AVANCE EN LAS TECNICAS DE AHORRO DE ENERGIA PARA DESALINIZACION CON FINES DE

ABASTECIMIENTO DE AGUA

Armando Gabriel Canales Elorduy(1) y Dr. Elisabet V. Wehncke(2)

(1) Consultor Independiente.

(2)Centro de Investigación en Biodiversidad y Conservación

(CIBYC).Universidad Autónoma del Estado de Morelos.Logo de

Dependencia, Institución, Empresa

Puebla de Zaragoza, octubre de 2017 Energía 01

AVANCE EN LAS TECNICAS DE AHORRO DE ENERGIA PARA DESALINIZACION CON FINES DE ABASTECIMIENTO DE AGUA

• Como una contribución al cuidado de “nuestra casa común”, en consonancia con los objetivos de desarrollo sostenible,que se presentaron en la Asamblea de Naciones Unidas, ONU (2015) relativos al agua (6. Clean water and sanitation) y la energía (7. Afordable and clean energy), para reducir la producción de gases invernadero y con la idea de ver reflejado en menor requerimiento de energía en el proceso de desalinización a nivel internacional.

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• Figura 1. Tomada de *

Logo de

Dependencia

, Institución,

Empresa

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En cuanto a la aplicación de energía solar mediante celdas fotovoltaicas para desalinización, se tienen varias referencias internacionales que demuestran la factibilidad de su uso. Fthenakis et al. (2015), presenta experiencias que se tienen en Saudi Arabia.

Figura 2. Tomada de *

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• Objetivo

Con el fin de aplicar los avances tecnológicos que redunden en un menor requerimiento de energía para el proceso de desalinización de las plantas que se proyectan, construyen y operan en México, se presentan las experiencias que están teniendo lugar en distintas partes del mundo.

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Figura 3. Desalación por ósmosis

inversa mediante energía solar

fotovoltáica. DESSOL®

AÑO 2000 2008 2020

Volumen Volúmenes anuales en miles de millones de m³

Desalinizado 9.8 18.1 54

Sommariva (2017) sintetiza y

proyecta los volúmenes de

desalinización

Los procesos de ósmosis inversa (OI)

están dominando el mercado para agua

salobre y en el período 2005 a 2008

mostraron una tendencia de crecimiento de 2.0 a 3.5 millones de m3/ día. Shahzad et

al. (2017)

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• Los procesos para desalinizar el agua globalmente aportaron en 2016, 76 x 106 de toneladas de CO2, (0.2% de la emisión total de 36,100 toneladas/año), estimando para 2040, 218 x 106 toneladas. Para tener una idea de lo que esto significa, el autor menciona que se han utilizado 2/3 de la reducción requerida para mantener el incremento de temperatura global por debajo de los 2⁰C, objetivo de la COP 21 y que el tercio restante se agotaría en 2050 . Shahzad et al. (2017)

Paris 2015 / COP21. Tomado de *

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March 22, 2012: Una niña captura

agua turbia de una excavación

cercana a un pozo que se ha

secado en Jamam, South

SudanHannah McNeish/AFP. Sim

(2015)

Sachs (2014) complementa que las

emisiones de CO2 mencionadas dan lugar

a un aumento anual de concentración de

este gas en la atmósfera de 2 ppm. En los

últimos 150 años se tuvo un incremento de

280 a 400 ppm, de modo que si en 25 años

sube a 450 ppm, se tiene un planeta con

2⁰C más que antes de la Revolución

Industrial, con las consecuencias de

eventos extremos como los

meteorológicos, sequías o inundaciones,

ya evidentes.

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• La desalinización con membranas consume de 3 a 5 kWh/m3 y para lograr el objetivo de suministro futuro sostenible de agua requiere membranas de flujo elevado, selectivas, resistentes a la colmatación, estables y con mínimo costo y defectos de manufactura.

• La variedad de materiales eficientes que han sido propuestos para mejorar el funcionamiento de las membranas, el autor la complementa con las bio-inspiradas, aún cuando alejadas de la realidad comercial (requieren de 5 a 10 años de intensa investigación, para producirlas comercialmente, señala Shahzad en la conclusión). Sin embargo las membranas nano-compuestas están disponibles comercialmente.

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• Se espera que la desalinización se reforzará en el futuro por el desarrollo de alta eficiencia del aquaporin y el grafeno en las membranas. En las últimas décadas los procesos OI mejoraron mucho por los dispositivos de recuperación de presión y pretratamiento con nanofiltración integrada.

• Aquaporin (Premio Nóbel 1993) controlan el flujo através de las membranas biológicas con canales-proteína, con la limitación actual de producir grandes áreas.

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Figura 6. Sistema de Ósmosis

Inversa.

Custom Designed RO Systems

Tomada de *

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• Ante el problema de salinidad variable por captación de agua salobre en barreras de bombeo con pozos playeros para protección contra la intrusión salina, Cartwright Peter. (2016) en comunicaciones personales posterior a conferencia, hizo mención a los cambios de presión y número de membranas en la ósmosis inversa, así como la disminución de la eficiencia de las bombas de alimentación, para absorber los cambios de salinidad, cuestiones que tienen que ver con el costo que finalmente repercute en el usuario.

Figura 7. Proyecto Planta

Desalinizadora El Cochorit.

Tomado de *

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• Raval & Maiti, (2016) resumen en su artículo que dos técnicas a la mano: control de la temperatura del panel PV y de la transferencia de calor y el ajuste de la morfología de la membrana, ayudaron a mejorar significativamente la permeabilidad en el flujo OI y en el funcionamiento eléctrico del panel PV. Como un resultado el total de la energía consumida de OI se ha reducido en un 40%. Este novedoso planteamiento abre los cauces para reducir significativamente el consumo de energía de los sistemas OI para aguas salobres.

• Fenga, Ch. et al. (2016), con base en el principio óptico de refracción, calcularon las dimensiones de cada elemento de la lente Fresnel, Widyolara et al. (2017) diseñaron, simularon y probaron un novedoso colector solar híbrido fotovoltáico-térmico (PV/T); y Srivastava (2017), en su artículo presenta los análisis térmicos y eléctricos lineales-parabólicos a través de un sistema colector concentrador fotovoltáico (CPV).

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Investigación IBM

Desalinización mediante Alta

Concentración FotoVoltáica

Térmica (HCPVT). Williams A.

Al presente los procesos de OI para agua de mar

requieren de 3 a 8 kWh/m3 y para agua salobre 1.5

a 2.5 kWh/m3 para plantas de gran a mediano

tamaño (presión bombeo 55 a 82 bar); para

pequeñas hasta 15 kWh/m3.

Todos los métodos de desalinización disponibles

al presente operan bastante alejados (10 a 15%,

anota en la conclusión) del ideal o límite

termodinámico de 0.78 kWh/m3

El sistema híbrido de alta eficiencia y

concentración fotovoltaica térmica (HCPVT) que se

describe en Zimmermann et al. (2015), citado en

Canales, et_al. (2016).

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• Poseidón (2010) en capacidad de desalinización de agua de mar en el mundo, expresa que a fines del siglo pasado, en 20 años, el uso de energía pasó de 30.16 a 3.7 kWh/m3 debido a mejoras en los materiales de las membranas de osmosis inversa (OI) y los equipos de recuperación de energía aunado al aumento de eficiencia de las bombas de alimentación y la reducción de las pérdidas de presión en los elementos de las membranas.

• En objetivos sobre energía, la Asociación Internacional de Desalinización fijó la meta a corto plazo de reducir los requerimientos de energía en 20% para ósmosis inversa en agua de mar (SWRO, por sus siglas en Inglés) lo cual equivale a un requerimiento inferior a 3 kWh/m3

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Plazo Número de años Meta por debajo del

requerimiento en

kWh/m3

Actual Presente 3 a 8* (4**)

Corto Menos de tres 3

Mediano Tres a cinco 2

Largo Más de cinco 1.5

* M.W. Shahzad et al. 2017 añade 1.5 a 2.5 para agua salobre, para plantas grandes o

medianas.

**Comunicación personal para la planta desalinizadora El Cochorit, Son. México

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• Amya, G. et_al. (2017). El panorama futuro de las membranas para desalinización y energía con gradientes salinos se proyecta para incluir membranas OI de hiper-elevada permeabilidad, energía renovable para desalinización y procesos emergentes incluidos circuitos cerrados OI, membranas de destilación, ósmosis a futuro, presión en ósmosis retardada y electrodiálisis inversa de acuerdo con varios nichos de aplicación y/o combinados(híbridos) operando separadamente o en conjunto con OI.

• Acoplar las tecnologías de desalinización con las fuentes de energía renovable, conlleva tres grandes beneficios futuros para el mundo: sostenibilidad ambiental y suministro de agua dulce y de energía.

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• Conclusión

• Tenemos por lo tanto la oportunidad de que en México se tomen en cuenta los diferentes aspectos de las mejoras en las tecnologías convencionales y en las emergentes, en los avances en las ciencias de los materiales, los procesos de ingeniería, uso de sistemas integrados y con ello la reducción de los requerimientos de energía en el proceso de desalinización.

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• GRACIAS POR SU ATENCIÓN

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Agradecimientos:

Al Dr. Peter Carlwright, al Ing. Hildebrando Ramos Luna y a Ing. Cecilia Canales Noriega.

Referencias de figuras * y citas:

https://www.dropbox.com/s/r17pfer3ejhob97/Energ%C3%ADa-01%20Agradecimientos_%20Referencias.docx?dl=0

Autor: Ing. Armando Gabriel Canales Elorduy(1) y

Coautora: Dr. Elisabet V. Wehncke(2)

(1) Consultor Independiente.

(2)Centro de Investigación en Biodiversidad y Conservación (CIBYC).Universidad Autónoma del Estado de Morelos.

agcanales@live.com.mx