Productos para la desalación comercial alimentados mediante

Pro Des
www.prodes‐project.org
Productos para la desalación
comercial alimentados mediante
energía renovable
Enero de 2010
Promotion of Renewable Energies for Water Production through Desalination
Reconocimientos
La presente publicación se ha creado como parte del proyecto ProDes. Los logos de los socios que
cooperan en el proyecto se muestran a continuación, y se puede obtener más información sobre
ellos y el proyecto en la dirección www.prodes‐project.org :
ProDes está cofinanciada por el programa Energía Inteligente para Europa
(número de contrato IEE/07/781/SI2.499059)
La responsabilidad del contenido del presente documento recae exclusivamente en sus autores. No
refleja de forma implícita la opinión de las Instituciones Europeas. La Comisión Europea no será
responsable en caso alguno por el uso que se haga de la información aquí contenida.
Promotion of Renewable Energies for Water Production through Desalination
Índice
1
INTRODUCCIÓN
1
2
SISTEMAS TÉRMICOS DE ENERGÍA SOLAR DIRECTA
3
2.1
MAGE WATER MANAGEMENT GmbH ‐ Watercone®
4
2.2
RSD Solar
5
2.3
Solar Dew International
6
2.4
Resumen de las principales características técnicas
8
3
SISTEMAS SOLARES TÉRMICOS INDIRECTOS
9
3.1
IBEU, Solar Institut Juelich ‐ AQUASOL
10
3.2
MAGE WATER MANAGEMENT GmbH‐ MEH‐System
11
3.3
TERRAWATER GmbH – Solar distillation
13
3.4
SOLAR SPRING ‐ Oryx 150
15
3.5
Resumen de las principales características técnicas
17
4
SISTEMAS DE ÓSMOSIS INVERSA Y COMPRESIÓN DE VAPOR
18
4.1
Instituto Tecnológico de Canarias (ITC) – DESSOL
19
4.2
ENERCON GmbH – Eólica ‐ OI
20
4.3
WME – Eólica – Compresión de vapor
22
4.4
Resumen de las principales características técnicas
24
5
DATOS DE CONTACTO DE LAS EMPRESAS
25
Promotion of Renewable Energies for Water Production through Desalination
1 Introducción
Muchas regiones del mundo vuelven su
mirada a la desalación de agua salobre y de
mar, en un esfuerzo por adecuar la creciente
demanda a los recursos naturales. La
tendencia se intensifica debido al cambio
climático, que ya parece afectar al ciclo del
agua, provocando largos periodos de sequía.
La industria de la desalación ha respondido
bien al aumento de la demanda, y su
evolución es constante,
reduciendo costes y
produciendo un agua
de alta calidad.
La mayoría de las
innovaciones
son
relativas a la reducción
de la demanda de
energía, que suele ser
el mayor de los costes
de
operación.
Sin
embargo, la física de
retirar la sal del agua
de mar define la
energía mínima necesaria para impulsar el
proceso, y que no es precisamente
despreciable.
Como resultado, cuando desalamos para
resolver el problema del agua, siempre serán
necesarias considerables cantidades de
energía. Y cuando se utilizan fuentes
convencionales de energía, estas contribuyen
al cambio climático, lo que afecta a su vez al
ciclo del agua, intensificando el problema
original que la desalación pretende resolver.
Para que la desalación siga siendo una opción
viable en un mundo con un clima cambiante,
deben utilizarse fuentes de energía renovable
1
para alimentar al menos parte de sus
necesidades energéticas. La comunidad
científica lleva trabajando décadas en la
optimización de combinaciones tecnológicas
donde el proceso de desalación reciba
suministro de energías renovables: energía
térmica, electricidad o mecánica. La industria
también reconoce el potencial y diversas
empresas se muestran activas en este campo.
Existen varias posibles
combinaciones
de
sistemas de desalación
con energía renovable.
Se hallan en diferentes
etapas de desarrollo
tecnológico, al tiempo
que cada una se
enfrenta a distintos
segmentos
del
mercado. El gráfico de
la siguiente página
ofrece
una
representación visual
del
estado
de
desarrollo y el rango de capacidad típica de
algunas de las combinaciones más comunes.
La presente publicación presenta una pequeña
colección de ejemplos de productos de
desalación con energía renovable que han
demostrado su capacidad para operar en
condiciones reales o plantas construidas para
demostración. El objetivo es ayudar al
desarrollo de un mercado que todavía está en
sus primeros pasos, mostrando a una gran
audiencia que existen varios productos
satisfactorios que pueden cubrir los requisitos
de muchos grupos de consumidores distintos.
Por supuesto no se trata de una recopilación
Promotion of Renewable Energies for Water Production through Desalination
exhaustiva, y existen muchas empresas que
realizan un gran trabajo desarrollando y
ofreciendo productos similares.
Los productos aquí presentados se agrupan en
tres capítulos distintos. El capítulo 2 presenta
tres sistemas de destilación, todos ellos
emplean la energía solar de forma directa. Los
productos presentados varían desde sencillos
destiladores solares a dispositivos más
sofisticados, y por lo general plantas de
pequeña escala destinadas a usuarios
individuales, como por ejemplo familias. El
capítulo 3 presenta sistemas de destilación,
pero con más de un efecto, y alimentados
indirectamente por el sol con ayuda de
colectores solares. Estos sistemas son mucho
más complicados pero también producen más
agua por módulo, por lo que son adecuados
para
usuarios
finales
con
mayores
necesidades. Finalmente, en el capítulo 4 se
presentan los sistemas de ósmosis inversa,
muy populares en los últimos años, debido a
los importantes avances tecnológicos. El
tamaño de estos sistemas depende
principalmente de la fuente energética;
menores cuando se combinan con FV, y
mayores en caso de aerogeneradores. En ese
capítulo también se incluye un sistema de
compresión de vapor alimentado por el
viento.
Al final de cada capítulo, aparece una tabla
donde
se
resumen
las
principales
características técnicas de los productos
presentados.
El presente trabajo se ha desarrollado dentro
del proyecto ProDes cofinanciado por la
Comisión Europea a través del programa de
Energía Inteligente. ProDes apoya el
desarrollo del mercado de desalación
mediante energía renovable en el sur de
Europa mediante actividades como cursos,
seminarios, publicaciones y otras actividades.
Para obtener más información sobre el
proyecto, sus socios y los resultados, consulte:
www.prodes‐project.org.
2
Promotion of Renewable Energies for Water Production through Desalination
2 Sistemas térmicos de energía solar
directa
La tecnología más antigua y sencilla para
desalinizar agua es el destilador solar.
Básicamente se trata de un "invernadero"
muy bajo, de construcción muy sencilla y que
requiere muy poco mantenimiento. El
principio de su funcionamiento es sencillo, se
basa en el hecho de que el vidrio y otros
materiales transparentes poseen la propiedad
de transmitir la radiación solar de onda corta
recibida de forma incidente. Esa radiación se
absorbe como calor por parte de una
superficie negra en contacto con el agua
salada que queremos destilar. El agua se
calienta y evapora de forma parcial. El vapor
se condensa en la cobertura transparente, que
se halla a una temperatura menor al estar en
contacto con el aire del ambiente, y se recoge
en un recipiente o hendidura al efecto. Las
unidades bien diseñadas pueden producir
entre 2,5 y 4 l/m² de área recolectora al día.
Los destiladores solares son fiables y
presentan una vida técnica larga, y su coste se
3
estima en unos 40‐100€ por m² de área
recolectora.
Además del destilador solar, existen sistemas
y
configuraciones
desarrolladas
para
aumentar la productividad. Por ejemplo, la
tecnología solar RSD ha desarrollado una
superficie de absorción innovadora que
maximiza la productividad.
A partir del principio básico del destilador
solar,
se
han
logrado
desarrollar
configuraciones más elaboradas.
La
tecnología SolarDew, por ejemplo, utiliza una
innovadora membrana no porosa y no
contaminable dentro de una configuración
que permite la regeneración de la energía.
Esto permite la producción de agua potable a
partir de agua marina u otras fuentes
contaminadas al tiempo que se maximiza el
rendimiento energético y se reduce el coste
del agua para el consumidor.
Promotion of Renewable Energies for Water Production through Desalination
2.1 MAGE WATER MANAGEMENT GmbH ‐ Watercone®
Emplazamiento de referencia
Tipo: destilador solar
Ubicación: Yemen
Capacidad: 1,5 l/d
Año de instalación: 2007
Aún en funcionamiento: sí
Tipo: destilador solar
Ubicación: Yemen
Capacidad: 1,5 l/d
Año de instalación: 2007
Aún en funcionamiento: sí
Historial del producto
MAGE WATER MANAGEMENT GmbH lleva
más de 12 años trabajando de forma activa en
el campo de la energía solar. La empresa
desarrolla sistemas de desalación alimentados
por energía solar térmica.
Watercone® es su primer producto económico
de producción masiva en el campo de la
desalación solar. Puede procesar cualquier
tipo de agua contaminada, y genera hasta 1,7
litros de agua potable al día.
Concepto del sistema
El Watercone es sencillo de usar, robusto,
ligero y de fácil fabricación. El usuario vierte el
agua salada en el
recipiente de la base,
coloca el cono flotante
encima del recipiente y
espera a que el calor
potenciado
del
sol
consiga que el agua del interior del cono se
evapore. El agua se condensa en las paredes
interiores del cono, y las gotas caen hacia la
zona de recolección de la propia base del
cono. El agua desalada se puede verter a otro
recipiente con ayuda de la boca de la parte
estrecha del cono, muy parecido al uso de una
botella. Además de eliminar la sal del agua
marina, el Watercone también puede eliminar
elementos tan tóxicos como el mercurio, el
arsénico o el cadmio, al
igual que otros procesos
de destilación.
El Watercone puede
satisfacer
las
necesidades diarias de
agua de una persona, contribuyendo a los
Objetivos de Desarrollo del Milenio, con el
acceso global al agua potable. Su uso se
enseña mediante un conjunto universal de
pictogramas muy sencillos que garantizan que
no habrá barrera idiomática o de
alfabetización para su aplicación global.
4
Promotion of Renewable Energies for Water Production through Desalination
2.2 RSD Solar
Emplazamientos de referencia
Tipo: F8, 8 módulos 1,25 x 1,25 m²
Ubicación: Alejandría / Egipto
Capacidad: capacidad media 50‐60 l/d
Año de instalación: 2004
Aún en funcionamiento: sí
Uso: Agua potable para un campamento en el
desierto
Tipo: F8, 6 módulos 1,25 x 1,25 m²
Ubicación: Cuba
Capacidad: capacidad media 40 l/d
Año de instalación: 2006
Aún en funcionamiento: sí
Uso: agua potable para una familia
Historial del producto
RSD solar /Rosendahl System desarrolla y
distribuye instalaciones alimentadas por
energía solar para el tratamiento de aguas.
Puede tratarse cualquier tipo de agua, pero
actualmente la mayoría de aplicaciones son
para aguas con alta contaminación sin tratar,
como suele ser habitual en las regiones
tropicales. RSD solar tiene una larga
experiencia y muchas patentes, y la Agencia
del Agua aporta un amplio respaldo científico.
Concepto del sistema
El agua sin tratar fluye a través de los
colectores de energía solar térmica y se
calienta hasta 80 ‐ 90ºC. Alrededor del 50%
del agua contaminada se evapora e
5
inmediatamente se condensa en la cubierta
de cristal para condensarse fuera del sistema.
Gracias a su robusta y económico sistema
electrónico de dosificación de agua
contaminada, el flujo de agua se ajusta
exactamente a la intensidad de la radiación
solar del momento.
El forro absorbente negro especialmente
desarrollado garantiza una amplia superficie
con una entrada de energía óptima, al tiempo
que resulta estable frente al calor y la
radiación UV. La tecnología se mejora
continuamente. Por ejemplo, los procesos
fotoquímicos inducidos actuales se integran
para degradar los ingredientes orgánicos
tóxicos.
Promotion of Renewable Energies for Water Production through Desalination
2.3 Solar Dew International
Emplazamientos de referencia
Tipo: Solar Dew Two – Aplicación para hogar familiar
Ubicación: en desarrollo
Capacidad 8,5‐15 l/día
Año de instalación: se espera que para 2010
Uso: suministro de agua pura para uso familiar
Tipo: SolarDew One
Ubicación: sudoeste de Francia
Capacidad: 7‐12,5 l/día
Año de instalación: 2009
Aún en funcionamiento: sí
Uso: agua potable para consumo
Historial del producto
Basándose en la membrana desarrollada por
Akzo Nobel en 1999, SolarDew International
ha desarrollado un sistema de purificación y
desalación de agua. Esta membrana es no
porosa y por tanto sólo permite el paso del
vapor de agua, dejando atrás otras sustancias
como la sal, virus o bacterias. Esta membrana
es no contaminable y sin incrustaciones, lo
que la hace adecuada para una amplia
variedad de aplicaciones en el sector del agua.
Después de que SolarDew fuese adquirida por
un grupo de inversores privados en 2006, el
centro de atención cambió a proporcionar una
solución sostenible para la producción de agua
potable en regiones donde el agua salobre y
agua marina sean abundantes pero el agua
potable sea un bien escaso. Además, la
tecnología es muy adecuada para regiones con
altos niveles de contaminación química, como
el arsénico.
Concepto del sistema
La tecnología de SolarDew utiliza una
membrana no porosa singular, en un proceso
denominado "pervaporación" para purificar el
agua. El agua de entrada (1) se evapora
cuando es calentada por el sol (2), en este
caso dentro del panel SolarDew, pasando a
través de la membrana en forma de vapor (3).
Los contaminantes, por ejemplo grandes
moléculas orgánicas y las sales quedan atrás, y
el agua pura se condensa en la otra cara de la
6
Promotion of Renewable Energies for Water Production through Desalination
membrana (4). El agua producida se almacena
(5) y está consecuentemente lista para ser
consumida como agua potable (6). La
salmuera se elimina a través de un mecanismo
automático de purga (7). Como resultado de
este proceso, el sistema funciona con
cualquier tipo de agua salina y cualquier nivel
de contaminación biológica o química. Por
supuesto, como en cualquier proceso de
destilación, los productos químicos volátiles,
como la gasolina, pueden pasar a través de la
membrana.
Gracias a su diseño de triple capa, la energía
se regenera, consiguiendo más del doble de
eficiencia que las tecnologías convencionales
de destilado solar. Mientras el sol caliente el
panel, el calor residual de la capa superior
facilita la pervaporación en las capas
secundaria y terciaria. En conjunto la
tecnología es sencilla, de bajo mantenimiento,
versátil, eficiente, segura y asequible.
Esta tecnología constituye la base de todos los
productos SolarDew, incluidos los sistemas de
7
hogar SolarDew One y Two así como los
sistemas comunitarios WaterStation.
SolarDew One ofrece un paquete asequible
excepcionalmente adaptado para personas en
regiones con un limitado acceso a
infraestructuras. SolarDew Two es la versión
de alta tecnología con mayor rendimiento y
comodidad para el usuario. Ambos sistemas
están destinados a proporcionar agua potable
para familias, y gracias a su construcción
compacta y ligera, se puede instalar
fácilmente en el tejado.
La estación SolarDew Water Station se ha
diseñado para ofrecer mayores capacidades
de producción que satisfagan las necesidades
de personas con mayores requisitos o incluso
pequeñas
comunidades.
SolarDew
WaterStation es un sistema modular con una
variedad de opciones de instalación y puede
suministrar hasta 5.000 litros de agua potable
al día con un coste menor que los modelos de
hogar.
Promotion of Renewable Energies for Water Production through Desalination
2.4 Resumen de las principales características
técnicas
8
Promotion of Renewable Energies for Water Production through Desalination
3 Sistemas térmicos de energía solar
indirecta
Los destiladores con múltiples bandejas en
etapas tienen dos o más compartimentos para
recuperar una parte del calor de condensación
y calentar el agua de un compartimento
superior. En los destiladores con mecha, el
captador está inclinado y el agua salada se
alimenta a través de mechas. Los alambiques
solares activos se complementan con placas
captadoras solares planas y pueden ser
impulsadas de forma directa o indirecta con
un intercambiador de calor. Un ejemplo sería
la unidad de desalación solar con sistema de
recuperación de calor de la "Oficina de
ingeniería medioambiental y energética"
(IBEU) y el Instituto solar Jülich. La demanda
de energía para la producción de 1m3 de agua
pura se reduce aproximadamente a 120‐150
kWh gracias al uso de varias etapas en las que
el agua se evapora con el calor latente de cada
etapa previa. Se pueden producir alrededor de
15 a 18l de agua destilada por metro cuadrado
de colector, al día. Mediante la utilización de
una unidad de siete capas, el consumo
específico de energía puede reducirse (GOR =
4‐5) al tiempo que se aumenta la tasa de
producción en 8kg/m²h. La tecnología se
desarrolló para capacidades entre 50 y 5.000l
al día.
El proceso MED se ha utilizado desde finales
de los 50 y principios de los 60. La destilación
multiefecto (MED) se realiza en una serie de
recipientes (efectos) y utiliza los principios de
evaporación y condensación en ambientes de
presión reducida. En el proceso MED una serie
de efectos evaporadores producen agua cada
vez con menores presiones. El agua hierve a
temperaturas más bajas según disminuye la
9
presión, así que el vapor de agua del primer
evaporador o efecto sirve como mecanismo
calefactor para el segundo, y así
respectivamente. Cuantos más evaporadores
o efectos existen, mayor la relación de
rendimiento, pero su número queda limitado
a 15‐20 dependiendo de la configuración del
proceso, por motivos tanto prácticos como
económicos.
Las unidades de desalación de humidificación
de múltiple efecto utilizan de forma indirecta
el calor proveniente de captadores solares de
alta eficiencia para inducir múltiples ciclos de
evaporación y condensación dentro de
contenedores
vapoherméticos
aislados
térmicamente, que requieren temperaturas
entre 70 y 85ºC. Al humidificar el aire del
contenedor, el vapor de agua y la solución con
sal concentrada se separan, porque la sal y los
sólidos disueltos no son portados por el vapor.
Durante la recondensación del aire húmedo
saturado obtenido, la mayor parte de la
energía usada anteriormente para la
evaporación se vuelve a ganar, y puede usarse
en los ciclos siguientes de evaporación y
condensación, lo que reduce enormemente el
suministro de energía térmica necesaria para
la desalación. Con el paso de los años se han
llevado a cabo importantes investigaciones
sobre los sistemas MEH y ahora comienzan a
aparecer en el mercado. La eficiencia térmica
de los captadores solares es mucho mayor que
para los destiladores solares, y la tasa de
producción de agua está en el rango de 20 a
30 litros por m² de área de absorbente al día.
La tecnología de destilación por membrana
de SolarSpring GmbH emplea una membrana
Promotion of Renewable Energies for Water Production through Desalination
que es permeable sólo al vapor y separa la
pura destilada de la solución retenida.
Funciona de forma típica a temperaturas entre
60‐80°C. Debido a la naturaleza de la
membrana hidrofóbica, es menos sensible a la
contaminación biológica y las incrustaciones.
El propio proceso no necesita un punto de
9
operación constante tal y como se necesita en
los sistemas MED y MSF, lo que los convierte
en atractivos para suministros energéticos
intermitentes, como el uso de calor solar
térmico sin almacenaje de calor.
Promotion of Renewable Energies for Water Production through Desalination
3.1 IBEU, Solar Institut Juelich ‐ AQUASOL
Historial del producto
Puesto que la utilización de energía solar
implica costes elevados y requiere grandes
áreas, debe emplearse una técnica que ahorre
energía a la hora de la desalación solar del
agua de mar. Se desarrollaron dos modelos
prototipo con una capacidad de 50‐60 litros
por orden del Instituto Solar Juelich (SIJ), la
Universidad de Ciencias Aplicadas de Aachen y
la "Oficina de ingeniería medioambiental y
energética" (IBEU). Dentro del marco del
proyecto
de
investigación
AQUASOL,
cofinanciado por el gobierno alemán y otros
socios, los sistemas han sido probados y
optimizados bajo condiciones reales.
La intención es licenciar y comercializar la
nueva tecnología. Además de la prueba de
Emplazamiento de referencia
Tipo: Bandejas solares multietapa
Ubicación: India
Capacidad: 50‐60 l/día
Año de instalación: 2005
mercado en Gran Canaria, se han realizado
pruebas en la Universidad Federal de Ceara,
en Fortaleza, Brasilia y Bangalore (TERI), en
India.
Concepto del sistema
AQUASOL es un sistema de desalación solar
térmica concebido como una unidad
evaporadora multi‐etapa. El uso del diseño
multietapa para los procesos de condensación
permite un mecanismo
de recuperación del
calor de la energía de
condensación, lo que
aumenta de forma
sustancial la tasa de
producción de agua
potable.
Una
torre
de
recuperación de energía utiliza múltiples
bandejas de condensación, fabricadas en
acero inoxidable y colocadas una sobre la otra.
Cada bandeja o etapa recupera calor de la
etapa inferior. El calor solar puede
suministrarse mediante captadores planos,
canales parabólicos o tubos recolectores del
agua evacuada. El agua salada de la etapa
inferior se calienta hasta los 95‐100ºC y se
evapora (convección natural
de aire húmedo). La entalpía
de la evaporación se libera
durante el proceso de
condensación, y se transfiere
a
la
etapa
superior,
calentando el agua que allí se
encuentra. De nuevo esto
provoca
la
evaporación‐
condensación de la siguiente
etapa. Este proceso de recuperación de la
energía ahorra una importante cantidad de
energía cuando lo comparamos con un
destilador solar simple. Dependiendo del
número de etapas de condensación, la tasa de
10
Promotion of Renewable Energies for Water Production through Desalination
producción puede mejorarse en un grado de 3
a 5.
móviles y presenta bajos requisitos de
mantenimiento.
El sistema es autoajustable y funciona sin
energía eléctrica. No existen piezas
10
Promotion of Renewable Energies for Water Production through Desalination
3.2 MAGE WATER MANAGEMENT GmbH‐ Sistema MEH
Emplazamientos de referencia
Tipo: Sistema de desalación solar térmica
MidiSal™5000
Ubicación: Dubai, 160 m2 de colectores planos
Capacidad: 5.000 l/d
Año de instalación: 2008
Aún en funcionamiento: sí
Uso: Agua potable para un campamento en el
desierto
Tipo: Sistema de desalación solar térmica
MiniSal™1000
Ubicación: Chipre, 45 m2 de colectores planos para el
sistema de desalación
Capacidad: 1.000 l/d
Año de instalación: 2007
Aún en funcionamiento: sí
Uso: Para pérdidas de agua en una piscina local
Historial del producto
MAGE WATER MANAGEMENT GmbH lleva
más de 12 años trabajando de forma activa en
el campo de la energía solar. La empresa
desarrolla sistemas de desalación alimentados
por energía solar térmica.
El sistema MEH (humidificación de múltiple
efecto) es un sistema de desalación por
energía solar eficiente y económico para la
producción de agua potable en ubicaciones
remotas, y puede alimentarse exclusivamente
mediante energías renovables si así se desea.
Concepto del sistema
El
proceso
de
desalación
MEH
desarrollado
por
MAGE‐Water
Management se basa
en la evaporación del
agua salada y la
consiguiente
condensación del vapor
generado. El vapor está
completamente limpio
y no porta ningún disolvente. Después de la
11
condensación el agua es
clara y saludable.
El agua salada se calienta
por el sol o por calor
proveniente de deshechos
que
se
transfiere
mediante
intercambiadores
altamente
protegidos
contra la corrosión. Entra
en
la
cámara
de
Promotion of Renewable Energies for Water Production through Desalination
evaporación fabricada en materiales libres de
corrosión, muy importante para un
funcionamiento fiable y duradero. En este
punto el agua salada se evapora de las
superficies textiles antibacterianas.
La humedad generada se envía al
condensador de forma continua, y siempre sin
demanda adicional de energía. Al igual que en
la naturaleza, la convección natural permite el
máximo rendimiento del proceso de
producción de agua, optimizada por la
colocación geométrica bien diseñada de las
superficies en el interior del módulo.
La unidad de desalación en sí funciona sin
piezas mecánicas móviles, ni válvulas o
ventiladores que fuesen necesarios en la
cámara de destilación. Esa es la base para un
mantenimiento extremadamente reducido y
permitir un funcionamiento continuo que
implica una demanda de electricidad muy
baja.
Durante la condensación, la principal parte de
la energía usada para la evaporación se
recupera al aplicar materiales con una
resistencia extremadamente baja a la
resistencia de flujo caliente.
12
Promotion of Renewable Energies for Water Production through Desalination
3.3 TERRAWATER GmbH – Destilación solar
Emplazamientos de referencia
Tipo: Módulo TW 5
Ubicación: Tailandia, empleando calor residual
industrial
Capacidad: 5m³/día
Año de instalación: 2009
Aún en funcionamiento: sí
Uso: concentración de aguas residuales, ósmosis
inversa de salmuera, piloto
Tipo: Módulo TW 5
Ubicación: India, utilizando el calor residual industrial
Capacidad: 5m³/día
Año de instalación: 2009
Aún en funcionamiento: sí
Uso: concentración de aguas residuales, ósmosis
inversa de salmuera, piloto
Historial del producto
La tecnología de Terrawater se basa en la
patente de derivación del Dr. Brendel en el
año 2002. Desde ese momento se
construyeron varios módulos previos y se
probaron, y se nos han concedido nuevas
patentes.
Terrawater produce agua
potable
y
procesada
(destilada) a partir de casi
cualquier
fluido
(salada,
salmuera, o aguas residuales).
De forma adicional puede
usarse para la concentración
de aguas residuales (descarga
casi sin líquido). De ese modo utiliza calor
residual de procesos técnicos, energía
geotérmica o solar térmica. Terrawater se
basa en el proceso natural de la evaporación
(ciclo del agua). El sistema no utiliza ningún
producto químico para el tratamiento del
agua sin tratar.
Gracias
a
su
robusta
construcción
(completamente
hecha
de
plástico),
Terrawater también es útil en caso de malas
condiciones, y no existen materiales
especiales necesarios para su funcionamiento.
Por lo tanto es un sistema extremadamente
beneficioso para el medio ambiente.
Concepto del sistema
Terrawater se basa en el
proceso natural de la
evaporación. Gracias a su
tecnología patentada de
derivación, conserva una
13
gran parte de la energía
térmica dentro del sistema.
Terrawater en un sistema
modular. El módulo básico
TW5 produce 5 m³/día y
Promotion of Renewable Energies for Water Production through Desalination
presenta una dimensiones de (AxFxAl):
1,8 x 0,9 x 2,6 m. Varios módulos podría
combinarse con las unidades. La instalación
puede realizarse en un edificio o en
contenedores (p.ej. TW55 = contenedor de 40’
= 55 m³/día). A partir de capacidades de
producción diaria de 300 m³ es posible la
utilización de una torre. Esto conlleva una
mayor reducción del coste del agua. La torre
necesita una altura de 8,5 m y con la misma
huella. La torre también está disponible como
solución de contenedor.
En abril y julio de 2010 Terrawater instalará 2
sistemas alimentados por enegía solar, uno en
Namibia y el otro en Egipto), con una
producción approx. de 5 m³ durante el día.
Adicionalmente se prevé realizar proyectos
alimentados por calor residual dentro del
sector industrial.
14
Promotion of Renewable Energies for Water Production through Desalination
3.4 SOLAR SPRING ‐ Oryx 150
Emplazamiento de referencia
Tipo: Oryx150
Ubicación: Tenerife, España
Capacidad: 120l/día
Año de instalación: 2007
Aún en funcionamiento: sí
Tipo: Sistema de doble bucle
Ubicación: Gran Canaria, España
Capacidad: 1800l/día
Año de instalación: 2005
Aún en funcionamiento: ampliación a 3m³/día
Historial del producto
El ISE Fraunhofer inició la I+D en el campo de
destilación por membrana alimentada por
energía solar térmica en 2001. El primer
sistema de prueba se instaló en 2004. Hasta la
fecha, se han desarrollado un sistema
denominado Oryx 150 y un sistema de doble
bucle, diseñado para mayores capacidades. En
total se han instalado 9 sistemas hasta ahora.
En 2009 se creó SolarSpring, una empresa
creada como subsidiaria para el futuro
desarrollo y comercialización de la tecnología
Concepto del sistema
Los
principales
componentes del sistema
son un depósito de 500 l
para la alimentación, un
módulo MD, un colector
solar térmico resistente al
agua marina de 6,7m2,
una bomba y un módulo
FV.
Cuando
el
almacenamiento
de
entrada se instala por encima de los
colectores, la mayoría de los componentes
hidráulico se instalan en una carcasa cerrada
situada debajo de los colectores. Para la
15
conexión en serie se
han
desarrollado
colectores
solares
térmicos resistentes al
agua de mar en
cooperación con una
empresa asociada.
La
destilación
por
membrana (MD por sus
siglas en inglés) es una técnica de separación
que conjuga un proceso de destilación
alimentado por calor con un proceso de
separación mediante membrana. La energía
Promotion of Renewable Energies for Water Production through Desalination
térmica se usa para el cambio de fase de agua
líquida a vapor. Al contrario que las
membranas de ósmosis inversa (RO por sus
siglas en inglés), que presentan un diámetro
de poro de entre 0,1 – 3,5 nm, las membranas
para la destilación mediante membrana tiene
un diámetro de poro de 0,1 – 0,4 µm. El efecto
de separación de estas membranas de
polímeros se basa en su naturaleza
hidrofóbica. Esto significa que hasta cierta
presión limitadora, la tensión de superficie
retiene el agua líquida evitando que entre en
los poros, pero el agua molecular en fase de
vapor puede pasar a través de la membrana.
Hasta la fecha se han instalado 7 sistemas
compactos, cuatro de ellos dentro del marco
de dos proyectos de la UE. El primer sistema
se instaló en Pozo Izquierdo, Gran Canaria,
España en diciembre de 2004, otros en
Alejandría, Egipto en julio de 2005, en Irbid,
Jordania en agosto de 2005, y en una aldea
rural de Marruecos en septiembre de 2005. En
diciembre de 2007 instalamos otro sistema
compacto en Tenerife, España, esta vez con un
nuevo diseño mejorado. Para 2010 se prevé la
instalación de otras 4 unidades Oryx150 como
unidades de demostración para acelerar el
mercado local en las diferentes regiones.
Asimismo están planificados 3 sistemas de
doble bucle para 2010, esta vez con capacidad
diária de hasta 5m³. Dos de ellos serán
completamente alimentados al 100% por el
sol, uno de manera híbrida mediante
combinación de energía solar térmica y calor
residual.
16
Promotion of Renewable Energies for Water Production through Desalination
3.5 Resumen de las principales características
técnicas
17
Promotion of Renewable Energies for Water Production through Desalination
4 Sistemas de ósmosis inversa y
compresión de vapor
Durante el proceso de ósmosis inversa (RO) el
agua salada es presurizada contra una
membrana. La membrana sólo permite el paso
del agua, la sal permanece en la otra cara.
Para un funcionamiento autónomo del
proceso de RO, puede ser alimentado
mediante energía FV (fotovoltaica), eólica o
una combinación de los dos.
El sistema FV‐RO se compone de un campo
fotovoltaico que suministra electricidad a la
unidad desaladora a través de un conversor de
CC/CA. Los costes de inversión son
relativamente altos, al igual que en la mayoría
de tecnologías de desalación con ER (energías
renovables), provocando costes específicos
sobre el agua potable dentro del rango de, 5 ‐
7 €/m3 para agua salobre y 9 – 12 €/m3 para
unidades de ósmosis inversa (OI) de agua
marina, con valores en la zona más alta para
los sistemas con capacidades inferiores a
5m³/día. A pesar de los altos costes
comparados con las plantas desaladoras
convencionales a gran escala, esta solución
resulta
económicamente
viable
en
ubicaciones remotas donde las alternativas
son limitadas y también costosas.
Ambas tecnologías de energía fotovoltaica
(FV) y ósmosis inversa (OI) son maduras y
tienen una amplia lista de proveedores en
muchos países. De hecho, existen imporantes
esfuerzos de I+D para aumentar la eficiencia
de la conversión de FV así como mejorar el
proceso de ósmosis inversa. También se han
investigado innovadoras topologías de
combinación de FV‐RO durante los últimos 3 o
4 años. Por consiguiente se espera que los
costes de los sistemas FV‐RO se reduzcan de
forma significativa en el futuro.
La energía eólica se ha estado utilizando como
suministro de energía en los sistemas de
desalación, sobre todo para la ósmosis
inversa. En este caso un generador de viento
está acoplado a una planta de RO mediante la
utilización de baterías como respaldo y un
sistema de almacenamiento intermedio. La
energía eólica, por su alta fluctuación,
requiere un sistema de control que adapte los
requisitos de energía al viento disponible y
restringir o descargar la energía eólica
sobrante para conseguir un funcionamiento
estable.
El coste del agua producida por sistemas
alimentados por el viento y ósmosis inversa se
halla entre los 4 y 6 €/m3 para plantas de
ósmosis inversa pequeñas (menos de 100
m3/día, y unos 2 a 4 €/m³ para unidades de
ósmosis inv. de capacidad media (entre 1.000
‐ 2.500 m3/día).
Las unidades de Compresión de vapor (VC) se
construyen en una amplia variedad de
configuraciones. Normalmente, se utiliza un
compresor para comprimir el vapor, lo que
genera calor. El calor se usa para la
evaporación. También han sido objeto de
desarrollo los sistemas de energía eólica
conjugados con la compresión de vapor
mecánico (MVC), como el sistema WME
presentado en este documento. La
compresión de vapor requiere un tiempo
mínimo para alcanzar las condiciones de
funcionamiento.
18
Promotion of Renewable Energies for Water Production through Desalination
4.1 Instituto Tecnológico de Canarias (ITC) ‐ DESSOL
Emplazamientos de referencia
Tipo: FV‐RO (fotovoltaica y ósmosis inversa) para
aguas salobres
Ubicación: Marruecos
Capacidad: 1.000 l/h
Año de instalación: 2008
Aún en funcionamiento: sí
Uso: suministro al pueblo local
Tipo: FV‐RO (fotovoltaica y ósmosis inversa) para
aguas salobres
Ubicación: Túnez
Capacidad: 2.100 l/h
Año de instalación: 2006
Aún en funcionamiento: sí
Uso: suministro al pueblo local
Historial del producto
El Instituto Tecnológico de Canarias ‐ ITC es un
organismo público creado por el Gobierno de
Canarias. La institución de I+D lleva
investigando en el campo de la desalación
alimentada por energías renovables desde
1996. Durante este periodo se han instalado y
testado más de 10 combinaciones diferentes,
en su mayoría centradas en tecnologías
eólicas y FV (fotovoltaica). Uno de los
resultados más sobresalientes es una patente
internacional de sistemas desaladores
autónomos ‐ DESSOL basada en una pequeña
unidad autónoma de ósmosis inversa
alimentada al 100% por un sistema de energía
solar fotovoltaica que incluye baterías. Este
tipo de sistema ya se ha instalado en lugares
con una necesidad real de agua potable: una
unidad en Túnez (2,1m3/h) y cuatro unidades
en Marruecos (3 x 1 m3/h + 1 x 500 l/h).
Concepto del sistema
El concepto del sistema es un campo
fotovoltaico aislado para el suministro de
energía a una planta de ósmosis inversa para
desalación de agua marina (hasta 5 m³/h)
mediante un conversor CC/CA, con el apoyo
de un banco de baterías conectados al campo
FV por un controlador de carga.
19
A través de las diversas aplicaciones de
suministro de agua en áreas aisladas, el
sistema ha sido optimizado para un
funcionamiento autónomo. En los ejemplos de
aguas salobres ilustrados en las imágenes, se
ha logrado un consumo de energía específico
que va de los 0,53 a 1,7 kWh/m3.
Promotion of Renewable Energies for Water Production through Desalination
4.2 ENERCON GmbH – Ósmosis inversa eólica
Emplazamientos de referencia
Tipo: Sistema de desalación de agua marina
Ubicación: Isla griega
Capacidad: 500m³/día
Año de instalación: 1998
Aún en funcionamiento: no, hasta 2004
Uso: suministro de agua pública
Tipo: EDS 1200 SW
Ubicación: Aurich, Alemania
Capacidad: 1200m³/día
Año de instalación: 2004
Aún en funcionamiento: sí
Uso: demostración
Historial del producto
ENERCON, como fabricante líder de turbinas
de viento, veía como un gran desafío la
mejora del suministro de agua con ayuda de
soluciones regenerativas. Su catálogo de
productos
también
incluye
plantas
desaladoras de ósmosis inversa (RO) auto
desarrolladas.
Estas plantas pueden funcionar con ayuda de
la red eléctrica, mediante convertidores de
energía eólica o como un sistema autónomo
completo eólico‐diésel. El sistema de
recuperación de energía ENERCON garantiza
un consumo energético muy bajo y una
conexión muy eficiente a sistemas de energía
eólica, sin utilizar producto químico alguno.
Concepto del sistema
20
Promotion of Renewable Energies for Water Production through Desalination
a) Turbina eólica: El número de turbinas
eólicas instaladas: más de 13.000 de potencias
entre 100kW a 6MW en todo el mundo,
incluso en ubicaciones remotas (p.ej. la
Antártida, islas griegas,...)
b) Sistemas autónomos o mixtos eólico‐
diésel: Basándose en las turbinas eólicas
Enercon y el sistema de gestión de energía
Enercon (PMS), la empresa ofrece soluciones
que ahorran tanto combustible como dinero
para ubicaciones remotas. Estos sistemas
están diseñados para pequeñas comunidades.
La conexión por ejemplo a un sistema
21
desalador es posible. Los sistemas Enercon
autónomos o mixtos eólico‐diésel están
instalados en: la Antártida, Aurich, islas
Malvinas, Bonaire, Utsira.
c) Sistemas desaladores: los sistemas
desaladores
Enercon
(EDS)
están
especialmente diseñados para su combinación
con energía eólica ‐ el sistema de
recuperación de energía Enercon está
diseñado y optimizado para fuentes de
energía fluctuantes
.
Promotion of Renewable Energies for Water Production through Desalination
4.3 WME ‐ compresión de vapor impulsado por
energía eólica
Emplazamientos de referencia
Tipo: compresión de vapor impulsado por energía
eólica
Ubicación: isla Rügen, Alemania
Capacidad: 15 m3/h
Año de instalación: 1995
Aún en funcionamiento: sí
Uso: agua potable para consumo
Tipo: compresión de vapor impulsado por energía
eólica
Ubicación: Symi, Grecia
Capacidad: 20m3/h
Año de instalación: 2009
Aún en funcionamiento: sí
Uso: agua potable para consumo
Historial del producto
La empresa WME se fundó en 1997 y tiene su
sede en Dranske, en la isla de Rügen,
Alemania. WME se concentra en las
actividades de I+D en el campo de la
desalación, especialmente mediante energía
renovables, como la eólica o la solar. La
empresa
opera
plantas
desaladoras
alimentadas por energía eólica para acumular
experiencia en el uso de compresión mecánica
de vapor para la desalación de aguas y
concentración de aguas residuales.
WME posee tanto las patentes relevantes
como la propia planta desaladora impulsada
por energía eólica de la isla de Rügen en el
Mar Báltico. Se compone de un conversor de
energía eólica de 300kW, su transformador
que le conecta a la red pública y la planta
desaladora por compresión mecánica de
vapor con tubos verticales de evaporación‐
condensación (tipo MVC‐VT).
Concepto del sistema
Primero se filtra el agua salada y se bombea al
depósito. El agua salada pasa a través de dos
placas intercambiadoras de calor, donde el
calor se transfiere desde el agua destilada y la
salmuera resultante al agua salada que entra.
La presión se reduce hasta casi la presión de
evaporación del agua salada precalentada
mediante una bomba de vacío. Los gases
disueltos en el agua salada se retiran
mediante la bomba de vacío y el agua
desgasificada alcanza la unidad combinada de
evaporador/condensador. La bomba de
circulación distribuye el agua de forma
uniforme en la entrada de los tubos verticales.
22
Promotion of Renewable Energies for Water Production through Desalination
Esto genera una película uniforme que cae en
la superficie interior de los tubos. El
evaporador y condensador son una unidad
combinada porque se componen de un
conjunto común de tubos. El agua salada se
evapora en la superficie húmeda interna de
los tubos, y el vapor se comprime desde la
parte superior de los tubos con ayuda de un
compresor. En la superficie exterior de los
tubos, el vapor calentado y comprimido se
condensa. El calor de condensación del vapor
que se condensa se transfiere a través de la
pared de los tubos y se usa para evaporar una
cantidad equivalente de agua salada
precalentada.
Debido a las bajas temperaturas de
evaporación (menos de 85ºC) un aumento de
la presión de vapor de menos de 100 mbares
es suficiente para conseguir una diferencia de
temperatura de 3 ‐ 5 ºC para la transferencia
23
total de calor. Esto indica una transferencia
eficiente de calor a través de las paredes de
los tubos. Utilizando el proceso MVC, sólo el 2
‐ 3% de la energía es necesaria para la
evaporación directa del agua salada.
La planta puede alimentarse mediante
electricidad de la red eléctrica, energía
mecánica proveniente de un generador diésel,
energía fotovoltaica o un conversor de energía
eólica.
La producción de agua destilada depende de
la velocidad del compresor y la temperatura
de evaporación respectivos a la potencia
requerida por el compresor. Este valor puede
ajustarse en el panel de control.
La remineralización del agua puede lograrse
dosificando los minerales adecuados o
mezclándola con agua salobre desinfectada o
agua salada.
Promotion of Renewable Energies for Water Production through Desalination
4.4 Resumen de las principales características técnicas
24
Promotion of Renewable Energies for Water Production through Desalination
5 Datos de contacto de las empresas
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