J. Huesa, empresa asociada a FEDEME, ha realizado un nuevo caso de éxito para un nuevo cliente, una multinacional tecnológica líder en la ejecución de proyectos llave en mano para la producción de hidrógeno renovable mediante electrolizadores, que 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 del 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.
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.
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.
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.
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.
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
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.
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.
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