En esta ocasión, nuestro cliente una multinacional tecnológica líder en la ejecución de proyectos llave
en mano para la producción de hidrógeno renovable mediante electrolizadores, precisaba incorporar un
sistema de producción de agua ultrapura previo al proceso de electrólisis para la producción de
hidrógeno.
Tras analizar las condiciones del proyecto y las necesidades específicas de nuestro cliente, el equipo
técnico de J. Huesa se decantó por el diseño y fabricación a medida de una planta de tratamiento de agua desmineralizada en el interior de un contenedor de 20 pies.
Solución adoptada
A continuación, se detallan los principales datos del sistema implantado, consistente en un sistema
de ósmosis inversa más EDI precedido de su correspondiente pretratamiento.
| Caudal de aporte de agua bruta | 0,89 m3 /h |
| Caudal de aporte a RO | 0,95 m3 /h |
| Conversión produción RO | 70% |
| Conversión de produción de RO | 0,67 m3 /h |
| Caudal de aporte a EDI | 0,67 m3 /h |
| Conversión EDI | 90% |
| Caudal de producción | 0,6 m3 /día |
| Horas de trabajo | 24 h/día |
| Uso del agua tratada | Agua demi para electrolizador |
Tabla 1. Datos de diseño de la instalación
En cumplimiento con las características del agua ultrapura, ésta debe cumplir, además con:
| Conductividad | ≤0,1 µS/cm |
| TOC | ≤ 30 ppb |
A continuación, se detallan los principales componentes del sistema.
Pretratamiento
El agua procedente de la red se introduce en un filtro de mallas compuesto por una tela con diámetro
de poro de 25 micras, en el que quedan retenidos todos los sólidos en suspensión con un diámetro
mayor.
A continuación, el agua pasa por un filtro de carbón activo con un caudal nominal de 0,89 m³/h en el
que quedan retenidos todos los contaminantes orgánicos. Este filtro está equipado con una válvula
automática cronométrica que realiza las limpiezas automáticas del filtro.
El agua filtrada, se introduce en un descalcificador encargado de llevar a cabo la eliminación parcial de
sales disueltas, principalmente calcio y magnesio, gracias a la acción de una resina catiónica contenida
en las botellas con el objetivo de evitar que estas sales precipiten en el sistema de ósmosis provocando
incrustaciones en las membranas que darían lugar a la obtención de un agua permeada de mala calidad.
El equipo instalado tiene una configuración “dúplex”, esto permite regenerar una de las botellas
mientras que la otra entra de manera automática a producción, lo que permite un incremento en la
disponibilidad del sistema.
Imagen 1. Sistema descalcificador dúplex
A continuación, el agua se acumula en un depósito con un metro cúbico de capacidad desde el que es
bombeado a la Ósmosis Inversa.
Previo a la entrada en la ósmosis inversa, se ha contemplado un sistema de eliminación de dióxido de
carbono, mediante un sistema de dosificación de NaOH. Es necesario eliminar el CO2 presente en la
corriente previamente a que la corriente de permeado se introduzca en el sistema de EDI, para ello la
dosificación de sosa hará que el dióxido de carbono presente en el agua pase a bicarbonato que será
retenido por las membranas de ósmosis.
Ósmosis Inversa
La ósmosis inversa es un proceso por el que se desmineraliza el agua empujándola a presión a través
de una membrana semipermeable de ósmosis inversa. Para ello se emplea un sistema de bombeo de
alta presión con el objetivo de vencer la presión osmótica forzando así a que el agua libre de sales pase
a través de la membrana y, quede un retenido o concentrado de sales en el flujo de rechazo con una
alta concentración de estas. Las membranas de ósmosis se caracterizan por obtener altos porcentajes
de rechazo de sales de en torno al 95 – 99%.
Esta presión natural más la presión neta necesaria para la obtención del caudal de producción (que se
denomina presión de operación) se obtiene mediante el empleo de una bomba centrífuga vertical de
alta presión en acero inoxidable AISI 316 con un caudal nominal de 1,5 m3
/h.
La instalación está provista de membranas de poliamida de configuración en espiral y construidas
especialmente para agua de alta concentración de sales de hasta 8000 ppm. Estas membranas tienen
una alta resistencia química, pueden trabajar en un rango de pH de 2-13, lo que les confiere una gran
facilidad de lavado y recuperación, admitiendo variedad de productos químicos de lavado.
Están montadas en carcasas de presión, fabricadas en PRFV bobinado.
Imagen 2. Sistema de Ósmosis Inversa
El permeado de la ósmosis se acumula en un tanque de acumulación de 1000 litros de capacidad desde
donde es bombeado hacia la EDI a través de una bomba con un caudal nominal de 0,8 m3/h y que garantiza que el agua llegue con la presión necesaria a la pila.
Sistema EDI
El último paso en la línea de tratamiento será someter el caudal de agua permeada de la ósmosis a un
proceso de electrodesionización, con el objetivo de conseguir un agua ultrapura que cumpla con los
requisitos necesarios que requiere el equipo electrolizador de producción de hidrógeno.
Los sistemas de EDI, combinan el intercambio iónico con la electrodiálisis, consiguiendo permeado de
muy alta calidad. Es posible gracias a la introducción de una resina intercambiadora en el interior de
los compartimentos entre las membranas de las células de electrodiálisis que al aplicar corriente
generan flujos que arrastra a los cationes hacia el cátodo y los aniones hacia el ánodo, consiguiéndose
flujos de aguas concentradas y, un flujo de agua desionizada.
Para minimizar el consumo de agua de red, el rechazo de la EDI es reconducida al tanque de acumulación de agua osmotizada.
Imagen 3. Vista Pila de EDI
Sistema de limpieza CIP/flushing
Para garantizar el mantenimiento de las membranas de ósmosis inversa y de la pila de EDI, la planta
está equipada con un depósito de 250 litros provisto de una bomba que impulsa el agua para realizar
la limpieza flushing de ambas membranas.
Instrumentación y Control
La planta de tratamiento de agua está equipada con elementos de instrumentación y control (válvulas
automáticas, presostatos, transmisores de presión, caudalímetros, medidores de conductividad y pH…)
los cuales se comunican con el autómata lógico programable, incluido en el cuadro de control y mando,
a través de tecnología IO- Link.
Así mismo, el cuadro incluye una pantalla táctil para el manejo y configuración de la planta. El equipo
de Instrumentación y Control de J. Huesa ha diseñado el cuadro de control para que pueda ser
integrado en el sistema SCADA del cliente. Además, incluye sistema de control remoto.
