DESCRIPCIÓN DEL FUNCIONAMIENTO DE UNA DESALADORA
MINERA CENTINELA
TRATAMIENTO DEL AGUA POR ÓSMOSIS INVERSA
Y
FILOSOFIA DE CONTROL
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INDICE
1.- Componentes básicos del sistema de tratamiento de agua de mar
2.- Descripción del Proceso
3.- Operación y Control
4.- Estanques de almacenamiento de agua de mar
5.- Equipos de motobomba para Sistema de Filtros del tipo Multimedia
6.- Sistema de Filtros Multimedia
7.- Estanques de agua filtrada
8.- Equipos de motobomba para Sistema de Ultrafiltracion
9.- Sistemas de Ultra filtracion
10.- Estanque de almacenamiento de agua ultrafiltrada
11.- Equipos de motobombas para Sistema de Osmosis Inversa – Primer Paso
12.- Estanque de almacenamiento de agua de permeado – Primer Paso
13.- Sistema de motobombas para Sistema de Osmosis Inversa – Segundo paso
14.- Estanque de recepción de la Salmuera de 1er. y 2o. Paso.
15.- Sistema para remineralizar agua de permeado, uso AP
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1.- COMPONENTES BASICOS
• El sistema de desalinización por ósmosis reversa está compuesto de los siguientes
equipos:
• Un (1) tanque de almacenamiento de agua de mar.
• Tres (3) bombas de alimentación a filtros multimedia, dos en operación y una de
respaldo
• Diez (10) filtros multimedia (FMM).
• Cuatro (4) módulos de ultrafiltración (UF), tres en funcionamiento y uno de
respaldo.
• Un (1) tanque de almacenamiento de agua ultrafiltrada.
• Seis (6) bombas de precarga de alimentación a ósmosis reversa del Primer Paso,
cinco en operación y una de respaldo.
• Seis (6) bombas de alta presión de alimentación a ósmosis reversa.
• Seis (6) módulos de Osmosis inversa (OI), cinco em funcionamento y uno en
espera.
• Un (1) tanque de almacenamiento de agua permeada (agua desalinizada), del
Primer Paso.
• Cuatro (4) bombas de alimentación a Osmosis Inversa del Segundo Paso, tres
funcionando y una en espera.
• Cuatro (4) módulos de Osmosis Inversa (OI), tres funcionando y uno en espera.
• Dos (2) Bombas retrolavado filtros, una en funcionamiento y una en espera.
• Una (1) bombas de retrolavado de ultrafiltración.
• Una (1) Bomba de CIP y tanque de ultrafiltración.
• Una (1) Bomba de CIP y Flushing (desplazamiento de salmuera) con tanque para
Osmosis Inversa
• Un (1) tanque de almacenamiento de cloro (sistema precloración).
• Dos (2) bombas de inyección de cloro (sistema de precloración / alimentación
FMM).
• Un (1) tanque de almacenamiento de floculante.
• Dos (2) bombas de inyección de floculante (alimentación FMM).
• Un (1) tanque de almacenamiento de antiincrustante.
• Seis (6) bombas de inyección de antiincrustante (una por cada tren).
• Un (1) tanque de almacenamiento de metabisulfito de sodio.
• Seis (6) bombas de inyección de metabisulfito de sodio (una por cada tren).
• Un (1) tanque de almacenamiento de hidróxido de sodio (sistema de ajuste de pH).
• Seis (2) bombas de inyección de hidróxido de sodio (sistema de ajuste de pH / una
por cada tren).
• Un (1) tanque de almacenamiento de cloro (sistema de postcloración).
• Dos (2) bombas de inyección de cloro (sistema de postcloración
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Un (1) tanque de almacenamiento de cloro (sistema de retrolavado UF).
Una (1) bomba de inyección de cloro (sistema de retrolavado UF).
Un (1) tanque de almacenamiento de ácido clorhídrico.
Una (1) bomba de inyección de ácido clorhídrico.
Un (1) tanque de alimentación de carbonato de calcio.
Dos (2) bombas de inyección de carbonato de calcio
El sistema es controlado por el panel de control principal (MCP, por sus siglas en inglés), el
cual está equipado con un controlador lógico programable (PLC, por sus siglas en inglés) y
pantallas de interfaz de usuario (HMI, por sus siglas en inglés) para efectuar las funciones
necesarias para la operación del sistema. El acceso al PLC es a través de las pantallas HMI.
Todo el control del proceso se lleva a cabo de esta manera. Los FMM, módulos de UF, de
RO y los Filtros de Calcita están equipados con cajas de conexiones para los relés de todas
las señales hacia el MCP.
2.- DESCRIPCION DELPROCESO
La etapa de ósmosis inversa consta de las siguientes fases principales:
I.- Captación de agua de mar:
La desalación de agua de mar ha adquirido en los últimos años un importante auge debido
principalmente a la mejora de las tecnologías en ósmosis inversa y de los sistemas de
recuperación de energía. Los sistemas de captación también han ido cambiando y
mejorando con el transcurso de los años debido principalmente a la necesidad de
adaptación a las nuevas normativas ambientales, mejoras tecnológicas y el aumento de
calidad y eficiencia de las nuevas plantas. Tanto las tomas como los vertidos de las plantas
son puntos con una elevada carga ambiental pues se desarrollan generalmente próximos a
ecosistemas marinos, a menudo con alto grado de protección.
Actualmente los principales sistemas de captación de agua de mar para desalación
pueden clasificarse en:
• Tomas abiertas.
• Pozos/Sondeos verticales
• Drenes horizontales.
• Tomas mixtas.
En relación con el aspecto cualitativo, la toma abierta genera más incertidumbres, ya que
es más vulnerable a todo tipo de vertidos contaminantes, presenta mayor variabilidad de
calidad, y está sujeta a variaciones de temperatura. Por el contrario, el agua de pozos y
drenes presenta generalmente una mejor calidad y es más homogénea.
Ahora bien, desde el punto de vista de la garantía de caudal, las ventajas son para la toma
abierta, ya que la experiencia demuestra la dificultad de asegurar el caudal de producción
en el agua de pozos y drenes por lo que, para plantas de producción media/alta se
aconseja en condiciones normales la toma abierta de agua de mar, aunque presente el
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inconveniente de una mayor complejidad de ejecución y en muchos casos mayor inversión
en la etapa de pretratamiento.
II.- Pretratamiento.
Una vez captado el agua necesaria puede enviarse directamente a la planta o a un
depósito de bombeo intermedio, en el caso de tomas sin presión. La presión de entrada a
la planta generalmente oscila entre los 2 y 6 bares, antes del pretratamiento. Los
bombeos intermedios antes de la entra a planta pueden ser en cámara seca o mediante
bombas sumergibles.
Es evidente que es importante ya efectuada la captación del agua de mar, tener certeza
que la calidad es la suficiente, para el uso en tratamiento para abastecer de agua potable
a la comunidad costera. Es fundamental tener un historial de la calidad del agua de mar
del lugar de la captación.
Los parámetros más significantes para definir no solo el tipo de pretratamiento como
posterior dimensionamiento de los filtros, membranas de Ultrafiltración y membranas de
Osmosis son los siguientes:
• pH
• Alcalinidad
• Calcio
• Magnesio
• Fierro
• Sodio
• Potasio
• Boro
• Hidrocarburos y Grasas
• Bario
• Nitratos
• Cloruros
• Sulfatos
• Sílice
• Estroncio
• Solidos Totales en suspensión
• Turbidez
• DBO5
• DQO
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PRE-TRATAMIENTO Y POST TRATAMIENTO
I.- FLOCULACION, COAGULACION y CLARIFICACION
Dependiendo de las calidades de agua, sean estas de superficie, de pozo o aguas de
procesos, pueden ser sometidas a un tratamiento de floculación, coagulación y una
posterior clarificación. ¿Pero cuál es el motivo de realizar estas operaciones?
Simplemente, porque las aguas al estar cargadas con elementos en suspensión (tierra,
coloides, etc.) elementos químicos (Los contaminantes químicos corrientes son metales
pesados como hierro, manganeso, plomo, mercurio, arsénico, cobre, cinc, compuestos
nitrogenados tales como amoníaco, nitrito y nitrato, carbonato o bicarbonato de calcio y
magnesio, aniones como cloruro, fluoruro, sulfato y silicatos y las mencionadas, sustancias
orgánicas. Aparte de estas sustancias, existen otros contaminantes de carácter
antropogénico tales como cianuros, fenoles, cromo y detergentes) pueden dañar las
membranas, dan un aspecto desagradable, hasta pueden presentar olores desagradables
y además existen contaminaciones biológicas
Coagulación es la desestabilización de las partículas coloidales causadas por la adición de
un reactivo químico llamado coagulante, en el caso de las unidades desaladoras se
adiciona Cloruro férrico al agua de alimentación; la dosis normal para el agua de mar son 2
a 3 ppm del producto químico, es decir 2 a 3 gramos por metro cubico de agua de
alimentación al sistema.
La coagulación implica tres etapas: adición de coagulante, desestabilización de la partícula
coloidal y formación de flóculos. La adición de sales coagulantes como las ya dichas,
cloruro férrico, produce cationes poliméricos tales como [Al13O4(OH)24]7+
y [Fe3(OH)4]5+ cuyas cargas positivas neutralizan las cargas negativas de los coloides,
permitiendo que las partículas se unan formando aglomerados pequeños denominados
flóculos.
Una vez filtrados los flóculos, a través de arena de los filtros multimedia, el agua se
somete a desinfección. El principal desinfectante que se emplea es el cloro. La disolución
de este gas en agua a 25°C y 1 atmósfera de presión es aproximadamente 7g/L.
Cuando el cloro se disuelve en agua, reacciona con ésta para formar ácido hipocloroso
(HOCl):
Cl2 + H2O
HOCI + H+ + ClA su vez el ácido hipocloroso se disocia parcialmente:
HOCl
H+ + ClODe todas estas especies que se generan por reacción con agua, sólo el ClO- y HOCl
son bactericidas, por lo que para cualquier tratamiento de desinfección es preciso operar
a un pH que permita la máxima concentración de estas especies
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II.- FILTRACION
Filtros Multimedia
Cuando hablamos de separación de sólidos en suspensión, estamos hablando de las
separaciones mecánicas y se agrupan en cuatro categorías diferentes: sedimentación,
centrifugación, filtración y tamizado.
Cuando nos referimos a separación depende de la naturaleza de la partícula que vaya a
ser separada y de las fuerzas que actúan sobre ella para separarlas. Las características de
las partículas más importantes para tener en cuenta son el tamaño, la forma y la densidad,
y en el caso de fluidos, la viscosidad y la densidad. El comportamiento de los diferentes
componentes a las fuerzas establece el movimiento relativo entre el fluido y las partículas,
y entre las partículas de diferente naturaleza. Debido a estos movimientos relativos, las
partículas y el fluido se acumulan en distintas regiones y pueden separase y recogerse, por
ejemplo, en la torta que se forma en la parte superior del filtro multimedia.
La teoría de filtración es valiosa para interpretar análisis de laboratorios, buscar
condiciones óptimas de filtración y predecir los efectos de los cambios en las condiciones
operacionales. Para reducir la resistencia al flujo el área de filtrado se hace tan grande
como sea posible (tasa de filtración), sin aumentar el tamaño total del equipo o aparato
de filtración. La selección del equipo de filtrado depende en gran medida de la economía.
Termodinámicamente, un filtro es un sistema de flujo. Por medio de una diferencia de
presión aplicada entre la entrada de la suspensión y la salida del filtrado, la suspensión
circula a través del aparato, en el cual se depositan los sólidos presentes en el flujo,
formando un lecho de partículas, por el que debe seguir circulando la suspensión a filtrar.
El filtrado pasa a través de tres clases de resistencia en serie:
1. Las resistencias de los canales que llevan la suspensión hasta la cara anterior de la torta,
y el filtrado desde que sale del medio filtrante.
2. La resistencia correspondiente a la torta.
3. La resistencia correspondiente al medio filtrante.
En un filtro bien diseñado las resistencias de las conexiones de entrada y salida son
pequeñas y pueden despreciarse en comparación con la resistencia de la torta y del medio
filtrante. Al incrustarse las primeras partículas en las capas del medio filtrante, se produce
una resistencia adicional que afecta al flujo posterior.
La resistencia total que se establece sobre el medio filtrante, incluyendo la de las
partículas retenidas, se llama resistencia del medio filtrante y es importante durante los
primeros momentos de la filtración. La resistencia que ofrecen los sólidos, y que no se
debe al medio filtrante, se llama resistencia de torta ( es aquella que se forma sobre la
superficie del material filtrante que generalmente es Antracita de 0,3 a 0,6 mm) . La
resistencia de la torta es cero al iniciar la filtración, a causa de la deposición continua de
sólidos sobre el medio, esta resistencia aumenta continuamente con el tiempo de
filtración, y es lo que se denomina perdida de carga o caída de presión, lo más aceptable
es un valor máximo de 0,8 a 1,0 kg/cm2.
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La caída total de presión del filtro es equivalente a la suma de las presiones generadas por
el filtro, la torta y el medio.
Las tasas de filtración dependerán de la turbidez y de la concentración de solidos totales
en suspensión del líquido a tratar. Depende del diámetro del filtro, se considera un 50% la
expansión del lecho filtrante en retro lavado. La pérdida de carga no debe ser mayor a 0,8
a 1,0 kg/cm2
Obs.: Para los espesores de los cabezales y del cuerpo cilíndrico se usa el Codigo ASME
para recipientes sometidos a presión.
Cartridge Filtración (prefiltración para UF y RO)
Gran capacidad de retención de sólidos.
El padrón de embobinado es de 3,5 ft2 por 10” de los cartuchos filtrantes. Para cada 10”
de altura de los cartuchos hay una capacidad de retención de sólidos de ½ a 1 lb (0,28 kg a
0,45 kg) Aprox.
Los cartuchos filtrantes del tipo enrollado rechazan partículas a partir de 0,5 micrones
hasta 150 micrones y están disponibles en el rango de longitud de 10” a 50” o mayores.
Existen también cartuchos de diámetro interno de 1” y opcionales para diámetros
internos mayores. Los diámetros externos estándares son por lo general de 2 ½” con
diámetros externos opcionales de 1 ½” a 6”.
III.- ULTRAFILTRACION
Filtración de flujo cruzado
La filtración de membrana con flujo cruzado quita las sales y materia orgánica disuelta,
usando una membrana permeable que impregne solamente los contaminantes. El
concentrado permanece mientras que el flujo pasa adelante a través de la membrana.
Hay diversas técnicas de filtración con membranas, éstas son: Microfiltración,
Ultrafiltración, Nano filtración y Osmosis Inversa (OI). Cuál de estas técnicas se pone en
ejecución depende de la clase de compuestos que necesiten ser quitados y su tamaño de
partícula.
La Ultrafiltración es una operación de separación que comparte características de una
filtración "normal" y de la ósmosis inversa. El modelo más utilizado es el de poros en vez
del de solubilidad difusión.
La Ultrafiltración se usa para separar partículas con un peso molecular de 1000-80000
u.m.a. del disolvente que las contiene. Por ello encontrará particular aplicación en la
separación de metales acomplejados, como es el caso del hierro, arsénico, etc.
La modelización matemática no es sencilla y por objeto básico determinar qué relación
hay entre el caudal de permeado obtenido y las variables de operación y diseño. Para el
presente proyecto fue utilizado los módulos de DUPONT (DOW)
Estas variables son:
a.- Superficie y características fisicoquímicas de la membrana (tamaño de poros, espesor)
b.- Presión aplicada
c.- Velocidad de circulación del rechazo.
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d.- Concentración de la alimentación.
e.- Características fisicoquímicas del agua de alimentación.
La Ultrafiltración es una técnica de separación con membrana en la cual las partículas muy
finas u otras materias suspendidas, con acción en partículas de radio de 0,005 a 0,1 micras
se separan de un líquido.
Las membranas de la Ultrafiltración tienen un tamaño nominal de poro de 0,0025 a 0,1
micras. La Ultrafiltración se utiliza para la separación flotante de partículas coloidales, de
bacterias y de virus. Las técnicas aplican membranas entre los 5-500nm. Hay tres tipos de
membranas
Membranas de espiral
Membranas Tubulares
Membranas Fibra hueca
Membranas resistentes de cerámica, caras, pero para los agentes contaminantes pesados
extremos. Esta membranas se pueden recuperar utilizando vapor y agentes químicos
El agua de alimentación para el tratamiento por filtración, la mayor parte de las veces no
es de buena calidad. Debido a esto, las membranas tubulares se utilizan comúnmente
para estos casos. Se utilizan las membranas espirales cuando las condiciones de
alimentación del agua son buenas.
Para prevenir un daño a las membranas es necesario colocar antes un filtro del tipo
multimedia (de arena), así como un filtro como prefiltro de 150 micrones de celulosa. Un
filtro de esas características se coloca antes del sistema de la Ultrafiltración.
Dependiendo del agua de alimentación el tamaño de poro puede variar entre los 0.5-1.0
milímetros. La purificación adicional no es necesaria.
El dimensionamiento de los sistemas de Ultrafiltración en actualidad se recurre a software
que proveen los propios fabricantes de las membranas de ultrafiltración: DOW Chemicals,
Hydranautics, Inge Solutions, bien que existen otros que a los cuales se consulta.
Esquema general para un proceso de filtración cualquiera. Mediante una presión
adecuada se fuerza al disolvente a que pase a través de los poros de la membrana. El
soluto no pasa a través de la membrana.
Para cumplir con el objetivo de relacionar teóricamente las diferentes variables que hacen
posible el funcionamiento del sistema de ultrafiltración y que son:
1.- el flujo de permeado (variable de interés)
2.- con la presión aplicada (variable básica de operación)
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3.- y la superficie de la membrana (variable básica de diseño) va a ser necesario
describir la Ultrafiltración a nivel microscópico.
En el caso de que la presión sea lo suficientemente baja (inferior a una presión crítica
determinada), podemos suponer que existe una capa de polarización. Es decir, la
concentración de soluto disminuye desde la pared hasta el seno de la disolución de forma
gradual a través de una longitud β Algunos fabricantes de membranas utilizan en sus
Software este concepto, para alertar si la velocidad del agua es la adecuada para evitar
esta proliferación del gel, que en gran parte es una mezcla de colonias de bacterias y
depósitos.
A partir de la presión crítica se forma, una especie de precipitado, un gel, de modo que un
aumento de presión al sistema comporta un aumento del espesor de esta capa de gel que
contrarresta el aumento de flujo que se produciría si tal capa de gel no existiera. Cuando
esto comienza a ocurrir los sistemas de ultrafiltración entran en un proceso denominado
de “Backwash” para eliminar el exceso de material acumulado cuando la caída de presión
llega a 0,3 bar y al mismo tiempo se procede a limpieza química, que se realiza cada cierto
periodo de tiempo, (a cada 24 horas o 12 horas) por un corto espacio de tiempo siendo de
algunos segundos (35 segundos) a un gran caudal y a baja presión, inyectándose
soluciones de ácido, cloro y soda caustica, mediante sistemas de bombas dosificadoras.
La polarización es un fenómeno por el cual la concentración de un soluto en las paredes
de la cámara de rechazo es mayor que en el seno de la disolución de rechazado. Este
fenómeno se origina por el arrastre de las moléculas de soluto hacia la pared de la
membrana por parte del disolvente que permea a través de la membrana. En condiciones
estacionarias este arrastre viene compensado por la retro difusión del soluto.
Los parámetros necesarios para el uso de Software de Ultrafiltración de los diferentes
fabricantes son los siguientes:
1.- Caudal en m3/h
2.- Turbidez en NTU
3.- SST en ppm
4.- COD en ppm
5.- DQO en ppm
6.- TOC en ppm
7.- pH
8.- Temperatura en oC
9.- Conductividad en microsiemens/cm
10.- Alcalinidad en mmol/l
IV.- OSMOSIS INVERSA BASICA
Las membranas son barreras finas o películas de material que permiten el paso de
ciertas sustancias. Las membranas son sintéticas y usualmente son de 100 a 500
micrones (0.1 a 0.5 milímetros) de espesor.
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Las membranas permiten el paso de ciertas sustancias, y por esto son llamadas
“membranas semipermeables”. Las membranas utilizadas en la industria son fabricadas de
polímeros (plásticos), cerámica, metálicas, o algún material poroso impregnados con
líquido o con substancias gelatinosas. Muchas membranas comerciales contienen un gran
número de pequeños poros a través de los cuales el solvente y otras pequeñas moléculas,
iones, partículas que pueden pasar. Las membranas son esencialmente componentes de
sistemas de filtración que facilitan la separación, purificación, o concentración de sólidos
disueltos, líquidos y gases.
V.- FUNDAMENTOS de LA OSMOSIS INVERSA
Osmosis es el transporte espontáneo (DIFUSION) del solvente a través de una membrana
semipermeable que separa dos soluciones de diferente concentración.
La osmosis ocurre cuando dos soluciones de diferente concentración están separadas por
una membrana semi permeable; que es, una membrana que permite al solvente, pero no
a las especies disueltas, para cruzarla.
El solvente (comúnmente agua) fluye a través de la membrana desde el menos
concentrado hacia la solución más concentrada. Este flujo continúa hasta que las dos
soluciones de ambos lados de la membrana estén a la misma concentración o hasta la
presión ejercida por la diferencia de altura entre las dos soluciones es suficiente para
detener el flujo. La presión requerida para detener el flujo es llamada PRESION
OSMOSTICA.
La termodinámica de la fuerza control del flujo osmótico, y la presión aplicada resultante
del equilibrio, es la diferencia en energía liberada que existe entre las dos soluciones de
diferente concentración. Esta es la misma fuerza que causa el transporte de masa entre
las dos soluciones de diferente concentración que están contenidas en diferentes
compartimientos dentro del sistema.
Como la concentración es diferente entre las soluciones de los dos lados de la membrana,
la presión osmótica aumenta.
La presión requerida para forzar el flujo hacia la menos concentrada debe exceder a la
presión osmótica.
La transmembrana o el diferencial de presión, ΔP, requerido depende de la diferencia de
concentración entre las soluciones de ambos lados de la membrana. Típicamente, cada
diferencia de concentración de 1000 ppm de sólidos disueltos (TDS) resulta en alrededor
de 10 psi de diferencia presión.
Un sistema completo de separación por membrana consiste en los siguientes subunidades
y componentes:
-
-
Sistema de Pretratamiento, el cual puede incluir sistemas para remoción de
partículas, por coagulación, floculación, prefiltración, ajuste de pH, ajuste de
temperatura, o dosis de antincrustante o desinfectantes.
Módulos de membranas de Ultrafiltración y Osmosis Inversa
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Bombas de alta presión, así como los piping y válvulas, que conduzcan el fluido
hacia el proceso.
Circuito de energía eléctrica
Instrumentación de control del proceso: Pretratamiento, separación, y protección
del sistema.
Los parámetros más comunes que son monitoreados son:
pH de la alimentación, del permeado
Temperatura
Caudal de alimentación, caudal de rechazo y caudal de permeado
Presiones (Utilizada para determinar cuándo deben limpiarse las membranas.)
Relación de dosificación
Turbidez
Conductividad de la alimentación, del permeado.
Las membranas de espiral son usadas solamente para aplicaciones de nano filtración
ultrafiltración y ósmosis inversa (RO).
Existen ciertas condiciones que hacen que los rendimientos de las membranas varíen.
Influencia de los parámetros de operación:
Concentración de alimentación
Un aumento en la concentración de alimentación debe provocar una disminución del flujo
de permeado. Es decir:
Flux (gal/ft2/día) < con el aumento de los TDS (solidos totales disueltos)
Flux (gal/ft2/día) < con el aumento de la Δπ (presión osmótica)
Flux (gal/ft2/día) < con el aumento de β (Conc polarización)
Temperatura
Un aumento de temperatura suele comportar un aumento de flujo de permeado. Ello se
atribuye a la disminución de la viscosidad del fluido (disminuye la resistencia al paso de
fluido a través de la membrana) y a un aumento del coeficiente de difusividad, lo cual
provoca un aumento del coeficiente de transferencia. En principio un aumento de
temperatura también deberá ir acompañado de un mayor producto de solubilidad para el
soluto, de modo que es posible operar a presiones más altas sin que se forme la capa de
gel. Para el caso de Chile la temperatura de la mar varia de 15 oC a 18 oC.
VI.- DISEÑOS DE SISTEMA DE OSMOSIS INVERSA
El tratamiento de agua por membrana, como ya se ha mencionado, consiste en aplicar
agua bajo presión a una membrana sintética, semipermeable, para purificarla por medio
de ósmosis inversa. El agua que penetra a través de la membrana está libre de la mayor
parte de sólidos totales disueltos (TDS*) y virtualmente toda la materia coloide,
suspendida y microbiológica.
El flujo de permeado—o agua de producto—que pasa a través de una membrana
semipermeable, es principalmente una función de la temperatura del agua de
alimentación y la presión neta de alimentación (PNA).
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Presión neta alimentación
PNA es la diferencia entre las dos presiones que actúan sobre ambos lados de la
membrana. Dichas presiones se conocen como presión aplicada y presión osmótica.
Presión aplicada
La presión aplicada es cualquier tipo de presión hidráulica que actúa en cualquier lado de
la membrana. En el lado de alimentación de la membrana, la presión aplicada suministra
energía para hacer que funcione la OI. Por otra parte, la presión aplicada sobre el lado de
permeado de la membrana es generalmente el resultado de la forma en que está
conectado el sistema de OI a los tanques de almacenamiento y a las tuberías de
distribución. Existen dos fuentes de presión hidráulica.
Presión osmótica
Osmosis es el proceso natural que resulta en el movimiento de agua a través de una
membrana semipermeable, desde el lado diluido (menos iones disueltos) hacia el lado
concentrado (más iones disueltos). De tal manera que la ósmosis tiende a igualar la
potencia de la solución en ambos lados de la membrana. La fuerza que causa este flujo se
conoce como presión osmótica.
Para las aguas naturales, la regla general consiste en que por cada 100 mg/L de iones
disueltos (TDS) la presión osmótica es aproximadamente1 psi (0.07 bar).
Por lo tanto, una solución de 1,000 mg/L, tiene una presión osmótica de
aproximadamente 10 psi (0.7 bar). De manera similar, el (altura o H) de una columna de
agua.
De manera similar el agua de mar con un contenido de 35,000 mg/L de TDS, tiene una
presión osmótica de aproximadamente 350 psi (24 bar). Para que una membrana de OI
sea efectiva, tiene que sobreponerse esta presión osmótica, es decir las bombas de alta
presión deben tener la capacidad de proveer la presión necesaria para vencer esta presión
osmótica.
Presión neta de alimentación (OPERACIÓN) PNA
La presión neta de impulso (PNA) es la diferencia entre la presión aplicada y la presión
osmótica que actúan en ambos lados de una membrana semipermeable.
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Hay que tomar en cuenta que la contrapresión, incluyendo la presión de una fuente
elevada o un tanque de presión, también es considerada en esta ecuación. A una
temperatura dada, el flujo de permeado es directamente proporcional a la PNA. Mientras
aumenta la temperatura, la viscosidad del agua disminuye y, por lo tanto, se requiere
menos PNA para forzar un volumen dado de agua a través de la membrana.
Basados en lo anterior, podemos concluir lo siguiente:
Si disminuye la PNA, disminuirá el flujo de permeado.
Si aumenta la PNA, aumentará el flujo de permeado.
Si disminuye la temperatura del agua de alimentación, se requerirá más PNA para hacer
que pase una cantidad dada de agua de permeado a través de la membrana.
Si aumenta la temperatura del agua de alimentación, se requerirá menos PNA para hacer
que pase una cantidad dada de agua de permeado a través de la membrana.
Otros datos importantes con respecto a PNA son los siguientes:
De existir formación de escamas o incrustación biológica, se requiere una mayor PNA para
sobreponer la resistencia del flujo a través del material que causa las escamas o las
incrustaciones. Si la membrana es dañada por ataques químicos o por rasgaduras o
rompimientos mecánicos, se requiere una menor PNA para hacer que pase una cantidad
dada de agua de permeado a través de la membrana.
La PNA es mayor en el primer elemento (o los primeros elementos) de la unidad de OI.
PNA es menor en el último elemento (o los últimos elementos) de la unidad de OI. Esto se
debe a que la presión de alimentación es mayor y la concentración de sales (contrapresión
osmótica) en el primer elemento (o los primeros elementos) es menor de una unidad de
OI, y la presión de alimentación es menor y la concentración de sales es mayor en el
último elemento (o los últimos elementos).
Estos son algunos de los conceptos fundamentales que necesita comprender para poder
aplicar la tecnología de ósmosis inversa de manera adecuada a cualquier proyecto que lo
requiera. Otro factor del que debe estar consciente es la forma en que la presión a nivel
del mar versus la presión en la cima de una montaña, es decir, la presión absoluta, puede
afectar el rendimiento del sistema.
VI.- REQUERIMIENTOS DE ENERGIA
Los mayores requerimientos de potencia en MF, UF, y OI son determinados por las
capacidades de bombeo y las presiones de operación.
En MF, UF, OI muchos de los consumos de energía es la energía eléctrica requerida para
bombear el agua de alimentación a través de la membrana.
La cantidad de Kw necesarios para bombear la solución a través de la membrana, puede
ser calculada por la fórmula:
- Potencia hidráulica, kW, requerida = Qf x Pd
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Donde Qf, el volumen de agua bombeada como alimentación al sistema (m3/seg.) y el Pd
es la presión diferencial (kPa) entre la entrada y salida de la membrana.
El proceso de desalación utiliza bombas centrifugas de alta presión, que inyectan al agua
de mar la energía suficiente para la presión que ofrecen las membranas semipermeables,
llamada “presión osmótica". La bombas que están en contacto con el agua de mar y
desalinizada son del tipo de acero capaz de soportar la corrosión por efecto de la alta
concentración de cloruros, el material de las bombas es del tipo acero dúplex 2205, según
el PREN (pitting resistence equivalent number), según esto, cuando más alto es este
número que toma en consideración el molibdeno, nitrógeno y cromo en su aleación. Es
indudablemente para mantener en buenas condiciones de trabajo las unidades de UF y OI,
se recomienda verificaciones periódicas de los análisis de vibración y consumos eléctricos.
Además verificando la vida útil de los elementos filtrantes contenidos en carcazas de 5
micras, evitando el ingreso de partículas sólidas que pueden dañar a los impulsores de las
bombas. Para disminuir el consumo eléctrico por las bombas de alta presión se instalaran
los ERDs (Recuperadores de energía) los cuales pueden disminuir hasta 30 % la potencia
de los motores. El agua desalada que se obtiene de la etapa de desalación estará
desequilibrada, tendrá escasez de calcio, un pH ácido y una baja alcalinidad, por lo que
para estabilizarla se recurre a la descarbonatación o desgasificación, adición de productos
químicos, como el carbonato de calcio o se mezcla con otras aguas. Así, para el correcto
control del proceso de desalinización, además, es necesario medir diversas variables tales
como caudales, presiones, pH, temperatura y conductividad del agua, entre otras. Así es
en términos generales el funcionamiento de las plantas desalinizadoras, cuyas principales
mantenciones consisten en la realización de limpiezas químicas preventivas de las
membranas, cuya frecuencia es dictada a partir del análisis de los registros operacionales
de la planta y dependerá de la operación de la planta en su conjunto, así como del cambio
de elementos filtrantes del pretratamiento (lechos de arena de los filtros), cuya frecuencia
de cambio es generalmente cada dos años. “También se deben cambiar los elementos
micro filtrantes (cartridge) idealmente de forma mensual y realizar la mantención de las
bombas de impulsión y bombas dosificadoras; que corresponde al cambio de los sellos
hidráulicos, de las membranas de las bombas y cambio de aceites lubricantes de las
bombas de alta presión”
3.- OPERACIÓN Y CONTROL
La planta diseñada es de Doble Paso, para operar con un caudal nominal producto de 65,2
m3/h, en el Segundo Paso. Del Primer Paso se consigue obtener un caudal de 19 m3/h, de
los cuales 18 m3/h que se remineralizaran para ser usada en campamento y 1 m3/h de
uso interno.
El agua de mar es recibida en un estanque de cabecera con capacidad de 100 m3 y se le
inyecta una dosis de hipoclorito de sodio al 10% (de 1 a 10 ppm), dependiendo de la
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calidad del agua de mar, previo al ingreso al estanque. Esta dosificación se ajusta durante
la operación, ya que depende de la calidad del agua de mar.
El agua es succionada desde este estanque hacia las bombas centrifugas de alimentación a
FMM, pudiendo operar una o ambas bombas dependiendo de la demanda de agua
filtrada. La batería de filtros está compuesta por diez unidades en paralelo de 1,6 metros
de diámetro construidos en FRP. Estos filtros son de operación automática, con válvulas
motorizadas para ejecutar el proceso de retrolavado cada vez que se exceda el diferencial
de presión o bien, dado un tiempo predeterminado. El retrolavado se efectúa mediante
una bomba centrifuga que succiona agua de mar ultrafiltrada desde el estanque de
almacenamiento de agua ultrafiltrada, cuyo volumen es de 150 m³ construido en FRP. El
agua de retrolavado de los filtros es conducida hasta la piscina de aguas recuperadas
(existente), para ser utilizada en el proceso minero.
Para ajustar las características físicas del agua que ingresa a los filtros y facilitar la
precipitación en flóculos formados con los sólidos en suspensión de mayor tamaño, se
dispone de equipos dosificadores de floculante. Se propone inicialmente usar un
floculante de tipo catiónico en una dosis de 2 ppm, la cual es ajustada una vez en
operación dependiendo de las características del agua en la alimentación, así como
también existe un dosificador de solución de ácido para ajuste de pH. Un sistema de
medición de turbidez en línea indica la calidad del agua de alimentación al sistema de
ultrafiltración.
La siguiente etapa de pretratamiento consiste en cuatro trenes de ultrafiltración, (tres en
funcionamiento y uno en espera) diseñados con el fin dar una protección adicional a las
membranas de osmosis reversa, especialmente para hacer frente a variaciones en la
calidad del agua de mar que puedan ocurrir en términos de sólidos en suspensión de
menor tamaño (espectro en el cual los filtros de arenas dejan de ser tan efectivos) además
de permitir la incorporación de agentes biocidas u oxidantes, pues el tipo de membrana es
resistente a estos. Cada tren está instalado en contenedores acondicionadas para tal
efecto.
Un sistema de medición de turbidez en línea indica la calidad del agua de alimentación a la
UF y permite evaluar el funcionamiento de los filtros multimedia. Con este sistema se
previene la contaminación de las membranas de UF por partículas, en caso de que
empeore la calidad del agua de mar.
Los módulos de UF se alimentan directamente desde los Filtros Multimedia. Cada tren de
UF está formado por 20 módulos de membranas, de tipo Fibra Hueca modelo SFP 2880
fabricadas por DUPONT (DOW). Tres trenes pueden operan en forma independiente o en
paralelo, estando uno en espera. La recuperación de este proceso es cercana al 89% y el
efluente, así como el agua de lavado de las membranas es conducido a la piscina de aguas
recuperadas existente. El agua producto del proceso es almacenada en un estanque con
capacidad de 100 m3, desde este estanque se alimenta el sistema de osmosis reversa del
Primer Paso. El sistema de UF tiene su propio sistema CIP y Retrolavado, con estanque de
capacidad 20 m3, con sus respectivas bombas de impulsión.
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Para el proceso de retrolavado de las membranas de UF se inyecta hipoclorito de sodio,
como agente oxidante, y ácido clorhídrico en la línea de descarga de la bomba de
retrolavado, con una dosificación dependiente de la calidad del agua a tratar.
Adicionalmente, el proceso de lavado CIP se incorpora aire comprimido a baja presión
directamente en el equipo de UF a un caudal de 432 Nm3/h y a 11 psi , la finalidad es de
agitar las fibras huecas que componen cada módulo de ultrafiltración.
Posterior a la ultrafiltración y para finalizar el pretratamiento de la planta se inyecta
metabisulfito de sodio, variando entre 1 a 4 ppm, para eliminar el hipoclorito de sodio del
agua con la finalidad de proteger la membranas de la osmosis reversa y prolongar su vida
útil.
Un sistema de medición de turbidez en línea indica la calidad del agua de alimentación al
estanque de almacenamiento de agua ultrafiltrada y permite evaluar el funcionamiento
de la UF. Con este sistema se previene la contaminación de las membranas de osmosis
reversa por partículas en caso de que empeore la calidad del agua de mar. Cada cierto
periodo de tiempo en nuestras costas se manifiesta la llamada MAREA ROJO “Bloom”, que
son microalgas que liberan toxinas dando un pigmento rojo al agua.
El sistema de osmosis reversa consta de un Primer Paso de seis módulos de 5 tubos y siete
membranas de 8” por tubo, capaz de producir 127,8 m3/h (3067,2 m3/día), con una
recuperación de 45% por diseño.
El sistema de RO se alimenta desde el estanque de almacenamiento de agua ultrafiltrada.
Las bombas de alimentación RO succionan agua desde este estanque y, funcionan como
elevadoras para las bombas de alta presión RO. En la línea de succión de las bombas de
alta presión se inyecta antiincrustante, de 2 a 5 ppm, y metabisulfito de sodio, de 3 a 10
ppm, ambos dependiendo de las características del agua y del contenido de cloro libre.
También, en la línea de succión de las bombas de alta presión, se encuentra instalado un
filtro tipo cartucho para proteger las membranas de OR de impurezas con un tamaño
mayor a cinco micrones. En la secuencia, las bombas centrífugas de alta presión elevan la
presión del sistema desde aproximadamente 4 bar (60 psi) hasta 45 bar (1200 psi).
Es importante destacar que el ahorro de energía es prioritario en el diseño de esta planta,
por este motivo se ha incorporado (dotado) al sistema de alimentación un “Turbo
Recuperador de Energía” que permite alcanzar la presión de operación, con un menor
consumo de corriente eléctrica, ahorrando hasta un 20%.
Finalizado el proceso de RO del Primer Paso, el permeado (agua desalinizada) es
conducida hasta el estanque de almacenamiento de agua tratada o agua desalinizada, de
100 m3 de capacidad, desde donde se suministra agua hacia el Segundo Paso de Osmosis
Inversa a un caudal de 108,7 m3/h y también 18 m3/h para agua en campamento
previamente neutralizada, remineralizada con solución de carbonato de Calcio y clorada y
ajuste de pH con dosis de Soda Caustica (6,5 a 8,5) así como 1,0 m3/h para uso interno.
Para cumplir con lo establecido en la NCH 409. Para esto se cuenta con un monitoreo en
línea y el proceso es ajustado automáticamente.
Sistema de lavado rápido, para los momentos que haya que detener o se detiene por
control de niveles en los estanque de almacenamiento, se ha incorporado un sistema de
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Lavado Rápido (Fresh Flush), con estanque de almacenamiento de agua producto (de
osmosis) de 10 m3 y bomba para efectuar los lavados rápidos , con la finalidad de expulsar
el agua concentrada de la superficie de las membranas, evitando de esta forma la
precipitación de sales en su superficie, debido a su alta concentración.
Sistema de Limpieza química de las membranas de UF y RO (CIP). Para efectuar el lavado
químico de las membranas se considera un sistema de limpieza en sitio (Clean In Place)
con conexiones a cada uno de los módulos de UF y RO de forma independiente. Este
sistema incluye filtros de cartucho de cinco micrones, para proteger las membranas de
partículas de mayor tamaño, un estanque de mezcla y preparación de químicos de
limpieza con capacidad de 10 m³ para CIP – OI y de 20 m3 para CIP-BW de las UF. Un
calefactor de la mezcla y una bomba de lavado, con capacidad de lavar un tren o módulo
completo de UF o RO.
FILOSOFÍA DE OPERACIÓN Y CONTROL
A.-Estanques de Almacenamiento de Agua Cruda
El estanque de almacenamiento de agua cruda, TK-1 es cilíndrico vertical de 150 m3 de
capacidad. Cada estanque cuenta con un transmisor control de nivel de tipo hidrostático,
LT-1 y LT-2 respectivamente para protección de las bombas de alimentación de FMM,
aguas abajo de los tanques.
No se considera control del flujo, mediante transmisor de nivel, del agua de mar que
alimenta los TK-1/TK-2
B.- Filtros Multimedia
Los filtros multimedia, MMF-1…MMF-10, reciben agua desde las bombas de alimentación
FMM. Estas bombas, PTDA-BLP-001 y PTDA-BLP-002, centrífugas de 168 m3/h de
capacidad, succionan agua desde el estanque de cabecera y cuentan con indicadores de
presión (PI-1 … PI-6) y transmisores de flujo (FE/FT-1…FE/FT-3).
Todas las bombas asociadas a la planta cuentan con variadores de frecuencia VFD para
controlar la velocidad del motor, y así el caudal y la presión hacia los filtros. Este VFD debe
ser puesto en automático a manera que sea controlado por el PLC.
El propósito principal de los filtros de arena es remover partículas de gran tamaño del
agua de procesos que puedan dañar las membranas de la UF. La filosofía de operación
normal de los filtros es los diez en operación continua.
Cuando los filtros están en servicio y cualquiera de las bombas de alimentación esté
encendida, la bomba de precloración BD-001 se enciende para inyectar cloro a la corriente
de alimentación, al mismo tiempo se accionaran las bombas dosificadoras de coagulante
BD-002 y la acido BD-003
El cabezal de descarga de los filtros cuenta con un transmisor de presión (PE/PT-001), y
analizadores en línea de turbidez (AE/AT-342A1-1) y de cloro (AE/AT-341A1-1) para
supervisión continua.
Desde los filtros multimedia el agua es enviada directamente al proceso de ultrafiltración
a través de una línea de 12” y distribuida para cada UF en línea de 6”. Desde la salida de la
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UF la línea de agua ultrafiltrada es de 10” hasta el estanque TK – 002 de almacenamiento,
con capacidad de 100 m3. .
Cuando se inicia el proceso de retrolavado de los filtros, el primero sale de servicio,
mientras que los demás continúan en proceso de filtrado, y pasa las etapas de
retrolavado, enjuague y asentamiento. Una vez terminado el proceso, el primer filtro
vuelve a entrar en operación normal y el segundo sale de servicio para realizarle el
proceso de retrolavado; así continua hasta que todos los filtros hayan pasado por el
proceso de retrolavado.
1.
Retrolavado
• Procedimiento Manual
Este proceso puede ser iniciado de forma manual desde la pantalla de “Estatus de
Retrolavado” en la HMI. Las bombas de alimentación a FMM/UF (PTDA-BLP-001-002-003)
y la bomba de retrolavado FMM (PTDA-BWL-001) pueden, también, ser controladas de
forma manual desde esta pantalla.
• Procedimiento Automático
El proceso de retrolavado puede ser ajustado de manera que se ejecute dado un intervalo
de tiempo especificado. Este intervalo es controlado por el reloj automático en la pantalla
de “ajuste de retrolavado”. El tiempo de retrolavado, de enjuague y de asentamiento
también pueden ser ajustados en esta pantalla. El reloj automático para el intervalo
automático de retrolavado se reinicia cada vez que se ejecuta el proceso de retrolavado
de los filtros.
Así mismo, el proceso de retrolavado también puede iniciarse automáticamente cuando la
presión diferencial de cada filtro aumenta hasta el valor de ajuste (8 psi
aproximadamente).
• Descripción de la operación
Dado que el procedimiento es el mismo para cada uno de los filtros, solo se hace la
descripción para uno de ellos.
Una vez que el filtro MMF-001 entra en retrolavado, se cierran las válvulas motorizadas en
la alimentación y descarga del equipo, FVF1-1 y FVF2-1 respectivamente (este proceso
tiene un tiempo estimado de duración de 15 segundos para permitir que las válvulas
cierren completamente).
Seguido de esto se abren las válvulas de alimentación y descarga de agua de retrolavado,
FVF3-1 y FVF4-1 respectivamente, y se enciende la bomba de retrolavado PTDA-BWL-001
centrífuga de 130 m3/h de capacidad. La bomba succiona el agua para el retrolavado
desde el estanque de almacenamiento de agua ultrafiltrada, TK-002.
Este estanque cuenta con un transmisor de nivel de tipo ultrasónico, LE/LT-02 para
protección de la bomba de retrolavado FMM, aguas abajo del estanque. Adicionalmente,
la bomba cuenta con un indicador de caudal (FI-001) y un transmisor (FE/FIT-001) para
supervisión continua.
Finalizado el retrolavado se apaga la bomba de retrolavado FMM y se cierran todas las
válvulas asociadas al filtro para el proceso de asentamiento. La duración del proceso de
asentamiento se ajusta en el reloj automático de “tiempo de asentamiento”.
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Luego de esto, se abren las válvulas de alimentación y de enjuague, FVF1-1 y
FVF5-1 respectivamente, Luego, se abre la válvula de descarga del filtro, FVF2-1, se cierra
la válvula de enjuague, FVF5-1 , y el equipo entra en operación normal.
2.
Ultrafiltración
La finalidad del proceso de ultrafiltración es eliminar las partículas más pequeñas que
pasan a través de los filtros multimedia a manera de proteger las membranas de OR.
Cada unidad de UF está formada por 20 módulos con membranas tipo fibra hueca,
modelo SFP 2880 de Dow Chemical. Los módulos de UF reciben agua directamente desde
la batería de filtros multimedia y cuentan con medidores de flujo en la línea de
alimentación (FE-002) y un transmisor (FE/FIT-002) para cada tren de UF respectivamente,
instalados aguas arriba de los filtros de malla .
En la línea de agua de alimentación al estanque de almacenamiento de agua ultrafiltrada
se encuentra un analizador de turbidez en línea (AT002/AE002) a manera de monitorear
el correcto funcionamiento de las membranas.
3.
Modos de Operación
Botones de selección en la HMI permiten que cada sistema de UF opere en los siguientes
modos. Dado que los cuatro trenes de UF son idénticos, solo se describe la operación de
uno de ellos.
• Operación Normal
Cuando la UF se encuentra fuera de servicio y recibe la señal para entrar en operación, se
realiza un enjuague del sistema antes que el mismo entre en servicio. Durante este
proceso, el actuador de la válvula de alimentación, FVUF-1, así como de la válvula de
salida de concentrado superior, BCUF-2, se abren. Cuando termina el proceso de
enjuague, el actuador de la válvula de alimentación a la UF (FVUF-1) y el actuador de la
válvula de descarga de la UF (FVUF-3) permanecen abiertos, mientras que los actuadores
asociados a la válvula de alimentación de agua de retrolavado (BWUF-4), salida de agua de
Dreno (DVUF-5) alimentación de aire comprimido (AVUF-6) y venteo (RLV-7) permanecen
cerrados.
Si la UF recibe la señal de entrar en servicio justo después de salir del proceso de
retrolavado, no se realiza el enjuague de las membranas.
Cuando el estanque de almacenamiento de agua ultrafiltrada, TK-002, esté lleno se
cierran todos los actuadores asociados a la UF y el equipo sale de servicio.
• Fuera de servicio
El tren de UF es inhabilitado de forma manual y todas las válvulas asociadas al equipo se
cierran. Este modo de operación debe ser usado para realizar las limpiezas o cualquier
otro tipo de mantenimiento al equipo.
• Retrolavado
El proceso automático de retrolavado de UF ocurre por un tiempo o intervalo especificado
mientras el módulo se encuentra en operación normal. La duración del “retrolavado
superior”, “retrolavado inferior”, “limpieza con aire” y enjuague”, así como el “intervalo
de retrolavado” de la UF pueden programarse en la HMI. El reloj automático para
retrolavado solo se activa cuando el equipo se encuentra en operación normal.
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Limpieza con aire
Si se selecciona “habilitar socavación con aire” en la HMI, se abren los actuadores de las
válvulas de alimentación de aire (AVUF-6), de venteo (RLV-7) y de salida de retrolavado
superior (BCUF-2). Si se selecciona el botón “inhabilitar socavación con aire” se salta este
paso.
4.
Retrolavado Superior
Durante este procesos solo se encuentran abiertas la válvula de alimentación de agua de
retrolavado, DVUF-5, y la válvula de salida de agua de retrolavado superior, BWUF-4.
Al iniciarse el ciclo de retrolavado de UF se enciende automáticamente la bomba de
retrolavado UF, BWP-02, centrífuga de 396,7 m3/h de capacidad. Esta bomba succiona
agua desde el estanque de agua ultrafiltrada, TK-003
La bomba, BWP-02, cuenta con indicador y transmisor de presión en la descarga para
supervisión continua y protección del motor de la bomba en caso de alta presión en la
descarga.
Si se selecciona “habilitar CEB” o “habilitar CL2 BW” desde el HMI, se enciende
automáticamente la bomba de inyección de oxidante para retrolavado BD-006. Así mismo,
si se selecciona “habilitar CEB” o “habilitar HCL BW” desde la HMI se enciende
automáticamente la bomba de inyección de ácido para retrolavado, BD-007
Retrolavado Inferior
Al igual que para el proceso de retrolavado superior, durante este proceso solo se
encuentran abiertas la válvula de alimentación de agua de retrolavado, BWUF-4, y la
válvula de salida de agua de retrolavado inferior, DVUF-5 y se enciende la bomba de
retrolavado UF, BWP-02.
Si se selecciona “habilitar CEB” o “habilitar CL2 BW” desde l HMI, se enciende
automáticamente la bomba de inyección de oxidante para retrolavado, BD-006. Así
mismo, si se selecciona “habilitar CEB” o “habilitar HCL BW” desde la HMI se enciende
automáticamente la bomba de inyección de ácido para retrolavado, BD-007.
Es importante mencionar que la inyección de químicos durante este proceso solo ocurre
cuando la secuencia de retrolavado de UF se inicia de forma manual a través de la HMI. En
modo automático no se realiza la dosificación de NaOCL y HCl para limpieza química de las
membranas.
5.
Enjuague de Membranas
El proceso de enjuague siempre ocurre de forma automática cuando arranca el equipo de
UF (antes de entrar en operación normal). El reloj automático para la duración del
“enjuague de UF” puede ajustarse en la HMI.
Durante el enjuague de las membranas, el actuado de la válvula en la línea de
alimentación, FVUF-1, y el de la válvula de la línea de salida de retrolavado superior,
BCUF-2, deben estar abiertos; los actuadores asociados a las demás válvulas de la UF
deben permanecer cerrados.
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Estanque de Almacenamiento de Agua Ultrafiltrada
Este estanque, TK-02, actúa tanto para almacenar el agua producto de UF, así como
fuente de alimentación de agua al sistema de osmosis reversa.
El estanque cuenta con un transmisor de nivel de tipo ultrasónico, LT-02, para protección
de las membranas de la UF así como de las bombas de alimentación RO, PTDA-BAOI01BP-1T---- PTDA-BAOI-01BP-3T
SISTEMA DE BOMBEO RO – POR TREN- PRIMER PASO
Este sistema está compuesto por un conjunto de seis bombas centrífugas horizontales,
dos elevadoras de presión (TDA-BAOI-02BP-1T - PTDA-BAOI-01HP-1T ) y seis de alta
presión (PTDA-BAOI-001AP).
Las primeras bombas de alimentación RO sirven como “boosters” a la bombas de alta
presión, elevando el nivel de presión para optimizar el consumo de energía. Estas bombas,
son centrífugas de una etapa con una capacidad de 44 m3/h y de 25 m3/H succionan agua
desde el estanque de almacenamiento de agua ultrafiltrada. Llevan la presión del agua
desde atmosférica hasta un valor de 4 bar, aproximadamente, a manera de optimizar el
funcionamiento de las bombas de alta presión. La bomba PTDA-BAOI-001AP está
dedicada al primer tren de RO, y así sucesivamente a los trenes.
Para su protección, así como para realizar monitoreo continuo de la variable “presión”, las
bombas cuentan con indicadores e interruptores de presión en la línea de descarga,
Las seis bombas de alta presión RO, PTDA-BAOI-001AP son centrífugas multietapas, con
capacidad de 44 m3/h y succionan el agua directamente desde las bombas de
alimentación RO (TDA-BAOI-02BP-1T) pasando previamente por los filtros tipo cartucho,
FC5 cuya función es la de remover cualquier sólido en suspensión que pudo haber llegado
a esta etapa y que pueda llegar a causar taponamiento de las membranas de RO.
Cada bomba cuenta con un variador de frecuencia (VDF) para controlar la velocidad del
motor de la bomba que, en cambio, controla la presión y el caudal de alimentación del
agua a las membranas de RO. El VDF debe ser ajustado a modo “automático” para
permitir que pueda ser controlado por el PLC.
Este sistema de bombeo cuenta, además, con un “Turbo Recuperador de Energía” que
permite alcanzar la presión de operación, con un menor consumo de corriente eléctrica,
ahorrando hasta un 20%.
La línea de alimentación de los filtros tipo cartucho cuenta con analizadores en línea de
pH.
Adicionalmente, esta línea de alimentación a los filtros cuenta con un indicador de presión
y transmisor de presión para supervisión continua.
La línea de descarga del filtro (succión de la bomba de alta presión) cuenta con un
analizador en línea de potencial óxido reducción (ORP por sus siglas en inglés), cuya
función es determinar la concentración de cloro en el agua de alimentación a las
membranas.
También cuenta con un indicador y transmisor de presión para supervisión continua. El
indicador de presión tiene asociado un interruptor de presión para protección de la
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23
bomba de alta; este interruptor detiene el motor de la bomba por baja presión en la
succión.
Osmosis Inversa de Agua de Mar (SWRO)
El sistema de ósmosis reversa de agua de mar es un proceso mediante el cual se hace
pasar agua a elevada presión a través de membranas semipermeables con el fin de
obtener fresca.
El sistema de osmosis reversa está diseñado en doble paso. El primer paso consta de seis
trenes; cinco en funcionamiento y uno en espera o en operación de lavado químico. Cada
tren posee 5 tubos de presión con siete membranas de alto rechazo de sales de 8”, con un
total de 35 membranas por tren. Este sistema tiene una recuperación diseñada de 45% y
es capaz de producir 2280 m3/día de agua permeada en el Primer Paso de agua
desmineralizada; de los cuales 18m3 son para remineralizar y usar en campamento y
1 m3/h para uso interno. El segundo paso posee cuatro trenes, tres en funcionamiento y
uno espera o operación de lavado químico, cada tren consta de tres tubos de presión con
seis membranas cada uno con un total de 18 membranas por tren, capaz de producir 1565
m3/día para uso en producción total.
Cada módulo RO cuenta con indicadores y transmisores de presión para monitoreo
continuo de esta variable a lo largo de todo el proceso. Cuentan también con un
interruptor de presión en la línea de alimentación a las membranas para cada unidad de
los seis trenes que detiene el equipo en caso de un aumento brusco en la presión de
entrada.
En la línea de salida de permeado hacia el estanque de almacenamiento de agua
permeada el equipo cuenta con analizadores en línea de conductividad para asegurar que
el agua permeada se encuentre en especificación.
Así mismo, cada unidad cuenta con un medidor de flujo en la línea de permeado hacia el
estanque de almacenamiento de agua permeada y en la línea de agua de rechazo hacia
piscina de concentrado con el fin de verificar el correcto funcionamiento de las
membranas de acuerdo con el flujo de diseño.
Modos de Operación
Interruptores de selección permiten que cada módulo RO pueda estar en “operación
normal” y “fuera de servicio”. EL módulo de RO debe colocarse en modo “fuera de
servicio” para cualquier mantenimiento que se vaya a realizar.
Los interruptores de selección también están disponibles para “habilitar” o “inhabilitar” el
proceso de “enjuague en espera (o Fresh flush)” para cada RO. Cuando es habilitado este
proceso, automáticamente se comienza una secuencia de inicio de la RO, si esta se
encuentra en servicio pero no ha producido agua para enviar hacia el estanque de
almacenamiento de agua desalinizada en un tiempo que excede el punto de ajuste para el
“tiempo de espera” de la unidad. El arranque del enjuague en espera procede de la misma
manera que el arranque normal del equipo, con la excepción operación comienza
directamente desde el “enjuague de calidad” hasta el “enjuague post servicio” sin entrar
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el equipo en operación. El propósito de esto es evitar crecimiento biológico en las
membranas del equipo.
Dado que los dos trenes de RO son idénticos, solo se describe la operación de uno de
ellos.
INICIO
A) Enjuague Pre-Servicio
Cuando la RO recibe la señal de entrar en servicio (esto basado en el nivel de agua en el
estanque de almacenamiento de agua desalinizada), la misma avanza al paso de
“enjuague preservicio” y se enciende la bomba de alimentación RO, PTDA-BAOI-01BP-1T
El agua fluye desde el estanque de almacenamiento de agua ultrafiltrada, TK-02, a través
de las membranas RO y luego se dirige hacia la fosa de drenaje y la piscina de concentrado
a baja presión. Durante esta etapa se opera el sistema de inyección de antiincrustante, el
sistema de inyección de metabisulfito de sodio, y el sistema de inyección de hidróxido de
sodio (post pH).
El propósito de este proceso, que dura de 30 a 60 segundos, es establecer el flujo y purgar
el aire de las membranas de RO.
B) Enjuague de calidad
Finalizado el proceso de enjuague preservicio, la unidad avanza con el proceso de
enjuague de calidad. Permanecen abiertas la válvula de alimentación de la RO, y la válvula
de drenaje MBF-003, y comienza a escalar la bomba de alta presión, PTDA-BAOI-01BP-1T
hasta alcanzar la velocidad establecida. Durante este periodo se monitorea la calidad del
permeado mediante el medidor de conductividad instalado en la línea de permeado, Si la
medición de TDS en el agua de permeado se encuentra por debajo del punto de ajuste
durante el tiempo establecido en la HMI, la RO entra en servicio.
C) Servicio (Operación Normal)
Finalizado el enjuague de calidad, la RO entra en servicio para operación normal. La
válvula de alimentación de la RO permanece abierta, mientras que la válvula de drenaje
del equipo, permanece cerrada. Permanece abierta, también, la válvula de salida de agua
permeada MBF-001. La bomba de alta presión, PTDA-BAOI-01BP-1T sigue en
funcionamiento. El agua permeada se dirige hacia el estanque de agua desalinizada,
TK-004, y el rechazo se dirige hacia la piscina de concentrado. Durante este periodo se
monitorea la calidad del permeado mediante el medidor de conductividad instalado en la
línea de permeado. Si la medición de TDS en el agua de permeado aumenta hasta un valor
por encima del punto de ajuste durante el tiempo establecido en la HMI, la RO vuelve a
entrar al proceso de enjuague de calidad.
D) Enjuague Post Servicio ( FF)
Cuando la RO sale de operación por cualquier razón, la unidad avanza hacia el proceso de
enjuague post servicio. Para esto, se cierran la válvula de alimentación a la RO, y la válvula
de salida de permeado, y se abren la válvula de drenaje MBF-003; también se para la
bomba de alta presión, PTDA-BAOI-01BP-1T.
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Luego se abre la válvula de alimentación de Fresh flush, y arranca la bomba del sistema de
Fresh flush, PTDA-BAOI-001FF. Durante este proceso el permeado se dirige hacia la fosa
de drenaje y el rechazo hacia la piscina de concentrado.
E) Salida de Producto y Llenado de Estanque “Fresh Flush”
Mientras que la conductividad del permeado permanezca por encima del valor máximo
establecido, la válvula de salida de permeado MBF-001 debe permanecer cerrada y la
válvula motorizada de drenaje del equipo MBF-003, debe permanecer abierta. Una vez
que la conductividad del permeado disminuya hasta alcanzar un valor por debajo del
punto de ajuste alto, se abre la válvula motorizada de salida de permeado y se cierra la
válvula de drenaje. Sin embargo, durante el llenado del estanque de almacenamiento de
agua para desplazamiento de salmuera (Fresh flush) TK-04, la válvula de salida de agua
permeada permanece cerrada.
Así mismo, si la conductividad del permeado se encuentra por encima del punto de ajuste
alto no se puede efectuar el llenado del estanque de Fresh flush; la válvula de llenado del
estanque VFF-01 permanece cerrada. Esta válvula se abre cuando el valor de nivel del
estanque de “Fresh Flush” se encuentre por debajo del punto de ajuste y el valor de la
conductividad del permeado disminuye por debajo del punto de juste alto. Una vez lleno
el estanque se activa el interruptor de alto nivel de este (LSH-03), se abre la válvula de
salida de permeado, MBF-001 y se cierra la válvula de llenado del estanque, VFF-01.
F) Desplazamiento de Salmuera (Fresh Flush)
El proceso de lavado de las membranas ocurre cuando el equipo de osmosis reversa se
detiene. El sistema de control determina el tiempo entre que se detiene el equipo de RO y
el tiempo en que se inicia la operación del sistema de “Fresh flush”. Una vez iniciado el
proceso, parte la bomba de alimentación “Fresh flush”, PTDA-BAOI-001FF.
Esta bomba, centrífuga de una etapa, de 58 m3/h de capacidad succiona el agua para
lavado desde el estanque sistema Fresh flush, TK-4, el cual tiene una capacidad de 10 m3.
El estanque, así como la bomba cuentan con instrumentos para protección del sistema. El
estanque cuenta con un interruptor de alto nivel para detener el llenado desde el equipo
RO y un interruptor de bajo nivel para detener la bomba de Fresh flush y, por lo tanto el
proceso de desplazamiento de salmuera. La bomba de Fresh flush cuenta con un indicador
de presión, y un interruptor, de presión en la línea de descarga para monitoreo continuo.
El proceso Fresh flush continua hasta que se acaba el tiempo establecido en el reloj
automático para el mismo o hasta que el nivel del estanque Fresh flush disminuye hasta el
nivel bajo de ajuste. Es importante destacar que este proceso no se inicia
automáticamente si el reloj automático está ajustado en “cero”, por lo que debe darse un
valor distinto a “cero” para el arranque automático del sistema una vez que se detiene la
operación del equipo de RO. Así mismo, si el nivel del estanque de Fresh flush está por
debajo del punto de ajuste bajo, no se inicia el proceso.
También es importante destacar que el reloj automático para este proceso debe ajustarse
a un valor en el que se utilice solo la mitad del agua almacenada en el estanque; esto a
manera que se pueda realizar el proceso de Fresh flush a las 05 unidades de RO (una
seguida de la otra) (que están en servicio) en caso de que ambas se detengan.
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SISTEMA DE BOMBEO RO – POR TREN- SEGUNDO PASO
Este sistema está compuesto por un conjunto de cuatro bombas centrífugas horizontales,
de alimentación (PTDA-BA-001-2P) y cuatro de alta presión (PTDA-BAOI-001AP-2P), en
cada tren. Las primeras bombas de alimentación RO sirven como “boosters” a la bombas
de alta presión, elevando el nivel de presión para optimizar el consumo de energía. Estas
bombas, son centrífugas de una etapa con una capacidad de 25,4 m3/h succionan agua
desde el estanque de almacenamiento de agua permeada. Llevan la presión del agua
desde atmosférica hasta un valor de 4 bar, aproximadamente, a manera de optimizar el
funcionamiento de las bombas de alta presión. La bomba PTDA-BAOI-001AP-2P está
dedicada al primer tren de RO, y así sucesivamente a los trenes.
Para su protección, así como para realizar monitoreo continuo de la variable “presión”, las
bombas cuentan con indicadores e interruptores de presión en la línea de descarga,
Las cuatro bombas de alta presión RO, PTDA-BAOI-001AP son centrífugas multietapas,
con capacidad de 24,5 m3/h y succionan el agua directamente desde las bombas de
alimentación RO (TDA-BA-001-2P) pasando previamente por los filtros tipo cartucho, FC5
cuya función es la de remover cualquier sólido en suspensión que pudo haber llegado a
esta etapa y que pueda llegar a causar taponamiento de las membranas de RO.
Cada bomba cuenta con un variador de frecuencia (VDF) para controlar la velocidad del
motor de la bomba que, en cambio, controla la presión y el caudal de alimentación del
agua a las membranas de RO. El VDF debe ser ajustado a modo “automático” para
permitir que pueda ser controlado por el PLC.
DETENCIÓN DEL EQUIPO RO
A) Parada automática
El sistema de ósmosis reversa se detiene temporalmente de manera automática al
presentarse cualquiera de las siguientes situaciones:
• El nivel del estanque de almacenamiento de agua ultrafiltrada, TK-03, cae por
debajo del punto de ajuste de bajo nivel.
• El nivel del estanque de almacenamiento de permeado sube por encima del punto
de ajuste de alto nivel.
B) Parada del sistema
El sistema de ósmosis reversa se detiene completamente al presentarse cualquiera de las
siguientes situaciones:
• El sistema es detenido de forma manual a través de la HMI.
• Se dispara cualquiera de las alarmas asociadas a los equipos.
C) SKID de Limpieza (CIP)
Este skid se utiliza para limpiar las membranas de RO en intervalos periódicos de tiempo o
cuando ocurra ensuciamiento o taponamiento de las membranas. El estanque de limpieza,
TK-04, es llenado desde con agua producto de la RO y en él se realiza una mezcla con
químicos indicados por el fabricante de las membranas para lograr la limpieza deseada
para la situación en que se encuentre, ya sea mantenimiento de rutina o para responder a
un evento específico de taponamiento de las membranas.
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La mezcla de agua con los químicos es facilitada debido a que el estanque de limpieza
cuenta con un calentador, HE-881A1-1, que hace más fácil el proceso de mezclado al
aumentar la temperatura del solvente.
La solución es enviada hacia las membranas (ya sea de UF o de RO) a través de la bomba
de limpieza, centrífuga de una etapa con una capacidad de 58 m3/h. En la línea de
descarga de esta bomba se tiene un filtro tipo cartucho de cinco micras para proteger las
membranas de cualquier impureza sólida que pueda estar contenida en la solución.
Adicionalmente la línea de descarga de la bomba cuenta con indicadores de presión, así
como un analizador en línea de pH.
La bomba de limpieza solo puede ser operada en forma manual, sin embargo, el VDF
asociado a la bomba puede ser operado de forma remoto.
Una vez finalizado el proceso de limpieza de cada uno de los equipos mayores descrito, el
agua de limpieza se envía nuevamente al estanque de limpieza.
Estanque de Almacenamiento de Agua Permeada
El estanque de almacenamiento de agua producto de la RO es de tipo cilíndrico vertical.
Este estanque es existente, por lo que solo se describe brevemente que cuenta con las
protecciones adecuadas para el monitoreo del proceso.
Sistema de Inyección de Químicos
La planta cuenta con varios sistemas de inyección de químicos que cumplen diversas
funciones a lo largo del proceso.
Cada sistema puede ser habilitado o deshabilitado desde la pantalla correspondiente en la
HMI, así como también pueden verse los estatus de cada sistema desde la misma pantalla.
Operación
Cada vez que sean habilitados, y bajo ciertas condiciones, se encenderá cada sistema de
inyección.
El sistema de inyección de antiincrustante, BD-004, se iniciará automáticamente cuando el
equipo de RO se encuentre en operación.
El sistema de inyección de coagulante/floculante, BD-002, se iniciará automáticamente
cuando la batería de FMM se encuentre en operación.
El sistema de inyección de metabisulfito de sodio, BD-005, se iniciará automáticamente
cuando el equipo de RO se encuentre en operación.
El sistema de inyección de hipoclorito de sodio, BD-006, de iniciará automáticamente
cuando el proceso de retrolavado de UF se encuentre en operación “manual”.
El sistema de inyección de ácido clorhídrico, BD-007, se iniciará automáticamente cuando
el proceso de retrolavado de F se encuentre en operación “manual”.
El sistema de inyección de hidróxido de sodio (ajuste post pH), BD-008, se iniciará
automáticamente cuando el equipo de RO se encuentre en operación.
El sistema de inyección de cloro (precloración), BD-002, se iniciará automáticamente
cuando los FMM se encuentren en operación.
El sistema de inyección de cloro (postcloración), BD-009, se iniciará automáticamente
cuando el equipo de RO se encuentre en operación.
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Alarmas
Todas las alarmas del sistema están conectadas en la interfase del operador. El operador
debe reconocer las alarmas y ejecutar las acciones necesarias para corregir cualquier
situación de alarma, a manera de asegurar la seguridad de las personas y de la planta. Una
vez que se apliquen las acciones correctivas y se retorne a la condición de operación
normal, la alarma se eliminará. Todas las válvulas motorizadas se monitorean a través de
interruptores para confirmar el estatus de “abierta” o “cerrada”. Si esta confirmación no
se recibe, ocurrirá una alarma.
ANEXO 1
P&ID
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