Una máquina para desalinizar el agua elimina las sales minerales disueltas en el agua de mar o en el agua salobre para obtener agua dulce destinada al consumo humano, la agricultura o distintos procesos industriales. Los sistemas actuales emplean principalmente la ósmosis inversa, aunque también existen equipos basados en la destilación, la electrodiálisis y otras tecnologías.
La elección de una desalinizadora depende del tipo de agua que se quiere tratar, su salinidad, el caudal necesario, la presión de trabajo, el consumo energético y el destino del agua producida. Para comprender el principio básico del proceso también es posible construir una desalinizadora casera mediante evaporación y condensación.
Qué es la desalinización del agua
La desalinización es el proceso por el cual se eliminan las sales minerales disueltas en el agua. En la actualidad, dicho proceso, aplicado al agua del mar, es uno de los más usados para obtener agua dulce para el consumo humano o agrícola.
La desalinización del agua del mar, ¿un método para luchar contra la escasez? El agua es uno de los recursos más preciados del planeta y, según la ONU, su escasez afecta ya a más del 40 % de la población mundial.
El agua cubre el 70 % de nuestro planeta y es fácil pensar que hay más que suficiente. Sin embargo, el agua dulce es escasa en el mundo -solo lo es el 3 %- y dos tercios no están disponibles, ya que se encuentran en forma de hielo o son inaccesibles.
Unos 1.100 millones de personas en todo el mundo carecen de acceso a agua dulce y unos 2.700 millones sufren escasez durante al menos un mes al año. Se da la paradoja de que muchas de las zonas afectadas por la escasez de agua dulce tienen el mar muy cerca y ahí es donde la desalinización puede ayudar.
Cómo funciona una máquina desalinizadora
Los sistemas de desalinización utilizan ósmosis inversa para purificar contaminantes no deseados como sal y minerales del agua no tratada. Este proceso funciona mediante la aplicación de bombas de alta presión que fuerzan el agua concentrada a través de membranas semipermeables que consisten en pequeños poros que evitan el paso de las impurezas.
El resultado del sistema de ósmosis inversa es agua dulce, limpia y libre de contaminantes que se descargan simultáneamente. La corriente de agua que atraviesa las membranas recibe el nombre de permeado, mientras que la corriente con una concentración más elevada de sales se separa como rechazo.
La ósmosis inversa de agua de mar (SWRO) es un proceso de membrana de desalinización por ósmosis inversa que se ha utilizado comercialmente desde principios de la década de 1970. Estos sistemas pueden variar desde grandes plantas de desalinización hasta agua de mar de menor tamaño o máquinas de agua potable.
Etapas de un sistema de ósmosis inversa de agua de mar
El sistema típico de tratamiento de agua de mar de un solo paso consta de los siguientes componentes:
- Ingesta: pozo o agua abierta.
- Pretratamiento: filtración y dosificación química.
- Bomba de alta presión: para lograr la presión necesaria.
- Ensamblaje de membrana: para realizar el proceso de desalinización.
- Ajuste del pH: para ajustar la alcalinidad o nivel de ácido.
- Desinfección: para prevenir cualquier crecimiento bacteriano u orgánico.
Las membranas son de poliamida ultrafina, que se pueden contaminar con bacterias y por ese motivo el agua debe pasar un tratamiento.
Componentes habituales de una desalinizadora
Las máquinas desalinizadoras de agua de mar incorporan habitualmente un marco de acero recubierto de polvo, un prefiltro de cartucho de alta resistencia de 5 micrones, una bomba de acero inoxidable resistente al agua de mar, un panel de control basado en microprocesador, PLC y VFD, manómetros de prefiltro llenos de glicerina, medidores de flujo de producto y rechazo, membranas enrolladas en espiral TFC y cajas de membrana FRP.
También pueden incluir tubería de alta presión de acero inoxidable, una válvula de estrangulación de acero inoxidable para la corriente de rechazo, una válvula de cierre de alimentación automática, interruptores de baja y alta presión y un monitor TDS de permeado.
Entre las opciones disponibles se encuentran una bomba de refuerzo, una fuente de alimentación de 380-415V/3Ph/50Hz, un interruptor de nivel del tanque del producto, un controlador de pH con sensor, un controlador de ORP con sensor, un contador de horas, una estructura de limpieza, un filtro de bolsa de 50 micras para entrada abierta, un prefiltro de carbón activado, un prefiltro multimedia, un esterilizador UV, unidades personalizadas y unidades de dosificación química.
Principales tecnologías de desalinización
Ósmosis inversa
Es el proceso más usado y consume menos energía que el resto al basarse en el uso de membranas semipermeables que dejan pasar el agua, pero no la sal.
Los sistemas de ósmosis inversa de agua marina son capaces de eliminar sales, así como otras impurezas tales como bacterias, azúcares, proteínas, colorantes y componentes que tienen un peso molecular superior a 150-250 Dalton.
La presión es un elemento esencial en esta tecnología, porque permite impulsar el agua a través de membranas cuyos poros retienen las sales y otras sustancias disueltas. La presión de trabajo de determinados equipos se sitúa entre 700 y 1.000 psi.
Destilación
La destilación, consistente en hacer hervir el agua de mar en un alambique, recoger el vapor y condensarlo para obtener agua dulce, es el método más evidente para eliminar la sal, pero no el más efectivo ya que consume grandes cantidades de energía.
La desalinización por destilación es una de las primeras formas de las que el ser humano ha tratado el agua en la historia. De hecho, este sistema de potabilización del agua se sigue utilizando en muchas partes de todo el mundo.
En la antigüedad, muchas civilizaciones usaban este proceso en los barcos para convertir el agua de mar en agua potable. Hoy en día, las plantas de desalinización se utilizan para convertir el agua de mar en agua potable en los barcos y en muchas regiones áridas del mundo.
Destilación solar
Imitando el ciclo del agua, consiste en evaporar agua de mar en grandes instalaciones con cubiertas donde se condensa y se recoge en forma de agua dulce. Aunque la energía usada es la propia del calor del sol, se requieren grandes extensiones de terreno.
Nanofiltración
Es un proceso que emplea membranas de nanotubos de mayor permeabilidad que las de la ósmosis inversa, lo que permite procesar más agua en menos espacio usando menos energía. Dichas membranas se fabrican con compuestos sulfonados que, además de la sal, eliminan trazas de contaminantes.
Electrodiálisis
Consiste en mover el agua salada a través de membranas cargadas eléctricamente que atrapan los iones de sal disueltos en el agua, permitiendo extraer agua dulce. Existen diversas variantes de la electrodiálisis, como la convencional y la inversa.
Formación de hidratos gaseosos
Los hidratos gaseosos son cristales sólidos que se forman al combinar el agua con un gas, por ejemplo, propano, a alta presión y baja temperatura. Durante el proceso desaparecen todas las sales e impurezas presentes en el agua y al elevar la temperatura se puede recuperar el gas quedando el agua dulce.
Desalinizadoras para agua de mar y agua salobre
No todas las máquinas desalinizadoras están diseñadas para el mismo tipo de agua. Las desalinizadoras de agua de mar deben trabajar con una concentración de sales considerablemente elevada, mientras que los equipos para agua salobre suelen tratar agua de pozos o fuentes con una salinidad menor.
Desalinizador de agua salobre por ósmosis inversa: ideal como desalinizador de agua de pozo para uso agrícola, industrial o doméstico. Ideal para desalinizar agua de pozos o fuentes de agua salobre con una salinidad TDS máxima de 8.000 ppm.
La salinidad después de la purificación puede ser inferior a 500 ppm. La producción alcanza 300 litros por hora, equivalentes a 7.200 litros por día, con un consumo de 0,75 kWh.
Características de un equipo para agua salobre
- Construcción de acero inoxidable.
- Bomba de alta presión multietapa.
- Depósito de resina epoxi.
- Membranas de ósmosis inversa de alto caudal.
- Accesorios del circuito de alta presión en acero inoxidable 316L.
- Conductivímetro o salinómetro con indicación de alarma.
- Presostato de seguridad con bloqueo de la máquina para presiones de funcionamiento elevadas.
- Caudalímetro en la línea de agua dulce producida.
- Manómetro de glicerina INOX para el control de la presión de servicio.
- Manómetro de glicerina INOX en la salida de la etapa de prefiltración.
- Filtro múltiple con cartuchos filtrantes de 20.
- Presión mínima: 2 bar.
- Presión máxima: 15 bar.
Ejemplo de máquina desalinizadora compacta
Desaladora compacta que elimina el 99% de la sal y permite producir entre 3000 y 5200 litros diarios de agua potable.
| Especificación | Valor |
|---|---|
| Modelo | PS-RO 3052 |
| Capacidad de producción | 3000 - 5200 L/dia |
| Potencia | 2,2 KW |
| Expulsión de sal mínima | 99.4% |
| Presión máxima de operación | 70 kg/cm2 |
| Presión máxima de entrada de agua | 6 kg/cm2 |
| Rango de temperaturas del agua de mar | 2 - 40 ºC |
| Salinidad del agua de mar máxima | 40 000 ppm TDS |
| Prefiltro | 5 micras, opcional hasta 1 micra |
| Ruido | 82 db (A) |
| Dimensiones | 1191 x 675 x 270 mm |
| Peso | 84 kg |
Está montada sobre una estructura de acero inoxidable que garantiza una alta resistencia a la corrosión en ambientes marinos. Todos los componentes están dispuestos para asegurar un servicio eficiente y facilitar las labores de mantenimiento.
Capacidad de producción de las máquinas desalinizadoras
La capacidad de la máquina desalinizadora debe corresponder al consumo previsto. Los equipos pequeños pueden utilizarse en viviendas, barcos, explotaciones agrícolas o instalaciones aisladas, mientras que las plantas de mayor tamaño abastecen a pueblos, ciudades, hoteles, industrias y redes de distribución.
La serie SWI está disponible con capacidades que van desde 8,000 GPD hasta 660,000 GPD y un TDS máximo de agua de alimentación de 42,000 ppm. Se ofrecen unidades estándar, así como personalizables para satisfacer las necesidades de cada aplicación de agua.
| Modelo | Flujo de permeado | m3/d | Potencia del motor a 42,000 ppm, 60Hz | Peso aprox. (lb) |
|---|---|---|---|---|
| SW-8K-1280 | 8,000 gpd | 30 | 15 HP | 2,600 |
| SW-12K-1380 | 12,000 gpd | 45 | 15 HP | 2,650 |
| SW-16K-1480 | 16,000 gpd | 61 | 25 HP | 2,700 |
| SW-20K-1580 | 20,000 gpd | 76 | 25 HP | 3,000 |
| SW-32K-2480 | 32,000 gpd | 121 | 40 HP | 4,200 |
| SW-48K-2680 | 48,000 gpd | 182 | 40 HP | 5,600 |
| SW-96K-4680 | 96,000 gpd | 363 | 75 HP | 13,000 |
| SW-168K-6780 | 168,000 gpd | 636 | 125 HP | 16,000 |
| SW-280K-10780 | 280,000 gpd | 1,060 | 200 HP | 19,000 |
| SW-840K-30780 | 840,000 gpd | 3,179 | 600 HP | 35,000 |
Parámetros de funcionamiento
- Temperatura máxima del agua de alimentación: 42 °C.
- Actualización de equipos para TDS de hasta 50.000 ppm.
- H2S, la turbidez y la materia orgánica deben eliminarse.
- Agua de alimentación TDS: 10.000-42.000 ppm.
- Presión de trabajo: 700 a 1.000 psi.
- Rango de tolerancia del pH: 3-11.
- Presión de alimentación de agua: 40 a 80 psi.
- Se requiere una dosificación anti Escalante.
- Contenido máximo de hierro: 0.05 ppm.
Dónde se utilizan las máquinas desalinizadoras
Los sistemas de desalinización se utilizan generalmente en plantas a gran escala que deben abordar cuestiones reglamentarias, presupuestarias y prácticas para producir una distribución de agua económica y ecológica.
Hay cientos de plantas desalinizadoras en todo el mundo que dependen de las regiones para la actividad económica y el suministro de agua potable. La desalinización continúa brindando soluciones que demuestran su valía al cumplir con criterios desafiantes con respuestas estelares y productividad.
Las aplicaciones ideales para un sistema RO comercial de agua de mar incluyen tanques de aceite, empresas basadas en islas, pueblos y ciudades, barcos de carga, desarrollos costeros, hoteles y resorts, sitios de trabajo junto al mar, desaladoras para barcos, plantas de procesamiento de pescado y villas junto al mar.
Uso doméstico y en embarcaciones
Durante los siglos posteriores, la desalinización del agua del mar se usó sobre todo en barcos y submarinos para proveer de agua dulce a la tripulación durante largas travesías.
En la actualidad, las desalinizadoras compactas pueden instalarse en embarcaciones, viviendas aisladas y pequeñas instalaciones que necesitan producir agua dulce a partir de agua de mar o agua salobre.
Uso agrícola
El agua salobre tratada con desalinizadores se utiliza para regar cultivos, sobre todo en zonas áridas o con acceso limitado a fuentes de agua dulce. Esto permite cultivar en regiones donde la salinidad del agua disponible haría que el riego convencional fuera ineficaz o perjudicial para el suelo y las plantas.
El uso de agua desalinizada para regar los cultivos reduce la acumulación de sales en el suelo, mejorando la fertilidad y evitando problemas de salinización, que pueden afectar a la productividad agrícola a largo plazo.
En invernaderos o sistemas de cultivo hidropónico, donde es necesario un control preciso de la calidad del agua, el uso de agua desalinizada garantiza que las plantas reciban agua sin exceso de sales, optimizando el crecimiento y el rendimiento.
En las nuevas tecnologías agrícolas, como las granjas verticales, el agua desalinizada puede utilizarse para los sistemas de refrigeración y humidificación, garantizando unas condiciones óptimas para las plantas sin riesgo de acumulación de minerales nocivos.
Uso industrial
Muchas industrias, como las centrales eléctricas y las plantas químicas, necesitan grandes cantidades de agua para refrigeración. El agua desalinizada de los desalinizadores de agua salobre se utiliza para evitar la corrosión de los equipos y mejorar la eficacia operativa.
En el sector energético, el agua sin sal es esencial para el funcionamiento de las turbinas de vapor, los intercambiadores de calor y otros sistemas, como en las centrales térmicas o de concentración solar, para evitar los depósitos minerales y la corrosión.
Las industrias química y farmacéutica necesitan agua de gran pureza para sus operaciones, incluidos los procesos de lavado, la formulación de productos y la refrigeración. El agua desalinizada garantiza la ausencia de contaminantes o sales que puedan comprometer la calidad del producto final.
La industria alimentaria utiliza agua desalinizada en varias fases de la producción, como el lavado, la limpieza, el aclarado y el procesado de alimentos y bebidas, donde la calidad del agua es crucial para evitar la contaminación.
La producción textil requiere grandes cantidades de agua, especialmente en los procesos de teñido y lavado. El agua desalinizada ayuda a evitar la decoloración y degradación de los tejidos causadas por el agua salina.
La desalinización en el mundo
En el mundo, según el último estudio realizado al respecto por investigadores del Instituto para el Agua, el Medio Ambiente y la Salud de la Universidad de Naciones Unidas (UNU-INWE) en 2019, hay aproximadamente 16.000 plantas de desalinización operativas -repartidas en 177 países- y en conjunto generan unos 95 millones de m3 al día de agua dulce.
Hay estimaciones de hasta 18,000 plantas desalinizadoras existentes que utilizan estos sistemas a nivel mundial, generando más de 25,000 GPD. Casi la mitad de estas máquinas desaladoras existen y operan en Oriente Medio y África del Norte.
Los países que más agua desalada consumen se encuentran en Oriente Medio, principalmente Arabia Saudita, Kuwait, Emiratos Árabes Unidos, Qatar y Bahrein. Estos países representan alrededor del 70% de la producción mundial de agua desalinizada.
También se utiliza mucho en el norte de África, principalmente en Libia y Argelia, aunque el consumo en estos países representa apenas el 6% de la producción mundial.
El primer país en adoptar este proceso de forma masiva fue Australia, un país muy árido donde la llamada Sequía del Milenio, entre 1997 y 2009, causó estragos. Hoy cuenta con plantas en las principales ciudades que operan mediante ósmosis inversa.
Arabia Saudí es el primer país desalinizador por volumen y le sigue Emiratos Árabes Unidos, ambos países son desérticos y muy dependientes de este proceso. Otros países de Oriente Medio, como Kuwait y Qatar, también han apostado por esta técnica.
En Estados Unidos, tercero en este particular ranking, hay microplantas de desalinización cerca de casi todas las instalaciones de gas natural para aprovechar el calor residual. España sería el cuarto, gracias al empuje de las Islas Canarias y la costa de Alicante y Murcia, donde las antiguas plantas térmicas se están sustituyendo por plantas de desalinización.
Estrés hídrico y necesidad de nuevas fuentes de agua
El World Resources Institute (WRI), organización mundial que busca crear condiciones de equidad y prosperidad a través de la administración sostenible de los recursos naturales, utilizó un conjunto de modelos climáticos y escenarios socioeconómicos para calificar el estrés hídrico -cuando la demanda de agua es más alta que la cantidad disponible- de 167 países para 2040.
26 países tienen un estrés hídrico muy alto, con una puntuación entre 4,00 y 5,00. 14 países de los 26 están en Oriente Medio, una región que se enfrenta a desafíos excepcionales.
| País | Puntuación |
|---|---|
| Kuwait | 5,00 |
| Chipre | 5,00 |
| Omán | 5,00 |
| Qatar | 5,00 |
| Bahréin | 5,00 |
| Líbano | 5,00 |
| Emiratos Árabes Unidos | 5,00 |
| Arabia Saudí | 4,98 |
| Israel | 4,94 |
| Egipto | 4,85 |
| Libia | 4,81 |
| Yemen | 4,69 |
| India | 4,11 |
| México | 4,00 |
Ventajas de una máquina para desalinizar el agua
Los sistemas de desalinización se han convertido en un pilar importante del suministro de agua dulce del mundo. La desalinización proporciona una alternativa a la producción insuficiente de agua limpia y las causas naturales que agravan este problema, como las sequías.
Independientemente de los patrones climáticos, los sistemas de desalinización son eficientes para ayudar a los países o empresas a alcanzar sus demandas de agua.
- Mayor disponibilidad de recursos hídricos: proporciona una fuente fiable de agua en regiones donde el agua dulce es escasa.
- Reducción del impacto sobre las fuentes naturales: reduce la extracción de agua de las fuentes naturales de agua dulce, preservando los recursos hídricos locales.
- Mejora de la calidad del agua: permite obtener agua con un contenido reducido de sales e impurezas.
- Protección de equipos: previene la corrosión y la acumulación de minerales en los procesos industriales.
- Aplicación flexible: puede utilizarse en barcos, viviendas, explotaciones agrícolas, industrias y plantas urbanas.
- Adaptación a zonas áridas: permite producir agua dulce en regiones donde las precipitaciones y los recursos superficiales son insuficientes.
En la agricultura, esto se traduce en cosechas más sanas, y en la industria en procesos más eficientes y menos problemáticos. En los procesos industriales, el agua desalinizada protege los equipos de los daños causados por la sal.
Limitaciones y efectos ambientales
En cualquier caso, la desalinización del agua del mar está generalmente asociada a un gran gasto de energía. Sin embargo, en muchos países resulta la opción más viable como fuente de agua potable, ya que el acceso a agua dulce resulta imposible.
Se sabe que las máquinas de desalinización son muy caras de construir y mantener durante un largo período de tiempo. Sin embargo, las mejoras recientes en los componentes del tratamiento de agua, que incluyen avances en membranas de ósmosis inversa y dispositivos de recuperación de energía, han hecho que los costos asociados de las plantas de desalinización sean mucho más bajos.
La desalinización es una necesidad creciente a medida que disminuyen las reservas de agua dulce en el mundo. Combinada con un uso responsable de los recursos hídricos, puede ser clave para solucionar la escasez de agua en el futuro, pese a algunas desventajas que conviene no pasar por alto.
El proceso de desalación del agua no está libre de impacto, ya que el residuo resultante del proceso es la salmuera, agua residual con una alta concentración de sal y contaminantes, que en muchos casos se vierte al mar y afecta a los ecosistemas.
También hay un riesgo de filtraciones que pueden contaminar los acuíferos de la costa. Además, muchos procesos de desalinización requieren calentar el agua, presurizarla o ambas cosas, lo que tiene un elevado coste energético.
Cómo reducir el impacto de la desalinización
La solución en este caso consiste en emplear energías renovables, como la solar, para reducir el consumo de las desalinizadoras. Otra posible vía para una desalinización sostenible consiste en emplear la biotecnología, por ejemplo, mediante cultivos de cianobacterias que son capaces de procesar el agua del mar formando a su alrededor un depósito de baja salinidad.
Una alternativa consiste en convertir un problema ambiental en una oportunidad económica. La salmuera puede utilizarse para la acuicultura, para generar electricidad o para recuperar los metales contenidos en ella, como el magnesio, el yeso, el calcio, el potasio, el cloro o el litio.
Cómo construir una desalinizadora casera
¿Te habías preguntado alguna vez cómo se obtiene agua dulce del agua salada? Te lo enseñamos a través de un experimento casero muy fácil de llevar a cabo en el que aprenderás a construir tu propia desalinizadora casera.
Con este sencillo experimento casero te explicamos cómo convertir agua salada en agua dulce a través de una desalinizadora casera.
Materiales
- Agua.
- Sal.
- Un bol transparente.
- Un vaso vacío.
- Una piedra o un objeto pesado.
- Film o papel transparente de cocina.
- Una goma elástica si se utiliza una bolsa de plástico.
Pasos para crearla
- Disuelve la sal en un bol lleno de agua.
- Remueve hasta que esté completamente disuelta.
- Pon un vaso vacío boca arriba dentro del bol.
- Cubre con film de plástico el bol y asegúrate de que está sellado del todo.
- Alternativamente, puedes utilizar una bolsa de plástico, pero necesitarás un método de sujeción como una goma elástica.
- Pon una piedra o un objeto similar en el centro del plástico.
- Asegúrate de que se crea una pequeña depresión provocada por el peso del objeto.
- Sitúa el bol en un lugar soleado y déjalo reposar durante varias horas.
Qué ocurre durante el experimento
Observarás que con el efecto del sol el agua se ha evaporado y se ha condensado en la depresión creada por la piedra. El agua ha pasado del estado líquido al estado gaseoso para acabar finalmente pasando de nuevo al estado líquido.
Verás que el vaso que estaba vacío ahora está lleno de agua. ¡Pero es agua dulce!
Hemos construido una desalinizadora casera para convertir el agua del mar en agua limpia apta para el consumo humano. En realidad lo que hemos hecho en este experimento con agua salada es recrear a menor escala lo que sucede en la atmósfera con la acción del sol.
Relación con el ciclo del agua
Éste calienta el agua de océanos, mares y lagos de la misma manera que ha calentado nuestra agua salada, lo cual provoca el paso del estado líquido a gaseoso. En nuestra desalinizadora casera, hemos creado una especie de efecto invernadero para que esto pudiera pasar.
El vapor de agua entonces sube a una mayor altitud, que es lo que da lugar a las nubes. Es ahí donde las gotas condensadas se van uniendo entre ellas poco a poco, ocasionando finalmente la precipitación, que cuando, por acción de la gravedad, el agua vuelve de nuevo a la Tierra de forma líquida.
Si la temperatura es muy baja, esta precipitación puede darse en forma de nieve o granizo, que sería el tercer estado del agua: el sólido.
Desarrollo histórico de la desalinización
La desalinización se produce de forma natural durante el ciclo del agua: la evaporación del agua del mar deja detrás la sal y forma nubes que dan lugar a la lluvia.
Aristóteles observó que el agua de mar evaporada y condensada se volvía dulce, y Da Vinci comprendió que era fácil obtenerla usando un alambique.
Durante los siglos posteriores, la desalinización del agua del mar se usó sobre todo en barcos y submarinos para proveer de agua dulce a la tripulación durante largas travesías.
Sin embargo, este proceso no estuvo disponible a gran escala hasta la revolución industrial y, sobre todo, hasta el desarrollo de las plantas desalinizadoras.
COMO se HACE POTABLE el AGUA del MAR🌊| ASÍ se HACE el AGUA POTABLE
El desarrollo tecnológico ha producido grandes avances en cuanto a la desalinización del agua. Otras formas de llevar a cabo este proceso son la ósmosis inversa.
Las tecnologías de desalinización deben ser más asequibles para extenderlas a países con ingresos medios y bajos al tiempo que se abordan sus efectos adversos sobre el medio ambiente o la salud humana.
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