta el añadido de tener un caudal de permeado por unidad

de superficie más bajo, lo que provoca que se utilice para la fabricación

de membranas de fibra hueca ya que la superficie por unidad de volumen

que se consigue con esta forma es elevada, contrarrestando así el bajo

flujo de permeado.

o Poliamidas aromáticas (AP): en este grupo se incluyen dos polímeros

básicos muy similares entre sí desde el punto de vista químico y, por

tanto, con características de resistencia química parecida. Dichos

polímeros son:

� Poliamida aromática lineal (LAP): este tipo de polímero se utiliza

para fabricar membranas integrales, tanto planas como de fibra

hueca. La poliamida lineal no puede trabajar con pH bajos cuando

la solución de aporte tiene una salinidad reducida.

� Poliamida aromática con entrecruzamiento (CAP): este polímero se

utiliza para fabricar membranas compuestas de capa fina. Presenta

una mayor compactación y un ligero mejor comportamiento frente

a los oxidantes que la poliamida lineal.

o Poliéter – urea: las membranas con esta formulación son siempre

compuestas de capa fina. Este tipo de membranas contiene un exceso de

grupos amina, lo que les confiere una naturaleza fuertemente catiónica.

La siguiente tabla compara las membranas de acetato de celulosa, las de

poliamida y las de poliéter – urea. Estos polímeros son los utilizados

habitualmente para fabricar membranas de ósmosis inversa.



Tabla XIX – Características de los polímeros utilizados en la fabricación de membranas.

Poliamida Parámetro Celulósicas

Lineal Entrecruzada Poliéter-

urea Permeabilidad Alta Baja Alta Alta

Baja presión

75 96.0 98.0 97.5

Media presión

95 – 97.5 96.0 98.2 99.0 Rechazo cloruros (%)

Alta presión

99.0 99.4 99.4 99.2

Rechazo de nitratos (%) 85.0 88.0 – 94.0

98.0 94.0

Rechazo de sílice (%) 90.0 – 93.0 88.0 – 94.0

98.0 95.0

Baja 16 16 10 16 Media 30 30 20 25

Presiones de trabajo (bar)

Alta 60 - 70 70 - 84 60 - 70 56 - 70 Hidrólisis Sí No No No Biodegradabilidad Si No No No pH de trabajo 4.5 – 6.5 4 - 9 4 - 11 5 - 10 Resistencia al cloro libre

< 1 ppm 0 ppm 1000 ppm h 0 ppm

Resistencia a otros oxidantes fuertes

Moderada Mala Regular Muy mala

Carga de la superficie Neutra Aniónica Aniónica Catiónica Morfología de la superficie

Lisa Lisa Muy irregular Irregular

Riesgo de ensuciamiento

BAjo Medio Alto Bajo

Compactación Alta Alta Baja Baja Temperatura máx (ºC) 35 40 45 45

o Polibencimidazola: las membranas fabricadas con este polímero

presentan una excelente resistencia tanto a pH extremos como a

diferentes productos químicos, lo que permite aplicarlas en

galvanoplastia y otros procesos industriales. La pérdida de caudal y de

rechazo de sales que se produce durante su almacenamiento han

limitado, sin embargo, considerablemente su desarrollo.

o Polipiperacimidas: estas membranas son mucho más resistentes al cloro

y otros oxidantes que las de poliamida y poliurea. Aunque presentan un

elevado rechazo de iones divalentes, el rechazo de iones monovalentes es

mucho menor, por lo que sólo pueden utilizarse para casos especiales.

Con este polímero pueden fabricarse tanto membranas integrales como

membranas compuestas de capa fina.



o Polifurano sulfonado: aunque estas membranas producen los máximos

rechazos conocidos tanto de sales como de solventes orgánicos de entre

todas las membranas de ósmosis inversa disponibles, son

extraordinariamente sensibles a la oxidación, hasta tal punto que el

propio oxígeno del aire que pueda disolver la solución de aporte las

destruye, lo que limita considerablemente su utilización. Estas

membranas son siempre compuestas de capa fina.

o Polisulfona sulfonada: este polímero puede ser el que aglutine las

ventajas de las membranas de poliamida con la resistencia al cloro libre.

Para conseguir que las membranas de este polímero presenten flujos de

permeado adecuados y rechazos de sales correctos, es necesario alcanzar

un determinado contenido de grupos sulfónicos.

2. Inorgánicas: las membranas orgánicas presentan dos limitaciones importantes

que reducen su campo de aplicación: su estabilidad química y la resistencia a la

temperatura. La búsqueda de soluciones a estos dos problemas ha desembocado

en la utilización de materiales inorgánicos para su fabricación. Los cuatro

grandes grupos en que se pueden clasificar las membranas inorgánicas son:

o Cerámicas: este tipo de membranas han sido las más investigadas y, de

entre los distintos productos cerámicos, el más utilizado para la

fabricación de membranas ha sido la alúmina en sus distintas variedades.

o Vidrios: utilizando como materias primas, en proporciones adecuadas,

cuarzo, ácido bórico y carbonato sódico, a los que se suele añadir óxido

potásico, cálcico y alúmina para aumentar su resistencia a los álcalis, y

controlando durante la fusión tanto el régimen de temperaturas como su

duración, se obtiene una mezcla de dos fases, una de vidrio de silicio casi

pura y otra de ácido bórico rica en borato sódico. Tratando dicho vidrio

con ácido se disuelve la fase rica en borato sódico, quedando un vidrio

con una estructura porosa. Variando los parámetros de fabricación puede

controlarse el tamaño de los poros obtenidos.

o Fosfacenos: las membranas fabricadas con este polímero pueden soportar

temperaturas de hasta 250 ºC en presencia de disolventes o ácidos y

bases fuertes.



o Carbonos: las membranas de esta naturaleza presentan habitualmente una

estructura compuesta. El lecho soporte suele ser de carbono sinterizado y

la capa filtrante de óxidos metálicos a base de zirconio. Las membranas

de este tipo pueden soportar valores extremos del pH y temperaturas

hasta 300 ºC.

► Clasificación según la carga superficial.

En ocasiones, los polímeros orgánicos con que se fabrican las membranas de ósmosis

inversa tienen, en su estructura molecular, un exceso de grupos químicos, lo que

confiere a la superficie activa de éstas una cierta naturaleza eléctrica que suele medirse

determinando su potencial Z. Este parámetro da una idea de la carga eléctrica existente

por unidad de superficie.

Atendiendo a esta naturaleza, las membranas pueden ser:

1. Neutras: no presentan ninguna carga eléctrica (su potencial Z es nulo).

2. Catiónicas: la carga eléctrica sobre su superficie es positiva. Atendiendo al

mayor o menor valor de la carga eléctrica y, por tanto, del potencial Z, las

membranas pueden ser fuerte o débilmente catiónicas.

3. Aniónicas: la carga eléctrica sobre su superficie es negativa y pueden ser fuerte

o débilmente aniónicas.

► Clasificación según la morfología de su superficie.

Atendiendo al aspecto que presenta la cara exterior de la capa activa, las membranas

pueden ser:

1. Lisas: son aquellas cuya cara exterior de la capa activa es lisa.

2. Rugosas: son aquellas membranas cuya cara exterior de la superficie activa es

rugosa.



La morfología de la superficie tiene importancia tanto desde el punto de vista del

ensuciamiento como del de la limpieza de las membranas. Una superficie rugosa,

además de ensuciarse más fácilmente, es más difícil de limpiar.

► Clasificación según la presión de trabajo.

El parámetro fundamental que define las condiciones de operación de una planta de

ósmosis inversa es la presión de trabajo. Como dicha presión debe ser varias veces

superior a la presión osmótica de la solución de aporte debido, por un lado, a los

fenómenos de polarización de la membrana y, por otro, al aumento de la concentración

que se produce a medida que se va generando permeado, su valor vendrá condicionado

por la salinidad de la solución a tratar.

En la actualidad, las membranas de ósmosis inversa disponibles en el mercado

pueden encuadrarse en una de las cuatro categorías siguientes:

1. Membranas de muy baja presión: son las que trabajan con presiones

comprendidas entre 5 y 10 bares y se utilizan para desalar aguas de baja

salinidad

Lmg

yentre 1500500 y fabricar agua ultrapura. Estas membranas

han sido concebidas para competir contra el proceso de desmineralización de

agua con resinas intercambiadoras de iones.

2. Membranas de baja presión: este tipo de membranas trabajan a una presión

comprendida entre 10 y 20 bares. Se utilizan para desalar aguas de salinidad

media

Lmg

yentre 40001500 , así como para reducir o eliminar de ella

ciertos compuestos como nitratos, sustancias orgánicas, pirógenos, etc.

3. Membranas de media presión: la presión de trabajo de estas membranas está

comprendida entre 20 y 40 bares. Aunque se han venido empleando para desalar

aguas de elevada salinidad

Lmg

yentre 100004000 , en la actualidad sus

aplicaciones se han generalizado utilizándose en múltiples procesos de

separación y concentración.



4. Membranas de alta presión: estas membranas se han desarrollado para poder

obtener agua potable a partir del agua del mar. Su presión de trabajo, debido a la

elevada presión osmótica del agua de mar, está comprendida entre 50 y 80 bares.

► Clasificación según la técnica de fabricación.

Atendiendo a la técnica utilizada para su fabricación, las membranas de ósmosis

inversa pueden ser:

1. De máquina: son aquellas en las que las reacciones entre los distintos

compuestos que intervienen en su formación y la consiguiente fabricación de la

membrana tienen lugar en una máquina destinada a tal fin.

2. Dinámicas: este tipo de membranas se fabrican in situ, es decir, en la instalación

donde van a utilizarse. Para ello se filtra a través de un soporte poroso una

solución que contiene determinadas sustancias coloidales o disueltas. Si el

tamaño de los poros del sustrato es adecuado, estas moléculas quedan retenidas

en la superficie formando una pequeña película o capa activa que puede

presentar una alta permeabilidad y un cierto rechazo de sales, en función de las

condiciones de formación. Este tipo de membranas presenta dos problemas

importantes; el primero es que se van destruyendo con el tiempo, por lo que

deben ser formadas de nuevo periódicamente, mientras que el segundo es la no

reproducibilidad de los distintos parámetros, ya que los valores que se obtienen

suelen ser con frecuencia aleatorios.



1.6.8. Comportamiento de las membranas.

Según los materiales de los que estén fabricadas las membranas, el comportamiento

respecto a diferentes contenidos en el agua o diferentes parámetros indicadores de la

misma es muy diferente:

1. pH: la poliamida es estable dentro de una gama de pH de 3 a 11, pudiendo

resistir durante cortos periodos de tiempo (máximo: 30 minutos), un pH

comprendido entre 1 y 12. Por otra parte, el acetato de celulosa, al ser un éster

orgánico, está sometido a hidrólisis con pH ácido y alcalino, por lo cual la gama

de trabajo óptima se encuentra con pH entre 4 y 7.

2. Oxidantes: la poliamida es atacada por los oxidantes, por lo que el cloro libre

superior a 0.1 ppm destruye la membrana. Por su parte, el acetato de celulosa

resiste la acción de oxidantes, pudiendo soportar cantidades de cloro libre del

orden de 2 ppm.

3. Temperatura: el efecto que la temperatura del agua de alimentación produce en

las membranas es una característica a tener en cuenta ya que influye en el

rendimiento. Los rendimientos de todos los módulos están dados en unas

condiciones prefijadas de salinidad, recuperación, presión y temperatura. Por

cada grado de variación sobre la temperatura base (25ºC), se producirá una

disminución (en el caso de agua más fría) o un aumento (en el caso de agua más

caliente) de 2.5 a 3 % en el rendimiento de la instalación. Las temperaturas

máximas de trabajo oscilan entre los 30 ºC para el acetato y los 45 ºC para la

poliamida. El trabajar a temperaturas altas favorece el fenómeno de

compactación que sufre la membrana debido a la presión de trabajo,

produciendo con el tiempo una disminución de la producción.



1.6.9. Eliminación de compuestos orgánicos e inorgánicos con ósmosis.

Tabla XX – Eliminación de compuestos inorgánicos.

CATIONES ANIONES Nombre Símbolo % Rechazo Nombre Símbolo % Rechazo

Sodio Na+ 94 – 96 Cloruro Cl- 94 – 95 Calcio Ca++ 96 – 98 Bicarbonato HCO3

- 95 – 96 Magnesio Mg++ 94 – 98 Sulfato SO4

- 99 Potasio K+ 94 – 96 Nitrato NO3

- 95 – 96 Hierro Fe++ 98 – 99 Fluoruro F- 94 – 96

Manganeso Mn++ 98 – 99 Silicato SiO2- 95 – 97

Aluminio Al+++ 99 Fosfato PO4- 99

Amonio NH4+ 88 – 95 Bromuro Br- 94 – 96

Cobre Cu++ 96 – 99 Borato B4O7- 35 – 70

Níquel Ni++ 97 – 99 Cromato CrO4- 90 – 98

Estroncio Sr++ 96 – 99 Cianuro CN- 90 – 95 Cadmio Cd++ 95 – 98 Sulfito SO3

- 98 – 99 Plata Ag+ 94 – 96 Tiosulfato S2O3

- 99 Arsénico As+++ 90 – 95 Ferrocianuro Fe(CN)6

- 99

Tabla XXI – Eliminación de compuestos orgánicos.

NOMBRE PESO MOLECULAR % RECHAZO Sacarosa 342 100 Lactosa 360 100

Proteínas > 10000 100 Glucosa 198 99.9 Fenol 94 93 – 99

Ácido Acético 60 95 – 70 Tinturas 400 a 900 100

Demanda bioquímica de oxígeno (DBO)

------- 90 – 99

Demanda química de oxígeno (DQO)

------- 80 – 95

Urea 60 40 – 60 Bacterias y virus 5000 – 100000 100

Pirógenos 1000 – 5000 100



1.6.10. Características de las membranas para ósmosis inversa.

Las características que debe reunir una membrana semipermeable destinada a la

desalación por ósmosis inversa son:

1. Alta permeabilidad al agua pura.

2. Alto porcentaje de rechazo de sales.

3. Estabilidad dentro de una amplia gama de pH.

4. Alta resistencia mecánica a la presión.

5. Larga duración.

1.6.11. Parámetros que afectan a las membranas.

1. Temperatura: afecta tanto a la presión osmótica como a la permeabilidad del

agua a través de la membrana. Normalmente, se acepta que el flujo de permeado

se incrementa alrededor del 3% por cada ºC de incremento de temperatura. El

paso de sales aumenta con la temperatura a la misma tasa que el flujo, por lo que

al incrementarse la temperatura a flujo de permeado constante, la calidad de

dicho permeado disminuye (Figuras 33 y 34).

Figura 33 – Efecto de la temperatura sobre la presión de alimentación



Figura 34 – Efecto de la temperatura sobre la calidad del permeado

2. Presión: para condiciones constantes de alimentación, un aumento de presión

conlleva un aumento del flujo de permeado. Aunque el transporte de sales no

depende de la presión, al aumentar el flujo de permeado conservando el mismo

paso de sales, el resultado aparente es una dilución de dicho permeado.

3. pH: en membranas de acetato de celulosa, se requiere trabajar en un intervalo de

pH entre 5.5 y 6.5 para evitar hidrólisis del polímero. Con las membranas de

poliamida, el rechazo aumenta al subir el pH hasta 8.0 y luego se estabiliza hasta

10.5.

4. Concentración: a mayores concentraciones disminuye el flujo de permeado, ya

que aumenta la presión osmótica a vencer y, por tanto, disminuye la presión neta

aplicada. El resultado visible es que la calidad del permeado empeora, ya que al

haber menor flujo de agua y mantenerse el de sales, la concentración de estas

últimas en el permeado se hace mayor.

5. Recuperación: al aumentar la recuperación, se concentran las sales de la

alimentación en un menor volumen de agua, produciéndose el mismo caso que

en el apartado anterior (Figura 35).



Figura 35 – Efecto de la recuperación en la presión de alimentación, consumo de energía y flujo de alimentación

6. Velocidad de flujo de alimentación frente a concentración: al disminuir la

velocidad del flujo, disminuye la turbulencia en el flujo y se aumenta la

tendencia a la polarización de la concentración.

7. Presión osmótica (concentración de iones).

8. Ensuciamiento.

9. Polarización de la concentración (factor Beta): el factor Beta es una medida

del incremento de la concentración de iones en la región límite del flujo con la

membrana. En esta capa límite, el flujo tiende a hacerse laminar, y los iones en

solución se polarizan contra las cargas de la membrana. Para evitar esta

polarización o incremento de la concentración en las membranas, se debe

aumentar la turbulencia

en el flujo de

alimentación/concentrado

mediante el aumento de la

velocidad del flujo

(Figura 36).

Figura 36 – Esquema gráfico del fenómeno de polarización por

concentración



1.6.12. Módulos.

Para utilizar industrialmente las membranas con el fin de que puedan soportar las

diferentes presiones de trabajo, deben colocarse de una determinada manera, adoptando

distintas formas o configuraciones.

La palabra “módulo”, en esta tecnología, deriva de “modular”, ya que la capacidad

de producción de una planta de estas características se consigue instalando en paralelo

varias unidades elementales de producción o módulos. Por tanto, módulo es una

agrupación de membranas, con una configuración determinada, que forma la unidad

elemental de producción.

Los objetivos que se persiguen al fabricar módulos de ósmosis inversa son varios:

1. Obtener el máximo rendimiento de las membranas.

2. Conseguir un sistema lo más compacto posible.

3. Minimizar los fenómenos de polarización de las membranas.

4. Facilitar la sustitución de las membranas deterioradas.

5. Mejorar la limpieza de las membranas sucias.

Como los objetivos son a veces contrapuestos, cada fabricante adopta la solución

técnica que hace más competitivo su producto.

1.6.13. Configuraciones existentes.

Las configuraciones disponibles para los módulos o unidades de producción son:

1. Módulos de placas: formado por un conjunto de membranas planas, recortadas

generalmente en forma rectangular o de disco circular, que se apoyan sobre

mallas de drenaje o placas porosas que les sirven de soporte. Las membranas se

mantienen separadas entre sí por medio de espaciadores cuya anchura es del



orden de los 2 mm. El módulo se obtiene apilando paquetes

formados por espaciador – membrana – placa porosa –

membrana (Figura 37).

Figura 37 – Membranas, espaciadores y placas porosas de un módulo de placas

El conjunto así formado se comprime mediante un sistema de

espárragos, de manera que pueda soportar la presión de trabajo.

La estanquidad se logra mediante juntas elásticas colocadas en los extremos. La

figura 38 muestra, de forma esquemática, cómo se distribuyen los flujos en cada

paquete.

Así, como las membranas son responsables de separar el permeado de la

solución de aporte, las placas soporte, además de suministrar resistencia

mecánica a la membrana, deben recoger el permeado de forma uniforme y

evacuarlo al exterior.

Figura 38 - Módulo de placas. Distribución de flujos en cada paquete

2. Módulos tubulares: el nombre de esta configuración se debe a que los módulos

se fabrican a partir de membranas tubulares y tubos perforados o porosos que les

sirven de soporte, pudiendo así resistir el gradiente de presiones con que deben

trabajar. Como esta configuración suele utilizarse para el tratamiento de líquidos

cargados (aguas residuales, zumos), se colocan, a veces, en el interior de los

tubos, dispositivos especiales destinados a producir altas turbulencias que

aseguren elevadas velocidades de circulación sobre la superficie de las



membranas e impidan la deposición sobre ellas de las distintas sustancias en

suspensión existentes en el líquido a tratar.

3. Módulos espirales: esta configuración recibe este nombre debido a que está

formada por membranas planas enrolladas en espiral alrededor de un tubo

central. Cada paquete consta de una lámina rectangular de membrana

semipermeable doblada por la mitad de forma que la capa activa quede en su

exterior. Entre las dos mitades se coloca un tejido provisto de diminutos canales

para recoger el permeado que atraviese la membrana y conducirlo hacia el tubo

central de recogida (Figura 39).

Figura 39 – Módulo espiral de una hoja

Encima de la capa activa de la membrana se coloca una malla provista de

canales de distribución para repartir homogéneamente la solución de aporte

sobre toda la superficie de la membrana. Para conseguir la estanquidad entre la

solución de aporte y el permeado se colocan, en los laterales de la lámina de

ósmosis inversa, cordones de cola entre el tejido colector de permeado y las

membranas, de forma que el sellante penetre totalmente en los tejidos. Los

laterales del tejido colector del permeado se encolan igualmente al tubo central,

que es de material plástico y va provisto de orificios. El paquete formado se

enrolla alrededor del tubo central, dando lugar a un cilindro al que se le colocan

en sus extremos dos dispositivos plásticos para evitar su deformación, y se

recubre el conjunto con una capa de resina epoxi reforzada con fibra de vidrio

para darle la rigidez y resistencia mecánica necesarias.



Este tipo de módulos se fabrican en los cuatro diámetros exteriores siguientes:

o ( )mm65''212

o )100(''4 mm

o ( )mm200''8

o ( )mm250''10

Si se utilizase un único paquete de membranas para fabricar los módulos de gran

diámetro, se requerirían hojas muy largas, lo que originaría problemas

hidráulicos en la recogida del permeado y, por tanto, en el reparto de la solución

a tratar. Por este motivo, los módulos suelen fabricarse enrollando varios

paquetes de membranas de longitud reducida. En este tipo de módulos, la

solución de aporte circula en dirección axial, paralela al tubo central, conducida

por la malla distribuidora existente entre las capas activas de dos membranas

consecutivas. El permeado que atraviesa la membrana es recogido por el tejido

colector, que lo lleva espiralmente al tubo central, del que sale al exterior por

uno de sus extremos. El rechazo o solución de aporte que no atraviesa la

membrana continúa su avance en dirección axial, abandonando la malla

distribuidora por el otro extremo. Los módulos espirales se interconexionan en

serie dentro de un tubo destinado a soportar la presión de trabajo (Figura 40). La

solución de aporte, a medida que va atravesando los distintos módulos instalados

en serie, se va concentrando, siendo

evacuada del tubo de presión por el extremo

opuesto a su entrada. El permeado puede ser

recogido en el mismo extremo que el

rechazo o en el opuesto.

Figura 40 – Forma de interconexionar los módulos espirales

dentro de un tubo de presión

4. Módulos de fibra hueca: este tipo de módulos recibe este nombre porque se

fabrican con varios centenares de miles de membranas de fibra hueca dobladas

en forma de U y colocadas paralelamente a un tubo central. Las membranas se

fijan en ambos extremos mediante resina epoxi para dar estabilidad al haz así



formado. El módulo se parece a un cambiador de calor de tubos, donde la

solución de aporte se introduce a presión en el tubo central, quien la reparte

radial y uniformemente a través de todo el haz de fibras.

Cuando la solución a tratar entra en contacto con la superficie exterior de la fibra

donde se encuentra la capa activa, una parte de la misma (el permeado) atraviesa

la fibra moviéndose por su interior hueco hasta el extremo abierto. Los finales

abiertos de las fibras huecas están embebidos en una masa de resina epoxi,

constituyendo uno de los extremos del haz. Esta masa, una vez mecanizada para

abrir las fibras, se conoce con el nombre de placa tubular. Cuando el permeado

abandona el haz de la placa tubular, pasa a través de un bloque poroso antes de

alcanzar el exterior del módulo. El bloque poroso tiene por misión lograr un

correcto reparto hidráulico en la recogida de permeado y, por tanto, también en

la distribución de la solución de aporte a través del haz de fibras. El rechazo se

mueve hacia la placa de epoxi situada en el otro extremo del haz de fibras,

saliendo al exterior tras atravesar el espacio anular existente entre ésta y la

carcasa exterior. Una junta tórica situada en la placa tubular impide que el

permeado se mezcle con el rechazo. El haz de fibras se instala en el interior de

un tubo fabricado con epoxi y fibra de vidrio cuya misión es soportar, desde el

punto de vista mecánico, las presiones de trabajo.

La sección de un módulo de este tipo muestra el siguiente aspecto (Figura 41):



Figura 41 – Sección de un módulo de fibra hueca



1.6.14. Comparación entre las distintas configuraciones.

De las cuatro configuraciones presentadas, las más utilizadas en la ósmosis inversa

son la espiral y la de fibra hueca. Cada configuración presenta ventajas e

inconvenientes y en cada aplicación se debe escoger el módulo que mejor se adapte a

las características y situaciones particulares que puedan presentarse. Así, por ejemplo,

los módulos tubulares se comportan muy bien con líquidos cargados pero, por el

contrario, como la superficie de la membrana disponible por módulo es baja, se precisan

muchos módulos y mucho espacio. Esto se traduce en una inversión costosa y un bajo

mantenimiento, al no ensuciarse. Los módulos de fibra hueca, sin embargo, son muy

compactos ya que la superficie de membrana por unidad de volumen que presentan es

elevada. Esa gran compacidad, que desde el punto de vista de la inversión es ventajosa,

hace que sean más sensibles que otras configuraciones al ensuciamiento, tanto por

sustancias coloidales como por sustancias en suspensión. Esta circunstancia motiva que

su uso sólo esté recomendado en aplicaciones con líquidos muy limpios ya que en caso

contrario, aunque la inversión fuese reducida, los costes de la operación de

mantenimiento serían elevados por las frecuentes limpiezas y deterioros de los módulos

a los que habría que hacer frente.

Todas las configuraciones, utilizando membranas con la misma química y la misma

estructura, permiten obtener valores similares en el permeado. Desgraciadamente,

además de la química de la membrana, es preciso seleccionar la configuración o tipo de

módulo a utilizar de forma que el costo total del producto que se obtenga con el

proceso, entendiendo como tal la inversión inicial más los costes de operación y

mantenimiento, sea mínimo.

Una característica de gran importancia a la hora de inclinarse por una u otra

configuración, cuando ambas presentan análogos resultados económicos, es su

sustitución e intercambiabilidad. Una vez construida una planta de ósmosis inversa

puede suceder que circunstancias no previstas inicialmente desaconsejen utilizar la

membrana con la química seleccionada o bien que, con el tiempo, una determinada

firma saque al mercado una membrana de mejores características (menor presión de



trabajo, mayor rechazo de sales, mayor resistencia química). Si los módulos instalados

pudiesen ser sustituidos por los de nueva aparición sin tener que cambiar los tubos de

presión, las tuberías, los soportes, las válvulas… se diría que son intercambiables, lo

que supondría un ahorro considerable. Adicionalmente, a la hora de reemplazar los

módulos que se han ido deteriorando en una planta, puede obtenerse un mejor precio si,

debido a su equivalencia e intercambiabilidad, se ponen varias firmas en competencia

para hacerse con la sustitución. Desgraciadamente, en la actualidad, esta posibilidad

sólo existe en los módulos espirales.

La siguiente tabla muestra, de forma esquemática, las características más importantes

de los cuatro tipos de módulos que se utilizan en esta tecnología.



Tabla XXII – Características más importantes de los módulos de ósmosis inversa.

Tipo de módulo Características De placas

(P & F) Tubular Espiral (SW)

Fibra hueca (HF)

Superficie de membrana por módulo (m2)

15 - 50 1.5 - 7 30 - 34 370 - 575

Volumen de cada módulo (m3)

0.30 – 0.40 0.03 – 0.1 0.03 0.04 – 0.08

Caudal por módulo ( )dia

m3

9 - 50 0.9 - 7 30 - 38 40 - 70

Grado de compactación (m2 de membrana por m3)

50 - 125 50 - 70 1000 - 1100 5000 - 14000

Productividad por unidad de

superficie ( )2

3

mdiam

⋅ 0.6 - 1 0.6 - 1 1 – 1.1 0.1 – 0.15

Productividad por unidad de

volumen ( )3

3

mdiam

⋅ 30 - 125 30 - 70 1000 - 1250 9000 - 1500

Conversión de trabajo por módulo (%)

10 10 10 - 50 30 - 50

Pérdida de carga por tubo de presión (bar)

2 - 4 2 - 3 1 - 2 1 - 2

Sustitución e intercambiabilidad por otra marca

Nula Nula Total Nula

Tolerancia frente a las sustancias coloidales

Mala Buena Mala Mala

Tolerancia frente a la materia en suspensión

Mala Buena Mala Mala

Mecánicas Regular Bueno No aplicable No aplicable Químicas Bueno Bueno Bueno Bueno

Comportamiento frente a las limpiezas Con agua

a presión Excelente Bueno Bueno Bueno

Pretratamiento necesario Coagulación +

filtración (5 µm)

Filtración Coagulación +

filtración (5 µm)

Coagulación + filtración (1 µm)

Alimentación Alimentación Desalación de aguas salobres

y de mar

Desalación de aguas salobres

y de mar

Líquidos poco cargados

Aguas residuales y

líquidos cargados

Obtención de aguas de alta

pureza

Obtención de aguas de alta

pureza

Aplicaciones

Concentración y recuperación de sustancias


Aguas residuales y

líquidos poco cargados.





1.6.15. Transporte a través de membranas de ósmosis inversa.

Existen diversas teorías para explicar y describir el transporte de solvente (agua pura)

y de soluto (sales) a través de una membrana semipermeable, teniendo cada una su

campo de utilización. Para las membranas de ósmosis inversa, el modelo utilizado

habitualmente es el de la solución – difusión. Según este modelo, cada componente de

la solución a tratar se disuelve en la membrana según las leyes de distribución y

equilibrio conocidas, difundiéndose a continuación a su través debido a las diferencias

de concentración y de presión existentes a ambos lados de la membrana.

La difusión del agua y de las moléculas polares a través de la membrana sería el

resultado de un mecanismo de formación y de destrucción de puentes de hidrógeno

entre el agua o las moléculas polares por una parte y los grupos hidrófilos de la

membrana por otra, por la acción de un gradiente de energía libre, también llamado

potencial químico, producido por la diferencia de presión. La Figura 42 muestra de

forma esquemática el funcionamiento de este modelo, mientras que en la Figura 43 se

representa cómo se transferiría el agua en una membrana de acetato de celulosa.

Figura 42 – Esquema del modelo solución – difusión



Una variante de esta teoría y que se conoce con el nombre de sorbción preferencial

de flujo capilar, utiliza consideraciones termodinámicas entre la membrana y las

moléculas de la solución para

explicar cuantitativamente el

paso selectivo de estas

moléculas.

Ambos modelos se

esquematizan diciendo que el

soluto es mayoritariamente

rechazado por la membrana

mientras que el solvente puede

atravesarla.

Figura 43 – Transferencia del agua

mediante puentes hidrógeno en una

membrana de acetato de celulosa

1.6.16. Ecuaciones básicas del proceso.

Las fuerzas que intervienen en el paso del solvente y del soluto a través de la

membrana son:

1. Solvente: gradiente de presiones.

2. Soluto: gradiente de concentraciones.

Las dos ecuaciones básicas del proceso son:

1. Transporte de solvente: experimentalmente se comprueba que el flujo de

solvente (caudal por unidad de superficie) es proporcional al gradiente de la



presión efectiva a través de la membrana, es decir, a la diferencia entre la

variación de la presión externa aplicada y la variación de la presión osmótica.

( )( )

( )( )

( )

∆−∆

−=∆

−=∆

⋅⋅

⋅

→∆−∆=

barmembrana

ladetravésaefectivapresióndegradienteP

barmembranaladeladosambos

entreosmóticaspresionesdediferencia

barmembranaladeladosambos

entrehidráulicapresióndediferenciaPPP

barmd

msolventealdadpermeabilideecoeficientA

md

msolventedeflujoJ

PAJ

pa

pa

a

a

:

:

:

:

:

2

3

2

3

π

πππ

π

La Figura 44 muestra de forma esquemática la ley que rige el transporte de

solvente a través de una membrana de ósmosis inversa.

Figura 44 – Esquema del transporte de solvente

2. Transporte de soluto: el flujo del soluto a través de la membrana de ósmosis

inversa viene dado por la siguiente expresión:



( )

∆

⋅

⋅

⋅

→⋅⋅+∆⋅=⋅⋅+−=⋅=

3

3

3

2

3

2

3

2

:

dim

:

:

sup

:

:

:

:

)(

m

kgmembranaladetravésa

ionesconcentracdegradienteC

ensionala

toacoplamiendeecoeficientM

m

kgpermeado

elensolutodeliónconcentracC

m

kgmembranaladeerficie

laensolutodeliónconcentracC

md

msolutoalmembranalade

dadpermeabilideecoeficientB

md

msolventedeflujoJ

md

kgsolutodeflujoJ

CJMCBCJMCCBCJJ

p

m

a

s

mamapmpas

Esta ecuación muestra que el flujo de soluto es la suma de dos contribuciones; la

primera ( )CB ∆⋅ es debida a su difusión molecular y es proporcional al

gradiente de concentraciones a través de la membrana, mientras que la segunda

es convectiva, debida al arrastre que produce el solvente. Dividiendo ambas

ecuaciones se obtiene la siguiente expresión:

( ) m

a

s CMPA

CB

J

JCp ⋅+

∆−∆⋅

∆⋅==

π

Si se representa gráficamente, el inverso del rechazo de soluto

( )r

1 en función del inverso del flujo del solvente

aJ1 se

obtiene una recta (Figura 45).

Figura 45 – Relación entre los inversos del flujo de solvente y del rechazo

de soluto



( )

( )

≅

→⋅−

+−

=

membranasdemayoríalapara

toacoplamiendeecoeficientM

unoportosolutodelrechazor

JM

B

Mr a 005.0

:

tan:1

11

11

1.6.17. Coeficiente de permeabilidad al solvente.

El coeficiente de permeabilidad de la membrana al solvente depende de la presión de

operación, de la temperatura, del estado de compactación de la membrana, de su factor

de polarización y del grado de ensuciamiento.

Su valor puede expresarse de la forma:

→⋅⋅⋅=

membranaladentoensuciamie

degradoelcuentaenTienentoensuciamiedefactorK

membranalaencuentrasequeenóncompactaci

degradoelcuentaenTieneóncompactacidefactorK

solventedelidadvis

ladeiaciónlacuentaenTieneentofuncionamide

atemperaturladedependequecorrecióndeecoeficientK

pruebadescondicionelasensolventeal

membranaladedadpermeabilideecoeficientA

KKKAA

e

c

t

ect

.:

.:

cos

var.

:

:0

0

1.6.18. Polarización de la membrana.

En una membrana de ósmosis inversa, el solvente (agua) fluye en dos direcciones;

una de ellas sobre la superficie de la membrana, constituyendo inicialmente la corriente

de aporte y posteriormente la de rechazo, la otra, a través de la membrana, dando lugar

al flujo de permeado.

A medida que el permeado atraviesa la membrana, las sales disueltas que contenía se

quedan en las proximidades de su superficie. El soluto, que no puede atravesar la

membrana, debe ser arrastrado por la corriente de rechazo; sin embargo, la velocidad



del solvente en las proximidades de la superficie de la membrana es prácticamente nula,

por lo que las sales sólo pueden pasar de esta región a la corriente rápida del rechazo

por difusión, dando lugar a una zona en la cual la concentración de sales es mayor que

la del resto de la solución (Figura 46). A esta zona se le llama capa límite.

Esta situación se conoce con el nombre de polarización de la membrana y al

aumento de la concentración que sufre la solución en contacto con la membrana, se le

llama concentración por polarización.

Las distintas sales que se difunden desde la superficie de la membrana hacia la

corriente principal lo hacen a diferentes velocidades. La velocidad de difusión depende

del tamaño del ion o de la partícula, de su carga y de su concentración. Los iones

monovalentes se difunden mucho más rápidamente que los iones multivalentes.

Figura 46 – Evolución de la concentración del soluto en función de la distancia a la superficie de la membrana



El factor de polarización se define mediante la siguiente igualdad:

( )

→=

principalcorrienteaportedesolución

lademediaiónconcentracC

membranaladeerficielaen

solutodemáximaiónconcentracC

C

C

ma

m

ma

m

:

sup

:

β

De acuerdo con las ecuaciones de transporte, la polarización de la membrana produce

los tres efectos siguientes:

1. Reduce, a presión constante, el flujo de solvente y, por tanto, el caudal de

permeado ya que, al aumentar la concentración en la superficie aumenta la

presión osmótica, disminuyendo la presión efectiva a través de la membrana.

2. Aumenta el flujo de soluto a través de la membrana y la concentración del

permeado al aumentar el gradiente de concentraciones.

3. Aumenta el riesgo de precipitación de las sales poco solubles, así como de los

coloides y materias en suspensión sobre la superficie de la membrana.

Conviene, por tanto, limitar la concentración en la capa límite de forma que β no

supere el valor de 1.15.

El factor de polarización depende de varios parámetros, entre los que se pueden

enumerar los siguientes:

1. Permeabilidad de la membrana.

2. Tipo de flujo (laminar o turbulento).

3. Disposición geométrica de las membranas.

4. Porcentaje de rechazo de sales de la membrana.

5. Naturaleza de las sales rechazadas.



1.6.19. Ensuciamiento de las membranas.

En una planta de ósmosis inversa es fundamental, para que su funcionamiento sea

correcto, que la solución que llegue a las membranas haya sufrido previamente un

proceso adecuado de filtración, más o menos complejo, llamado pretratamiento, cuya

misión es eliminar de dicha solución todas las sustancias que puedan depositarse sobre

las membranas o que puedan quedar atrapadas en el interior de los módulos por los

sistemas y mallas distribuidores de la solución de aporte. Cuando esto ocurre, aumenta

la polarización de las membranas, ya que los depósitos sobre las mismas retrasan la

retrodifusión de las sales hacia la corriente principal, cuyos efectos son:

1. Disminución de la productividad.

2. Aumento del paso de sales.

Las sustancias atrapadas originan también aumentos localizados de la pérdida de

carga, dando lugar a un reparto irregular de los flujos a través de las membranas, lo que

motiva que porciones de éstas trabajen con conversiones elevadas mientras otras lo

hacen con conversiones más bajas, incluso cuando la conversión global del módulo o

del sistema se mantiene constante. Esta irregularidad en el reparto de los flujos acelera

notablemente la concentración por polarización y el ensuciamiento en las zonas de

membrana que trabajan con conversiones elevadas.

Cuando el rendimiento de la planta de ósmosis inversa desciende por debajo de unos

determinados límites, es necesario limpiar las membranas para restaurar, si es posible,

sus características primitivas de funcionamiento. La limpieza de las membranas no

puede ser un procedimiento alternativo a un inadecuado pretratamiento, pues al

aumentar la frecuencia de las limpiezas de las membranas se aumenta su deterioro y se

reduce su vida media. Es necesario analizar las causas del ensuciamiento prematuro de

las membranas y someter la solución de aporte a los tratamientos preventivos

adecuados.



1.6.20. Causas.

Las fuentes potenciales de ensuciamiento de las membranas son:

1. Precipitaciones: los elementos que pueden precipitar sobre la superficie de las

membranas son:

o Sales minerales: este tipo de ensuciamiento puede producirse si las sales

presentes en la solución de aporte superan sus productos de solubilidad.

Las sales más corrientes que son susceptibles de precipitar son:

� Carbonato cálcico, CaCO3.

� Sulfato cálcico, CaSO4.

� Sulfato de bario, BaSO4.

� Sulfato de estroncio, SrSO4.

� Fluoruro cálcico, CaF2.

� Sílice, SiO2.

El riesgo de precipitación de una sal determinada puede calcularse

teniendo en cuenta su concentración en la solución de aporte, su

producto de solubilidad y el porcentaje de recuperación con que trabaja

la planta.

o Óxidos metálicos: los metales cuyos óxidos o hidróxidos pueden

aparecer en las soluciones de aporte siendo susceptibles de precipitar

son:

� Hierro: el hierro presente en la solución que llega a las membranas

puede tener dos orígenes diferentes:

� Puede existir en la solución de aporte.

� Puede incorporarse a ella por la corrosión de los metales con

los que está en contacto.

Cualquiera que sea la procedencia del hierro, éste debe permanecer

en forma soluble durante todo el proceso. En tal caso, su porcentaje

de rechazo, por parte de las membranas, será elevado, del mismo

orden que el de un ion bivalente. Sin embargo, si el ion ferroso

soluble, Fe2+, se oxidase pasando a ion férrico, Fe3+, se formaría



hidróxido férrico, Fe(OH)3, que precipitaría, ensuciando las

membranas.

� Manganeso: el manganeso presenta una química similar a la del

hierro y cuando ambos están presentes, suelen coprecipitar. La

oxidación del manganeso exige, por lo general, un potencial de

oxidación – reducción mayor que el hierro.

� Aluminio: si la solución de aporte a las membranas tuviese un alto

contenido en aluminio, éste podría precipitar en forma de hidróxido

cuando:

� Se reduzca el pH de la solución para evitar la precipitación

del carbonato cálcico.

� Se supere su producto de solubilidad en las proximidades de

la membrana.

Estas precipitaciones suelen ser de naturaleza coloidal y pueden

dañar gravemente a las membranas. Este tipo de problemas puede

aparecer cuando la solución que alimenta la unidad de ósmosis

inversa es agua procedente de la red de abastecimiento público,

habiendo sido coagulada previamente con sulfato de alúmina.

2. Depósitos: este tipo de ensuciamiento se produce cuando quedan atrapadas

sustancias en el interior de los módulos por los sistemas y mallas distribuidores.

Puede deberse a uno de los tres factores siguientes:

o Partículas de gran tamaño: si la solución de aporte tuviese partículas en

suspensión de gran tamaño, serían filtradas mecánicamente por los

sistemas de reparto situados en el interior de los módulos y quedarían

atrapadas entre las membranas.

o Coloides: los coloides son partículas muy pequeñas, del orden de 0.01 a

10 µm, provistas de una carga eléctrica, generalmente, sobre su

superficie. Cuando estas partículas se encuentran en un medio acuosos,

sus cargas superficiales, llamadas cargas primarias, atraen a los iones

positivos presentes en el medio que, junto con algunos negativos, se

adhieren fuertemente a las partículas, desplazándose con ellas, dando

lugar a la capa ligada. Otros iones se adhieren débilmente originando la



capa difusa. Las cargas eléctricas y el lecho de agua que rodea las

partículas coloidales tienden a alejarlas entre sí y, por tanto, a

estabilizarlas en la solución. Cuando la concentración de sales aumenta,

las partículas tienden a perder su carga eléctrica, debilitándose y

produciéndose el fenómeno de coagulación. A partir de ese momento,

pueden aglomerarse y formar partículas de mayor tamaño. Este proceso

recibe el nombre de floculación. El ensuciamiento por partículas

coloidales es debido a su coagulación (pérdida de la carga eléctrica) y

posterior floculación (aglomeración) en las proximidades de la superficie

de las membranas. Para cuantificar el atascamiento que pueden producir

las partículas coloidales de la solución de aporte, suele determinarse su

índice de atascamiento (Silt Density Index, SDI), utilizando para ello

un equipo adecuado. Aunque la medida del SDI no es precisa, es el

mejor método para evaluar la concentración de coloides. De forma

general, la relación existente entre el SDI de la solución de aporte, su

potencial Zeta y el riesgo de ensuciamiento por coloides de las

membranas, se muestran en la siguiente tabla:

Tabla XXIII – Relación entre el SDI, el potencial Zeta y el ensuciamiento.

Valores del SDI

Potencial Zeta (mV)

Riesgo de ensuciamiento de las membranas por

coloides <1 --- Ninguno o muy escaso

1 a 3 0 a -30 Escaso 3 a 5 0 a -30 Moderado >5 --- Importante

○ Desarrollos biológicos: el ensuciamiento biológico puede producirse

cuando la solución de aporte contiene suficientes elementos nutritivos como

para favorecer el rápido desarrollo de microorganismos en el interior de los

módulos. Dichos desarrollos pueden afectar al rendimiento de la instalación

de tres formas distintas:

� Destruyendo la capa activa: los desarrollos biológicos pueden

digerir enzimáticamente la capa activa en el caso de las membranas

de acetato de celulosa, perdiendo ésta sus características.



� Ensuciando las membranas: los desarrollos biológicos suelen

formar una fina película sobre las membranas que produce los

mismos efectos que un atascamiento por partículas coloidales.

� Apareciendo bacterias en el permeado: las membranas, por sí

mismas, no permiten el paso de ninguna bacteria o virus desde la

solución de aporte al permeado, pero en todas las configuraciones

el permeado está separado del rechazo mediante juntas tóricas. La

existencia de algún pequeño fallo en una de estas juntas permitiría

el paso de algunas bacterias al permeado, contaminándolo. Esta

presencia podría crear graves problemas si el permeado se utilizase

en la industria farmacéutica o para la fabricación de

semiconductores. En tales casos es imprescindible instalar un

sistema de desinfección por radiación ultravioleta.

3. Otros: excepcionalmente pueden presentarse ensuciamientos extraños:

o Azufre coloidal: en el caso del agua, cuando en el pozo de captación

existe H2S y se inyecta cloro o penetra aire en el mismo, se puede formar

azufre coloidal como consecuencia de la oxidación del H2S por parte del

oxígeno o del cloro. El azufre coloidal se elimina muy difícilmente.

o Compuestos orgánicos: la solución de aporte puede, circunstancialmente,

contener trazas de compuestos orgánicos que pueden ensuciar o destruir

las membranas.

o Aceites y grasas: los hidrocarburos, aceites y grasas no deben estar

presentes en la solución que llega a las membranas ya que forman una

película sobre la superficie de éstas que reduce notablemente el

porcentaje de rechazo de sales.



1.6.21. Técnicas de limpieza.

Cuando las membranas de una planta de ósmosis inversa se ensucian y, sobre todo, si

dicho ensuciamiento tiene lugar en un corto periodo de tiempo, las posibilidades de

recuperación dependen de la rapidez con que se actúe una vez detectado el problema. Si

las membranas se limpian nada más producirse su ensuciamiento, su recuperación puede

ser posible. Por el contrario, si una membrana sucia continúa trabajando, su deterioro

puede ser irreversible, ya que se produce un atascamiento elevado que origina, a su vez,

caminos preferenciales que impiden posteriormente que la solución de limpieza llegue a

la suciedad o a los precipitados que hay que eliminar.

Los parámetros característicos de una planta de ósmosis inversa son su pérdida de

carga, su producción y el porcentaje de rechazo de sales. Estos parámetros dependen de

un conjunto de variables, entre las que pueden citarse:

1. La presión de funcionamiento.

2. La temperatura.

3. La salinidad.

4. El porcentaje de recuperación.

Para determinar si se está produciendo un ensuciamiento o alguna precipitación en

las membranas de una instalación, es necesario observar la evolución con el tiempo de

sus parámetros característicos en condiciones estacionarias, de forma que los valores

sean comparables entre sí.

La primera indicación de la existencia de un ensuciamiento o una precipitación en las

membranas suele ser el incremento de la pérdida de carga a través de los módulos. Esta

circunstancia suele presentarse generalmente antes de que el porcentaje de rechazo de

sales o el caudal de permeado comiencen a disminuir. Otros indicadores de la necesidad

de una limpieza son el paso de sales ya que su valor, cuando las membranas están

limpias, permanece constante durante largos períodos de tiempo, la variación de los

caudales de rechazo y de permeado y la necesidad de aumentar la presión de trabajo.



Cuando se sospeche que se está produciendo un ensuciamiento de las membranas

conviene realizar limpiezas periódicas preventivas hasta que se corrija la situación. De

todas formas, antes de iniciar cualquier limpieza es necesario asegurarse de que los

cambios producidos en la planta no se deben a problemas mecánicos.

Las membranas también deben limpiarse antes de una parada prolongada de la

instalación (más de una semana), antes de la adición de cualquier reactivo que restaure

su paso de sales o su producción o cuando la planta vaya a permanecer parada más de

24 horas tras haber contenido un fluido o un reactivo orgánico susceptible de producir

desarrollos biológicos.

A modo de resumen puede decirse, como norma general, que es necesario realizar

una limpieza de las membranas si ocurre cualquiera de las siguientes situaciones:

1. El paso de sales se incrementa respecto al valor precedente en más de un 15%.

2. La producción aumenta o disminuye en más de un 10%.

3. El caudal de rechazo varía en más de un 10%.

4. La pérdida de carga de los módulos se incrementa en más de un 20%.

5. La presión de alimentación se incrementa en más de un 10%.

6. Ante largos períodos de parada (más de una semana).

7. Antes de aplicar cualquier reactivo de regeneración de las membranas.

8. Antes de una parada de más de 24 horas, tras haber operado con un producto

orgánico que pueda favorecer los desarrollos biológicos.

Existen varios métodos de limpieza, entre los que destacan los siguientes:

1. Limpieza mecánica: la limpieza mecánica de las membranas requiere pasar un

cepillo o una esponja para desprender mecánicamente la suciedad depositada

sobre ellas. Este procedimiento requeriría tener acceso a la superficie activa de

las membranas, lo cual sólo es posible en los módulos de placas. En los módulos

tubulares podría hacerse circular por el interior de las membranas pequeñas

bolas de esponja. En los módulos espirales y en los de fibra hueca, debido a su



fabricación, el acceso es imposible. Hay que tener en cuenta que el espesor de la

capa activa es muy pequeño (0.2 micras) y que una limpieza de esta naturaleza

puede rayar y destruir dicha capa con las partículas abrasivas desprendidas, por

lo que no es aconsejable utilizarla.

2. Limpieza con permeado a presión (flushing): este tipo de limpieza consiste en

hacer llegar a las membranas, siguiendo el mismo camino que la solución a

tratar, permeado exento de sustancias en suspensión y disueltas, susceptibles de

depositarse sobre su superficie. Esta técnica se utiliza normalmente durante las

paradas del sistema con objeto de:

o Reducir el retorno de solvente debido al fenómeno de la ósmosis natural.

o Desplazar totalmente la solución a tratar del interior de las tuberías y de

los módulos del sistema, impidiendo así la corrosión de las partes

metálicas y la precipitación de aquellas sales que pudieran encontrarse en

sobresaturación si se utilizase un dispersante.

3. Limpieza química: consiste en recircular a través de los módulos una serie de

productos químicos capaces de disolver las precipitaciones o de eliminar los

depósitos existentes sobre las membranas.

o Sistema de limpieza: la limpieza de las membranas se realiza

recirculando a través de los módulos, en circuito cerrado, las soluciones

preparadas (Figura 47).

o Identificación del problema: el producto químico a utilizar durante la

limpieza dependerá de la naturaleza de las sustancias atascantes. Por

tanto, lo primero que hay que conocer es el origen y el tipo de

ensuciamiento producido para, por un lado, tratar de eliminarlo de las

membranas y, por otro, evitar que se vuelva a producir. Los efectos que

produce cada tipo de ensuciamiento se indican en la siguiente tabla:



Tabla XXIV – Efectos que produce cada tipo de ensuciamiento.

Tipo de ensuciamiento

Paso de sales

Caudal de permeado

Pérdida de carga

Localización del problema

Métodos de confirmación Comprobación del LSI o S&DSI en el rechazo Cálculo de los límites de solubilidad de las distintas sales en el rechazo

Precipitación de sales minerales: • CaCO3 • CaSO4 • BaSO4 • SrSO4 • CaF2 • SiO2

Incremento importante

Reducción moderada o importante, dependiendo del grado de precipitación

Aumento moderado o importante, dependiendo del grado de precipitación

En las últimas membranas o última etapa

Análisis de los iones de la solución de limpieza

Precipitación de óxidos metálicos: • Fe(OH)3 • Fe2O3 • FeCO3 • FeS2 • MnO2 • Mn2O3

• MnCO3 • Al(OH)3

Incremento importante y rápido, en 24 h (≥ 2 veces)

Reducción importante y rápida (20 – 50%)

Aumento importante y rápido (≥ 2 veces)

En la primera etapa o primeras membranas

Análisis de los iones metálicos en la solución de limpieza

Presencia de partículas en la solución de aporte

Depósito de partículas abrasivas

Incremento según el alcance del problema

Incremento según el alcance del problema

Estable o ligera reducción

Sobre todo en la primera membrana Análisis

destructivo de las membranas Medida del SDI de la solución de aporte

Ensuciamiento coloidal

Incremento notable pero no rápido. Puede requerir semanas (≥ 2 veces)

Reducción importante pero no rápida (≥ 50%)

Aumento notable pero no rápido (≥ 2 veces)

Generalmente en las primeras membranas de la primera etapa

Análisis por difracción de rayos X Recuento de bacterias tanto en el permeado como en el rechazo

Desarrollos biológicos

Incremento gradual e importante, sobre todo tras las paradas si no se añade un biocida (≥ 2 veces)

Descenso gradual e importante, sobre todo tras las paradas si no se añade un biocida (≥ 2 veces)

Incremento gradual e importante, sobre todo tras las paradas si no se añade un biocida (≥ 2 veces)

En todas las membranas, pero con mayor incidencia en las situadas en los primeros lugares

Existencia de desarrollos en tuberías y recipientes

Compuestos orgánicos

Reducción moderada

Reducción importante

Aumento muy ligero

En todas las membranas

Análisis destructivo de las membranas



Figura 47 – Representación esquemática del sistema de limpieza



o Formulaciones a utilizar para cada tipo de ensuciamiento: la resistencia

química de las membranas de acetato de celulosa es menor que las de

poliéter y la de éstas menor que las de poliamida aromática. Las

siguientes tablas recogen las formulaciones de limpieza.

Tabla XXV – Formulaciones de limpieza (1).


Formulación química

CaC

O3

CaF

2

CaS

O4

BaS

O4

SrSO

4

Óxi

dos

met

álic

os

Col

oide

s in

orgá

nico

s

Des

arro

llos

biol

ógic

os

Com

pues

tos

orgá

nico

s

Sílic

e

HCl pH = 3 X X Ácido cítrico al 2% Ajuste pH = 3 con NH4OH

X X X

Detergente no iónico 0.1% Fosfato trisódico 2% Na4 EDTA 2% pH 7 - 8

X X X X X X

Fosfato trisódico 1% Tripolifosfato sódico 1% Dodecil sulfato sódico 0.1% Na4 EDTA 1% pH = 9

X X X X X

EDTA Diamónico 5% Ácido eritórbico 1% pH 4 – 5

X X X

Ácido cítrico 2.4% Bifluoruro amónico 2.4% pH 1.5 – 2.5

X X X

NaHMP 1% X X X NaHSO3 2% Detergente no iónico 0.1%

X

Na2S2O4 1% X Cloro libre 1 – 5 ppm pH 6.5 – 7.5

X X

NaHSO3 0.1% X Formaldehído 0.1% X



Tabla XXVI – Formulaciones de limpieza (2).


Formulación química

CaC

O3

CaF

2

CaS

O4

Óxi

dos

met

álic

os

Col

oide

s in

orgá

nico

s

Des

arro

llos

biol

ógic

os

Com

pues

tos

orgá

nico

s

Sílic

e

Ácido clorhídrico pH 2 X X H3PO4 0.5% X X X NH2SO3H 0.2% X X X Ácido cítrico 2% NH4OH hasta pH 4

X X X X

Ácido cítrico 2% Na2EDTA 2% NH4OH hasta pH 4

X X X

Ácido cítrico 2% NH4OH hasta pH 8

X

Na2EDTA 1.5% NaOH hasta pH 7 – 8

X

Na4EDTA 1.5% HCl hasta pH 7 – 8

X

Na2EDTA 1% NaOH hasta pH 11 – 12

X X X X

NaOH hasta pH 11 – 12 X X Ácido cítrico 2.4% Bifluoruro amónico 2.4% pH 1.5 – 2.5

X X X

Na2S2O4 1 – 2.4% X Fosfato trisódico 1% Triofosfato sódico 1% Na2EDTA 1%

X X

Dodecil sulfato sódico 0.5% NaOH hasta pH 11 – 12

X X X X

Na2EDTA 0.1% NaOH hasta pH 11 – 12

X X X

NaHMP 1% X X X Perborato sódico 0.3% Dodecil sulfato sódico 0.25% pH 10

X X X X

Triofosfato sódico 2% Dodecil sulfato sódico 0.2% pH 10

X X X

NaHSO3 0.1% X Formaldehído 0.1% X



o Precauciones y normas de seguridad: en las limpiezas de las membranas

se utilizan habitualmente productos muy corrosivos e incluso peligrosos,

por lo que es necesario que el encargado de la unidad de limpieza tenga

en cuenta las siguientes normas:

� Debe conocer y estar familiarizado con las normas de higiene y

seguridad relativas al almacenamiento, manejo y preparación de

cada reactivo utilizado.

� Debe conocer el procedimiento a seguir para que el vertido de las

soluciones de limpieza, una vez utilizadas, no contamine el medio

ambiente.

� Es aconsejable que durante el proceso de limpieza toda persona que

manipule los distintos equipos vaya provista de guantes de goma,

buzo de plástico y gafas protectoras de seguridad. En una zona

próxima a la cuba de preparación debe existir una ducha con

lavaojos.

� Durante la preparación de las distintas formulaciones limpiadoras

es necesario asegurarse de que todos los reactivos estén disueltos y

correctamente mezclados antes de introducirlos en los módulos.

� Antes y después de cada limpieza con una determinada

formulación es imprescindible desplazar con permeado o con agua

de alta calidad los fluidos existentes en el interior de las tuberías y

módulos. Si no se realizase esta operación podrían reaccionar entre

sí dos formulaciones consecutivas de limpieza originando

precipitados o daños en las membranas.

� Tras una limpieza química, a pesar de haber desplazado los

reactivos utilizados, es posible que quede alguna traza de los

productos integrantes de la solución de limpieza que puede pasar al

permeado al entrar de nuevo la planta en funcionamiento. Por este

motivo es aconsejable no aprovechar el primer volumen de

permeado producido.



� Es conveniente cambiar los cartuchos filtrantes tras finalizar la

limpieza de forma que la siguiente se realice siempre con cartuchos

nuevos.

1.6.22. Bombas de alta presión.

Las bombas de alta presión son el elemento más importante de la planta de ósmosis

inversa ya que impulsan la solución a tratar hacia las membranas a la presión requerida

por éstas.

Es aquí donde se consume la mayor parte de la energía del proceso, por lo que la

decisión del tipo de bomba a instalar tiene una gran importancia. A la hora de

seleccionar las bombas hay que tener en cuenta distintos parámetros como su

rendimiento, la inversión necesaria, el mantenimiento requerido, la disponibilidad, los

niveles de ruido o las vibraciones.

En el proceso de ósmosis inversa se utilizan generalmente dos tipos de bombas:

1. Alternativas o de desplazamiento positivo: en la admisión, el líquido es

confinado en un cierto espacio de de la bomba, donde se le comunica la energía,

siendo desplazado a continuación hasta la zona de expulsión. Las bombas de

desplazamiento positivo aplican presión directamente al líquido por un pistón

reciprocante o por miembros rotatorios, los cuales forman cámaras

alternadamente llenas o vacías del líquido. Este tipo de bombas proporciona una

cantidad constante de líquido en cada embolada o revolución de la parte móvil,

sin que el líquido pueda circular libremente a través del cuerpo de la bomba.

2. Centrífugas: generan altas velocidades de rotación, convirtiendo la energía

cinética resultante del líquido en energía de presión. El líquido puede circular

libremente a través de ellas, pues recibe la energía por acción de la fuerza



centrífuga que le comunica un disco giratorio a gran velocidad, sin necesidad de

ser confinado en espacios interiores.

► Bombas de desplazamiento positivo.

En las bombas de desplazamiento positivo el movimiento de rotación del motor

eléctrico de accionamiento se convierte en un movimiento de vaivén mediante un

mecanismo biela – manivela – corredera (Figura 48). La corredera va unida a un émbolo

o a un pistón, que es el artífice de la impulsión del fluido gracias a unas válvulas

situadas en la aspiración e impulsión que sólo permiten que el fluido a bombear circule

en un determinado sentido.

Figura 48 – Esquema de una bomba de desplazamiento positivo



El fluido accede a la bomba a través del colector de aspiración y pasa a la cámara de

impulsión a través de la válvula de aspiración que se encuentra abierta por la succión

que produce el émbolo cuando retrocede. Durante este tiempo, la válvula de descarga

permanece cerrada debido a la presión que ejercen sobre ella tanto el resorte con que

suele ir provista como el fluido existente en el colector de impulsión. A medida que el

émbolo penetra en la cámara de impulsión, aumenta la presión del fluido existente en

ésta cerrando la válvula de aspiración. Cuando la presión en la cámara se iguala con la

existente en el colector de impulsión, la válvula de descarga se abre y el líquido es

bombeado hacia el exterior repitiéndose la secuencia en cada embolada.

Las bombas alternativas se fabrican con distinto número de cilindros, recibiendo

diferentes nombres.

Tabla XXVII – Número de cilindros de las bombas alternativas.

Número de cilindros Denominación 1 Simplex 2 Dúplex 3 Tríplex 5 Quíntuplex 7 Séptuplex 9 Nónuplex

Las fluctuaciones de caudal no son buenas para el funcionamiento de las membranas

porque dan lugar a variaciones de la velocidad de arrastre sobre la superficie de la

membranas y, por tanto, a fenómenos de polarización.

Las bombas de desplazamiento positivo se utilizan en plantas de pequeño tamaño

que requieran trabajar con elevadas presiones, como es el caso de la desalación del agua

de mar, ya que es difícil encontrar otro tipo de bombas que reúnan las condiciones

exigidas, bombear un reducido caudal a una presión elevada. También se utilizan en

plantas medianas ( )h

mhasta3

130 cuando se precisan altos rendimientos energéticos en

la impulsión de la solución a tratar y, por tanto, bajos consumos específicos de energía.

Como contrapartida al buen rendimiento hidráulico, este tipo de bombas exige un

costoso mantenimiento.



► Bombas centrífugas.

Una bomba centrífuga en su concepción más simple consisten e un impulsor con

álabes, llamado rodete, que gira en el interior de una carcasa accionado desde el

exterior mediante un eje (Figuras 49, 50 y 51).

Figura 49 - Bomba

centrífuga

Figura 50 – Interior de una bomba centrífuga

Figura 51 – Esquema de una bomba centrífuga Una bomba centrífuga se considera como la segunda clase más importante de

bombas, en donde la energía mecánica del líquido se aumenta por acción centrífuga.

Están formadas por un disco rotatorio, denominado rodete, provisto de unas nervaduras

o álabes, que gira a gran velocidad dentro de una carcasa metálica. El líquido entra a la

bomba por el eje hueco del rodete, aspirado como consecuencia de la disminución

inicial de presión que producen sus álabes al girar. A continuación, este líquido es

proyectado radialmente a lo largo de los álabes por la acción de la fuerza centrífuga,

aumentando considerablemente su energía cinética (Figura 52).



Figura 52 - Esquema de funcionamiento

A la salida del rodete, esta energía cinética adquirida se

transforma en energía de presión, de acuerdo con la ecuación de

Bernouilli, debido a un ensanchamiento progresivo de la sección

de paso, es cual se puede conseguir dándole a la carcasa una forma

de espiral, denominada voluta, o mediante una pieza fija dotada de

álabes, denominada difusor.

La presión de descarga de una bomba centrífuga, para una misma presión de

admisión, dependerá de la eficacia con que se leve a cabo la conversión de energía

cinética en energía de presión.

Las bombas centrífugas son de gran versatilidad, bajo coste, fácil

diseño, operación y mantenimiento, por lo que resultan las más

indicadas en la mayoría de los casos. Pueden proporcionar caudales

variables y, según sea el tipo de líquido que se vaya a bombear, se

elige un tipo u otro de rodete (Figura 53).

Figura 53 - Rodete

Los rodetes pueden ser:

1. Cerrados.

2. Semiabiertos.

3. Abiertos.

4. De flujo mezclado.

En cuanto a la aspiración de la bomba centrífuga, ésta puede ser sencilla o doble,

según que se produzca por una de las caras del rodete o por las dos.

Como ventajas de las bombas centrífugas destacan las siguientes:

1. Construcción sencilla, con gran diversidad de materiales de construcción.

2. Bajo coste inicial y de mantenimiento.



3. Ausencia de válvulas en el cuerpo de la bomba.

4. Posibilidad de acoplamiento directo a un motor eléctrico.

5. Posibilidad de fabricarse formando con el motor de impulsión una unidad

sellada.

6. Funcionamiento muy estable.

7. Puede manejar líquidos que contengan elevadas proporciones de sólidos en

suspensión.

Análogamente, se pueden destacar las siguientes desventajas:

1. Una bomba centrífuga de una sola etapa no puede proporcionar una presión

elevada. Se construyen bombas de múltiples etapas capaces de desarrollar

grandes presiones, pero resultan mucho más costosas y no se pueden construir

con materiales resistentes a la corrosión, debido a su gran complejidad.

Generalmente, es preferible emplear velocidades muy altas para reducir el

número de etapas necesarias.

2. Solamente pueden operar con elevado rendimiento en un intervalo limitado de

condiciones (caudal-presión).

3. Necesitan de la instalación de válvulas de retención en la línea de aspiración, de

lo contrario el líquido podría retornar al depósito de succión en caso de parar la

bomba.

4. Los líquidos muy viscosos no pueden manejarse con buen rendimiento.

En las siguientes figuras se representan, respectivamente, la presión estática de la

bomba (en 2D y 3D), el canal obturado y las líneas de traza.



Las bombas centrífugas operan casi siempre a velocidad constante, por lo que el

caudal suministrado, denominado habitualmente capacidad de la bomba, depende

solamente, para una misma bomba, de las presiones de aspiración y descarga.

Para la adecuada utilización de una bomba centrífuga resulta necesario conocer la

variación de determinadas magnitudes, como la presión de descarga, la potencia

consumida y el rendimiento obtenido

para cada valor del caudal. Estas

variaciones se suelen expresar de

forma gráfica para cada tipo de

bomba, constituyendo las

denominadas curvas características

de la bomba centrífuga considerada

(Figura 54).

Figura 54 – Curvas características de la bomba centrífuga

En las plantas de ósmosis inversa pueden utilizarse los cuatro tipos de bombas

centrífugas siguientes:

1. Bombas de segmentos (Figura 55).

Figura 55 – Bomba centrífuga de segmentos

2. Bombas de cámara partida: tienen una construcción mucho más robusta que

las de segmentos y su costo es consecuentemente mayor. Su diseño permite, sin

embargo, un mantenimiento más sencillo (Figura 56).



Figura 56 – Aspecto de una bomba de cámara partida seccionada

3. Bombas con tubo Pitot: estas bombas, en contraposición con las de segmentos

y las de cámara partida, son de una etapa y no utilizan ni aros de desgaste ni

casquillos de tolerancia.

4. Bombas de alta velocidad: este tipo de bombas posee uno o dos rodetes como

máximo, por lo que la alta presión necesaria en la descarga se consigue

haciéndolos girar a elevadas revoluciones. Este tipo de bombas presenta dos

inconvenientes para su utilización en plantas de ósmosis inversa:

o Bajo rendimiento hidráulico en comparación con las bombas de

segmentos y las de cámara partida.

o Alta velocidad con que trabajan, lo que complica el mantenimiento.

► Comparación entre los distintos tipos de bombas.

Las bombas centrífugas, especialmente las de segmentos y las de cámara partida, se

utilizan mucho más frecuentemente que las de desplazamiento positivo ya que

presentan, frente a ellas, una serie de ventajas, entre las que se pueden citar:

1. Ausencia de pulsaciones de presión y de caudal.

2. Mayor operatividad.

3. Inferior mantenimiento.



Las bombas de segmentos se utilizan tanto en las plantas pequeñas como en las de

gran tamaño, si bien, con caudales inferiores a 25 h

m3

y presiones superiores a 50 bar,

su rendimiento decrece tanto que se aconseja utilizar bombas de desplazamiento

positivo. Por encima de los 300 h

m3

y presiones superiores a 50 bar se puede obtener

un rendimiento algo mejor con las bombas de cámara partida. Para caudales superiores a

los 500 h

m3

y presiones por encima de los 50 bar suele ser más interesante utilizar

bombas de cámara partida. Las bombas con tubo de Pitot sólo se utilizan en plantas

pequeñas, cuando el coste de la energía eléctrica no es importante. Las bombas de alta

velocidad sólo se utilizan en situaciones especiales y, combinadas con turbinas de

recuperación de energía.

Cada bomba tiene ventajas e inconvenientes al utilizarla en una planta de ósmosis

inversa:

Tabla XXVIII – Ventajas e inconvenientes de las bombas.

TIPO DE BOMBA VENTAJAS INCONVENIENTES Alto rendimiento hidráulico (superior al 90%)

Suministran un caudal y una presión pulsados

Bajo consumo específico de energía

Requieren un cambio frecuente de empaquetaduras y émbolos Pueden llegar a las membranas partículas procedentes de las empaquetaduras Elevado costo de mantenimiento

Desplazamiento positivo Se adaptan a la compactación y al ensuciamiento de las membranas, aumentando o reduciendo la presión de impulsión sin la intervención de ningún sistema de control Vibraciones y alto nivel sonoro

El rendimiento hidráulico rara vez supera el 80% Es preciso desmontar las tuberías y toda la bomba para inspeccionar o cambiar un rodete

Segmentos Económicas

Riesgo de corrosión en las superficies de contacto entre segmentos

Buen rendimiento hidráulico (alrededor del 80%) Bombas muy robustas Fácilmente desmontables, sin desconectar las tuberías

Costo de inversión elevado

Se accede con facilidad a todas las piezas internas

Cámara partida

Fáciles de mantener Repuestos caros



1.6.23. Sistemas de recuperación de energía.

En la actualidad, todo proceso de fabricación se contempla dentro de un entorno

económico en el que la reducción de los costos de producción es un factor muy

importante. Adicionalmente, la crisis energética mundial y la preocupación por el

deterioro del medio ambiente han requerido de todos los procesos una mejora de sus

rendimientos que redunde en una disminución sustancial del consumo energético.

La ósmosis inversa, al ser un proceso en el que una parte importante de los costos de

funcionamiento corresponden a la energía eléctrica consumida en el bombeo a alta

presión, no ha escapado a las consideraciones anteriores, habiendo incorporado en los

últimos años una serie de mejoras tendentes a minimizar los consumos energéticos.

En la concepción más simple de una planta de ósmosis inversa la solución a tratar es

aspirada por una bomba de alimentación que la impulsa hacia el pretratamiento donde

se elimina todo aquello que pueda ensuciar y deteriorar las membranas. A continuación

es impulsada por una bomba de alta presión que la envía, a la presión necesaria, hacia

las membranas de ósmosis inversa (Figura 57). En el interior de los módulos, una parte

del solvente (entre un 40 y un 90% según el porcentaje de recuperación) atraviesa las

membranas dando lugar al permeado que abandono los módulos a una presión

comprendida entre 1 y 3 bar. El resto (entre un 60 y un 10% del caudal inicial), junto

con las sales y sustancias rechazadas por las membranas, abandona los módulos a una

presión ligeramente inferior a la que tenía a la entrada a los mismos, dando lugar a la

corriente de rechazo.

Figura 57 – Esquema simplificado de una planta de ósmosis inversa



Para poder mantener la presión de trabajo en el interior de los módulos es necesario

colocar una válvula de control que cree la pérdida de carga necesaria en el rechazo de la

ósmosis inversa, laminándolo y disipando su energía en forma de calor.

Una concepción más avanzada de la planta incorporaría un sistema que permitiese

recuperar la energía que, en forma de presión, posee el rechazo a la salida de los

módulos. Para que esta innovación pueda introducirse es necesario que el ahorro

económico que comporte compense la mayor inversión a realizar.

Los sistemas utilizados en la actualidad para recuperar la energía del rechazo son:

1. Turbinas Pelton: En una máquina de este tipo, también llamada turbina de

impulsión, la presión que posee el rechazo de la ósmosis inversa se transforma

en energía cinética en forma de un chorro líquido a alta velocidad. Para ello el

rechazo se hace pasar a través de un inyector consistente en una tobera provista

de una aguja que regula la sección de

salida y, por tanto, la velocidad del

chorro (Figura 58).

Figura 58 – Esquema de la transformación de la presión

del rechazo en un chorro líquido de alta velocidad

2. Turbinas de contrapresión: las turbinas de contrapresión son bombas centrífugas

que se han modificado tanto mecánicamente, para que trabajen girando en

sentido inverso, como hidráulicamente para funcionar con un flujo circulando en

sentido contrario.

3. Conversores hidráulicos centrífugos: transforman la presión del rechazo de la

ósmosis inversa en presión de la solución de aporte.

4. Conversores hidráulicos dinámicos: utilizan cilindros o tuberías para transformar

la presión del rechazo en presión de la solución de aporte.



→→→→ Comparación entre los distintos sistemas.

En la siguiente tabla se recogen, de forma comparativa, las características de los

sistemas de recuperación de energía más utilizados:

Tabla XXIX – Características de los sistemas de recuperación de energía.

Características Turbina Pelton

Turbina de contrapresión

Turbobomba integral

Conversor centrífugo

Espacio necesario

Reducido Importante Medio Muy reducido

Funcionamiento en seco

Posible Imposible Imposible Imposible

Flexibilidad de funcionamiento

Amplia Reducida Reducida Muy reducida

Rechazo que recibe

Todo Parte Parte Todo

By – pass de la turbina

No necesario Necesario Necesario Necesario

Contrapresión No tolera Tolera / precisa Tolera / precisa Tolera / precisa % caudal nominal para recuperar energía

20 40 40 60

Rendimiento mecánico

75 – 90% 70 – 83% 65 – 78% 40 – 70%

Plantas en que se utiliza

Medias – grandes

Medias – grandes

Medias Pequeñas –

medias

1.6.24. Unidad de ósmosis inversa.

Aunque dentro de una misma configuración de membranas existen módulos con

diferentes tamaños y, por tanto, con distintas producciones, el caudal de permeado

necesario raramente coincide con el que puede suministrar un módulo concreto sino que

suele ser bastante superior. Es decir, para alcanzar el caudal deseado es necesario

agrupar varios módulos.

Adicionalmente, para asegurar una cierta velocidad del flujo a través de la superficie

de las membranas, reduciendo así el fenómeno de polarización y los riesgos de

precipitación y atascamiento, es absolutamente imprescindible mantener un caudal



mínimo de rechazo en cada módulo. Asimismo, para no aumentar excesivamente su

pérdida de carga, lo que produciría deformaciones en su interior, es también necesario

limitar el caudal máximo de rechazo.

Ambos límites en el caudal de rechazo dependen del tipo de módulo, de sus

dimensiones, de las características de la membrana utilizada… Estos valores a respetar

limitan las conversiones máxima y mínima de cada módulo y, consecuentemente, tanto

los porcentajes de recuperación de solvente como la concentración máxima del rechazo.

Si la conversión global con que se desea que trabaje el sistema supera la máxima

admisible por cada módulo, es también necesario agruparlo de forma que se respeten

sus condiciones límites de caudal de rechazo. Así pues, tanto el caudal como la

conversión de funcionamiento de la unidad de producción obligan a agrupar los

módulos de una determinada forma.

► Agrupación de módulos.

Los módulos de un sistema de ósmosis inversa pueden agruparse de dos formas:

1. En paralelo: en este tipo de montaje, las alimentaciones y las salidas tanto de

permeado como de rechazo de cada módulo se conectan con cada una de las

correspondientes tuberías generales (Figura 59). Esta agrupación se utiliza tanto

con módulos de placas como tubulares y de fibra hueca, pero no se usan con los

espirales. Esta disposición se usa para producir un caudal n veces superior al

suministrado por un módulo, siendo n el número de módulos instalados en

paralelo. Como la máxima conversión de trabajo de cada módulo de este tipo es

del orden del 40 al 50%, ésta será la conversión máxima que puede conseguirse

con esta agrupación, lo que equivale a decir que la solución de aporte puede

concentrarse entre 1.66 y 2 veces. Cuando los módulos trabajan en paralelo, la

pérdida de carga entre el colector de aporte y el de rechazo es la misma para

todos ellos, lo que quiere decir que el caudal de aporte que llega a cada uno

dependerá de su grado de atascamiento y del caudal de permeado que produzca.

Es muy importante que, cuando varios módulos trabajen en paralelo, el grado de



envejecimiento de sus membranas sea similar ya que, en caso contrario, se

producirán desequilibrios en los flujos individuales que harán que las

membranas menos deterioradas trabajen con conversiones elevadas y se

atasquen rápidamente.

Figura 59 – Agrupación de los módulos en paralelo

2. En serie: cuando los módulos se unen en serie, el caudal de rechazo de cada

módulo para a ser el aporte del siguiente, y así sucesivamente (Figura 60). El

permeado de los distintos módulos se recoge en un colector común a todos ellos

donde se van mezclando los distintos flujos. Cuando se instalan módulos

espirales en el interior de un tubo de presión se utiliza este tipo de agrupación.

Los módulos espirales pueden trabajar con conversiones máximas del 7 al 10%,

por lo que la conversión de cada tubo con 6 ó 7 módulos suele también oscilar

entre el 40 y el 50%. La agrupación de los módulos en serie hace que, para una

conversión total determinada, cada módulo trabaje con una conversión menor

que si trabajase en paralelo, lo que se traduce en que el caudal de rechazo y, por

tanto, la velocidad superficial sobre la membrana sean mayores. Esta agrupación

se utiliza, consecuentemente, para reducir los fenómenos de polarización cuando

los flujos de permeado de las membranas son altos o cuando se trabaja con

elevadas conversiones.



Figura 60 – Montaje de los módulos en serie

► Agrupación de etapas.

Se llama etapa al conjunto de tubos contenedores que trabajan en paralelo, a la

misma presión y alimentados desde la misma línea.

La recuperación máxima de cada etapa no debe superar el 50%, por lo que si se

quiere que la conversión global de la unidad esté por encima de dicho valor, hay que

agrupar las etapas. Existen dos formas de hacerlo:

1. Rechazo en serie: en esta agrupación, el rechazo de la primera etapa alimentaría

a la segunda y el rechazo de ésta a la tercera (Figura 61). En la siguiente tabla se

recoge el número de etapas con rechazo en serie que es preciso instalar, en el

caso de la desalación de aguas salobres, en función del porcentaje de

recuperación, para respetar las condiciones de flujo de rechazo impuestas por los

módulos. No suelen agruparse más de tres etapas en serie porque la producción

de cada etapa adicional, por encima de la tercera, sería muy reducida y no

resultaría económica.

Tabla XXX – Número de etapas en función del porcentaje de recuperación.

Porcentaje de recuperación Número de etapas 50 1 75 2

87.5 3



Figura 61 – Agrupación de etapas con rechazo en serie

2. Recirculación del rechazo: utilizando una única etapa se puede superar el

porcentaje máximo de recuperación del 50% establecido para la misma. Se

recurre para ello a recircular todo o parte del rechazo mezclándolo con la

solución de aporte (Figura 62). Con este procedimiento pueden alcanzarse

conversiones de hasta el 75% y, por tanto, concentraciones en el rechazo cuatro

veces superiores a las de la solución de aporte. Esta alternativa presenta un

consumo específico de energía y una salinidad del permeado mayores que la de

instalar dos etapas con rechazo en serie, por lo que sólo se utiliza cuando lo que

se quiere es concentrar la solución de aporte. Si dicha solución de aporte

presentase altos contenidos de materia en suspensión sería conveniente agrupar

las etapas con el rechazo en serie, pero manteniendo la recirculación en cada

etapa (Figura 63). La bomba de recirculación de la primera etapa impulsa la

solución de aporte mezclada con parte del rechazo de esa etapa; la de

recirculación de la segunda etapa impulsa el rechazo de la primera mezclada con

parte del rechazo de la segunda, y así sucesivamente. Las bombas de

recirculación tienen un caudal varias veces superior al de la bomba de alta y su

presión diferencial debe ser superior a la pérdida de carga de la etapa

correspondiente. Con este montaje se consiguen velocidades sobre la superficie



de las membranas muy elevadas, reduciéndose de forma considerable los

fenómenos de polarización y los riesgos de ensuciamiento, todo ello a costa de

un mayor consumo de energía eléctrica en los bombeos. Por este motivo, no

tiene sentido utilizar este montaje con soluciones limpias o poco cargadas, con

bajo riesgo de que se depositen las sustancias en suspensión sobre las

membranas.

Figura 62 – Esquema de un montaje con recirculación del rechazo



Figura 63 – Esquema de una agrupación de etapas con rechazo en serie y recirculación



No tiene sentido hablar de agrupar dos etapas en paralelo porque equivaldría a una

etapa primitiva con mayor número de tubos.

► Agrupación de sistemas.

Se llama sistema al conjunto de etapas agrupadas de la forma que fuere pero con una

única bomba de alta presión. Al igual que las etapas, los sistemas pueden agruparse de

dos formas:

1. En paralelo: cuando los sistemas se agrupan en paralelo, todas las bombas de

alta presión trabajan también en paralelo e impulsan la misma solución de aporte

(Figura 64). Esta agrupación se utiliza para subdividir el caudal total de

permeado en varias unidades o líneas de producción, las cuales son de un solo

paso, ya que tanto el permeado como el rechazo finales se obtienen con un único

bombeo a alta presión.

Figura 64 – Esquema de dos sistemas trabajando en paralelo

2. En serie: cuando los sistemas se agrupan en serie, las bombas de alta presión

trabajan también en serie, no impulsando todas ellas las mismas soluciones de



aporte. Una agrupación de esta naturaleza se dice que está formada por pasos y

cada paso es un sistema. Existen tantos pasos como bombas de alta presión

trabajando en serie. Según la procedencia de la solución de aporte al segundo

sistema, la agrupación puede ser:

o Permeado en serie: en este montaje, todo o parte del permeado producido

por el primer sistema es bombeado de nuevo por una segunda bomba de

alta presión, que lo impulsa hacia un segundo sistema (Figura 65). Este

tipo de montaje se utiliza cuando se quiere reducir la concentración de

sales del permeado final.

Figura 65 – Esquema de una unidad de producción con dos pasos, permeado en serie

Generalmente, el rechazo del segundo paso suele recircularse hacia el

primero. La reducción de la salinidad del permeado también puede

lograrse manteniendo el mismo porcentaje de recuperación pero con un

consumo específico de energía mayor, recirculando una parte del

permeado (Figura 66).

Figura 66 – Unidad de producción con un paso y recirculación del permeado



o Rechazo en serie: en este montaje, el rechazo de uno o varios sistemas

que trabajan en paralelo es aspirado por otra bomba que lo impulsa hacia

un nuevo sistema (Figura 67). El rechazo procedente de dos sistemas A y

B es aspirado por una bomba que le suministra la presión diferencial

necesaria para ser enviado hacia un nuevo sistema C. Este tipo de

montaje se utiliza para recuperar algún producto existente en el rechazo

de los primeros sistemas o bien para aumentar los porcentajes de

recuperación del permeado. Presenta ventajas frente a la agrupación de

etapas con rechazo en serie ya que, en tal caso, las etapas finales trabajan

con la solución más concentrada en sales y con una presión más baja que

la suministrada por la bomba. En el presente montaje, por el contrario, la

bomba que trabaja en serie permite optimizar y adecuar la presión de

descarga a las necesidades del concentrado a tratar. Las membranas del

primer paso suelen ser de baja presión y las del segundo de alta debido a

la mayor presión osmótica de la solución que les llega.



Figura 67 – Unidad de producción con dos pasos y rechazo en serie



► Técnicas de funcionamiento.

Según el modo de trabajar con la unidad de ósmosis inversa, se pueden considerar

dos tipos de funcionamiento:

1. Funcionamiento por lotes: en este tipo de operación, toda la solución a tratar se

encuentra disponible previamente en una cuba. Nada más comenzar el proceso el

permeado se evacúa continuamente, pero el rechazo de la ósmosis se retorna al

depósito recirculándolo de nuevo (Figura 68). El proceso termina cuando se

alcanza la concentración deseada en la solución de la cuba. Esta técnica permite

obtener altas concentraciones en el rechazo con superficies de membranas

relativamente bajas. Se utiliza para concentrar soluciones y lo que se aprovecha

es el rechazo, siendo necesario esperar un cierto tiempo para que esté disponible.

Figura 68 – Esquema del funcionamiento por lotes

2. Funcionamiento en continuo: en este tipo de operación, la solución de aporte

bombeada hacia la ósmosis inversa es repuesta inmediatamente por otra nueva

(Figura 69), no siendo imprescindible el depósito para su almacenamiento

previo. En este proceso también puede recircularse parte del rechazo

dependiendo del porcentaje de recuperación deseado y del número de etapas

instaladas con el rechazo en serie. Tanto el permeado como todo o parte del

rechazo se evacúan en continuo, disponiéndose de ambos inmediatamente.

Esta técnica se utiliza en general cuando lo que se aprovecha es el permeado.



Figura 69 – Esquema del funcionamiento en continuo



1.6.25. Aplicaciones.

La ósmosis inversa es un proceso que permite por un lado separar de la solución de

aporte un solvente o permeado, debido a que puede atravesar la membrana, y por otro

obtener un concentrado o rechazo con todas aquellas sustancias que no pueden

atravesarla. Es, consecuentemente, tanto una técnica de separación como de

concentración selectiva pudiendo utilizarse en todos aquellos procesos que requieran

cualquiera de las dos posibilidades.

► Agua potable.

Dentro de la producción de agua potable, los campos en que se utiliza la ósmosis

inversa son:

1. Desalación.

2. Reducción de la dureza.

3. Reducción del contenido en nitratos.

4. Eliminación del color y de los precursores de los THM.

•••• Desalación.

La desalación del agua es la aplicación más importante en lo que a volumen de

permeado e importe económico se refiere. Atendiendo a su salinidad, las aguas pueden

clasificarse como se muestra en la siguiente tabla:

Tabla XXXI – Clasificación de las aguas en función de su salinidad.

Denominación Salinidad (g/L) Dulces < 1

Baja 1 – 2 Media 2 – 5 Salobres Alta 5 – 10

Salinas 10 – 30 Marinas 30 – 50

Salmueras 50 - 200



Considerando la forma en que se realiza su captación, el agua puede ser:

1. Superficial.

2. De pozo.

La salinidad del agua utilizada condiciona el consumo de energía necesario para su

desalación y la forma de captación determina los tipos y concentraciones de impurezas

que hay que eliminar en el pretratamiento, antes de proceder a la desalación, con objeto

de evitar el deterioro de las membranas utilizadas.

Las aguas salobres y salinas son, en general, de origen subterráneo aunque algunas

aguas superficiales pueden presentar también elevados contenidos en sales disueltas.

La desalación se realiza tanto en aguas salobres como salinas y marinas. Consiste en

eliminar del agua la mayor parte de las sales, para lo cual, tras un determinado

pretratamiento, se bombea el agua bruta a la presión adecuada hacia las membranas de

ósmosis inversa. El permeado de las membranas es agua exenta de la mayor parte de

las sales, mientras que el rechazo es una salmuera formada por el resto del agua

bombeada que se lleva todas las sales presentes inicialmente en el agua bruta.

Una planta desaladora de ósmosis inversa consta de las cuatro partes siguientes:

1. Captación del agua, que incluye la toma, el bombeo y la tubería de impulsión

hasta la planta propiamente dicha.

2. Pretratamiento, que incluye un tratamiento fisico – químico del agua bruta.

3. Ósmosis inversa, o área principal del proceso.

4. Tratamiento complementario del agua desalada para conseguir las condiciones

de potabilidad requeridas.



Dependiendo del caudal de agua desalada y de las características físicas y biológicas

del agua bruta, la instalación puede ser más o menos compleja, debiendo diseñarse

siempre de forma que se minimicen los costos de inversión, así como los de operación y

mantenimiento. La forma de captar el agua a desalar, ya sea salobre, salina o marina,

determina el pretratamiento a que debe someterse.

Cuando la toma es superficial, la actividad biológica será elevada, pudiendo

agravarse si la captación se realizase en las proximidades de vertidos urbanos. Una

captación a través de un pozo profundo permite partir de un agua bruta con reducidos

valores de su SDI y baja actividad biológica, lo que redundará en una mayor vida de las

membranas y un aumento del factor de utilización de la instalación. Consecuentemente,

siempre que sea posible hay que pensar en captar el agua bruta mediante un pozo

profundo. Las Figuras 70 y 71 muestran, respectivamente, el proceso más complejo que

podría sufrir un agua salobre con una captación superficial y fuerte contaminación

orgánica, y el tratamiento a aplicar a un agua de mar captada a través de un pozo

profundo para su desalación.



Figura 70 – Esquema del tratamiento a aplicar a un agua salobre con una captación superficial



Figura 71 – Esquema del tratamiento a aplicar a un agua marina con una captación a través de un pozo profundo



Las membranas utilizadas para este proceso presentan un alto rechazo de las sales

divalentes, siendo bajo el de las monovalentes (Figura 72). El poder de corte para las

moléculas orgánicas no iónicas es del orden de 200 a 300, constituyendo las

membranas de ósmosis inversa con menor rechazo de sales. Se las conoce también con

el nombre de membranas de nanofiltración. El bajo rechazo de los iones

monovalentes minimiza el gradiente de presión osmótica a través de las membranas, lo

que permite trabajar con presiones reducidas, del orden de los 7 bar, incluso con

elevadas salinidades en el agua bruta.

Figura 72 – Evolución de los porcentajes de rechazo de sales con la salinidad en las membranas utilizadas para reducir la dureza de las aguas

•••• Reducción del contenido en nitratos.

El suministro de agua potable en un gran número de pueblos de la Península Ibérica

de tamaño pequeño y medio se realiza a partir de acuíferos de los que se extrae

mediante pozos de captación.



El agua de esta procedencia presenta generalmente un contenido en materia en

suspensión, así como un color y una turbidez muy bajos. Sin embargo, si los acuíferos

se encuentran situados en zonas agrícolas con cultivos intensivos, las aguas subterráneas

suelen incorporar altas concentraciones de nitratos, superiores a los 50 L

mg admitidos

por la reglamentación técnico – sanitaria. Estos altos valores se deben generalmente, al

arrastre hacia el acuífero de parte de los abonos utilizados sobre la superficie.

La utilización de membranas de ósmosis inversa con un alto porcentaje de rechazo

del ion nitrato permite obtener agua con un bajo contenido en dichos iones y, por tanto,

apta para el consumo humano.

•••• Eliminación del color y de los precursores de los THM.

El color que presentan algunas aguas naturales se debe a la presencia de una serie de

ácidos orgánicos pertenecientes a las familias de los ácidos húmicos y fúlvicos cuyo

peso molecular puede oscilar entre 800 y 50000. Proceden de la descomposición de la

materia orgánica natural disuelta por dichas aguas en su recorrido a través de la

naturaleza.

El color, además de no admitirse en al agua potable por motivaciones estéticas, es un

precursor de los trihalometanos (THM). Los precursores de los THM liberan

cloroformo y otros compuestos halogenados cuando se clora el agua para asegurar su

desinfección. Se ha demostrado que dichos compuestos halogenados son cancerígenos,

lo que quiere decir que, inyectados en concentraciones elevadas, en ensayos de

laboratorio, desrrollan un cáncer en determinados animales. Las recomendaciones de la

Organización Mundial de la Salud, así como la normativa de la Unión Europea relativa

a la calidad de las aguas potables, reducen de forma considerable el contenido máximo

admisible de estos derivados clorados.

Gran parte de los procedimientos convencionales de tratamiento del agua no reducen

el contenido en precursores de los THM hasta los valores deseados. Las membranas de



ósmosis inversa presentan, sin embargo, un rechazo del orden del 99% para dichos

ácidos húmicos y fúlvicos así como para otros compuestos orgánicos.

Las membranas a utilizar para estas aplicaciones son las llamadas de nanofiltración,

que permiten el paso de la mayor parte de iones monovalentes y presentan un alto

rechazo para los iones divalentes y polivalentes.

► Aguas residuales urbanas y asimiladas.

•••• Reutilización para recarga de acuíferos.

Cuando se desea reutilizar las aguas residuales urbanas (ARU), una vez depuradas,

en aplicaciones que exijan una alta calidad de las mismas, se acude a la ósmosis inversa

como paso final de la compleja línea de tratamiento.

En este caso, el agua residual, tras sufrir un tratamiento biológico con nitrificación o

nitrificación - desnitrificación, es sometida a un tratamiento fisico – químico con una

filtración de alta calidad para evitar el atascamiento de las membranas, pasando

finalmente a través de una ósmosis inversa para eliminar parte de las sales disueltas, así

como la mayor parte de los compuestos orgánicos, metales pesados, bacterias, virus,

pirógenos… (Figura 73).



Figura 73 – Tratamiento complementario del ARU para su reinyección en un acuífero



•••• Estaciones espaciales.

Las investigaciones realizadas en la Agencia Espacial Europea para establecer un

procedimiento que, trabajando en condiciones de microgravedad, permitiese reutilizar el

98% de las aguas residuales de las estaciones espaciales, produciendo agua apta para la

bebida y la higiene personal, han puesto de manifiesto la idoneidad de la ósmosis

inversa para tal fin.

Las aguas residuales de una estación espacial tienen el siguiente origen:

1. Condensados procedentes del sistema de aire acondicionado.

2. Sistemas de recuperación del CO2.

3. Duchas y sistemas de higiene personal.

4. Lavado de ropas y vajillas.

5. Urinarios.

El proceso de tratamiento integral de todas esta agua se muestra en la Figura 74. Las

aguas procedentes de las duchas e higiene personal, así como las del lavado de ropa y

vajillas, son previamente acidificadas hasta un pH 3 – 4 para reducir los desarrollos

biológicos, tras lo cual pasan a través de un filtro de alta eficacia que retiene las

partículas en suspensión. Finalmente, son impulsadas hacia un primer paso de una

ósmosis inversa. Una parte del permeado de este primer paso es recirculado de nuevo al

sistema para conseguir elevados porcentajes de recuperación y el rechazo es enviado

hacia un sistema de destilación centrífuga bajo vacío.



Figura 74 – Diagrama de tratamiento de las aguas residuales de las estaciones orbitales



► Agua para procesos industriales.

•••• Producción de agua desendurecida.

Los procesos de fabricación que requieren calentar agua a baja presión y temperatura

deben utilizar aguas con poca dureza, es decir, con un bajo contenido en calcio y

magnesio para evitar la precipitación de sus carbonatos, sulfatos o hidróxidos durante el

proceso de calentamiento. Los precipitados recubren las superficies de transferencia de

calor dando lugar a corrosiones y a pérdidas notables del rendimiento de transferencia

debido a que son malos conductores del calor.

Iguales características deben reunir las aguas destinadas al lavado de recipientes o

productos ya que las aguas duras requieren un mayor consumo de los productos de

limpieza utilizados.

El procedimiento tradicional para reducir la dureza del agua ha sido el intercambio

iónico, utilizando para ello una resina intercambiadora de cationes fuertemente ácida

regenerada con cloruro sódico. Sin embargo, la aparición de las membranas de

nanofiltración ha relegado el uso del intercambio iónico para esta aplicación a

situaciones especiales, así como para afino del permeado producido por las membranas.

•••• Producción de agua desmineralizada.

Gran número de procesos industriales precisan utilizar agua desmineralizada, es

decir, exenta de todas las sales minerales que habitualmente posee en solución. El

procedimiento utilizado tradicionalmente para desmineralizar el agua ha sido el

intercambio iónico. Sin embargo, tras la aparición de membranas de baja presión,

cuando el contenido en sales del agua de partida supera los 500 L

mg es más

interesante, desde el punto de vista económico, eliminar del agua la mayor parte de las

sales con una ósmosis inversa finalizando su desmineralización total mediante el

intercambio iónico.



La ósmosis inversa también se utiliza, instalada en cabeza del tratamiento, para

alargar lo ciclos de producción de los intercambiadores de iones cuando éstos se

reduzcan, debido al aumento de la salinidad del agua de partida. Esta solución permite,

además de aprovechar las cadenas de desmineralización y multiplicar por 10 ó 20 el

tiempo transcurrido entre dos regeneraciones consecutivas, reducir el consumo de agua

y el costo de producción del metro cúbico de agua desmineralizada, así como rebajar

las cantidades de ácido y sosa cáustica vertidas al medio ambiente.

•••• Producción de agua ultrapura.

El agua destinada a la industria presenta, además de sales disueltas, una gran

variedad de sustancias orgánicas, la mayor parte de las cuales son ácidos húmicos y

fúlvicos. También pueden existir microorganismos como bacterias, hongos y algas que

contribuyen a aumentar el contenido total de sustancias orgánicas.

Algunas industrias requieren para sus procesos que el agua esté exenta no sólo de

materias en suspensión y sales disueltas, sino también de todas esas sustancias

orgánicas. Un agua de estas características recibe el nombre de agua ultrapura.

Entre las industrias que precisan esta calidad, se pueden citar:

1. Centrales de producción de energía eléctrica.

2. Fábricas de semiconductores y componentes electrónicos.

3. Industrias farmacéuticas.

En todas estas industrias, la detección y eliminación de las sustancias orgánicas

señaladas tiene una gran importancia. Las técnicas disponibles en la actualidad para

evaluar dicho contenido en el agua de proceso son múltiples, si bien la más utilizada

suele ser la del Carbono Orgánico Total (TOC). En la siguiente tabla se recogen los

contenidos máximos admisibles en las aguas de proceso de las industrias señaladas:



Tabla XXXII – Contenidos máximos admisibles en las aguas de proceso de industrias.

Industria TOC máximo (ppb) Central de producción de energía eléctrica 100 – 300 Fábricas de semiconductores < 50 Industrias farmacéuticas < 10

Existen diversas técnicas para reducir el TOC del agua de alta pureza, pudiendo citar

entre otras:

1. Adsorción sobre carbón activo.

2. Retención sobre resinas aniónicas (scavengers).

3. Radiación ultravioleta.

4. Ultrafiltración.

5. Ósmosis inversa.

Los procesos de tratamiento del agua incorporan en general una o varias de estas

técnicas. El grado de eliminación de las sustancias orgánicas depende del orden en que

se coloquen dichas técnicas, así como de la naturaleza de las sustancias.

A título de ejemplo, la Figura 75 recoge el proceso de tratamiento existente en una

fábrica de componentes electrónicos donde se muestra el contenido en TOC (expresado

en ppb) del agua en cada etapa del proceso. Puede verse que la mayor parte de la

reducción del TOC se produce en la ósmosis inversa.



Figura 75 – Tratamiento del agua de proceso en una fábrica de componentes electrónicos



1.7 DESCRIPCIÓN DE LAS DISTINTAS INSTALACIONES.

1.7.1. Pretratamiento.

Para que una planta de ósmosis inversa funcione sin problemas, es preciso que se

cumplan las tres condiciones siguientes:

1. Que posea un pretratamiento adecuado.

2. Que el sistema de ósmosis inversa esté bien diseñado.

3. Que la explotación y el mantenimiento se realicen correctamente.

Los tres factores anteriores son de gran importancia, pero de ellos, un pretratamiento

adecuado del agua bruta es fundamental y básico para conseguir una operación

satisfactoria de la instalación, en cuanto a su operación y mantenimiento. Un

pretratamiento correctamente diseñado y operado eliminará prácticamente todos los

problemas. El pretratamiento se requiere en la ósmosis inversa por tres razones de

prevención:

1. Incrustación: el objetivo primordial del pretratamiento es evitar depósitos de

sales incrustantes, fenómeno que ocurre en todos los procesos de desalación de

agua. La tendencia incrustante del agua que va pasando sobre las membranas se

agrava notablemente por la alta concentración de sales en la capa límite, si los

flujos se hacen laminares. De esta forma, si existe un descuido en el

pretratamiento se comienza a formar una capa de incrustación sobre las

membranas, que provoca una disminución en el rendimiento de la planta o un

aumento en la presión de operación debido a que las capas de incrustación son

muy impermeables y ofrecen gran resistencia al paso de producto. Si el

problema que está ocasionando la incrustación no se detecta y se resuelve, el

depósito de sales incrustantes en las últimas membranas, que están expuestas a

la salmuera más concentrada, puede crecer lo suficiente como para comenzar a

obstruir los canales de salmuera de los elementos. Una vez que esto ocurre, la

presión diferencial sube notablemente y se corre el peligro de dañar los



elementos. La incrustación se localiza en los últimos elementos del sistema y

progresa lentamente de atrás hacia delante hasta los primeros. Se detecta

abriendo la tapa de los tubos de presión en la salida del sistema, e

inspeccionando y pesando los elementos.

2. Ensuciamiento: el ensuciamiento con arena, materia orgánica o material

coloidal puede repercutir en una obstrucción física de los canales hidráulicos de

los elementos. Si se determina oportunamente que las membranas han sufrido

ensuciamiento, el 99% de las veces es posible parar, efectuar una limpieza con

detergente y restaurar la planta de ósmosis a su condición original. Sin embargo,

si el bloqueo de los canales hidráulicos de los elementos no se corrige a tiempo,

se producen presiones diferenciales excesivas y deformación mecánica del rollo

espiral de membranas. El ensuciamiento comienza por el extremo de la

alimentación y progresa hacia la parte posterior del sistema, pudiendo detectarse

inspeccionando y determinando el peso de las primeras membranas del sistema.

3. Ataque bacteriano o químico a las membranas: estos ataques dañan

irreversiblemente a la capa de rechazo de sales de la membrana y permiten el

paso relativamente libre de sales y de agua. Se detectan porque ocurren en las

primeras membranas del sistema, empeora gradual y uniformemente en todos los

tubos de un mismo paso y se va propagando hacia las membranas ubicadas en la

descarga del sistema. El otro factor que delata un ataque a las membranas es la

disminución gradual en la presión de operación normalizada del sistema en

condiciones constantes de productividad al mismo tiempo que va subiendo la

conductividad del producto. Una manera clave de confirmar que se trata de un

problema de ataque a las membranas consiste en hacer un análisis de la dureza

del producto. La membrana rechaza más del 99% de la dureza aunque esté

bastante dañada. Es importante conocer que los daños químicos o bacterianos a

las membranas son normalmente irreversibles y hay que detectarlos,

diagnosticarlos y atacarlos antes de que se deterioren fuera de su rango útil.



► Diseño de los pretratamientos.

Para diseñar una planta de ósmosis inversa y predecir su rendimiento es importante

obtener un análisis exacto y completo del agua de alimentación. Dicho análisis, junto

con los criterios básicos de diseño, es el primer paso esencial en el diseño no sólo de un

sistema de ósmosis inversa, sino también para el pretratamiento asociado. El análisis

deberá incluir:

1. Composición iónica requerida para el diseño y dimensionamiento de la ósmosis

inversa.

2. Otros constituyentes que podrían afectar al rendimiento de las membranas.

3. Materias en suspensión y coloidales.

4. Actividad biológica y compuestos orgánicos.

Para el diseño apropiado de un pretratamiento de agua correspondiente a una planta

de ósmosis inversa, hay que considerar cinco fuentes potenciales de depósitos sobre las

membranas:

1. Precipitados de sales minerales: las incrustaciones en los módulos son

causadas normalmente por la precipitación de sales minerales débilmente

solubles (CaCO3, CaSO4, BaSO4, SrSO4, CaF2 y SiO2). La potencialidad de

precipitados de cualquier agua de alimentación se determina a partir de los

análisis del agua, de la conversión del sistema de ósmosis inversa y de los

límites de solubilidad de las diferentes sales, y es el resultado de la acción de

concentración del proceso de ósmosis inversa, por lo que también dependerá del

factor de conversión de trabajo. Los precipitados de las sales minerales pueden

ser controlados operando la planta de ósmosis inversa a una conversión

determinada que permita no exceder los límites de solubilidades de las sales

débilmente solubles. Sin embargo, este enfoque no resulta económico en plantas

de cierta capacidad y, en muchos casos, se prefiere la eliminación de algunos de

los iones que forman los compuestos de precipitados. A continuación se

describen los diferentes pretratamientos que se emplean normalmente:



o Control del CaCO3 (agua de mar):

� Acidificación: los límites de solubilidad para el CaCO3 no están

bien definidos para el agua de mar. El agua de mar superficial

típicamente contiene una alcalinidad total de aproximadamente

Lmg120 (como CaCO3) con un pH de aproximadamente 8.2. El

criterio utilizado para determinar la necesidad de control de

precipitado de CaCO3 está basado en el Índice de Estabilidad de

Staff y Davis (S&DSI) del flujo de salmuera, que determina la

posibilidad de precipitación cristalina del CaCO3 sobre las

membranas para aguas salinas y marinas. Esto se estima a partir del

análisis del agua de alimentación, la conversión del sistema de

ósmosis inversa y el rechazo de diversos iones por las membranas.

Para la acidificación del agua de alimentación se emplea

normalmente H2SO4, usándose como alternativa el HCl por razones

de disponibilidad casi exclusivamente, ya que su coste es mayor.

� Adición de dispersante: existen diversos dispersantes o inhibidores

de precipitación comerciales que pueden utilizarse. La mayoría de

ellos producen un estado metaestable y retrasan la precipitación. La

adición de un dispersante como alternativa a la acidificación, es una

práctica habitual en las plantas de pequeña capacidad, pues

normalmente se trabaja a baja conversión y se valora positivamente

el empleo de reactivos de fácil manipulación. En contrapartida,

cuando se trata de plantas de cierta capacidad, el uso de

dispersantes suele estar contraindicado por el proceso y por los

costos de explotación. Cuando se emplea un dispersante para

impedir el precipitado del CaCO3 se han de considerar diversos

factores:

� Compatibilidad química con los diversos materiales utilizados

en la fabricación de los módulos, en especial con las

membranas.

� Eficacia con S&DSI positivo.



� Toxicidad con respecto a manipulación y presencia en el agua

potable y en la salmuera.

� Coste.

� Aspectos medioambientales relacionados con el vertido de

estos compuestos con el rechazo.

o Sulfatos (BaSO4, CaSO4, SrSO4): si el BaSO4, CaSO4 o SrSO4 se hallan

presentes en el agua de alimentación, se deben realizar cálculos para

determinar si la solubilidad de estas sales será superada en el flujo de

concentrado. Si a una conversión dada la solubilidad de una o más de

estas sales es superada, se hará necesario un pretratamiento para impedir

el precipitado de dichas sales sobre las membranas. A continuación se

detallan los tipos de pretratamientos que se suelen utilizar para evitar

estos precipitados:

� Control de la conversión: si el límite de solubilidad de cualquier sal

sulfatada es superada en el flujo de concentrado, puede disminuirse

la conversión para impedir el precipitado, siendo éste el método

más práctico para impedir el precipitado de sulfato. Todos los

cálculos para determinar el potencial precipitado de sulfato se

tienen que realizar utilizando el análisis del agua de alimentación

acidificada. De esta forma, si la adición de H2SO4 incrementa el

contenido en sulfatos del agua y de ello resulta un problema de

precipitado de sulfato, se considerará el uso de HCl.

� Adición de dispersante: se puede utilizar un dispersante para evitar

el precipitado de los sulfatos, siendo el más utilizado el

hexametafosfato sódico. Como existe un estado metaestable con

respecto al precipitado, durante la parada de la planta debe lavarse

el sistema de ósmosis inversa para que la solución supersaturada se

elimine de las membranas.

2. Precipitados de óxidos metálicos: las aguas brutas dependiendo de su origen,

pueden contener sales solubles de ión Fe2+ y/o de ión manganeso. Por oxidación,

estos iones forman hidróxidos insolubles que pueden precipitar en el interior de

los módulos y afectar perjudicialmente al rendimiento del sistema de ósmosis



inversa. Otra fuente de óxidos metálicos insolubles es la correspondiente a los

productos de corrosión de las tuberías y demás equipos del propio sistema de

ósmosis inversa. A continuación se estudian de manera más detallada los

problemas citados y los posibles pretratamientos adecuados para su corrección:

o Hierro: si el hierro se mantiene soluble en su forma Fe2+, no presenta

problema alguno para el proceso de ósmosis inversa, ya que será

rechazado eficazmente como cualquier ión bivalente, y por tanto no se

produciría su precipitación. No obstante, si el ión es oxidado (por acción

del cloro, aire…) a ión Fe3+, se formará el hidróxido de hierro (III) que

precipitaría en el interior de los módulos. Cuanto más bajo sea el pH del

agua, más se retarda la oxidación del ión ferroso.

� Desendurecimiento por intercambio iónico: por medio de un

desendurecedor (resina catiónica en ciclo sodio) se eliminará el

Fe2+ junto con la dureza. A su vez, se tendrá que tener mucho

cuidado para evitar cualquier contacto del aire con el agua bruta

antes de su entrada al desendurecedor, pues el Fe(OH)3, como

producto de la oxidación, podría ensuciar el lecho de resina. Esta

técnica se emplea en aguas salobres y sólo cuando los niveles de

Fe2+ son bajos

Lmg1 .

� Oxidación – filtración: el ión Fe2+ puede ser oxidado por la acción

del aire, cloro o permanganato potásico para formar hidróxido de

hierro (III), que puede ser eliminado por filtración sobre lecho de

arena. Si se utiliza Cl2 o KMnO4 para la oxidación del ión, el

exceso (concentración libre residual) de oxidante se debe reducir

obligatoriamente hasta los límites máximos permisibles por el

fabricante de las membranas, ya que en caso contrario dañaría

irreversiblemente a las mismas.

� Ablandamiento por cal: si la instalación incluye un ablandamiento

por cal para el control del precipitado de CaCO3, eliminará el hierro

como ventaja adicional, ya que operando el proceso a un pH alto, el

Fe2+ se oxidará rápidamente pasando de Fe(OH)3 y precipitará

posteriormente. Los productos de corrosión procedentes de tuberías



de acero al carbono o galvanizadas son normalmente óxidos de

hierro. Para evitar el precipitado de los productos de corrosión

sobre las membranas hay que recurrir a materiales apropiados que

anulen cualquier posibilidad de corrosión, y en este sentido se

seleccionarán los materiales plásticos y aceros inoxidables

altamente aleados, especialmente para agua de mar.

o Manganeso: el manganeso aparece en el agua junto con el hierro y

precipita con él, siguiendo los procesos descritos.

o Alumminio: el aluminio puede estar presente en el agua bruta por dos

motivos:

� Por vía natural, como el hierro y el manganeso.

� Como consecuencia de un proceso de coagulación/floculación

mediante sulfato de alúmina en los suministros de agua municipal.

3. Partículas: las partículas de gran tamaño causan atascamiento en los módulos,

pues no pueden atravesar el espacio entre la alimentación y el concentrado en el

interior de los mismos. Todas las plantas de ósmosis inversa deben incluir filtros

de cartuchos, instalados antes del bombeo de alta presión y como última etapa

del pretratamiento. Estos filtros protegen el bombeo de alta presión, así como los

módulos contra cualquier partícula abrasiva. El grado de filtración de los

cartuchos depende de la calidad del agua y del tipo de membranas.

4. Materias coloidales: las materias coloidales orgánicas o inorgánicas se

mantienen en suspensión en el agua, debido a su carga neta negativa. Como

consecuencia del proceso de la ósmosis inversa, los coloides se encuentran sobre

la superficie de las membranas y se desestabilizan precipitando sobre las

mismas. Dicha precipitación forma una capa gelatinosa que empeora el

rendimiento del módulo, aumentando el paso de sales y reduciendo la

productividad. El alcance de la precipitación depende de la configuración o tipo

de membrana. De esta forma, el grado de pretratamiento requerido para prevenir

el ensuciamiento coloidal es mayor en el caso de membranas de fibra hueca que

para las membranas espirales. Sin embargo, cabe señalar que en el diseño de

plantas de gran capacidad donde se requiere una baja frecuencia de limpiezas el

pretratamiento será similar en el caso de membranas de fibra hueca o de



membranas espirales. La concentración de coloides se expresa por el índice de

densidad de sedimentos o de ensuciamiento, expresado con las siglas SDI (Silt

Density Index). Los límites máximos admisibles del SDI, que en cierto modo

fijan el tipo de pretratamiento requerido para las materias coloidales, son los

siguientes:

o SDI < 3 para membranas de fibra hueca.

o SDI < 5 para membranas espirales.

A continuación se definen los pretratamientos más empleados para la

eliminación de materias coloidales y sólidos en suspensión en general:

o Filtración sobre Tierras de Diatomeas: este proceso se emplea para

disminuir el SDI pasando el agua a través de un fino lecho filtrante que

ha sido aplicado como una precava sobre un soporte poroso. El lecho

filtrante está compuesto por Tierras de Diatomeas y permite conseguir

valores del SDI inferiores a 2.

o Filtración sobre lecho filtrante: la filtración sobre un lecho de arena o de

arena y antracita permite reducir el SDI del agua bruta a la mitad. Esta

reducción se debe a la filtración mecánica y a los mecanismos

electrocinéticos entre los propios coloides y el lecho filtrante. Estos tipos

de filtros de materia coloidal se instalan antes de los filtros de cartucho

citados anteriormente. Siempre es conveniente efectuar ensayos de

filtrabilidad en planta piloto para determinar el lecho y la velocidad de

filtración más idónea para la reducción del SDI del agua.

o Coagulación – floculación – filtración: normalmente, la reducción del

SDI por filtración va acompañada de una coagulación – floculación

previa de los coloides, para una mayor eliminación de los mismos. En

este sentido se emplean dos procesos básicos:

� Coagulación – floculación en línea: esta técnica consiste en la

adición de un coagulante en el agua bruta, asegurándose de la

mezcla eficaz para la formación de microflóculos que serán

retenidos a su paso por el lecho filtrante. Para la coagulación se

emplean sales de aluminio y hierro y polielectrolitos catiónicos, ya

que si emplean polielectrolitos aniónicos y se produce una fuga o



exceso de los mismos durante el proceso de coagulación –

floculación, se origina un ensuciamiento muy rápido de las

membranas de ósmosis inversa, por tener éstas una carga iónica en

la superficie de rechazo de sales (generalmente, carga catiónica).

� Coagulación – floculación – sedimentación – filtración: cuando se

trata de aguas brutas con un SDI superior a 30 se precisa llevar a

cabo la coagulación – floculación en un decantador – clarificador

de recirculación de fangos. En estos casos se emplea una sal de

hierro y un polielectrolito catiónico como ayudante del agua

inorgánico. Los flóculos formados sedimentan en el decantador y el

agua clarificada pasa a continuación, generalmente por gravedad,

por la filtración.

o Microfiltración: es una alternativa viable a los pretratamientos clásicos

de doble filtración del agua de mar para desalación. Un hecho muy

influyente es que las membranas de microfiltración son muy resistentes a

agentes oxidantes muy comunes en la desalación de agua de mar, como

son: cloro, ozono, permanganato potásico…

5. Sustancias biológicas: los depósitos biológicos ocurren cuando el agua de

alimentación contiene suficientes nutrientes para establecer un rápido

crecimiento de organismos en el interior de los módulos. Este crecimiento puede

conducir a la deposición y consiguiente empeoramiento de su rendimiento. Las

membranas de poliamida (PA) y de película delgada de material compuesto no

son susceptibles a este tipo de organismos.

6. Aceites y grasas: los aceites y las grasas forman una capa hidrofóbica sobre las

membranas. Dicha capa repele el agua y disminuye notablemente la

productividad de la planta de ósmosis inversa. El ensuciamiento con aceite y

grasa normalmente es reversible con un lavado con detergente, aunque si el

ensuciamiento es muy grave, se necesita efectuar un enjuague con disolvente.



→→→→ Pretratamientos en las plantas desaladoras de agua de mar.

El pretratamiento del agua de mar sirve para garantizar las condiciones óptimas del

agua de alimentación al bastidor de ósmosis inversa, desde el punto de vista de las

propiedades físicas y químicas. Considerando las diferentes características del agua de

alimentación en función de su origen, el pretratamiento que se precisa podría constar de

las siguientes etapas:

1. Dosificación de ácido sulfúrico: la inyección de ácido sulfúrico al agua de

alimentación se realiza con el objeto de aumentar el caudal de agua producida

por las membranas y compensar las pérdidas de caudal que se producen en

invierno al disminuir la temperatura del agua. Asimismo, mediante la adición del

ácido sulfúrico se logra controlar el pH de alimentación a las membranas y

rebajar los niveles de carbonatos y bicarbonatos. El quipo dosificador suele

constar de una bomba dosificadora por cada dos líneas de producción, una

adicional de reserva y dos depósitos de almacenamiento. El ácido sulfúrico

utilizado presenta una cierta variabilidad en cuanto a sus características, en

función del fabricante que suministre el producto. Los dos datos básicos que

deben conocerse para realizar los cálculos necesarios y obtener la dosificación

correcta en cada caso son el porcentaje de concentración y el peso específico del

producto comercial.

2. Adición de coagulante: el coagulante más utilizado es el cloruro de hierro (III),

aunque también pueden utilizarse distintos polímeros. Mediante la adición de un

coagulante en el agua bruta se pretende que se formen microflóculos que serán

retenidos a su paso por los filtros de multicapa. La adición del cloruro de hierro

(III) tiene lugar en dos puntos del colector general de agua de alimentación, lo

suficientemente alejados de los filtros como para favorecer el efecto del

coagulante. Como consejo de diseño, se suele usar la cifra aproximada de

dosificación de cloruro férrico de L

mg2 en el caso de aguas procedentes de

toma directa, y de L

mg5 en el caso de toma mediante pozos costeros.



3. Adición de hipoclorito sódico: para la eliminación de materia orgánica en el

agua de mar se puede dosificar cloro, cuya acción será más eficaz a pH bajo. La

adición del producto se ha de realizar en línea y lo más alejado posible de los

filtros de arena para dar el máximo tiempo de contacto. Se dispone para ello de

una bomba dosificadora regulable desde el 10% al 100% de su capacidad por

cada dos líneas de producción, más una de reserva. La dosis de hipoclorito

sódico que se adiciona suele ser como máximo de L

mg5 (toma de pozos) o de

Lmg7 (toma directa). El hipoclorito se suministra a los depósitos en

disolución, pero debido a que el cloro es muy volátil se instala en la parte

superior del depósito una tubería de PVC provista de una válvula de retención

que impide el retorno del cloro gaseoso al tanque. Esta tubería debe conducir el

cloro gaseoso hasta un separador hidráulico que disuelve nuevamente el cloro

para, posteriormente, mediante la apertura de la válvula de compuerta, conducir

el cloro en disolución hasta el desagüe.

4. Adición de inhibidor de incrustaciones: con objeto de evitar la precipitación

de determinadas sales en las membranas se puede dosificar un inhibidor de

incrustaciones antes o después de la filtración de seguridad. Las bombas

dosificadoras suelen ser regulables desde el 10 al 100% de su capacidad

máxima, instalándose una bomba dosificadora por cada dos bastidores más una

de reserva. Como inhibidor de incrustaciones puede utilizarse hexametafosfato

sódico con una dosificación máxima de L

mg5 . Con objeto de facilitar la

disolución del producto, los depósitos van provistos de una toma de agua de

servicio.

5. Adición de bisulfito sódico: para eliminar la eventual presencia de agentes

oxidantes en el agua de mar y mantener un ambiente reductor en el sistema, se

puede instalar un equipo de dosificación de bisulfito sódico (agente reductor).

La adición debe realizarse en dos puntos del colector general del agua de

alimentación, antes y después de los filtros, y va seguido de un mezclador que

facilite su rápida acción reductora.

6. Filtración sobre arena: la filtración de arena tiene por objetivo la eliminación

de las partículas en suspensión presentes en el agua de alimentación. La



granulometría y características del lecho filtrante dependen de las características

del agua y deben ser las adecuadas para cada caso. Con objeto de lograr una

mayor flexibilidad en la operación del sistema, tras estas etapas de filtración el

agua se almacena en un depósito, llamado depósito de transferencia, desde el

que se bombea posteriormente el agua filtrada hasta los filtros de cartucho, para

desde ahí alimentar a la aspiración de las bombas de alta presión.

7. Filtración sobre cartuchos: una vez que el agua de alimentación ha recibido las

dosificaciones de reactivos adecuados y ha sido filtrada, es conducida al proceso

de filtración con cartuchos. Esta parte del proceso suele constar de dos carcasas

de filtros de cartucho por línea de producción, dentro de los cuales se instalan

los cartuchos filtrantes, de selectividad cinco micras nominales, bobinados con

hilo de polipropileno. Los filtros de cartucho protegen a las bombas de alta

presión contra cualquier partícula abrasiva que pueda ocasionar daños a los

impelentes, y a las membranas contra el taponamiento u obstrucción de los

canales hidráulicos. Estos filtros pueden ser tanto de materiales plásticos como

metálicos, recubiertos interiormente contra la corrosión, y van provistos de una

válvula para el venteo y otra para su purga (Figura 76).

Figura 76 – Filtros de cartucho



► Captación del agua de mar.

El tipo de captación del agua de mar a realizar tiene una gran importancia en el

diseño de las plantas de ósmosis inversa, ya que la calidad del agua de mar repercute

directamente sobre la intensidad, coste y dificultad de operación del pretratamiento que

se debe realizar al agua de alimentación de la planta antes de llegar a las membranas de

ósmosis inversa. Existen dos tipos básicos de captación de agua de mar:

1. Captación mediante pozos: en este caso, la captación de agua de mar se realiza

mediante pozos próximos al mar que permiten la extracción de agua de mar con

los caudales necesarios para cubrir las necesidades de cada caso, teniendo en

cuenta igualmente la calidad exigida para el uso y el rendimiento de la planta.

Para realizar una previsión del número de pozos necesarios para obtener el

caudal de diseño de una planta desaladora es preciso conocer la productividad

que tendrán los pozos. Para ello, se debe comenzar por hacer un estudio

hidrogeológico de las posibles zonas donde construir los pozos para la toma de

agua de mar. Una vez finalizado dicho estudio, se deben realizar unos pozos de

investigación y los bombeos de ensayo necesarios, que servirán para decidir si la

zona estudiada es realmente la mejor para ubicar posteriormente los pozos de

explotación. Los sondeos de explotación deben entubarse con tuberías que

soporten la salinidad del agua de mar. Actualmente se utilizan materiales como

el PVC y el PRFV (poliéster reforzado con fibra de vidrio), que presentan una

alta resistencia a la corrosión. En el interior de dichos sondeos se instalan las

bombas de impulsión de agua de alimentación, por lo que se trata de bombas

sumergibles de características y materiales adecuados para el agua a tratar. La

descarga de cada una de estas bombas debe estar provista de una válvula de no

retorno, una válvula de aislamiento motorizada, un presostato, un indicador y un

transmisor de presión.

2. Captación mediante toma directa del mar o toma abierta: La captación de

agua de mar mediante toma abierta se suele utilizar cuando el volumen de agua a

suministrar es muy elevado y éste no puede obtenerse mediante pozos. Para este

tipo de captación se debe considerar la instalación de varias tuberías submarinas

conectadas, por el extremo del mar, a un dado de hormigón y por el otro extremo



a unos decantadores que desembocan en la balsa de toma. Los emisarios

submarinos de captación deben estar construidos en un material flexible y

resistente a la corrosión, por lo que se suele utilizar polietilieno (PE) o PRFV.

Su instalación debe evitar la influencia del oleaje, por lo que se debe instalar a

una cierta profundidad. Asimismo, se debe buscar una profundidad con aguas lo

más limpias posible y dotar al colector de filtros de rejilla que eviten su

obstrucción, así como un sistema de limpieza adecuado. Desde la balsa de

recepción y atendiendo a la capacidad de producción de la planta, se bombea el

agua de mar mediante bombas centrífugas verticales directamente a los filtros de

arena. En general, se instalan tantas bombas de agua de mar como bastidores de

ósmosis inversa, más dos de reserva que se pondrían en marcha en caso de

avería de alguna de las otras. El material de las bombas que suele utilizarse es

acero AISI – 904 L y cada una de ellas irá dotada de un sistema de cebado por

vacío propio e independiente. La descarga de cada una de estas bombas va

provista de una serie de dispositivos de control y seguridad tales como: una

válvula de no retorno, una válvula de aislamiento motorizada, un presostato, un

indicador y un transmisor de presión. Cada una de estas descargas de las bombas

va a un colector de impulsión de agua de mar a la filtración. El material de la

tubería de aspiración e impulsión de estas bombas es conveniente que sea de

PRFV. La tubería de conducción del agua desde la toma de agua de mar hasta la

planta desaladora de ósmosis inversa es recomendable construirla en PRFV y

colocarla enterrada en zanjas con lecho de arena. Las características del agua de

alimentación de la planta son de vital importancia para el diseño y posterior

funcionamiento de la misma. Con objeto de controlar estas características y

evitar posibles problemas posteriores de funcionamiento debidos a variaciones

en la calidad del agua de alimentación, en cada una de las tuberías de entrada a

la planta es conveniente la instalación de una serie de dispositivos de

instrumentación, que deben estar conectados directamente con la sala de control

para su registro. Los dispositivos que midan los parámetros más críticos deben,

además, disponer de un indicador de alarma en la sala de control. La

instrumentación necesaria es la siguiente:



o Medidor de pH del agua de mar, con indicador de alarma por alto y bajo

pH.

o Conductivímetro, con indicador de alarma.

o Medidor de temperatura.

o Caudalímetro.

o Medidor de pH – ORP del agua filtrada, con alarma por alto y bajo pH.

o Medidor de cloro del agua de alimentación a los grupos de alta presión,

con alarma por presencia de cloro.

o Indicador de presión antes de los filtros multicapa, para regulación de las

bombas de los pozos.

o Indicador de presión antes de filtros cartucho.

o Indicador de presión antes de las bombas de alta presión.

Todos estos dispositivos permiten el perfecto control de las características del

agua de alimentación desde la toma de agua de mar hasta las membranas de

ósmosis inversa. La tubería de conducción de agua del mar desde la impulsión a

los filtros multicapa se suele proveer de una bifurcación próxima a la toma de

agua de mar consistente en otra tubería de PRFV, cuya misión es la de permitir

el retorno del agua al mar en caso de que sea necesario.

1.7.2. Postratamientos.

Los tratamientos de afino tienen por objeto completar los procesos sufridos por el

agua, dejándola lista para el uso al que esté destinada. En función de este uso, será

necesario realizar más o menos postratamientos, con objeto de adecuar el agua a la

legislación vigente y a las necesidades del usuario final. Los postratamientos más

comunes son:

1. Eliminación del CO2 libre: las membranas de ósmosis inversa permiten el

paso, casi en su totalidad, de los gases presentes en el agua. Si el pH de la misma

ha sido corregido antes de su envío hacia la unidad de ósmosis inversa, todo el

CO2 libre producido atravesará la membrana apareciendo en el perneado. Esta



circunstancia confiere al perneado una cierta acidez. Para eliminar el CO2 libre y

subir al mismo tiempo el pH del agua tratada, se hace pasar ésta a través de un

desgasificador atmosférico. Este aparato consiste en una torre rellena de anillos

Raschig, Pall o similares, por encima de los cuales se pulveriza el agua a

desgasificar. Por la parte inferior de la masa de relleno se inyecta aire a

contracorriente con el agua. Al disminuir la presión parcial del CO2, de acuerdo

con la ley de Henry, se reduce su solubilidad y el CO2 en exceso que se

desprende es arrastrado con el aire.

2. Corrección del pH: si la concentración del CO2 en el permeado es inferior a

Lmg60 , no es rentable utilizar un desgasificador atmosférico para subir el pH.

En tal caso, el pH del agua se corrige añadiendo NaOH en forma líquida al

permeado, procedente de los correspondientes depósitos de almacenamiento,

mediante bombas inyectoras, antes de la entrada del agua al depósito del

producto.

3. Esterilización: aunque, teóricamente, las membranas de ósmosis inversa

presentan un rechazo de pirógenos, virus y bacterias del 100%, en la práctica el

perneado puede contener alguno de estos elementos. Por tanto, es necesario

esterilizar el agua mediante cloración, ozonización o radiación ultravioleta.

4. Desmineralización total: cuando el agua se utiliza para alimentar una caldera o

en procesos que requieran agua desmineralizada, se complementa el tratamiento

con una desmineralización total mediante resinas cambiadoras de iones.

1.7.3. Almacenamiento e impulsión del agua producida.

El agua producida por los bastidores de ósmosis inversa es conducida a un tanque de

almacenamiento de agua producto para, desde allí, ser impulsada a los correspondientes

depósitos reguladores. Este depósito está provisto de un dispositivo para la purga del

aire e inspección de un indicador de nivel. Igualmente, en el fondo del mismo existe una

válvula de mariposa para su vaciado. Junto a este depósito construido en hormigón

armado se suele edificar una nueva instalación destinada a ubicar las bombas de



impulsión de producto y el dispositivo para evitar el golpe arite de la tubería de

impulsión.

El colector general de suministro del agua producto de la planta se suele instalar de

fundición centrifugada y del timbraje adecuado a las presiones que ha de soportar. En

éste se instalan como dispositivos de instrumentación:

1. Un caudalímetro con de un transmisor indicador conectado a un contador en el

panel central.

2. Un indicador local de presión en la descarga de cada una de las bombas.

3. Un interruptor de presión en la descarga de cada una de las bombas.

4. Un medidor de conductividad con transmisor indicador de alarma y registrador

de la misma en el panel central.

1.7.4. Evacuación de los vertidos de las plantas desaladoras.

La eliminación de los vertidos de las plantas desaladoras puede suponer un factor

limitante para la viabilidad medioambiental de las mismas.

Dentro de los diferentes vertidos de las plantas desaladoras, el agua de rechazo de las

plantas (salmuera) es el mayoritario, ya que supone alrededor del 98.5% del caudal total

vertido por una planta desaladora. Este vertido se realiza de forma continua y puede

tener una salinidad de entre 65000 y 78000 L

mg , el doble de la salinidad del mar. Esta

diferencia de salinidades es suficiente como para dificultar su mezcla, debido a la gran

diferencia de densidad entre ambos fluidos.

El 1.5% restante de los vertidos de las plantas desaladoras de agua de mar está

compuesto por el agua de retrolavado de los filtros de arena, los productos de limpieza

de membranas y, en su caso, los reactivos químicos de acondicionamiento del agua

bruta y agua producto.



Para evacuar los caudales de aguas de rechazo de las plantas desaladoras se utilizan

los siguientes métodos de vertido:

1. Vertido a cursos de agua.

2. Estanques de evaporación (climas secos y grandes superficies).

3. Inyección en pozos profundos.

4. Regadíos (mezclado con aguas residuales de baja salinidad).

5. Vertido a la red de saneamiento.

6. Vertido al mar.

El vertido de salmuera de las desaladoras de agua de mar se realiza normalmente por

gravedad a través de emisarios o descarga directa a la costa, dependiendo de la orografía

del litoral.

1.7.5. Otras instalaciones.

► Agua de servicio a la planta.

El agua de servicio de la planta para la dilución de los productos químicos y otros

servicios, procede del tanque de almacenamiento de agua producto y es impulsada por

los hidrocompresores que se instalan a tal efecto. Todas las tuberías del agua de servicio

se instalan de PVC y de diferentes diámetros, según las necesidades.

► Sistema de limpieza de membranas.

La limpieza de las membranas se realiza siempre que se produzca una pérdida de

producción de las mismas, un incremento de su presión de alimentación o de la presión

diferencial, o siempre que lo considere oportuno la dirección técnica de la planta. El

sistema de limpieza consiste en un depósito de capacidad suficiente fabricado

normalmente en fibra de vidrio con resistencia eléctrica para calentar el agua (lo que

mejora sensiblemente la eficiencia de la limpieza) y agitador para facilitar la mezcla de

reactivos químicos. La solución de limpieza se bombea a las membranas mediante la



bomba de limpieza que la impulsará, previo filtrado mediante filtros de cartuchos de

selectividad de 5 micras, hasta el bastidor de membranas a través de una instalación fija

de tuberías en PRFV. La solución de limpieza debe acceder a las tuberías de alta

presión, y con ello a las membranas, mediante la apertura de una válvula tipo LUG de

alta presión que se conecta al sistema de limpieza. Tras su paso por las membranas, la

solución de lavado retorna al depósito de limpieza mediante la apertura de otra válvula

de alta presión tipo LUG que comunica el lado de rechazo del bastidor de alta presión

con la conducción en PRFV de retorno al depósito. Es conveniente que la instalación se

diseñe para la limpieza por tubos de presión, lo que permite mantener los restantes tubos

del bastidor en operación.

El depósito se debe diseñar de una capacidad tal que permita desplazar todo el agua

del sistema por el que ha de circular la solución de limpieza, incluyendo el volumen de

agua en las tuberías y en los módulos de ósmosis inversa.

Se instalan dos bombas de limpieza debido a que una de ellas ha de actuar como

bomba de desplazamiento, que se usa en caso de paradas de corta duración haciendo un

desplazamiento con el propio agua de alimentación de la planta. En caso de que se

quisiera mantener en recirculación las membranas con biocida se debe proceder de

manera análoga a una limpieza. En caso de desplazamiento con agua producto basta con

llenar el depósito de limpieza con agua producto y proceder a su bombeo con cualquiera

de las bombas de limpieza.

► Aire comprimido de instrumentación.

Estas instalaciones se dividen en las siguientes partes:

1. Compresor de aire: su principal objetivo es suministrar aire comprimido al

punto de uso a la presión correcta y con la calidad adecuada. El aire que se

requiere para instrumentación ha de ser aire limpio y seco, pero la atmósfera

contiene siempre cierta cantidad de vapor de agua dependiente de la

temperatura. Cuando entra aire libre en el compresor su capacidad para retener

agua disminuye al ser comprimido, pero aumenta a causa de la subida de



temperatura resultante de la energía empleada para reducir su volumen. En

condiciones típicas, el aire entra en la tubería de descarga con el mismo

contenido inicial de agua que entra en el compresor. Esta humedad se reduce al

mínimo, con el objeto de no dañar los instrumentos de aire, utilizando un

refrigerador final en la línea de descarga. En la instalación de los compresores de

aire se han de tener en cuenta los siguientes factores:

o Se deben situar en una zona con baja humedad para reducir el arrastre de

agua.

o Se deben localizar lejos de atmósferas contaminadas.

o Debe tenerse buen acceso en torno a la planta para facilitar su

mantenimiento.

o Los compresores deben estar tan cerca como sea posible del área

principal de trabajo, de modo que las caídas de presión sean mínimas.

2. Refrigerador final: se instala con el objeto de reducir la humedad contenida en

el aire, enfriándolo antes de pasar al depósito de aire. El refrigerador final se

sitúa próximo al compresor y antes del depósito de aire. Se utiliza agua como

refrigerante y se instalan válvulas de seguridad y un punto de drenaje. Se suelen

utilizar refrigeradores horizontales de haz tubular. Las ventajas que presenta la

instalación de este equipo son:

o El condensado favorece la corrosión y envejecimiento de las tuberías, lo

que, a su vez, produce pérdidas elevadas por rozamiento en las

conducciones.

o Se evitan expansiones térmicas en la tubería si la temperatura del agua es

demasiado alta.

o El lubricante empleado en las herramientas de aire comprimido se

emulsionaría, reduciendo la eficacia de los equipos.

3. Depósito de aire: es un recipiente que no sólo se usa con fines de

almacenamiento en las instalaciones de aire comprimido, sino también para

permitir igualar la presión en el sistema. Además de amortiguar pulsaciones y

mantener una presión uniforme, los depósitos de aire también reducen la

humedad en el aire comprimido al actuar como condensadores. Al ser un



recipiente a presión, el depósito de aire debe cumplir las reglamentaciones

correspondiente a este tipo de recipientes.

4. Secadores de aire: estos elementos están diseñados para reducir el punto de

rocío del aire por debajo del conseguido por los equipos anteriores, es decir,

reducir la temperatura del aire comprimido a un valor por debajo del que la

tubería de aire comprimido vaya a estar sometida en cualquier momento. Estos

secadores se instalan detrás del depósito y su uso es esencial para sistemas de

aire para instrumentación.

5. Tuberías de aspiración para compresores de aire: en su diseño se debe tener

en cuenta lo siguiente:

o Se debe montar un filtro de alto rendimiento para separar las partículas

extrañas. Este filtro debe tener elementos secos sustituibles y ser

accesible para su inspección y limpieza. Asimismo, el filtro de aspiración

se instala lo más cerca posible del compresor.

o Debe mantenerse la aspiración lejos de toda fuente de contaminación.

o La tubería ha de ser galvanizada.

o Para evitar condensaciones excesivas y pérdidas de presión el recorrido

de la tubería ha de ser corto.

6. Tubería de descarga del compresor al depósito de aire: en el diseño de la

tubería de descarga desde el compresor hasta el depósito de aire se ha de tener

en cuenta lo siguiente:

o Se debe montar una válvula de retención a la salida de cada uno de los

compresores.

o La tubería de descarga debe tener el diámetro de la salida del compresor

y será galvanizada por inmersión en caliente.

o Las conexiones finales de la tubería no deben ejercer esfuerzo alguno

sobre las bridas del compresor, refrigerador final y depósito del aire.

o La tubería ha de ser lo más corta posible, por lo que el depósito de aire

debe situarse cerca del compresor.

7. Lubricadores: aunque el objetivo de la instalación de aire comprimido es el de

suministrar aire limpio y seco, el arrastre de cierta cantidad de niebla de aceite

por el aire reduce la posibilidad de corrosión de las tuberías. Además de esto, la



lubricación es vital para ciertos equipos neumáticos, ya que reduce el rozamiento

y, por tanto, el desgaste, y además previene la corrosión de las partes móviles.

Básicamente, un lubricador consiste en un depósito de aceite diseñado de forma

que, cuando circula aire comprimido, una determinada cantidad de lubricante en

forma de nieve se incorpora a la corriente de aire y es arrastrado hacia el equipo

neumático para lubricar las partes móviles.

► Tuberías.

Como criterios en el diseño de las tuberías se suelen considerar la facilidad de

instalación y mantenimiento de las mismas, así como su mínimo trazado atendiendo al

flujo del proceso.

Tanto la tubería de impulsión de agua de mar en baja presión como la tubería de

salmuera en baja presión, se suelen construir de poliéster reforzado con fibra de vidrio

(PRFV), con resina vinilester de alta resistencia tanto al agua de mar como a los

productos químicos necesarios. Sendas tuberías discurren por el interior de zanjas de

canalización de tuberías que comunican los pozos de impulsión y el punto de vertido

con la planta desaladora. Las tuberías de agua de mar y salmuera en alta presión se

instalan de acero inoxidable con un contenido en molibdeno superior al 4.5%. Las

tuberías de productos químicos, excepto las del ácido sulfúrico que deben ser de acero

al carbono, son de PVC o polietileno, atendiendo a la longitud de las mismas. La tubería

de impulsión del agua de producto se construye normalmente de fundición centrifugada

y de timbraje adecuado a las presiones que ha de soportar.



1.8 FUNDAMENTOS DE LA DESALACIÓN DEL AGUA


La desalación es un proceso por el cual el agua de mar puede convertirse en un

recurso hídrico perfectamente aprovechable, tanto para el abastecimiento humano, como

para el riego y usos industriales. El filósofo Aristóteles, observando la naturaleza captó

los principios físicos para separar el agua y las sales en los que se basan las tecnologías

modernas de la desalación. En la superficie del mar se produce una evaporación por la

que el vapor de agua se desprende, dejando la sal en el mar y pasando el vapor a la

atmósfera, que después dará origen a la lluvia, caerá a la tierra y volverá al mar,

completando el ciclo del agua en la naturaleza. En este principio se basa uno de los

procesos de desalación consistente en evaporar el agua del mar y después condensar el

vapor, obteniendo agua dulce en estado líquido.

Otro fenómeno que también se observa en la naturaleza es la captación del agua de la

tierra, que hacen las plantas. El agua penetra en la planta a través de la raíz, pasando a la

savia. Cuando se dejan las legumbres en agua, se ablandan y se hinchan porque el agua

pasa a través de la piel. Ante estos dos fenómenos, se observa que existen membranas

que separan las sales del agua, lo que se conoce con el término científico de ósmosis.

Estos fenómenos naturales de evaporación y ósmosis son la base de los procesos

técnicos de desalación que el hombre ha llegado a utilizar, desarrollando y controlando

estos procesos naturales. Este control a voluntad de estos fenómenos siempre se hace

aportando la energía imprescindible para lograr la separación de las sales y el agua.

En resumen, se puede decir que la desalación es el proceso de separación de sales de

una disolución acuosa, pero que puede ampliarse al proceso de separación del agua de

las sales, ya que existen tecnologías que realizan este proceso y el fin último a perseguir

es la separación de ambos componentes para el uso humano del agua dulce producto

(Figuras 77 y 78).



Figura 77 – Diagrama de flujo de un sistema básico de ósmosis inversa de un paso, con recirculación de concentrado

Figura 78 – Esquema de un proceso de desalación



1.8.2. Diferencias entre agua dulce, agua de mar y salmuera.

Desde el punto de vista físico y químico, las diferencias entre el agua dulce, el agua

de mar y la salmuera sólo están en la distinta concentración de sales de cada una,

variando entre 0.5 gramos por litro en agua dulce, 34 en el agua de mar y 69 en la

salmuera. A simple vista no se puede diferenciar una de otra. Son tres líquidos

perfectamente transparentes, sin color ni olor, que sólo se distinguen por el sabor debido

a la diferente concentración de sales en cada una.

En el proceso de desalación, por cada litro de agua que se saca del mar, se obtiene

casi la mitad de agua dulce (0,45 litros) y algo más de la mitad de salmuera (0.55 litros).

Este balance es el que se refleja en el siguiente gráfico:

Figura 79 – Balance de desalación



1.9 PROCESOS DE DESALACIÓN


En la desalación se puede separar el agua de las sales o viceversa. Por lo tanto, la

primera clasificación de los métodos de desalación se basará en la forma de separación

de sales y agua. Las siguientes clasificaciones se harán según el tipo de energía utilizada

para el proceso, y finalmente por el proceso físico de la desalación. La siguiente tabla

muestra dicha clasificación de los métodos existentes:

Tabla XXXIII – Métodos de desalación existentes en el mercado.

SEPARACIÓN ENERGÍA PROCESO MÉTODO Destilación súbita

(flash) Destilación multiefecto

Termocompresión de vapor

Evaporación

Destilación solar Congelación

Cristalización Formación de hidratos

Térmica

Filtración y evaporación

Destilación con membranas

Evaporación Compresión

mecánica de vapor

Agua de sales

Mecánica Filtración Ósmosis inversa

Eléctrica Filtración selectiva Electrodiálisis Sales de agua

Química Intercambio Intercambio iónico

En todos métodos son especialmente importantes los sistemas de recuperación de

energía, para evitar un consumo desmesurado que haría impensable utilizar técnicas de

desalación.



1.9.2. Destilación súbita por efecto flash (MSF).

El proceso de destilación súbita por efecto flash es el primer proceso desalador por

destilación digno de mencionar. La desalación obtenida por destilación consiste en

evaporar agua para conseguir vapor que no contiene sales (éstas son volátiles a partir de

300º C): el vapor se condensa posteriormente en el interior o exterior de los tubos de la

instalación. Los sistemas desaladores suelen funcionar por debajo de la presión

atmosférica, por lo que necesitan un sistema de vacío (bombas o eyectores), además de

extracción del aire y gases no condensables.

La utilización de una cámara flash permite una evaporación súbita (y por lo tanto de

carácter irreversible) previa a su posterior condensación. Generalmente, la cámara flash

se sitúa en la parte baja de un condensador de dicho vapor generado en la cámara

inferior. Por lo tanto, la recuperación de calor necesario para la evaporación se obtiene

gracias a la unión sucesiva de etapas en cascada a diferente presión, y es necesario el

aporte mínimo de la condensación de un vapor de baja o media calidad proveniente de

una planta de generación eléctrica. La figura 80 muestra el esquema típico de una planta

de evaporación súbita por efecto flash (Multi Stage Flash Distillation, MSF).

Figura 80 – Esquema de una planta de evaporación súbita por efecto flash

Es el proceso evaporativo más ampliamente utilizado en el mundo, de implantación

masiva sobre todo en Oriente Medio. Esto se debe a varias razones:

1. Es especialmente válido cuando la calidad del agua bruta no es buena (alta

salinidad, temperatura y contaminación del agua aportada).



2. Su acoplamiento con plantas de potencia para formar sistemas de cogeneración

es muy fácil y permite una gran variabilidad de rangos de operación en ambas

plantas.

3. Su robustez en la operación diaria frente a otros procesos de destilación es

notoria.

4. La capacidad de las plantas MSF es mucho mayor que otras plantas destiladoras,

en virtud a la cantidad de etapas conectadas en cascada sin problemas de

operación.

Sin embargo, las plantas MSF tienen un grave inconveniente. Su consumo

específico, definido como la cantidad de energía consumida para producir 1 m3 de agua

desalada, es de los más altos de los procesos estudiados. A este consumo contribuyen el

consumo térmico proveniente de la planta productora de electricidad, más alto que otros

procesos de destilación debido al efecto flash; y el consumo eléctrico debido al gran

número de bombas necesarias para la circulación de los flujos de planta. Además de su

alto coste de operación, su coste de instalación no es más bajo que otros procesos de

desalación.

La evaporación por efecto flash se produce cuando un líquido es calentado hasta una

temperatura y mediante una cámara flash se provoca una caída de presión suficiente

para que sea menor a la de saturación a esa temperatura, evaporando parte del agua

salada. En una planta convencional, el agua salada es calentada gradualmente por el

interior de los tubos de los condensadores de la MSF, hasta llegar a un calentador final

que usa como fuente de calor la condensación de un vapor proveniente de la planta de

potencia. Posteriormente, el agua salada entra de nuevo en los intercambiadores –

condensadores, donde en su parte baja se tiene la cámara flash que provoca la

evaporación parcial del agua salada. Ese vapor condensa calentando el agua que circula

por el interior de los tubos y es recogido en un canal; la pureza de este agua es casi total

(< 10 ppm) aún partiendo de aguas de más de 50000 ppm. El agua salada no evaporada

pasa a la siguiente etapa más concentrada (por eso el proceso se llama multietapa, ya

que si no se realizase en cascada consumiría demasiada energía para desalar), y al final

parte de dicha salmuera es tirada de nuevo al mar.



Normalmente hay recirculación en el proceso MSF para reducir el aporte de agua

bruta a desalar y el consumo de aditivos químicos, pero existen plantas de un único paso

(es decir, sin recirculación del agua bruta precalentada), que en general tienen menor

eficiencia que las plantas de recirculación. La figura 81 muestra una planta típica sin

recirculación de salmuera, mientras que la Figura 82 muestra una planta típica con

recirculación

Figura 81 – Descripción general de una planta MSF sin recirculación de salmuera

Figura 82 – Esquema de una planta MSF con recirculación

La circulación del vapor evaporado súbitamente dentro de una etapa puede verse en

la sección transversal de una etapa cualquiera (tanto de la sección de recuperación como

la de rechazo) mostrada en la Figura 83, con el haz de tubos de condensado que

contiene en su parte superior una extracción de gases no condensables, y los

difuminadores de vapores a ambos lados del haz, que no permiten el paso de las

burbujas que pudieran formarse en el proceso flash. Como puede desprenderse de esta

figura, normalmente los intercambiadores-condensadores de las plantas MSF suelen ser

de tipo horizontal, con los tubos de cada sección conectados en zig-zag a modo de un



intercambiador de un número de pasos igual al número de etapas de la sección de

recuperación y/o rechazo.

Figura 83 – Sección transversal de una etapa de una MSF

1.9.3. Destilación por múltiple efecto (MED).

Al contrario que en el proceso MSF por efecto flash, en la destilación por múltiple

efecto (Multi Effect Distillation, MED) la evaporación se produce de forma natural en

una cara de los tubos de un intercambiador aprovechando el calor latente desprendido

por la condensación del vapor en la otra cara del mismo. Una planta MED tiene varias

etapas conectadas en serie a diferentes presiones de operación (Figura 84), teniendo

dichos efectos sucesivos un punto de ebullición cada vez más bajo por el efecto de dicha

presión. Esto permite que el agua de alimentación experimente múltiples ebulliciones,

en los sucesivos efectos, sin necesidad de recurrir a calor adicional a partir del primer

efecto. El agua salada se transfiere luego al efecto siguiente para sufrir una evaporación

y el ciclo se repite, utilizando el vapor generado en cada efecto. Normalmente también

existen cámaras flash para evaporar una porción del agua salada que pasa al siguiente

efecto, gracias a su menor presión de operación.



Figura 84 – Destilación múltiple efecto (MED) con evaporadores horizontales (HFF)

La primera etapa se nutre de vapor externo de un sistema recuperativo, como una

turbina de contrapresión, o de la extracción de una turbina de condensación. Un

condensador final recoge el agua dulce en la última etapa precalentando el agua de

aportación al sistema. Por lo tanto, las plantas MED también conforman sistemas de

cogeneración, al igual que las MSF, consumiendo una porción de energía destinada, a

priori, a la producción eléctrica.

La destilación por múltiple efecto no es un proceso solamente utilizado para la

desalación. La industria azucarera utiliza constantemente destiladores de múltiple

efecto, aunque en este caso el propósito no es obtener destilado, sino concentrar mezclas

de otra naturaleza a la estudiada aquí.

La capacidad de este tipo de plantas suele ser más reducida que las MSF

( )día

mloserarsuelenunca3

15000sup , aunque ello se debe más a razones de índole

política que operativa: las MSF más grandes se instalan en Oriente Medio y las mayores

MED están instaladas en las islas del Caribe para abastecer de agua estas zonas de gran

presión turística. También es verdad que el número máximo de efectos conectados en

serie raramente es mayor de 15, a excepción de las MED con múltiples efectos

integrados en cada uno de ellos, llegando en este caso a un número total de más de 50.



Sin embargo, tienen un mejor rendimiento global con respecto a una MSF: el GOR

de este tipo de plantas puede llegar a 15 sin ningún problema, reduciendo por lo tanto el

consumo específico de este proceso respecto de una planta MSF con idénticas

capacidades. Ello se debe principalmente a la irreversibilidad asociada al proceso de

separación flash que aparece en los procesos MSF. Además el consumo eléctrico es

menor que la MSF ya que necesita menos bombas de circulación, al no existir

recirculación de salmuera.

1.9.4. Compresión térmica de vapor (TVC).

La compresión térmica de vapor (TVC, Thermal Vapor Compression) obtiene el

agua destilada con el mismo proceso que una destilación por múltiple efecto (MED),

pero utiliza una fuente de energía térmica diferente; son los llamados compresores

térmicos (o termocompresores), que consumen vapor de media presión proveniente de

la planta de producción eléctrica (si se tiene una planta dual, si no sería de un vapor de

proceso obtenido expresamente para ello) y que succiona parte del vapor generado en la

última etapa a muy baja presión, comprimiéndose y dando lugar a un vapor de presión

intermedia a las anteriores adecuado para aportarse a la 1ª etapa, que es la única que

consume energía en el proceso.

La Figura 85 muestra la configuración típica de una planta TVC con

intercambiadores de tubos horizontales (lógicamente los tipos de intercambiadores son

idénticos a los del proceso MED).



Figura 85 – Esquema típico del termocompresor acoplado a una planta TVC con HFF

El rendimiento de este tipo de plantas es similar a las de las plantas MED, sin

embargo su capacidad desaladora puede ser mucho mayor al permitirse una mayor

adaptabilidad de toma de vapor de las plantas productoras del mismo.

La mayoría de las plantas MED-TVC contienen evaporadores horizontales

(Horizontal Falling Film, HFF), en los cuales la salmuera se deja caer en forma de fina

película a través de unas duchas situadas en la parte superior de cada efecto. Pero

también existen en el mercado dos tipos de evaporadores de tubos verticales (VTE). Los

primeros son los llamados normalmente VFF (Vertical Falling Film), en los cuales una

delgada película de agua salada va cayendo por el interior de los tubos hasta evaporarse

parte de la misma, condensándose el vapor generado de la etapa anterior en el exterior

de los tubos (Figura 86). En general, su eficiencia es mayor que los de tubos

horizontales pero su coste también lo es, ya que necesitan menor superficie de

intercambio para producir la misma cantidad de destilado. Finalmente, también existen

los evaporadores VRF (Vertical Rising Film), en los cuales la ebullición se produce de

forma gradual dentro de los tubos y la condensación se produce por su parte exterior.

Este tipo de intercambiadores ha dejado de utilizarse debido a los problemas que acarrea

en el control del régimen de flujo interior en el proceso de evaporación.



Figura 86 – Proceso MED – TVC con evaporador de tubos verticales VFF.

1.9.5. Destilación solar.

La energía solar es el método ideal para producir agua en zonas áridas y muy aisladas

del resto de poblaciones. A pesar de tener un coste energético nulo y escasa inversión

necesaria, su baja rentabilidad reside en su escasa producción por metro cuadrado de

colector al destilarse tan sólo unos litros al día en el caso de condiciones climatológicas

favorables. Por lo tanto no se han desarrollado a gran escala en lugares con un consumo

elevado de agua dulce.

Hay varias formas de producir agua dulce usando la energía solar, aunque en este

caso sólo se tratará la destilación por colectores (Figura 87). El principio básico es el del

efecto invernadero: el sol calienta una cámara de aire a través de un cristal transparente,

en cuyo fondo se tiene agua salada en reposo. Dependiendo de la radiación solar y de

otros factores, como la velocidad del viento (que enfría el vidrio exterior), una fracción

de este agua salada se evapora y se condensa en la cara interior del vidrio. Como dicho

vidrio está colocado inclinado, las gotas caen en un canal que va recogiendo dicho



condensado, evitando que vuelvan a caer en el proceso de condensación a la lámina

inferior de salmuera. Aunque pueden utilizarse técnicas de concentración de los rayos

solares apoyándose en lentes o espejos (parabólicos o lisos), no suelen compensar las

mayores pérdidas de calor que ello acarrea y su mayor coste económico.

Figura 87 – Esquema de un colector solar para desalación

1.9.6. Congelación.

Este proceso consiste en congelar el agua y recoger los cristales de agua pura

formados para fundirlos y obtener un agua dulce, independientemente de la

concentración del agua inicial. Aunque pueda parecer un proceso muy sencillo tiene

problemas de adaptación para su implantación a escala industrial, ya que el aislamiento

térmico para mantener el frío y los mecanismos para la separación de los cristales de

hielo deben mejorarse para que este proceso sea competitivo, así como adaptar la

tecnología a intercambiadores de frío. No se ofrecen datos del consumo específico de



este proceso porque sólo existen experimentos de pequeña escala no extrapolables a la

realidad.

El proceso de congelación es un fenómeno natural que se contempla con mucha

facilidad en nuestro Planeta; alrededor del 70% del agua dulce está contenida en los

polos terrestres. La utilización de hielo de los polos para el consumo humano es muy

poco conveniente para la conservación del equilibrio térmico del Planeta.

1.9.7. Formación de hidratos.

Es otro método basado en el principio de la cristalización, que consiste en obtener,

mediante la adición de hidrocarburos a la solución salina, unos hidratos complejos en

forma cristalina, con una relación molécula de hidrocarburo/molécula de agua del orden

de 1/18.

Al igual que el anterior proceso, su rendimiento energético es mayor que los de

destilación, pero conlleva una gran dificultad tecnológica a resolver en cuanto a la

separación y el lavado de los cristales que impiden su aplicación industrial.

1.9.8. Destilación por membranas.

Es un proceso combinado de evaporación y filtración. El agua salada bruta se

calienta para mejorar la producción de vapor, que se expone a una membrana que

permite el paso de vapor pero no del agua (membrana hidrófoba). Después de atravesar

la membrana, el vapor se condensa, sobre una superficie más fría, para producir agua

desalada. En estado líquido, este agua no puede retroceder atravesando la membrana,

por lo que es recogida y conducida hacia la salida.

Este proceso sólo ha sido desarrollado a nivel de laboratorio por varios grupos de

investigación científica (uno de ellos español, de la Universidad de Málaga).



1.9.9. Compresión mecánica de vapor (CV).

En la compresión mecánica de vapor (CV) se evapora un líquido, en este caso el

agua salada, en un lado de la superficie de intercambio, y se comprime lo suficiente para

que condense en el otro lado y pueda mantenerse el ciclo de destilación de agua

salvando las pérdidas del proceso y la elevación de la temperatura de ebullición del agua

salada respecto a la pura (Boiling Point Elevation, BPE).

Figura 88 – Diagrama de la compresión de vapor (CV) con evaporador de tubos verticales (VTE)

En la Figura 88 se puede ver el esquema de un compresor de vapor acoplado a un

intercambiador de tubos verticales (VTE) de una única etapa, simplificando todos los

elementos auxiliares se puede observar que el vapor interior de los tubos es comprimido

a presión atmosférica en torno a 0.2 bares (un sobrecalentamiento de unos 5º C), en un

compresor volumétrico especial. El vapor, ligeramente sobrecalentado, se condensa en

el exterior de los tubos del intercambiador, siendo recogido por una bomba en su parte

inferior. Como puede observarse, si el proceso fuera ideal sólo se debería vencer la BPE

para mantener el proceso, aunque no es posible realmente (hay pérdidas de calor y

presión, fricciones en las bombas de circulación…). En todo caso, el consumo

específico de estas instalaciones es el más bajo de los procesos de destilación:

normalmente el consumo eléctrico equivalente está sobre los 10 3m

kWh (la mitad que

una planta MSF).



Aunque su consumo específico es, con mucho, el menor de las instalaciones de

destilación, tiene un gran inconveniente: la inexistencia de compresores volumétricos de

vapor de baja presión de tamaño suficiente para una producción considerable. Así, no se

conocen unidades CV mayores de 5.000 día

m3

, y estos compresores sólo permiten un

máximo de 3 etapas a diferentes presiones conectadas en cascada (si fueran necesarias

más etapas haría falta instalar nuevos compresores). Normalmente existen

intercambiadores de precalentamiento del agua de aporte con el destilado y la salmuera

vertida al mar (como el número de etapas es reducido, hay que recuperar la energía de

salida de la salmuera), ayudados por una resistencia eléctrica en los arranques, así como

todos los dispositivos de tratamiento de agua anteriores y posteriores al proceso de

destilación.

Finalmente, cabe destacar que la compresión mecánica de vapor es un proceso muy

utilizado en la industria, generalmente en procesos de concentración de la industria

alimentaria (zumos, quesos, etc).

1.9.10. Ósmosis inversa.

La ósmosis es un proceso natural que ocurre en plantas y animales. De forma

esquemática, se puede decir que cuando dos soluciones con diferentes concentraciones

se unen a través de una membrana semipermeable (es decir, permite el paso de agua

pero no de sales), existe una circulación natural de la solución menos concentrada para

igualar las concentraciones finales, con lo que la diferencia de altura obtenida,

suponiendo los recipientes de cada soluto al mismo nivel inicial, se traduce en una

diferencia de presión, llamada presión osmótica (Figura 89).



Figura 89 – Proceso natural de ósmosis

Sin embargo, aplicando una presión externa que sea mayor a la presión osmótica de

una disolución respecto de otra, el proceso se puede invertir, haciendo circular agua de

la disolución más concentrada y purificando la zona con menor concentración,

obteniendo finalmente un agua de pureza admisible, aunque no comparable a la de

procesos de destilación (Figura 90). Por eso es altamente recomendable para la

filtración de aguas salobres, en las que la sal a rechazar es mucho menor que en aguas

marinas. La cantidad de permeado depende de la diferencia de presiones aplicada a la

membrana, sus propiedades y la concentración del agua bruta, y la calidad del agua

permeada suele estar en torno a los 300 – 500 ppm de TDS, cifra un orden de magnitud

mayor al agua obtenida en un proceso de evaporación.

Figura 90 – Proceso de ósmosis inversa



Una membrana para realizar osmosis inversa debe resistir presiones mucho mayores

a la diferencia de presiones osmóticas de ambas soluciones. Por ejemplo, un agua bruta

de 35000 ppm de TDS a 25ºC tiene una presión osmótica de alrededor de 25 bar, pero

son necesarios 70 bar para obtener permeado. Además, debe ser permeable al agua para

permitir el flujo y rechazar un porcentaje elevado de sales. Sin embargo, no se puede

considerar la ósmosis inversa como un proceso de filtración normal, ya que la dirección

de flujo del agua bruta es paralela y no perpendicular como un caso cualquiera de

filtración.

Esto implica que tan sólo una parte del agua bruta de alimentación pase realmente a

través de la membrana (un proceso de filtración lo haría en su totalidad), y que no se

acumulen sales en la membrana al arrastrarse por el agua bruta que no pasa por la

membrana.

El proceso de ósmosis inversa es tan simple que, a priori, sólo son necesarias las

membranas que filtren el contenido salino y el equipo presurizador. Pero una planta de

ósmosis inversa es mucho más compleja que una agrupación de módulos y una o varias

bombas; por ejemplo, las membranas se ensucian muy fácilmente con la operación

continuada y necesita un pretatamiento intensivo, mucho mayor que en los procesos de

destilación, que comprende entre otros (Figura 91):

1. Clorado para reducir la carga orgánica y bacteriológica del agua bruta.

2. Filtración con arena para reducir la turbidez.

3. Acidificación para reducir el pH y limitar la formación de depósitos calcáreos.

4. Inhibición con polifosfatos de la formación de sulfatos de calcio y bario.

5. Declorado para eliminar el cloro residual.

6. Cartuchos de filtrado de partículas requeridos por los fabricantes de membranas.

7. Microfiltración (MF) y ultrafiltración (UF) en el caso de aplicaciones

industriales muy específicas o en reutilización de aguas residuales.



Figura 91 – Desalación por ósmosis inversa (OI) con turbina Pelton incorporada

El postratamiento en una planta de este tipo sólo suele ser un tratamiento

complementario para conseguir las condiciones de potabilidad requeridas.

El proceso de ósmosis inversa es predominante en nuestro país. Las razones de su

imposición con respecto a otras tecnologías son las siguientes:

1. El consumo eléctrico específico de una instalación de ósmosis inversa es el

menor de los estudiados hasta ahora ( )386m

kWh− , pero se puede aprovechar la

energía contenida en la salmuera rechazada a alta presión para rebajar esa cifra

hasta por debajo de 33m

kWh . Ello supone un coste económico menor de

315.0m

∈ , considerando un coste de la electricidad de kWh

∈05.0 .

2. Al ser un proceso de filtración, el coste energético depende de la concentración

del agua bruta, cosa que no ocurre en las tecnologías de evaporación.

3. Permite una adaptabilidad mayor que otras plantas a una ampliación de su

capacidad, si la demanda es creciente en la zona.

4. Los costes de inversión de una instalación de OI están por debajo de otras

tecnologías de destilación.



Sin embargo, las limitaciones tecnológicas asociadas a las membranas con algunos

tipos de aguas marinas impiden su implantación total en el resto del mundo.

1.9.11. Electrodiálisis.

Este proceso permite la desmineralización de aguas salobres, haciendo que los iones

de diferente signo se muevan hacia zonas diferentes aplicando campos eléctricos con

diferencias de potencial aplicados sobre electrodos, y utilizando membranas selectivas

que permitan sólo el paso de los iones en una solución electrolítica como, por ejemplo,

el agua salada.

El proceso puede verse más claramente en la Figura 92, donde los iones van a los

compartimentos atraídos por los electrodos del signo contrario, dejando en cubas

paralelas el agua pura y en el resto, el agua salada más concentrada. Es un proceso que

sólo puede separar sustancias que están ionizadas y, por lo tanto, su utilidad y

rentabilidad está sólo especialmente indicada en el tratamiento de aguas salobres o

reutilización de aguas residuales, con un consumo específico y de mantenimiento

comparable en muchos casos a la ósmosis inversa.

En algunas ocasiones, la polaridad de los ánodos y cátodos se invierte

alternativamente para evitar el ensuciamiento de las membranas selectivas al paso de

dichos iones. En este caso se habla de electrodiálisis reversible (EDR).



Figura 92 – Proceso de electrodiálisis

1.9.12. Intercambio iónico.

Las resinas de intercambio iónico son sustancias insolubles, que cuentan con la

propiedad de que intercambian iones con la sal disuelta si se ponen en contacto. Hay

dos tipos de resinas:

1. Aniónicas: sustituyen aniones del agua por iones OH (permutación básica).

2. Catiónicas: sustituyen cationes por iones H+ (permutación ácida).

La desmineralización por intercambio iónico proporciona agua de gran calidad si la

concentración de sal es menor de L

g1 . Por lo tanto se utiliza para acondicionar agua



para calderas a partir de vapores recogidos o acuíferos, o en procesos industriales con

tratamiento de afino. Las resinas normalmente necesitan regeneración con agentes

químicos para sustituir los iones originales y los fijados en la resina, y terminan por

agotarse. Su cambio implica un coste difícilmente asumible para aguas de mar y aguas

salobres.

Este proceso tiene una implantación industrial muy profunda en las plantas de

tratamiento de aguas para el ciclo de vapor de centrales térmicas.

1.9.13. Resumen.

Después de una detallada exposición de los diferentes procesos de desalación

actualmente existentes, tan sólo existen unos pocos procesos tecnológicamente viables

actualmente a escala industrial:

1. Evaporación súbita por efecto flash (MSF).

2. Destilación múltiple efecto (MED).

3. Termocompresión de vapor (TVC).

4. Compresión de vapor mecánica (CV).

5. Ósmosis inversa (OI).

6. Electrodiálisis (ED).

A modo de recopilación, es conveniente realizar un análisis comparativo de las

ventajas e inconvenientes de cada uno de estos métodos tecnológicamente avanzados

para la producción de agua desalada. La tabla muestra la valoración de todos los

métodos comentados anteriormente frente a ciertas características exigibles a un método

desalador.



Tabla XXXIV – Valoración de diferentes características deseables para los métodos de desalación.

CARACTERÍSTICA MSF MED - TVC CV OI ED Tipo energía Térmica Térmica Eléctrica Eléctrica Eléctrica Consumo energético

primario

kgkJ

Alto (>200)

Alto / medio (150 – 200)

Medio (100 – 150)

Bajo (<80) Bajo (<30)

Coste instalaciones Alto Alto / medio Alto Medio Medio Capacidad producción

( )día

m3

Alta

(>50000) Media

(<20000) Baja

(<5000) Alta

(>50000) Media

(<30000)

Posibilidad ampliación

Difícil Difícil Difícil Fácil Fácil

Fiabilidad de operación

Alta Media Baja Alta Alta

Desalación agua de mar

Sí Sí Sí Sí No

Calidad agua desalada (ppm)

Alta (<50)

Alta (<50) Alta (<50) Media

(300 – 500) Media (<300)

Superficie terreno requerida de instalación

Elevada Media Poca Poca Poca

A la vista de esta tabla, queda claro que la ósmosis inversa es en conjunto la

tecnología más favorable en España, en base a su mejor precio de obtención del agua, su

ampliabilidad, y su fiabilidad. Tan sólo la calidad del agua es peor que el resto de

tecnologías, si no se contempla la posibilidad de añadir un segundo paso para reducir

esa concentración salina residual tras un único paso por las membranas.

1.9.14. Comparativa de los sistemas de desalación.

Tabla XXXV – Comparativa de los sistemas de desalación.

COMPARATIVA DE SISTEMAS DE DESALACIÓN SISTEMAS ENERGÍA AGUA A TRATAR

MSF Calor Mar MED Calor Mar Evaporación CV Calor Mar Ósmosis inversa (OI)

Presión Mar y salobre Membranas

Electrodiálisis (EDR)

Carga eléctrica Salobre



1.9.15. Máxima conversión de los procesos de desalación.

Tabla XXXVI – Porcentaje de conversión de los distintos procesos.

PROCESO AGUA

BRUTA TIPO DE TOMA

TEMPERATURA DE OPERACIÓN

(ºC)

PORCENTAJE DE

CONVERSIÓN MSF Agua de mar NA 90 15 MSF Agua de mar NA 112 20 MED Agua de mar NA 70 30 MED Agua de mar NA 112 40 CV Agua de mar NA Ambiente 40 CV Agua de mar NA 90 45 OI Agua de mar Superficial NA 35 – 45 OI Agua de mar Pozo playero NA 45 – 55

OI Agua

salobre Pozo/superficial NA 65 – 85

ED Agua

salobre Pozo/superficial NA 65 – 85



1.10 CALIDAD DE LAS AGUAS

1.10.1. Condiciones del agua bruta aportada.

Se ha constatado en el apartado anterior que la calidad del agua producto requerida,

así como la del agua bruta aportada al proceso de desalación es fundamental a la hora de

elegir uno u otro proceso. Por ejemplo, se puede señalar que los procesos de destilación

consumen la misma cantidad de energía, independientemente de la salinidad del agua

aportada, por lo que sólo son apropiadas para la desalación de aguas marinas.

Basándose en la cantidad de sólidos totales disueltos en el agua, la siguiente tabla

muestra la denominación de ese agua en función de su salinidad.

Tabla XXXVII– Rangos de salinidad de los diferentes tipos de agua.

DENOMINACIÓN DEL AGUA SALINIDAD (ppm de TDS) Ultrapura 0.03

Pura (calderas) 0.3 Desionizada 3

Dulce (potable) <1000 Salobre 1000 – 10000 Salina 10000 – 30000 Marina 30000 – 50000

Salmuera >50000

En cuanto a la salinidad de los mares y océanos del Planeta, tampoco es constante:

Tabla XXXVIII – Salinidad media de los mares y océanos principales del planeta.

MAR / OCÉANO SALINIDAD (ppm de TDS) Mar Báltico 28000

Mar del Norte 34000 Océano Pacífico 33600

Océano Atlántico Sur 35000 Mar Mediterráneo 36000

Mar Rojo 44000 Golfo Pérsico 43000 – 50000 Mar Muerto 50000 – 80000

MEDIA MUNDIAL 34800

El contenido salino de las aguas salobres depende principalmente de la localización

del acuífero de donde se extraiga ese agua. En este caso, la contribución de la sal común

(NaCl) puede ser menor que otro tipo de constituyentes, provenientes generalmente de



técnicas de fertilización. A la vista de estos datos, está claro que la salinidad es más

facilmente medible a través de su conductividad eléctrica CE ( )m

dS , o facilidad de una

sustancia para conducir la corriente eléctrica. El agua pura no conduce la electricidad

pero se va haciendo conductora con la adición de diversos constituyentes de naturaleza

electrolítica. Otros constituyentes químicos integrados en el agua y la temperatura de

aporte influyen mucho a la hora de elegir el proceso desalador que pueda eliminarlos.

1.10.2. Calidad requerida al agua.

La calidad del agua requerida depende de su uso. En la agricultura, algunos cultivos

toleran hasta las 2000 ppm, aunque ello depende de la tierra, clima, composición del

agua salobre, método de riego y fertilizantes aplicados. En cuanto al consumo humano,

su límite es de 1000 ppm, aunque en climas excesivamente cálidos un aporte extra de

sales (si es principalmente cloruro sódico) puede ser beneficioso para el cuerpo humano.

La siguiente tabla recoge una comparativa de los parámetros más significativos del agua

según las distintas normativas vigentes y la Organización Mundial de la Salud (OMS).

Tabla XXXIX – Comparativa de parámetros más significativos del agua.

PARÁMETRO 80/778/CEE 98/83/CEE OMS (guía) Cloruros (máximo como

ión) 200 25 250

Sulfatos (máximo como ión)

250 250 400

Nitratos (máximo como ión)

50

Alcalinidad (máximo

como

−3HCOdeL

mg 30 30

Sodio (máximo como ión) 175 200 200 Magnesio (máximo como

ión) 50

Dureza total (mínimo

como

++

CadeLmg 60 200

TSD (ppm) 1500 1500 1000 pH 6.5 a 8.5 6.5 a 9.5 6.5 a 8.5

Otros Agua no agresiva



1.10.3. Calidad obtenida con la desalación.

La tabla muestra la calidad media del agua obtenida por los procesos de ósmosis

inversa de un único y doble paso, y los procesos de evaporación.

Tabla XL – Calidad media del agua obtenida por diferentes procesos de desalación.

OI (1 paso) OI (2 pasos) EVAPORACIÓN

Ca++

Lmg

2 0.1 0.5

Mg++

Lmg

6 0.3 1.5

Na+

Lmg

128 15 12

K+

Lmg

4 0.8 0.5

HCO3-

Lmg

8 0.4 0.1

SO4-

Lmg

11 0.6 3.0

Cl-

Lmg

208 23 22

TDS

Lmg

367 40 40

SiO2

Lmg

0.1 0.0 0.0

CO2

Lmg

23 12

pH 5.8 5.2 7.2

Por lo tanto, viendo la calidad obtenida con los procesos y los requerimientos legales,

en el postratamiento de las aguas desaladas se tienen que considerar dos aspectos. El

primero contemplará el equilibrio químico del agua, con el fin de eliminar su alta

agresividad y así proteger las redes de distribución. Para ello es necesario reducir el alto

contenido de CO2 con la adición de cal –Ca(OH)2 – para conseguir un agua ligeramente

incrustante. El segundo aspecto se refiere al contenido de dureza del agua de



abastecimiento, con el mínimo de L

mg60 . La práctica más habitual es su mezcla con

aguas superficiales con alto contenido de Ca y Mg, y en el caso de que esto no sea

posible, se dosifican sales cálcicas como CaCl2 o CaSO4, aunque supongan un

incremento de Cl- o SO42- en el agua de abastecimiento. El coste del postratamiento es

prácticamente despreciable frente a los de la desalación propiamente dicha.

1.10.4. Conclusiones finales.

La calidad del agua obtenida por cualquier método de desalación es apta para el

consumo humano tan sólo con un pequeño postratamiento en algunos casos. El

pretratamiento es necesario para el adecuado funcionamiento de la instalación

desaladora.

En el caso de aguas para uso agrícola o industrial, es necesario estudiar de forma

individualizada cada caso. En la mayoría de ellos, los requerimientos mínimos siempre

van ser menores que el del agua potable, con lo que cualquier método desalador cumple

holgadamente dichos requerimientos.



1.11 HISTORIA Y SITUACIÓN ACTUAL DE LA DESALACIÓN

1.11.1. Perspectiva mundial.

Para el hombre siempre ha sido un reto el separar la sal del agua del mar para

aprovechar sin límite sus inmensas reservas. Ya se tiene constancia de que Aristóteles

hablaba de aquello que hacía inservible el agua de mar para poder regar los campos y

calmar la sed.

Desde la época griega clásica, donde se definieron los principios para la separación

del agua y las sales, el hombre siempre ha buscado maneras de lograr esa separación.

Hasta bien entrado el siglo XIX no se puede hablar propiamente de una instalación

desaladora de naturaleza estable. Precisamente fue una planta de destilación solar en

una explotación minera: las Salinas de Chile (Handbury, Hodgkiess y Morris, 1993). Su

rendimiento era ínfimo (20 m3 producidos en una extensión de 4000 m2), pero era la

primera forma de obtener agua dulce para el abastecimiento de la población minera en

aquel lugar tan remoto y árido. Posteriormente, en el año 1884 se fabrica por primera

vez un evaporador para un barco aprovechando la energía residual del vapor de salida

de su caldera. Toda la primera tecnología iba encaminada al efecto pernicioso del agua

salada en los tubos de los intercambiadores: incrustaciones, corrosión, etc.

La primera mitad del siglo XX fue totalmente dominada por las tecnologías de

evaporación, y se incidió principalmente en el diseño de nuevos tipos de

intercambiadores más eficientes y compactos que producían cada vez mas agua dulce

con el menor consumo.

La facilidad de combinación con instalaciones productoras de energía y su robustez y

capacidad ha contribuido a su manutención en el panorama mundial. Sin embargo, la

dependencia energética primaria de este tipo de plantas y su alto consumo motivó la

búsqueda de otras alternativas en el mundo de la desalación, como las membranas. Las

primeras investigaciones de membranas para desalación datan de la década de los 30,



cuando Ferry las recopila en 1936 y las clasifica por sus materiales utilizados (naturales,

de malla porosa, cobre, celofán...). Pero las primeras experiencias de membranas con

rechazo de sales aceptable para la desalación son de Reid y Breton en la Universidad de

Florida en 1953, que obtuvieron un rechazo del 98% con membranas planas de acetato

de celulosa. Posteriormente Loeb y Sourirajan, en 1960, mejoraron el flujo de este tipo

de membranas. Ya en los 70, el material de las membranas se sustituye por poliamida

aromática, que aumentaba el rechazo hasta el 99%; la primera membrana de este tipo

para agua de mar data de 1972, siendo dos años antes la fecha de aparición de las

primeras membranas para aguas salobres. A partir de esta fecha, la búsqueda de nuevos

materiales (la mayoría de ellos de naturaleza orgánica como la poliamida aromática) ha

contribuido a evitar de forma considerable los problemas derivados de la operación de

las mismas (no tolerancia a ciertos componentes), así como disminuir la presión mínima

necesaria para la obtención del permeado.

Centrándose en la evolución histórica de capacidad instalada en el mundo, se puede

decir que en el año 1970 dicha capacidad era de tan sólo día

hm3

7.1 , correspondientes

a plantas evaporadoras, muy baratas de instalación pero de alto consumo, utilizadas

normalmente en los barcos para reducir espacio y de acuerdo con la tecnología

disponible en aquel momento. Sin embargo, la crisis del petróleo de 1973 fue el

revulsivo para que los países exportadores de petróleo, que además son los países con

mayor escasez de agua, instalaran gran cantidad de plantas de evaporación acopladas

con plantas de producción eléctrica, lo que ha permitido el asentamiento definitivo de la

población en estas zonas tan áridas del planeta. En los años 80, una nueva crisis del

petróleo y la aparición de las membranas de ósmosis inversa para agua de mar, hizo que

el incremento de este tipo de plantas no fuera tan espectacular, además de que la

desalación por otros métodos se extendiera de forma notoria, especialmente en el

tratamiento de aguas salobres. En la década de los 90, los procesos de evaporación

siguieron pesando en Oriente Medio, pero en el resto del mundo la ósmosis inversa es el

proceso predominante, penetrando en el mercado árabe con la aparición de las

membranas preparadas para filtrar ese tipo de aguas y la posibilidad de acoplar

instalaciones híbridas en el caso de baja demanda eléctrica en sus instalaciones duales.



La gráfica siguiente muestra la evolución histórica de la capacidad mundial instalada

en desalación.

Figura 93 – Evolución de la capacidad total de desalación en el mundo

1.11.2. Historia de la desalación en España.

La evolución tecnológica de la desalación tiene su perfecto reflejo en nuestro Estado.

Las primeras instalaciones desaladoras, algunas de ellas ya desmanteladas o

convenientemente readaptadas a nuevas tecnologías, localizadas en Ceuta, Gran Canaria

(2), Lanzarote y Fuerteventura, se instalaron hace más de 30 años. Lógicamente la

tecnología dominante de la época era la de evaporación, con unidades MSF acopladas a

plantas duales.

La tabla siguiente muestra las características de las plantas desaladoras en esta

primera época. La mayoría de ellas ya no operan en la actualidad, o han sido

actualizadas con tecnologías más favorables desde el punto de vista energético.



Tabla XLI – Primeras instalaciones desaladoras en España.

NOMBRE AÑO CAPACIDAD

( )día

m3

PROCESO

Termolanza (Lanzarote)

1965 2000 MSF

Ceuta I 1969 4000 MSF Fuerteventura I 1970 2000 MSF Las Palmas I 1970 20000 MSF

Tras esta primera etapa, la primera crisis del petróleo supuso un freno al desarrollo

de las instalaciones desaladoras, que obligó a buscar medidas de ahorro en las

instalaciones existentes. Así surgieron los nuevos diseños de los intercambiadores de los

procesos evaporativos, con mayor superficie de intercambio que permiten mayor

destilado con el mismo consumo. La tabla posterior resume las instalaciones nuevas

correspondientes a esta nueva época de la historia de la desalación española.

Tabla XLII – Plantas desaladoras instaladas en España tras la 1ª crisis del petróleo.


( )día

m3

PROCESO

Lanzarote I 1976 5000 MSF Riotinto (Lanzarote)

1977 2500 MSF

Fuerteventura II 1978 2000 CV C.T. Carboneras (Almería)

1980 2200 MSF

Las Palmas II 1980 18000 MSF

En la década de los 80, con la aparición de las membranas capaces de producir agua

dulce a través del proceso de ósmosis inversa, empieza el desarrollo y la imposición

clara de esta tecnología en España. En esta época, las membranas de ósmosis inversa

sólo se habían utilizado para la filtración de aguas salobres, donde la electrodiálisis ya

era una tecnología perfectamente viable. También debe reseñarse que muchos

complejos turísticos privados instalaron pequeñas unidades de CV para solucionar sus

problemas de abastecimiento, radicados fundamentalmente en lugares apartados de los

núcleos habitados. La siguiente tabla muestra las instalaciones más representativas de

esta época.



Tabla XLIII– Plantas desaladoras instaladas en España en la década de los 80.


( )día

m3

PROCESO

Lanzarote II 1987 7500 OI Las Palmas III 1989 36000 OI Fuerteventura III 1990 5000 OI Maspalomas I (Las Palmas)

1987 10000 EDR

Denia (Alicante) 1990 16000 OI

A partir de la década de los 90, las instalaciones de ósmosis inversa se han adueñado

del panorama desalador en España. Hay que destacar que la oferta eléctrica española ha

podido soportar el consumo de este tipo de instalaciones, aunque también es cierto que

esta época coincide con la aparición de sistemas de recuperación de energía que reducen

considerablemente el consumo eléctrico derivado en estas instalaciones, donde España

es un país puntero en cuanto a la investigación encaminada hacia esa reducción de

consumo (sólo hay que ver la cuota de participación española en los congresos

internacionales de desalación). La liberalización de los precios de la energía eléctrica en

nuestro país, sólo accesible ahora a grandes consumidores también ha contribuido a

imponer la ósmosis inversa casi como la única tecnología aplicable, a excepción de la

ED para desalación de aguas salobres ó reutilización de aguas residuales urbanas

(ARU). La tabla muestra algunas plantas instaladas en la década de los 90.

Tabla XLIV– Plantas desaladoras instaladas en España en la década de los 90.


( )día

m3

PROCESO

Lanzarote III 1991 20000 OI Sureste I 1993 10000 OI Ibiza II 1996 10000 OI Marbella 1997 55000 OI Ceuta 1997 16000 OI Seat Martorell 1992 10500 OI Repsol Tarragona 1993 14400 OI Son Tugores 1995 35000 OI Bajo Almanzora 1996 30000 OI Mazarrón 1996 9000 OI C.R. Jacarilla 1997 9000 OI



En conclusión, la desalación en España es una actividad relativamente novedosa con

respecto al resto mundial, ya que las necesidades hídricas creadas han sido consecuencia

del aumento demográfico y el consumo turístico localizado en el litoral mediterráneo.

La tecnología desaladora que se ha impuesto es la de ósmosis inversa, gracias a una

oferta eléctrica cubierta y el menor precio en la obtención del agua desalada.

1.11.3. Situación actual de la desalación.

La capacidad total instalada en todo el mundo es de unos 26 día

hm3

, de los cuales

14 día

hm3

corresponden a agua de mar y 12 día

hm3

a aguas salobres. El peso de

Oriente Medio es muy importante todavía en la industria de la desalación, constituyendo

el 61% del total de aguas desaladas. Arabia Saudita es el primer país en cuanto a

capacidad desaladora (24.4%), seguido de cerca por los Emiratos Árabes unidos. España

es actualmente el noveno país tras siete países árabes, USA, y la antigua URSS. La

gráfica siguiente muestra la distribución porcentual por países de la capacidad total

instalada actualmente.

Figura 94 – Distribución porcentual por países de la capacidad desaladora instalada

Si se habla del número de unidades instaladas, el primer lugar lo ocupan los Estados

Unidos, ya que tienen plantas de pequeño tamaño en comparación con las plantas de

Oriente Medio, y Arabia Saudita ocupa el segundo lugar. España está en el quinto lugar



de esta lista, lo cual significa que el tamaño medio de las instalaciones españolas es

pequeño en comparación a la media mundial.

En cuanto a tecnologías, las de destilación suponen el 52%, las de ósmosis inversa

son el 38%, y el resto (12%) es principalmente debido a la electrodiálisis.

Figura 95 – Distribución porcentual (por capacidad contratada) de los métodos de desalación

1.11.4. La desalación en España.

Aunque la dotación por habitante y año supera con creces el límite considerado como

el mínimo que impida el desarrollo de la sociedad asentada en el territorio (2775

.3

habm y año), el grave desequilibrio entre los recursos hídricos (motivado por la

irregular pluviometría de nuestra geografía) y los consumos soportados en ciertas zonas

con agricultura intensiva de regadío e infraestructura turística, que además consume en

la época de menores precipitaciones, justifica la instalación de plantas desaladoras. La

desalación en España queda afortunadamente reducida al Levante Español, Murcia,

Andalucía, los dos archipiélagos y las ciudades del Norte de África. En dichas zonas, se

puede evaluar la demanda total urbana asociada al turismo como una población

equivalente de 7 millones de personas, que supone el 20% del total.



La producción total de agua desalada a finales del año 1998 se cifra en 222 día

hm3

,

de los cuales alrededor del 42% corresponden a aguas marinas, y el 58% a salobres.

Esto supone alrededor de un 4.9% del consumo total para abastecimiento urbano

(alrededor de 2 millones de personas), y un 0.7% de todos los usos del agua.

Figura 96 – Distribución porcentual de la desalación en cuanto al tipo de agua de aporte

La desalación de agua salobre para la agricultura intensiva de regadío se ha

extendido considerablemente a pesar del sobrecosto producido por el proceso de

desalación con respecto a la obtención por otros métodos o de forma natural. Puede

decirse que prácticamente es nuestro país el único que realmente consume aguas

desaladas para su utilización agrícola (un 29.55% del total), aunque haya países que sí

utilizan aguas desaladas para el riego de jardines, ante la imposibilidad de otras fuentes.

La rentabilidad obtenida por cierto tipo de cultivos no ha sido el freno para seguir con

ellos, teniendo en cuenta además que el coste de aguas salobres desaladas es bastante

inferior al del agua de mar, como se refleja en el apartado correspondiente al estudio

económico de la desalación. La extensión actual aproximada regada con este tipo de

aguas ronda las 9000 ha.

Figura 97 – Distribución porcentual por sectores del agua marina desalada



Figura 98 – Distribución porcentual por sectores de aguas salobres desaladas

Es necesario incidir en la situación existente en dos zonas con características

ligeramente diferentes al resto de zonas afectadas por la escasez de recursos. La primera

de ellas es el Archipiélago Canario y la segunda la Comunidad Autónoma de la Región

de Murcia.

Las islas Canarias han recurrido a la desalación para obtener la mayor parte del agua

que demanda principalmente la industria turística. A partir de los setenta, la

sobreexplotación de los escasos recursos acuíferos de las islas estaba llegando a límites

preocupantes, lo que ha supuesto que islas prácticamente desérticas como Lanzarote

(140 mm. de precipitación anual) y Fuerteventura se abastezcan sólo con agua desalada,

y en el caso de Gran Canaria llegue al 80% del total. El resultado de todo ello es que en

las Canarias 1 millón de personas se abastecen de las 280 plantas desaladoras existentes,

con una capacidad de 350000 día

m3

, 100 de ellas asociadas directamente al

abastecimiento de hoteles y apartamentos. El 92% de las plantas son de inversión

privada, aunque las de naturaleza pública producen el 60% del agua desalada. En cuanto

a las tecnologías utilizadas, el 87% de las plantas son de OI, el 9% de ED y el 4% de

evaporación. Normalmente la ED se utiliza para aguas salobres cloradas y/o

bicarbonatadas, cosa muy común en las galerías de escorrentía de las laderas del Teide

en Tenerife.



Figura 99 – Distribución porcentual (por número de plantas) de los métodos de desalación radicados en

Canarias

Figura 100 – Porcentaje de consumo eléctrico debido a la desalación y porcentaje de consumo de agua turístico respecto del total en las islas del archipiélago canario

Otro punto interesante a considerar de las Islas Canarias es el consumo energético

derivado de la desalación en unas islas sin conexión de red eléctrica entre ellas ni con el

continente (deben ser autosuficientes). En islas como Lanzarote, con un 50% de

consumo hídrico debido al turismo, dicho gasto eléctrico supone el 25% del total, y en

el caso de Fuerteventura llega hasta el 30%. La gráfica anterior (Figura 100) muestra el

tanto por ciento de consumo eléctrico (una parte importante de ella es energía

renovable) en las islas del archipiélago, así como el porcentaje de consumo debido a las

instalaciones hoteleras y apartamentos de sus playas.



El segundo caso digno de mencionar es la Comunidad Autónoma Murciana,

comunidad estructuralmente deficitaria (en 460 hm3 anuales según el PHN) debido al

consumo agrícola derivado de sus explotaciones de regadío intensivo. La

sobreexplotación de los acuíferos para el regadío los ha convertido en aguas salobres de

difícil uso agrícola, con lo que ha sido necesario instalar gran cantidad de pequeñas

desaladoras de agua salobre de mínimo mantenimiento y gestión de los propios

agricultores. La oferta de agua desalada de agua de mar se concentra en grandes

instalaciones en poblaciones costeras.

En resumen, la instalación de plantas desaladoras en España se plantea como

solución en áreas localizadas (hasta ahora la capacidad instalada en la mayoría de ellas

no es muy grande), cosa que no ocurre en otras zonas de alto déficit estructural como

Oriente Medio, donde se instalan grandes plantas en zonas aisladas de los asentamientos

urbanos y se construyen grandes tuberías para su transporte. España es el país europeo

más puntero en tecnologías de desalación por ósmosis inversa (de ello su masiva

implantación en nuestro país), pero no en tecnologías evaporativas, donde grandes

compañías alemanas e italianas, junto con las de Extremo Oriente copan el mercado en

Oriente Medio.



1.12 CONSIDERACIONES MEDIOAMBIENTALES

1.12.1. Evaluación del impacto ambiental de instalaciones desaladoras.

La legislación existente en cuanto a la necesidad de realizar una Evaluación de

Impacto Ambiental (EIA) para un proyecto relacionado con la desalación se puede

resumir en los siguientes pasos:

1. La legislación básica viene a incrementar los supuestos sometidos a Evaluación

de Impacto Ambiental.

2. Normativa correspondiente a cada comunidad autónoma. Si dicha comunidad

tiene incluidas en su lista de EIA las plantas desaladoras (como, por ejemplo, la

Comunidad Autónoma Murciana), correspondería realizar la EIA al órgano

ambiental del Estado, es decir, el Ministerio de Medio Ambiente (MIMAM). Se

establecerá un procedimiento abreviado para su realización.

1.12.2. Problemática medioambiental de los vertidos de salmuera.

En todo proceso desalador se tiene una porción del agua previamente introducida que

es rechazada y devuelta normalmente al reservorio original de donde se aportó el agua

bruta a desalar.

El problema de estos vertidos debe tratarse cuidadosamente dependiendo del tipo de

proceso utilizado, y de las características del reservorio donde se tira la salmuera de

rechazo. En este apartado se va a analizar dos situaciones especialmente interesantes: la

situación en el Golfo Pérsico y la española (en el Mar Mediterráneo).

Si se habla de aguas desaladas del Golfo Pérsico, con una media de 45000 ppm de

TDS, la salmuera rechazada devuelta al mar (BD) en plantas MSF suele tener una

concentración de 60 – 65000 ppm y un caudal menor de la mitad que el aportado,

teniendo en cuenta que tan sólo la décima parte del agua bruta introducida se desala y

que existe recirculación del agua bruta. El resto de caudal que equilibra el balance de



masa de la instalación es el agua bruta precalentada en la sección de rechazo, que no es

concentrada respecto a la inicial. En resumen, la conjunción de la contaminación

térmica y contaminación química de los vertidos de salmuera y de petróleo de la zona

en este mar cerrado de tan sólo 35 metros de profundidad media, 239000 km2 de

extensión y un tiempo de residencia medio de 2 – 5 años, hace pensar que el Golfo

Pérsico va a tener serios problemas medioambientales en un futuro próximo. Esto se

agrava por sus especiales condiciones: una temperatura media de 18-35º C, un altísimo

índice de evaporación (excede en un factor de 10 el aporte de los ríos) y, por lo tanto,

una salinidad de 36000 a 50000 ppm, dependiendo de la cercanía a la desembocadura de

los grandes ríos que vierten en él (Tigris y Eúfrates).

Pero este no es, afortunadamente, el caso de España, con un inventario de plantas

mucho más reducido al de Oriente Medio, donde la mayoría son plantas de ósmosis

inversa que vierten sus rechazos a mares más abiertos como el Mediterráneo o el océano

Atlántico, a una temperatura prácticamente idéntica a la aportada. De todas las formas,

es necesario abordar de forma separada la desalación de aguas marinas y de aguas

salobres, porque son dos problemáticas completamente diferentes, ya que afectan a

medios naturales distintos.

► Aguas salobres.

Las plantas desaladoras de agua salobre se nutren, generalmente, de acuíferos cuya

calidad se ha ido degradando paulatinamente con su extracción para el riego. En

general, la degradación de los acuíferos se debe al uso de fertilizantes nitrogenados y

otros agentes agrícolas, infiltración de aguas residuales, disolución de terrenos

salinizados, intercomunicación de diferentes acuíferos estratificados e incluso la

intrusión marina en los acuíferos cercanos al mar. Desalar agua salobre permite a este

tipo de aguas su uso agrícola e incluso humano, en general aguas de 4.000 ppm

devuelven el rechazo en torno a los 16.500 ppm considerando una conversión media (Y)

del 75% en este tipo de plantas. A continuación se describen las diferentes soluciones

aportadas actualmente para la evacuación de este tipo de salmueras (Latorre, 2000),

haciendo una valoración cualitativa de cada una de ellas:



1. Vertido directo a ramblas o cauces cercanos: es una solución común pero poco

recomendable porque puede salinizar dichos cauces y los suelos adyacentes,

afectando incluso a la población asentada aguas abajo de dicho cauce.

2. Vertido al mar en el caso de cercanía al mismo: debe estudiarse en cada caso, ya

que la salinidad es menor que la marina y puede afectar a la diversidad biológica

en ese tramo costero.

3. Inyección en acuíferos más profundos incluso que el de aporte: es una solución

altamente peligrosa, ya que puede afectar a acuíferos cercanos y los convierte en

inservibles para su uso futuro.

4. Instalación de balsas de evaporación o incluso salinas (como las de Torrevieja o

Santa Pola) para obtener sal. La extensión necesaria para este tipo de solución

suele disuadir a los propietarios de las explotaciones, pero es de las más

adecuadas aunque desaparece todo caudal posible de retorno a la cuenca

hidrográfica.

5. Creación de colectores de vertido o “salmueroductos” que recojan los rechazos

de una o varias plantas desaladoras próximas y los conduzcan hasta el mar:

parece la solución más aceptable, aunque con coste algo superior a otras

opciones, y además debe estudiarse el punto exacto de vertido en el mar, al igual

que en el segundo punto, para no alterar las condiciones biológicas de la fauna y

flora marinas.

6. Tratamiento de las salmueras, con el fin de reutilizarlas en otro proceso.

Debe tenerse en cuenta también que excepto la segunda y quinta opciones, los

vertidos de salmuera retornan finalmente a la cuenca hidrográfica de donde se extrajo el

agua salobre, con lo que deberían rechazarse a priori.

► Aguas marinas.

Respecto al vertido de rechazos de agua marina, una planta de conversión media del

45% y un agua marina de aporte de 38000 ppm debe verter al mar una salmuera con

alrededor de 70000 ppm. Se sabe que la fauna marina no queda afectada

significativamente por la existencia de emisarios de esta agua (gracias, por supuesto, a

su movilidad), incluso hay experiencias de una mayor cuota de captura pesquera



alrededor de desagües de plantas desaladoras. Sin embargo hay que tratar con especial

atención la flora marina existente en el litoral mediterráneo, en concreto las praderas de

“Posidonia Oceánica”, una fanerógama marina que recubre los fondos con un calado de

5 a 30 metros (dependiendo de la transparencia del agua y la granulometría de los

fondos) de extraordinaria productividad y diversidad, pero a su vez de extraordinaria

rareza. Tanto es así que aparece en la lista de hábitats naturales de interés comunitario

que es preciso proteger (Directiva del Consejo 92/43/CEE del 21 de Mayo de 1992).

Aunque no se sabe a ciencia cierta el efecto de los vertidos de salmuera en las praderas

de Posidonia Oceánica, lo que sí es cierto es que es necesario realizar una serie de

medidas de protección para no dañar dichas praderas, con una capacidad de producción

de oxígeno incluso mayor que la selva amazónica.

De entre las posibilidades de actuación en cuanto a la evacuación de la salmuera al

mar, no hay soluciones concluyentes, sobre todo en cuanto a la cuantificación del efecto

de cada una de ellas sobre la flora marina, se muestran aquí las soluciones comúnmente

adoptadas:

1. Vertido directo al mar a través de ramblas y cauces: esta posibilidad puede ser la

más adecuada en zonas de corrientes y vientos considerables, ya que en zonas

cercanas a la costa los oleajes y la mayor temperatura de las aguas favorecen la

mayor dilución de las descargas de salmuera.

2. Construcción de emisarios submarinos que sobrepasen la pradera de Posidonia:

no está muy claro si el efecto de la obra necesaria para construir el emisario va a

ser más perjudicial para la pradera que su vertido en la costa. Además, se han

realizado estudios sobre la dilución de los emisarios submarinos construidos

específicamente para una mejor mezcla con el agua marina, pero la experiencia

de laboratorio ha demostrado grandes diferencias con respecto a la dilución real

en los fondos marinos, debido fundamentalmente al efecto de las corrientes

marinas, oleaje, condiciones del fondo, etc., difícilmente reproducibles en

condiciones de laboratorio.

3. Utilización de emisarios ya existentes de aguas residuales: se sabe que las aguas

residuales urbanas (ARU) tienen un efecto más pernicioso para la flora marina



que los rechazos de plantas desaladoras. Por lo tanto un mal menor puede ser

verter dichos rechazos a colectores residuales o lugares anejos a ellos, en zonas

ya previamente degradadas por el efecto de las ARU.

1.12.3. Otros vertidos.

Aunque no tienen la misma importancia que los vertidos de salmuera, gracias a la

ínfima relación de volúmenes evacuados (la suma total de ellos no supone más del 1%

del total), existen otro tipo de vertidos en una planta desaladora por ósmosis inversa,

que se resumen en los siguientes puntos:

1. Agua de lavado de los filtros de arena: constituyen un agua muy cargada de

arenas y materia orgánica, en general se vierte normalmente una vez al día.

2. Productos de limpieza de las membranas: su frecuencia depende sobre todo del

tipo de membrana, pero se realiza, al menos, una vez al año, con detergentes de

naturaleza biodegradable.

3. Aditivos provenientes del pre/post-tratamiento de agua bruta/producto:

normalmente no deben aparecer en los vertidos ya que se utilizan para incluirse

en el agua para consumo (sólo en caso de fugas), pero en todo caso es posible

encontrar en menor medida floculantes, antiincrustantes, anticorrosivos y

biocidas en las aguas de rechazo. Su carácter poco degradable hace que deban

ser controlados periódicamente.

1.12.4. Otros impactos y consideraciones finales.

Las plantas desaladoras consumen gran cantidad de energía. Tanto si consumen

energía eléctrica como si extraen energía térmica en el caso de una planta dual, las

emisiones de CO2, NOx y otros componentes derivados de la combustión de estas

centrales térmicas debe asociarse a la planta desaladora. Sólo en el caso de que la

energía eléctrica utilizada en procesos desaladores (OI, ED, CV, bombeo de las MSF y



MED) sea de origen renovable, no debe asignarse este impacto ambiental al proceso

desalador.

Finalmente, también hay que destacar la contaminación acústica de una planta

desaladora, que no suele mencionarse debido a su relativa lejanía de poblaciones y

zonas habitadas. Pero debe tenerse en cuenta sobre todo en pequeñas islas o zonas con

muy escaso terreno edificable, situación desgraciadamente muy común en el Levante

Español y los archipiélagos.

Resumiendo, el impacto ambiental derivado de la instalación de una planta

desaladora tiene varias afecciones destacables: vertido de salmueras, emisiones,

ruidos…



1.13 COSTES DE LA DESALACIÓN

1.13.1. Consideraciones generales.

En este apartado se compara la desalación con un trasvase hidrológico intercuencas.

Primero debe quedar muy claro que son dos alternativas de naturaleza diferente y por lo

tanto nunca pueden ser económicamente comparables en sentido estricto. Un trasvase es

una obra de naturaleza permanente y debe considerarse, como tal, aunque la

amortización de las obras siga unos criterios especificados para este tipo de obras.

Pero ello incide en el tipo de interés aplicable al proyecto de inversión; así, se aplica

una amortización a la obra hidráulica necesaria de 50 años y un interés medio del 4%,

una tasa de interés que difícilmente conseguiría en la actualidad un inversor privado

para instalar una planta desaladora de tamaño medio – pequeño. La amortización de una

planta desaladora se cifra por término medio en 15 años, con lo que el análisis

económico debería replantearse de nuevo tras ese período, ya que la tecnología en

procesos de desalación habrá evolucionado positivamente en el sentido de un

abaratamiento de los costes de producción del agua desalada.

Otro factor que hay que tener en cuenta es la disponibilidad de ambos recursos. El

PHN realiza su análisis económico de rentabilidad suponiendo que todos los años es

posible derivar del Ebro 1000 hm3. En el caso de que ello no sea posible en alguna

campaña, los costes calculados por el MIMAM serían ostensiblemente superiores a los

previstos y la rentabilidad anunciada no sería ni mucho menos la estimada. Una planta

desaladora que se proyecte para su puesta en marcha sólo ante problemas coyunturales

(sequía, contaminación de otros recursos, etc.) también tiene unos costes mucho

mayores a los de una planta de operación continua, que la lleva irremisiblemente al

cierre de sus instalaciones si no existe una financiación estatal que la mantenga. La

experiencia en España de este tipo de plantas, que han dejado de ser rentables frente a la

competencia de recursos externos o naturales mucho más baratos, puede servir de

ejemplo a esta aseveración.



Finalmente, se podría reseñar que las plantas desaladoras, aunque sean financiadas

por el Gobierno, están gestionadas por empresas privadas que incorporan el beneficio

industrial de la explotación de las mismas, por lo que cuentan con un coste adicional

con respecto a un hipotético trasvase.

Por lo tanto, queda claro que el análisis económico puro no debe ser el único

condicionante para adoptar una decisión de las alternativas a considerar, sino que debe

complementarse con otros condicionantes ecológicos y sociales.

El análisis va a diferenciar la desalación de aguas marinas y de aguas salobres, ya

que la instalación necesaria y los costes de operación son bastante inferiores en el

segundo caso, amén de la existencia de soluciones tecnológicas diferentes a cada tipo de

agua.

1.13.2. Costes de la desalación de agua de mar.

Hay dos tecnologías claramente diferenciadas para la producción de agua desalada a

partir de agua del mar: destilación y ósmosis inversa. Es necesario tratarlas

independientemente ya que la asignación de costes para el primer caso exige un

tratamiento específico, debido a que los procesos de destilación van integrados en una

planta dual con otro producto bien diferenciado: la electricidad.

► Destilación en plantas duales.

Aunque no sea usual en España, existen una gran cantidad de plantas duales

instaladas en Oriente Medio para suplir sus necesidades de agua y electricidad (Figura

101). La mayoría de ellas son una o varias unidades MSF acopladas con una o varias

turbinas de vapor, turbinas de gas con caldera de recuperación para generar el vapor, o

los ciclos combinados de turbina de gas y de vapor acopladas con otra caldera de

recuperación.



Figura 101 – Disposiciones posibles de plantas duales de producción de agua y electricidad

► Coste del combustible.

La asignación de costes de la producción de agua y de energía es bastante

problemática, sobre todo cuando de forma interesada se intentan cargar los costes

solamente a uno de los productos. Hay diferentes métodos de contabilidad de costes

utilizados para asignar qué parte de ciertos costes comunes debe asignarse a cada uno de

ellos. Así por ejemplo, una metodología ampliamente utilizada para asignar el coste del

combustible a cada producto es el llamado “Método de los kilowatios perdidos”, en el

cual se calcula el coste de combustible imputable al agua, al cociente de la diferencia de

producción eléctrica adicional respecto a la total que se podría conseguir en el caso de

que las unidades MSF no estuvieran operativas.

Figura 102 – Esquema de producción individual y conjunta de electricidad / agua en una planta dual



El tipo de combustible incide directamente en el coste del agua asociado, en una

época en la que los combustibles primarios están alcanzando precios realmente

prohibitivos. La siguiente tabla muestra el coste del combustible para tecnologías MSF

y MED en función del combustible, a precios actuales del mercado internacional. El

GOR típico para ambas plantas, que es una medida de la productividad de la planta

desaladora con respecto al vapor consumido, es de 8 – 12 y 12 – 16, respectivamente.

Tabla XLV– Coste del combustible ( )3m

∈ para desalación de agua de mar en función de su

naturaleza.

COMBUSTIBLE PRECIO ( )GJ

S MSF MED

Gas natural 4.5 0.93 – 1.39 0.70 – 0.93 Petróleo 3.8 0.79 – 1.18 0.59 – 0.79 Carbón 1.2 0.25 – 0.37 0.19 – 0.25

Con los precios internacionales actuales sólo los países productores de combustibles

fósiles pueden producir agua desalada de esta forma, a no ser que se consuma carbón,

recurso que suele localizarse en zonas húmedas sin problemas de abastecimiento de

agua.

0.93 – 1.39 3m

∈

0.79 – 1.18 3m

∈

0.25 – 0.37 3m

∈

0.70 – 0.93 3m

∈

0.59 – 0.79 3m

∈

0.19 – 0.25 3m

∈

Figura 103 – Costes totales del agua desalada con tecnologías evaporativas consumiendo carbón en la

planta dual



► Consumo eléctrico

Las tecnologías MED y MSF consumen adicionalmente energía eléctrica para la

circulación de los flujos de alimentación, salmuera, destilado y retorno del condensado.

Las plantas MSF necesitan una bomba adicional del recirculado de salmuera, que

incrementa su consumo ostensiblemente con respecto a la tecnología MED. La siguiente

tabla muestra el consumo específico y el coste económico asociado a este consumo.

Tabla XLVI – Coste del consumo eléctrico de las plantas MSF, MED y CV.

TECNOLOGÍA DE EVAPORACIÓN

CONSUMO

ESPECÍFICO ( )3m

kWh COSTE ( )3

m∈

MSF 3.5 – 4.0 0.13 – 0.14 MED – TVC 1.5 – 2.0 0.05 – 0.07

CV 9 – 11 0.43 – 0.53

Se ha incluido aquí la tecnología CV, que consume energía eléctrica solamente para

su compresor volumétrico y las bombas de alimentación y de recogida del rechazo y del

destilado. Hay que reseñar que el coste del kWh necesario para las tecnologías MSF y

MED es menor que el de las tecnologías CV, ya que la electricidad se obtiene de la

misma planta dual y no es necesario comprarla a la compañía eléctrica correspondiente,

a precio siempre mayor que el de la generación pura.

► Inversión necesaria y amortización

La inversión necesaria para este tipo de plantas ha ido descendiendo poco a poco,

con la inclusión de nuevos materiales resistentes a la corrosión no tan caros como los

aceros inoxidables o las aleaciones de titanio. Los precios por día

m3

de capacidad

instalada dependen lógicamente del tamaño de planta, pero pueden resumirse en la

siguiente tabla.



Tabla XLVII– Precio por día

m3

de capacidad instalada de las tecnologías evaporativas y coste de

amortización de dicha inversión.


INVERSIÓN ( )díam // 3∈

COSTE DE AMORTIZACIÓN

( )3m

∈

MSF 180000 – 280000 0.29 – 0.44 MED – TVC 130000 – 180000 0.21 – 0.29

CV 170000 – 250000 0.27 – 0.40

Figura 104 – Distribución porcentual del coste de inversión de los diferentes equipos de una planta

desaladora térmica (MSF)

De la inversión global, el coste del evaporador supone alrededor del 65% del total,

las bombas de circulación el 5%, el condensador de vapor proveniente de la planta de

potencia el 3%, el sistema de vacío el 2%, y los sistemas auxiliares y de control el 25%

restante, incluyendo la estación reductora de presión ERP de vapor vivo para

proporcionar vapor en condiciones óptimas a la MSF en caso de parada de la turbina de

vapor. El coste del terreno suele ser despreciable en el cómputo final al tratarse de

instalaciones situadas en terreno desértico.

► Otros costes

Los costes de mantenimiento y mano de obra, y productos químicos utilizados como

aditivo para evitar la formación de costras (scaling) se muestran en la siguiente tabla.



Tabla XLVIII– Coste por m3 de la mano de obra, mantenimiento y productos químicos.

Tabla XLIII– Coste por m3 de la mano de obra, mantenimiento y productos químicos.


COSTE DE PRODUCTOS

QUÍMICOS ( )3m

∈

COSTE MANO DE OBRA Y

MANTENIMIENTO

( )3m

∈

MSF 0.02 – 0.04 0.05 – 0.07 MED – TVC 0.02 – 0.03 0.04 – 0.07

CV 0.02 – 0.04 0.05 – 0.08

En consecuencia, la tecnología MED es la más barata, aunque la capacidad de este

tipo de unidades no llegue a la de las unidades MSF. La tecnología CV queda

claramente en desventaja con otras tecnologías de menor consumo eléctrico e inversión,

como la ósmosis inversa.

Finalmente, reseñar que las plantas duales permiten la flexibilidad de instalación de

unidades de osmosis inversa (constituyendo sistemas híbridos de producción de agua

desalada) que en períodos de baja demanda eléctrica produzcan una cantidad adicional

de agua desalada (Figura 105).

Figura 105 – Esquema híbrido cogeneración ciclo combinado MED con módulos de OI



1.13.3. Desalación de agua de mar con ósmosis inversa.

Para el tratamiento de los costes de la desalación de agua de mar con ósmosis

inversa, hay que tener en cuenta la infinidad de variables que afectan de forma

considerable al coste final del agua desalada:

1. Tamaño de la instalación.

2. Condiciones físicas y geográficas de la captación de agua marina.

3. Calidad del producto requerido.

4. Sistema de recuperación de energía utilizado.

► Metodología para el cálculo de los costes.

Las plantas de desalación de agua de mar pueden clasificarse en pequeñas plantas,

que intentan resolver específica y cuantitativamente problemas poco importantes y

grandes plantas ( )día

mcapacidad3

10000≥ construidas para resolver importantes

problemas de abastecimiento a poblaciones o de regadío, que requieren disponer de

toma de agua de mar y/o fuerte pretratamiento antes de que sea tratada por la planta, así

como de embalses de regulación, sistemas de elevación y transporte de tubería para que

el agua pueda ser utilizada en el lugar deseado.

La siguiente distribución es la más frecuente en las grandes plantas y muestra la

forma en la que se deben descomponer los costes de la desalación de agua de mar,

teniendo en cuenta que la planta se encuentra a nivel del mar y que las aguas desaladas

se usarán in situ. En el caso de utilización del agua desalada en zonas alejadas de la

costa, deben tenerse en cuenta las inversiones necesarias en grupos de elevación y

conducciones hasta los puntos de uso, lo que implica también unos mayores costes

energéticos debido a la elevación y de amortización de estas infraestructuras.

1. Toma de agua de mar.

2. Pretratamientos.

3. Planta desalinizadora.



4. Depósito de regulación.

5. Emisario de la salmuera.

La metodología general para un estudio de este tipo es considerar cada uno de los

elementos como unidades de obra principales que, a su vez, se descompondrían en

varias subunidades de obra. Cada unidad o subunidad exige el estudio de la inversión

total inicial y los costes anuales, constantes o variables, durante su vida útil. Todos los

desembolsos realizados en la inversión se capitalizan a un determinado interés durante

un periodo igual al de su vida útil y a continuación se calcula la anualidad capaz de

financiar este capital. Por último, se divide esta anualidad por el volumen anual de agua

producida y, de este modo, se obtiene la incidencia de esta unidad de obra sobre el

precio del metro cúbico de agua. A continuación, se estudiarán las fórmulas necesarias

para calcular, de acuerdo con la metodología expuesta, el coste unitario del agua.

En primer lugar, se calcula la inversión inicial de la unidad de obra (I), que se

obtendrá como suma de los precios (A, B, C…) de cada una de las subunidades en que

se descomponga, cuyos respectivos periodos de vida útil son a, b, c… Para el cálculo de

la cuota de amortización, se utiliza la fórmula de la amortización financiera:

( )( )

→−+

+⋅=

parcialesobradeunidadeslastodaspara

igualonesequeunoportoenanualerési

inversiónladevidadeañosdenn

inversiónI

i

iiIa

n

n

sup)tan(int:

º:

:

11

1

Esto implica aceptar las hipótesis siguientes:

1. La duración de la inversión será la misma que la duración del préstamo.

2. El valor residual es cero.

A la suma de las anualidades de amortización de las inversiones A, B, C…, se le

llama costes financieros anuales (CF):

...+++= cba cbaCF



Por otra parte, la planta exigirá unos costes de explotación anuales (CE), que se

calculan como suma de los costes parciales: coste de la energía (E), coste de

mantenimiento (M), coste de personal (P), coste de reposición de membranas (MB),

coste de reposición de cartuchos (CT) y coste de reactivos químicos (RQ). Conocidos

CF y CE, se calcula el coste del metro cúbico de agua mediante la siguiente expresión:

{ producidoanualvolumentQtQ

CECFCT :⋅→

⋅

+=

Un concepto a tener muy en cuenta a la hora de realizar el estudio de costes de

desalación es el referente a la toma de agua de mar para su desalación. A este respecto,

se debe indicar que la captación se puede realizar con pozos costeros o con toma directa

del mar (emisario submarino). La diferencia de coste se debe a la diferente calidad del

agua captada y, en consecuencia, a los distintos tratamientos requeridos para su proceso.

Otro elemento importante de las instalaciones desaladoras es el elemento de retorno

al mar de las salmueras rechazadas por la planta, aunque también existe la posibilidad

de tratar dichas salmueras en plantas apropiadas, con el fin de evitar la contaminación.

Por último, debe señalarse que, en el caso de que el destino de las aguas sea el

regadío, se producirá un coste adicional debido a la regulación exterior necesaria para

modular la producción continua de la planta al régimen intraanual estacional de las

demandas de riego.

► Costes de capital (inversión).

La inversión necesaria para instalar una planta de ósmosis inversa incluye el valor

final de la ejecución del correspondiente proyecto, así como el de todas las

infraestructuras necesarias. Para situaciones donde tenga que elevarse el agua desalada

debe considerarse un incremento de la inversión a realizar en bombas de impulsión y en

conducciones hasta la cota deseada.



Tabla XLIX – Costes totales.

INVERSIÓN

Costes financieros o de capital (CF)

1. Toma de agua de mar. 2. Pretratamiento. 3. Planta de ósmosis inversa. 4. Depósito de regulación. 5. Emisario de la salmuera. COSTES

TOTALES

Costes de operación o de explotación (CE)

a. Personal. b. Mantenimiento. c. Reposición de membranas. d. Reposición de cartuchos. e. Reactivos químicos. f. Energía.

► Costes de explotación o de operación.

• Costes de personal.

El personal necesario para la operación y mantenimiento de la planta depende en

gran medida del tamaño de dicha planta y de su grado de automatización.

Las pequeñas instalaciones de tipo turístico suelen funcionar sin apenas

mantenimiento o con el mismo personal dedicado a otras actividades dentro del

complejo turístico. Además existe otro factor adicional que incrementa la variabilidad

de este coste: el carácter estacional de este tipo de plantas afecta directamente al coste

de personal asociado. Conforme la planta va adquiriendo capacidad, empieza a ser

necesario mantener personal fijo en la instalación, con ayuda especializada en caso de

situaciones de avería. Cuando la planta tiene una capacidad considerable

( )día

m3

30000> es necesaria una plantilla mínima de 20 personas para su gestión y

mantenimiento que permita una producción continuada y sin mermas.

La plantilla de personal puede dividirse en tres categorías:

1. Personal de dirección.

2. Personal de operación.

3. Personal de mantenimiento.



En plantas de desalación de agua de mar por ósmosis inversa no son convenientes las

paradas en la planta, por lo que será necesario mantener tres turnos del personal de

operación y mantenimiento.

Tabla L - Estructura de costes de personal en grandes desaladoras.

COSTE (sin S.S.) PUESTO Nº personas

Unitario € Total € Personal de dirección Jefe de planta 1 33056 33056 Jefe de mantenimiento 1 27046 27046 Personal de operación Operadores. Oficial 1ª 5 16528 82639 Ayudante de operador. Oficial 2ª 5 15025 75127 Personal de mantenimiento Mecánico. Oficial 1ª 1 16528 16528 Electricista. Oficial 1ª 1 16528 16528 Fontanero. Oficial 1ª 1 16528 16528 Instrumentista. Oficial 1ª 1 16528 16528 Ayudantes. Oficial 3ª 2 13525 27046 Peones. 3 12020 36061 Otros Analista de laboratorio 1 16528 16528 Auxiliar administrativo 1 16528 16528 TOTAL 23 ------- 380140 TOTAL con cuotas S.S. (35%) ----- ------- 513144

• Costes de mantenimiento.

En este capítulo se incluyen las reparaciones para conservación de las instalaciones,

consumibles y materiales de mantenimiento (repuestos, lubricantes,…). No se

consideran los costes del personal dedicado a estas reparaciones porque ya se han tenido

en cuenta en el apartado anterior.

El coste de mantenimiento de la planta es variable a lo largo de su vida, por lo que en

este tipo de estudios se suele utilizar el coste medio anual de mantenimiento.

Actualmente, los costes de mantenimiento de los equipos mecánicos y eléctricos son

relativamente bajos debido a la alta calidad de los materiales y diseños usados en este

tipo de instalaciones.



Tabla LI – Repercusión sobre el coste del m3 debido al mantenimiento.

MANTENIMIENTO PRODUCCIÓN Inversión (I)

Toma de pozo Toma directa m3/día m3/año € 1% I cent €/m3 2% I cent €/m3 10000 3500000 6000000 60000 1.71 120000 3.43 20000 7000000 12000000 120000 1.71 240000 3.43 40000 14000000 24000000 240000 1.71 480000 3.43 60000 21000000 36000000 360000 1.71 720000 3.43 80000 28000000 48000000 480000 1.71 960000 3.43 100000 35000000 60000000 600000 1.71 1200000 3.43 120000 42000000 72000000 720000 1.71 1440000 3.43 140000 49000000 84000000 840000 1.71 1680000 3.43

• Costes de reposición de membranas.

Actualmente, los proyectos de plantas desaladoras se realizan teniendo en cuenta una

tasa del 5 al 10% de reposición anual de membranas, siempre que los procesos de

protección hayan sido bien diseñados y que las aguas de alimentación procedan de un

pozo sin problemas de contaminación bacteriana. Cuando se trabaja en una toma directa

de agua de mar se considera una tasa del 20%, dependiendo de su contenido en materia

orgánica. En el caso de utilizar agua de mar muy contaminada, estas cifras aumentan

debido a las frecuentes limpiezas de las membranas que hay que realizar, lo que también

reduce notablemente su vida media. Por tanto, el coste de reposición de membranas

depende, sobre todo, de las características químicas y bacteriológicas del agua bruta y

muy poco del tamaño de la planta.

• Costes de reposición de cartuchos de filtro.

Como dato general, la reposición de cartuchos en plantas con toma directa de agua de

mar se realiza aproximadamente cada tres meses y en las plantas con toma de pozo cada

seis meses, aunque esta operación es muy variable en función de la calidad del agua de

entrada a la planta. Su repercusión económica por metro cúbico de agua desalada es,

según la experiencia obtenida de diversas planta, de 0.30 a 0.60 3m

cent ∈ , bajo la

hipótesis de un precio medio del cartucho de alrededor de 9 €.



• Coste de reposición de membranas y arenas.

Este es un coste no imputable a tecnologías de evaporación. Suele ser muy variable,

dependiendo de las frecuencias de lavado y del control de operación de la planta,

incluso hay plantas que con numerosos lavados no suelen reemplazarlas.

Normalmente los fabricantes dan una garantía de un porcentaje de reposición típico

para una duración determinada. Si el porcentaje es mayor que el de garantía, la

reposición corre a cuenta del fabricante, y a cuenta del operador en caso contrario. El

coste de reposición de membranas, puede evaluarse de 0.01 a 0.04 3m

∈ .

También debe mencionarse la reposición de la arena de los filtros perdida con los

lavados periódicos, aunque ésta tiene una periodicidad de 7 a 10 años.

• Costes de reactivos químicos.

Los reactivos químicos se utilizan para el acondicionamiento del agua de

alimentación, para el acondicionamiento del permeado y para la limpieza de las

membranas.

Los reactivos químicos utilizados en los diversos procesos realizados en una EDAM

dependen fundamentalmente de la calidad del agua bruta a tratar, y también de la

calidad del producto requerida.



Tabla LII – Reactivos y función de los mismos.

Fase del proceso Producto químico Funciones

Hipoclorito sódico Desinfectante. Eliminación de materia orgánica y/o actividad biológica.

Coagulante Eliminación de coloides sobre lechos filtrantes. Reducción del SDI.

Ácido sulfúrico Contros de precipitados de CaCO3

Control del pH. Mejor acción bactericida del cloro.

Polielectrolito Ayuda para la floculación. Produce flóculos de mayor tamaño.

Dispersante Secuestrante de las sales poco solubles.

1. Acondicionamiento del agua de alimentación

Bisulfito sódico

Eliminación del cloro residual. En algunos casos se emplea para regulación del pH y control de los desarrollos biológicos.

Hidróxido cálcico Control del pH y calcificación del agua.

Anhídrido carbónico Carbonatación del agua. 2. Acondicionamiento del permeado

Hipoclorito sódico Desinfectante. 3. Limpieza de las membranas

Diversos reactivos Limpieza química de las membranas.

El consumo de reactivos es, en principio, directamente proporcional a la producción

de agua, por lo que el coste por metro cúbico producido es independiente del tamaño de

la planta, sin perjuicio del efecto de economía de escala conseguido al aumentar la

cantidad de reactivos consumidos. Por otra parte, el número de productos empleados y

sus dosificaciones son variables según las características del agua a tratar y el modo de

funcionamiento de la planta.

Tabla LIII – Repercusión sobre el coste del m3 debido al consumo de reactivos.

PRODUCCIÓN COSTE ANUAL (€) COSTE POR m3 (cent€)

m3/día m3/año Toma pozo Toma directa Toma pozo Toma

directa 10000 3500000 84142 168286 2.40 4.81 20000 7000000 162273 324547 2.32 4.63 40000 14000000 312526 625053 2.23 4.47 60000 21000000 450759 901518 2.15 4.29 80000 28000000 576972 1153943 2.06 4.12

100000 35000000 691164 1382328 1.98 3.95 120000 42000000 793336 1586672 1.89 3.78 140000 49000000 883488 1766976 1.80 3.61



• Coste de la energía.

Para realizar el análisis de los costes energéticos de la desalación es necesario

establecer dos conceptos diferentes:

1. Consumos energéticos por unidad de volumen de agua producida en las

diferentes fases del proceso: los cuatro componentes básicos del consumo

energético de las plantas desaladoras de agua de mar son los siguientes:

o Consumo energético en el bombeo de agua de mar: este consumo

energético es el necesario para bombear el agua de mar hasta el depósito

de entrada a la planta. Los valores medios actuales que se manejan

oscilan entre 0.2 y 0.7 3m

kWh .

o Consumo energético en el bombeo de alta presión y recuperación de

energía: el consumo del bombeo de alta presión es el correspondiente a

las bombas que alimentan los bastidores de ósmosis inversa.

o Consumo energético en el bombeo intermedio: este concepto se

corresponde con la energía necesaria para bombear el permeado a la

balsa de salida de la planta. Los valores medios actuales de consumo

energético por este concepto oscilan entre 0.3 y 0.5 3m

kWh .

o Consumo energético en el bombeo de transporte: este apartado

corresponde a la energía necesaria para elevar el permeado producido por

la planta, desde el depósito de salida hasta los puntos de consumo o

balsas de regulación de que disponga el sistema de distribución en cada

caso.

2. Coste de la energía eléctrica por kWh consumido, en función de las

características de la desaladora y los precios del mercado eléctrico: en cuanto al

coste de la energía eléctrica, se puede establecer que un objetivo básico para

cualquier empresa consiste en la minimización de sus gastos de explotación.

Este hecho adquiere una especial relevancia en desalación de agua de mar,

donde los costes energético suponen, como media, valores del 50% del coste de

operación de las plantas y del 35% sobre el coste total del agua desalada.



Actualmente existen dos categorías de mercados o consumidores de energía

eléctrica en España, consumidores de tarifas básicas y consumidores en mercado

liberalizado. El precio pagado por el consumidor a tarifa es un precio regulado y

establecido anualmente por el gobierno central. La factura pagada por el

consumidor en mercado libre incluye dos tipos de precios:

o Precios regulados: precios máximos que establece el gobierno y que

corresponden a los peajes por el uso de las redes, así como el alquiler del

equipo de medida.

o Precios liberalizados: precios que el consumidor pacta libremente con su

comercializador y que corresponden a la adquisición de electricidad.

En general, existen cuatro factores a tener en cuenta para la optimización del

coste de la energía eléctrica:

o Adecuación del modo y valor de la potencia contratada.

o Corrección de energía reactiva.

o Elección de la tarifa adecuada.

o Discriminación horaria.

1.13.4. Costes de desalación de aguas salobres.

La desalación de aguas salobres soporta unos costes muy inferiores a los necesarios

para desalar agua de mar. Sin embargo, sólo es económicamente rentable utilizando

tecnologías de membrana, ya que si se utilizan tecnologías evaporativas el gasto

energético y de inversión es idéntico al de la desalación de agua de mar.

En este apartado sólo se van a analizar los costes de explotación de la desalación de

aguas salobres, aunque la problemática medioambiental asociada con los vertidos de

rechazo de aguas salobres debe tenerse seriamente en cuenta. La construcción de

salmueroductos de evacuación de dichos rechazos podría aumentar peligrosamente el

coste del agua salobre desalada, hasta el punto de perder la rentabilidad de la

explotación de la desaladora.



► Desalación por ósmosis inversa.

Aunque en esencia la instalación de una estación desaladora de aguas salobres

(EDAS) es idéntica a la de una estación de agua de mar (EDAM), los costes que soporta

son mucho menores, ya que tanto el pretratamiento, como el número de módulos,

equipo de bombeo, presión de operación y postratamiento son menos intensivos,

incidiendo positivamente en el coste final del agua.

► Coste energético de las EDAS.

El consumo específico derivado depende de la salinidad del agua bruta, el porcentaje

de recuperación deseado, el tamaño de planta y la calidad requerida. También la

captación tiene su peso importante ya que si el acuífero está muy profundo el coste de

su extracción puede ser muy cercano al de bombeo para el fenómeno de ósmosis. En

general, se puede decir que en el rango de 2.00 a 10000 ppm. de TDS, el consumo

específico asociado para instalaciones de media – gran capacidad y porcentaje medio de

recuperación (en torno al 75%) varía de 1 a 2 3m

kWh . Esto significa que el coste

eléctrico para desalación de aguas salobres supone tan sólo de 0.04 a 0.12 3m

∈ ,

manteniendo los precios de la electricidad expuestos anteriormente.

► Coste de inversión.

Al igual que las EDAM, las EDAS sufren una fuerte reducción del precio por día

m3

de capacidad, aunque en el caso de plantas de gran tamaño no es tan espectacular. Como

término medio, se puede decir que para instalaciones pequeñas y medianas el coste de

inversión es la tercera parte de los de una EDAM, y para grandes instalaciones algo

menos de la mitad requerida para desalar agua de mar.

► Coste de mantenimiento y personal.

El coste debido a esta partida es prácticamente el mismo a una instalación EDAM,

pero el tamaño medio de este tipo de plantas suele ser menor que las anteriormente



mencionadas y por lo tanto este coste es en general más reducido que en la desalación

de aguas salobres, incorporando un coste medio de 0.03 a 0.08 3m

∈ .

► Coste de aditivos químicos

Normalmente no son necesarios tantos agentes como en el caso de las EDAM,

máxime cuando la mayoría de estas instalaciones van a ser utilizadas para riego. Un

coste de 0.01 a 0.03 3m

∈ es el que debe asignarse a esta partida para las EDAS.

► Coste de reposición de membranas

El porcentaje de reposición de membranas puede ser incluso superior a los de las

EDAM, pero su menor coste de adquisición supone un coste menor al obligado en el

caso de desalación de agua de mar. Dicho coste es un cargo adicional de 0.01 a 0.02

3m

∈ .

► Coste total asociado a la desalación de aguas salobres

Todos los costes asociados a la desalación de aguas salobres son menores que los de

agua marina. El rango obtenido varía desde las 0.17 3m

∈ en el mejor de los casos hasta

0.36 3m

∈ en caso de pequeñas instalaciones con extracción problemática. La

amortización tomada es la misma adoptada para el caso de las EDAM.

1.13.5. Porcentajes de los costes de desalación por ósmosis inversa.

El siguiente gráfico de sectores representa los porcentajes de los costes de

desalación.



Figura 106 – Costes de desalación

1.13.6. Resumen.

En la desalación de aguas marinas, las plantas de ósmosis inversa de tamaño

considerable son, con diferencia, la opción más barata en la situación actual del

mercado energético. Los costes de inversión ya están por debajo de las técnicas

evaporativas, por lo que se supone que será predominante en nuestro país en los

próximos años. La evolución tecnológica de los diversos tipos de membranas va a

contribuir seguro a un abaratamiento de costes del agua desalada por ósmosis inversa,

impensable unos años atrás.

En la desalación de aguas salobres, la elección de la ED o la OI como tecnología de

desalación va a depender fundamentalmente de la calidad del agua aportada, que

permita una mejor operación sin afectar a sus membranas.



1.14 REUTILIZACIÓN DE AGUAS


La recuperación de la calidad el agua mediante la depuración de las aguas residuales

en las estaciones correspondientes (EDAR) y su posterior reutilización es una forma de

aumentar los recursos disponibles además de minimizar el impacto de su vertido al

medio ambiente en las zonas con escasez de agua.

Se debe distinguir muy claramente entre una reutilización directa y la reutilización

indirecta a través de cursos naturales. En los sistemas de explotación interiores las aguas

residuales se vierten más o menos tratadas a ríos o embalses, y pueden ser diluidas

aguas abajo para ser parcialmente reutilizadas en zonas aguas abajo para nuevos usos

urbanos, industriales o agrícolas. Sin embargo en zonas costeras las aguas residuales

suelen ser evacuadas al mar a través de emisarios, cauces o acuíferos sin posibilidad de

aprovechamiento posterior. Por lo tanto, es en esas zonas costeras o en zonas interiores

con problemas de abastecimiento donde se puede plantear la reutilización directa y

planificada del agua residual hasta su aprovechamiento sin dilución previa.

Un factor a tener en cuenta en la reutilización de aguas es la aceptación pública del

reciclado, una barrera hasta ahora insalvable en ciertos lugares. La calidad del agua

depurada debe ser el mayor empuje para la progresiva aceptación de este nuevo recurso.

En la actualidad, utilizando una cuidadosa metodología de investigación previa y

adecuados tratamientos avanzados, se puede reutilizar agua residual urbana para

cualquier uso, incluido el de agua potable para uso humano. Por lo tanto, son necesarios

dos pasos principales para cualquier proyecto de reutilización de ARU:

1. Definir los niveles de calidad adecuados para el uso previsto.

2. Establecer los procesos de tratamiento necesarios (suelen llamarse terciarios

avanzados) para la calidad del efluente recomendada.



1.14.2. Calidad requerida para los diferentes usos.

Para que la reutilización sea posible como fuente alternativa de abastecimiento y

ofrezca seguridad desde el punto de vista sanitario y ambiental, es imprescindible que el

agua residual se depure hasta que reúna la calidad apropiada a su nuevo uso. Así, para

cualquier aplicación relacionada con el contacto o la alimentación humana/animal, el

agua no debe contener organismos patógenos y sustancias tóxicas; para la recarga de

acuíferos el agua debe tener características de agua mineral, para el uso en calderas no

debe contener sales, para el regadío puede contener materia orgánica y nutrientes pero

no metales ni oligoelementos hasta concentraciones tóxicas...

Sin embargo son diversos y hasta heterogéneos los criterios de calidad establecidos

en los distintos países. En España se ha elaborado un borrador como propuesta de

decreto, en el que se establecen 14 posibles usos para el agua reutilizada:

1. Usos domiciliarios:

o Riego de jardines privados.

o Descarga de aparatos sanitarios.

o Sistemas de calefacción y refrigeración de aire domésticos.

o Lavado de vehículos.

2. Usos y servicios urbanos:

o Riego de zonas verdes de acceso público (campos deportivos, campos de

golf, parques públicos…).

o Baldeo de calles.

o Sistemas contra incendios.

o Fuentes y láminas ornamentales.

3. Cultivos de invernadero.

4. Riego de cultivos para consumo en crudo. Frutales regados por aspersión.

5. Riego de pastos para consumo de animales productores de leche o carne.

6. Riego de cultivos destinados a industrias conserveras y productos que no se

consuman crudos. Riego de frutales excepto por aspersión.



7. Riego de cultivos industriales, viveros, forrajes ensilados, cereales y semillas

oleaginosas.

8. Riego de bosques, industria maderera, zonas verdes y de otro tipo no accesibles

al público.

9. Refrigeración industrial, excepto industria alimentaria.

10. Estanques, masas de agua y caudales circulantes, de uso recreativo en los que

está permitido el contacto del público con el agua.

11. Estanques, masas de agua y caudales circulantes ornamentales, en los que está

impedido el contacto del público con el agua.

12. Acuicultura (biomasa vegetal o animal).

13. Recarga de acuíferos por percolación localizada a través del terreno.

14. Recarga de acuíferos por inyección directa.

Recalcar que no se permite el consumo humano, que en los casos 10 y 11 no debe

haber olores, que no se pueden cultivar moluscos filtradores y que cualquier nuevo uso

debe ser regulado previamente.



1.15 ENERGÍAS RENOVABLES

Hay diversos factores que hacen de la desalación de agua del mar una aplicación

atractiva para las energías renovables. Por un lado, muchas zonas con escasez de agua

desalada poseen un buen potencial de alguna de dichas energías, especialmente la eólica

y la solar. Un factor positivo es la simultaneidad estacional entre la época de mayor

demanda de agua potable y la disponibilidad de dichas energías. En numerosas

localidades costeras y centros turísticos, la demanda de agua potable crece en verano,

motivado por el gran aumento que experimenta la población debido al turismo. Y es

precisamente en verano cuando la disponibilidad de la radiación solar es máxima. Todos

estos factores han motivado que varias instituciones y organismos oficiales hayan

desarrollado, o estén desarrollando, proyectos destinados a mejorar y hacer más

competitivos los sistemas de desalación de agua de mar que funcionan con energías

renovables.



1.16 VENTAJAS E INCONVENIENTES DE LA DESALACIÓN

1.16.1. Ventajas.

1. Supone el 3% de ocupación de terreno y el 3% de desplazamiento de tierras

frente al trasvase del Ebro previsto en la Ley de Plan Hidrológico Nacional

(PHN), ya derogado.

2. El sistema de desalinización consumiría un 30% menos de energía que la

requerida para trasladar el agua del Ebro a Cataluña, Comunidad Valenciana,

Murcia y Almería.

3. Podrían utilizarse energías renovables para el funcionamiento de las desaladoras,

dado que en numerosas zonas del sur y el este del país, el sol y/o el viento

abundan.

4. Flexibilidad de producción.

5. Menor coste de inversión.

6. Coste operativo de explotación minimizado.

1.16.2. Inconvenientes.

1. En el proceso de extracción de la sal del agua de mar se producen residuos

salinos que, una vez vertidos al mar, perjudican a la flora marina al aumentar la

salinidad de las aguas.

2. Las complejas instalaciones de ósmosis inversa requieren un gran consumo de

electricidad.

3. Las desaladoras se instalarían en lugares no ocupados por las urbanizaciones

turísticas.

4. Como fábricas que son, tienen una vida limitada.

5. El agua desalada, al parecer, podría perjudicar a la agricultura. Los cítricos, por

ejemplo, son muy sensibles a los minerales que contiene el agua desalada.

6. Habría que realizar nuevas y costosas obras de infraestructura para trasladar el

agua desalada a las zonas donde es necesaria.



1.16.3. Consejos de los expertos.

Los investigadores del Centre d´Estudis Avancats de Blanes – CSIC (Consejo

Superior de Investigaciones Científicas) informan de una serie de medidas que habría

que tener en cuenta:

1. La localización de las desaladoras debería ser en zonas donde el impacto sobre

las comunidades bentónicas sea mínimo (verter preferentemente los residuos en

fondos sin vegetación). Es importante evitar bahías cerradas y sistemas de gran

valor ecológico, como las praderas de angiospermas marinas.

2. Los vertidos de salmueras se deben que situar en zonas de hidrodinamismo

medio o elevado, que facilite la dispersión de la sal vertida al mar.

3. Deben evitarse cambios que puedan afectar los procesos de sedimentación.

4. Se debe intentar que el agua de origen sea de buena calidad para minimizar el

tratamiento químico posterior.

5. Necesidad de investigar los distintos aspectos de impacto de salmueras en el

litoral. Se deben realizar estudios del impacto de cada elemento del vertido por

separado y también de sus posibles interacciones.

6. Habría que establecer cuáles son los límites de tolerancia de las distintas

comunidades bentónicas mediterráneas que pueden verse afectadas por los

vertidos.

Figura 107 – Esquema de una planta desaladora por ósmosis inversa



Figura 108 – Interior de una planta desaladora

Documents

Memoria Ceci