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MANUAL DE UTILIZACIÓN DEL SOFTWARE “ROSA” PARA SIMULACIÓN DE UNIDADES DE ÓSMOSIS INVERSA Autor: Álvaro Muelas Expósito Directora: Eva Francés Pérez Especialidad: Química Industrial Convocatoria: Diciembre 2011 1 Resumen del proyecto El presente proyecto tiene por objeto la elaboración de un manual de uso del software “ROSA” (Reverse Osmosis System Analysis), creado por la compañía Dow Chemical para la simulación de unidades de ósmosis inversa. El proyecto presenta una introducción a la ósmosis inversa, en la que se describe su fundamento, los elementos y características principales de una instalación de este tipo y se describen algunas de las aplicaciones más importantes de esta tecnología. También se incluye una breve introducción a la empresa Dow Chemical, creadora del software y una de las mayores compañías químicas del mundo, así como dos anexos en los que se muestra el catálogo y características de los elementos que ofrece esta compañía (concretamente su empresa subsidiaria FilmTec) para su utilización en plantas de ósmosis inversa. Tras estas introducciones se muestra el manual de utilización del programa “ROSA”, detallando su descarga e instalación. Dicho manual describe cada una de las partes de que consta el software, dividiendo su interfaz gráfica para así facilitar su explicación pormenorizada. Puesto que “ROSA” utiliza gran cantidad de parámetros y variables, se ha incluido un apartado en el que se explican una a una. Por último, se ha incluido un caso práctico, en el que se muestra la aplicación y utilización del software “ROSA” para la resolución de un problema concreto de desalación de agua marina. 3 Agradecimientos: En estas líneas me gustaría agradecer a todas aquellas personas que han hecho posible este proyecto. A mi tutora, Eva Francés, por toda su ayuda, guía y consejos ofrecidos durante la realización del mismo. A mi familia, por todo su apoyo, paciencia e insistencia mostrada a lo largo de la carrera. A mis amigos, por estar siempre ahí, en lo bueno y en lo malo. A mis compañeros y amigos de la EUITIZ, por todos los buenos momentos en la sala de ludo y por hacer que la carrera se me pasara tan rápida. Finalmente me gustaría agradecer a la empresa Dow Chemical el darme la oportunidad de realizar este proyecto acerca de su software, del que pude disponer gratuitamente desde el primer momento. 5 ÍNDICE 1. Objetivos del proyecto.................................................................................................. 9 2. Introducción a la ósmosis inversa............................................................................. 11 2.1 Fundamento de la ósmosis inversa................................................................................11 2.2 Tipos de membranas.......................................................................................................14 2.2.1 Según su forma:.......................................................................................................................14 2.2.2 Según su composición química:...............................................................................................17 2.2.3 Según su presión de trabajo: ....................................................................................................18 2.3 Ensuciamientos y técnicas de limpieza..........................................................................19 2.4 La unidad de ósmosis inversa........................................................................................20 2.4.1 Agrupación de módulos...........................................................................................................20 2.4.2 Agrupación de etapas...............................................................................................................21 2.4.3 Agrupación de sistemas ...........................................................................................................23 2.5 Aplicaciones de la ósmosis inversa................................................................................25 2.5.1 Desalación de agua marina: .....................................................................................................25 2.5.2 Reducción de la dureza del agua:.............................................................................................26 2.5.3 Concentración de zumos de frutas ...........................................................................................26 2.5.4 Fabricación de cerveza sin alcohol ..........................................................................................28 3. Dow Chemical............................................................................................................ 29 4. El programa ROSA.................................................................................................... 33 4.1 Descarga e instalación de ROSA ...................................................................................33 4.1.1 Descarga de ROSA..................................................................................................................33 4.1.2 Instalación de ROSA................................................................................................................41 4.2 Variables de interés en ROSA .......................................................................................45 4.2.1 Presión, Temperatura y Flujos .................................................................................................45 4.2.1.1 Presión de la alimentación................................................................................................45 4.2.1.2 Contrapresión...................................................................................................................46 4.2.1.3 Presión de impulso...........................................................................................................47 4.2.1.4 Temperatura.....................................................................................................................47 4.2.1.5 Flujos................................................................................................................................48 4.2.2 Parámetros de calidad del agua................................................................................................50 • SDI......................................................................................................................................50 • pH.......................................................................................................................................52 • TDS.....................................................................................................................................53 6 • LSI ......................................................................................................................................53 • Ionic Strength .....................................................................................................................55 • Stiff & Davis Index (S&DSI)...............................................................................................56 • HCO3 (mg/l):......................................................................................................................57 • CO2 (mg/l): ........................................................................................................................57 • CO3 (mg/l): ........................................................................................................................58 • CaSO4 (% Saturation): ......................................................................................................58 • BaSO4 (% Saturation):.......................................................................................................58 • SrSO4 (% Saturation):........................................................................................................58 • CaF2 (% Saturation):.........................................................................................................59 • SiO2 (% Saturation):..........................................................................................................59 • Mg(OH)2 (% Saturation):..................................................................................................59 4.2.3 Parámetros de la membrana.....................................................................................................60 4.2.3.1 Factor de Flujo.................................................................................................................60 4.2.3.1.1 Dependencia del Factor de Flujo con la temperatura................................................61 4.2.3.1.2 Elección del Factor de Flujo.....................................................................................63 4.2.3.2 Área Activa......................................................................................................................65 4.2.3.3 Porcentaje de Rechazo de Sales.......................................................................................65 4.2.3.4 Porcentaje de recuperación...............................................................................................67 4.2.4 Parámetros Económicos: el NPV.............................................................................................69 5. Interfaz y funcionamiento de ROSA......................................................................... 71 5.1 Botones de cabecera........................................................................................................74 5.1.1 File (Archivo) ..........................................................................................................................74 1) New Proyect (Nuevo Proyecto)...............................................................................................75 2) Open Proyect (abrir proyecto) .................................................................................................75 3) Close Proyect (cerrar proyecto)...............................................................................................77 4) Save Proyect (guardar proyecto)..............................................................................................77 5) Save As (guardar como…).......................................................................................................77 6) Exit (salir)................................................................................................................................77 5.1.2 Options (Opciones)..................................................................................................................78 1) Batch Processor (Procesador por Lotes)..................................................................................78 2) Database (Base de Datos)........................................................................................................84 3) Files and Folders (Archivos y Carpetas)..................................................................................86 4) User Data (Datos de usuario)...................................................................................................89 5.1.3 Help (Ayuda) ...........................................................................................................................93 1) About ROSA (Acerca de ROSA).............................................................................................93 2) FilmTec Website (Página Web de FilmTec)............................................................................94 3) Help (Ayuda)...........................................................................................................................96 4) Unit Conversion (Conversor de Unidades)............................................................................100 7 5) Show Welcome Screen at Startup (mostrar pantalla de bienvenida al inicio)........................100 5.2 Pestañas principales......................................................................................................101 5.2.1 Proyect Information (Información del Proyecto)...................................................................102 1) Información del Proyecto:......................................................................................................103 2) Casos del Proyecto:................................................................................................................103 3) Preferencias del Proyecto:......................................................................................................106 4) Tamaño del Sistema...............................................................................................................106 5.2.2 Feedwater Data (Datos del Agua de Alimentación)...............................................................107 1) Water Type (Tipo de Agua):..................................................................................................108 2) Feed Streams (Corrientes de Alimentación):.........................................................................110 3) Feed Number (Número de Corriente de Alimentación):........................................................111 4) Feed Percentage (Porcentaje de alimentación): .....................................................................111 5) Open Water Profile Library (Abrir Biblioteca de tipos de Aguas) ........................................111 6) Specify Individual Solutes (Especificar Solutos Individuales)..............................................113 7) Tabla de Composiciones:.......................................................................................................114 8) Feed Parameters (Parámetros de la Alimentación)................................................................117 9) Charge Balance (Balance de Cargas):....................................................................................119 5.2.3 Scaling Information (Ampliar Información)..........................................................................122 1) Scaling Calculation Options (Opciones de Cálculo)..............................................................124 2) Tabla de parámetros:..............................................................................................................125 3) Ion-exchange Leakage (Salida de intercambio iónico)..........................................................127 4) Recovery and Temperature (% de Recuperación y Temperatura) .........................................128 5) User-adjusted pH (Ajuste del pH)..........................................................................................129 5.2.4 System Configuration (Configuración del Sistema) ..............................................................132 1) System Configuration (Configuración del Sistema)..............................................................134 2) Selección de pasos.................................................................................................................136 3) “Configuration for Pass a” (Configuración para el Paso a) ...................................................136 4) Ajuste del pH en la entrada del segundo paso........................................................................149 5) “Configuration for Stage b in Pass a” (Configuración para la Etapa b en el Paso a).............151 5.2.5 Report (Informe)....................................................................................................................164 5.2.5.1 Informe de prueba discontinua (“Batch Output”)...........................................................165 5.2.5.2 Informe de un sistema funcionando en modo continuo..................................................170 5.2.5.2.1 Resumen del Diseño del Sistema............................................................................172 5.2.5.2.2 Detail Report (Informe Completo) .........................................................................182 5.2.6 Cost Analysis (Análisis de Costos)........................................................................................197 5.2.6.1 Unit Set (Set de Unidades).............................................................................................199 5.2.6.2 Opciones Adicionales.....................................................................................................200 5.2.6.3 Hoja de Cálculo de EVA................................................................................................201 1) Sección general del proyecto ............................................................................................204 2) Sección dedicada al Paso 1 ...............................................................................................206 Manual del software ROSA Introducción a la ósmosis inversa 14 2.2 Tipos de membranas Las membranas son el elemento más importante en una instalación de ósmosis inversa, puesto que de ellas dependen importantes factores como son la selectividad, la relación entre el caudal de permeado y la alimentación o el factor de concentración. Se pueden clasificar atendiendo a numerosos criterios: 2.2.1 Según su forma: Atendiendo a la forma en la que estén fabricadas, las membranas de ósmosis inversa pueden clasificarse en tres tipos: • Membranas planas: Son poco utilizadas industrialmente debido a que presentan una baja área de contacto en comparación con el resto de tipos. El principio de funcionamiento, como se puede seguir en la figura 2.5, se basa en un apilamiento que consta de dos membranas separadas por una rejilla destinada a transportar el fluido de alimentación. El permeado se recoge a ambos lados de las membranas, mientras que el caudal de retenido o rechazo sale paralelo a éstas. Para obtener el área deseada se superpone este apilamiento tantas veces como sea necesario. Los módulos de membranas planas suelen presentar una relación superficie/volumen de unos 100-400 m 2 /m 3 . Figura 2.5: Apilamiento de membranas planas Manual del software ROSA Introducción a la ósmosis inversa 15 • Membranas tubulares: Este tipo de membranas son más utilizadas debido a su mayor área por unidad de volumen, que suele ser de unos 400 m 2 /m 3 . Es usual que se agrupen dentro de un tubo, de forma que el permeado circula por el tubo mientras que la salida de los tubos interiores constituye el rechazo. En la figura 2.6 se muestra el esquema de circulación de flujos en una membrana tubular. Nótese que, a diferencia de las filtraciones habituales, la dirección del flujo a tratar es paralelo a la membrana, y no perpendicular a ella. Las membranas tubulares tienen un diámetro de 5 a 15 mm, por lo que es difícil que lleguen a obstruirse, y pueden aceptar gran cantidad de fluidos sin apenas tratamiento previo. Sin embargo, su mayor desventaja es su bajo empaquetamiento, que conlleva un mayor coste del módulo. Figura 2.6: Flujos en una membrana tubular Figura 2.7: Distintas membranas tubulares Manual del software ROSA Introducción a la ósmosis inversa 16 • Membranas de fibra hueca: Las membranas de fibra hueca tienen un diámetro inferior a 0,1 µm. Este diámetro tan pequeño hace que presenten un empaquetamiento muy alto (que puede llegar a los 30000 m 2 /m 3 ), pero también grandes posibilidades de obstrucción, por lo que sólo pueden ser usadas para el tratamiento de aguas con un bajo contenido en sólidos suspendidos y siempre tras un completo pretratamiento. En este tipo de membranas, la alimentación no circula por el interior del cilindro formado por la membrana, sino que lo hace exteriormente, y es el permeado el que atraviesa y circula por su interior, como puede verse en la figura 2.8. Exteriormente, las membranas de fibra hueca tienen el aspecto que se muestra en la figura 2.9: Figura 2.8: Flujos en una membrana de fibra hueca Figura 2.9: Membrana de fibra hueca Manual del software ROSA Introducción a la ósmosis inversa 17 2.2.2 Según su composición química: En función de qué material esté fabricada la capa activa 1 se pueden distinguir entre: • Membranas orgánicas: La capa activa está fabricada a partir de un polímero orgánico. Las más importantes son: -Acetato de celulosa -Triacetato de celulosa -Poliamidas aromáticas -Poliéter-urea -Poliacrilonitrilo En general, puede afirmarse que las principales ventajas de este tipo de membranas son su menor precio y su mejor procesabilidad. En cambio, tienen una vida de operación corta, y se ven muy afectadas por la temperatura, el pH y multitud de sustancias químicas. Debido a sus características, sus principales usos se encuentran en el tratamiento de fluidos que hayan sido convenientemente pretratados y a bajas temperaturas. • Membranas inorgánicas: Este tipo de membranas suelen estar formadas por cerámicas (alúmina), vidrios, fosfacenos o estructuras de carbono. Las más utilizadas son las cerámicas refractarias preparadas a partir de la alúmina, el zirconio ó el óxido de titanio. Son de relativa actualidad, y con el paso del tiempo se han ido imponiendo a las orgánicas, ya que presentan una mejor 1 La capa activa es la parte de la membrana que da la selectividad y características más importantes de ésta. Normalmente está soportada sobre un lecho poroso que aumenta su resistencia mecánica. Manual del software ROSA Introducción a la ósmosis inversa 18 resistencia mecánica, térmica y química, lo que les confiere una larga vida de operación. Además, son bioinertes, lo que supone una gran ventaja si el fluido está destinado al consumo humano. Sus principales desventajas son su fragilidad y coste, que generalmente suele ser superior al de las orgánicas. Debido a su estabilidad térmica y química, pueden utilizase para el tratamiento de fluidos a elevadas temperaturas, en un amplio rango de pH y con la presencia de agentes oxidantes como el cloro. Además, su inercia biológica las hace muy interesantes para el tratamiento de fluidos de la industria alimentaria. 2.2.3 Según su presión de trabajo: La presión de trabajo es una característica muy importante en una membrana, y puede indicar a qué fin está dedicada. Normalmente, cuanto mayor cantidad de sales tiene la alimentación, es necesario utilizar módulos con una mayor presión de trabajo. • Membranas de muy baja presión: Emplean presiones de entre 5 y 10 bares, y se utilizan para desalar aguas de baja salinidad y fabricar agua ultrapura. • Membranas de baja presión: Utilizan presiones de entre 10 y 20 bares, y se suelen usar para desalar aguas de salinidad media. • Membranas de media presión: su rango de trabajo está comprendido entre los 20 y los 40 bares, y se utilizan para numerosas aplicaciones. • Membranas de alta presión: su principal aplicación es la desalación de agua del mar para obtener agua potable. Emplean presiones de entre 50 y 80 bares. Manual del software ROSA Introducción a la ósmosis inversa 19 2.3 Ensuciamientos y técnicas de limpieza A pesar del pretratamiento al que se someta la corriente de alimentación, es habitual que con el tiempo descienda el rendimiento de una planta de ósmosis inversa. Esto, principalmente es debido a: • Precipitaciones de sales minerales y óxidos metálicos. Si se controla su concentración es posible evitarlos (haciendo que no se supere sus productos de solubilidad). • Depósitos de partículas y coloides. Los coloides particularmente crean grandes problemas de obstrucción de las membranas, por lo que se ha desarrollado un método para cuantificar el atascamiento que producen: el SDI, que se describe en el apartado 4.2.2 de este manual. • Desarrollos biológicos, que se dan cuando la alimentación contiene nutrientes que favorecen el desarrollo de microorganismos en el interior de los módulos. Para restaurar las características de funcionamiento de la planta es necesario realizar una limpieza periódica de las membranas. Esta limpieza puede realizarse de diversos métodos: • Limpieza mecánica: consiste en pasar una esponja o cepillo para desprender la suciedad depositada en la membrana. No es aconsejable, ya que puede rayar y destruir la capa activa. • Limpieza con permeado a presión o Flushing: consiste en hacer llegar a las membranas un permeado exento de sustancias disueltas, de tal forma que arrastre la suciedad. • Limpieza química: consiste en recircular a través de los módulos una serie de productos químicos disueltos en agua capaces de disolver las precipitaciones o eliminar los depósitos. Manual del software ROSA Introducción a la ósmosis inversa 20 2.4 La unidad de ósmosis inversa En este apartado se describirán distintas formas de agrupar los módulos de ósmosis inversa en una instalación. En este apartado se utiliza una nomenclatura que no coincide con la que se utiliza en el programa ROSA, que se explicará en el apartado 5.2.4.1 de este manual. 2.4.1 Agrupación de módulos Para mejorar los rendimientos de una planta de ósmosis inversa, es muy común agrupar los módulos, tanto en serie como en paralelo. • Módulos en serie: el permeado se recolecta en cada módulo y se conduce a un colector de permeado general. El rechazo del primer módulo se convierte en la alimentación del módulo siguiente, y así sucesivamente hasta llegar al rechazo general (véase figura 2.10). • Módulos en paralelo: en este caso, todos los módulos reciben la misma alimentación, que se reparte mediante un colector de aporte. El permeado de todos los módulos va al permeado general, mientras que el rechazo se canaliza mediante el rechazo general (véase figura 2.11). Figura 2.10: Módulos en serie Manual del software ROSA Introducción a la ósmosis inversa 21 2.4.2 Agrupación de etapas En primer lugar, hay que definir etapa como el conjunto de módulos que trabajan en paralelo, a la misma presión y alimentados desde una misma línea. Las etapas, como los módulos, pueden combinarse de diversas formas: • Rechazo en serie: El rechazo de una etapa es la alimentación de la etapa siguiente, mientras que los permeados que se generan en cada etapa se canalizan separadamente. Es un sistema análogo a la agrupación de módulos en serie, como se observa en la figura 2.12. Figura 2.11: Módulos en paralelo Figura 2.12: Agrupación de etapas con rechazo en serie Manual del software ROSA Introducción a la ósmosis inversa 22 Al instalar etapas en serie se consigue un mayor porcentaje de recuperación, como se puede observar en la tabla 2.1: De la tabla 2.1 se concluye que, si bien al aumentar el número de etapas también lo hace la recuperación, este aumento es menor cuantas más etapas tenga la instalación. Por este motivo no es común instalar más de 3 etapas en serie, ya que la ganancia en porcentaje de recuperación no suele compensar al gasto que supone una etapa nueva. • Recirculación del rechazo: en este tipo de agrupación de etapas, los rechazos de los módulos no son llevados a una segunda etapa en línea, sino que se colectan en una tubería única, como se ve en la figura 2.13. De esa tubería, parte se recircula para que se una con la alimentación, mientras que la otra parte se desecha como rechazo general. Los permeados se separan de la forma habitual. Con este procedimiento pueden alcanzarse conversiones de hasta el 75%, es decir, concentraciones en el rechazo cuatro veces superiores a las de la alimentación. Tabla 2.1: Porcentaje de recuperación dependiendo del número de etapas en serie Porcentaje de recuperación Número de etapas en serie 50 1 75 2 87,5 3 Manual del software ROSA Introducción a la ósmosis inversa 23 2.4.3 Agrupación de sistemas Un sistema es un conjunto de etapas agrupadas de cualquier forma, pero con una única bomba de alta presión. Atendiendo a esta definición, las plantas de ósmosis inversa pueden organizarse de distintas formas según cómo agrupen sus sistemas: • Sistemas en serie: Los sistemas se denominan “pasos”, y están conectados de forma análoga a los agrupamientos de etapas con rechazo en serie. En este caso es muy raro encontrar más de dos sistemas colocados en serie, debido al elevado precio de las bombas de alta presión, que hacen que el aumento en el porcentaje de recuperación no sea rentable. • Sistemas en paralelo: Los sistemas se agrupan análogamente a la agrupación de módulos en paralelo, aunque como a la entrada de cada sistema se encuentra una bomba de alta presión, la alimentación puede no tener la misma presión en los dos sistemas. Como se puede observar en la figura 2.14, dentro de cada sistema puede haber varias etapas, en este caso, funcionando en serie. Figura 2.13: Agrupación de etapas con recirculación del rechazo Manual del software ROSA Dow Chemical 30 • Productos de alto rendimiento: este segmento se especializa en la investigación y producción industrial de un gran número de productos químicos: aminas, resinas epoxi, disolventes, monómeros, poliglicoles… • Plásticos: se dedica a la investigación y producción de polímeros plásticos, principalmente polietileno, poliestireno, poliuretanos y polipropileno. • Químicos y energía: este segmento representa una importante fracción de la Dow Chemical, y se especializa en la industria del cloro-álcali, del cloro-vinilo, procesos de obtención y aprovechamiento energéticos, la producción industrial de etilenglicol, de óxido de etileno, y de todo tipo de compuestos organoclorados. • Hidrocarburos: como su propio nombre indica, este segmento está ligado a los procesos relacionados con el procesamiento y refino de todo tipo de hidrocarburos. Dow combina la producción industrial a gran escala con la investigación en nuevos productos y materiales. De hecho, su presupuesto en investigación y desarrollo excede el billón de dólares anuales. Asimismo, la Dow Chemical posee una empresa subsidiaria llamada “FilmTec Corporation” dedicada a la producción de elementos e instalaciones de purificación de agua, principalmente membranas de ósmosis inversa y de nanofiltración, denominadas comercialmente membranas FILMTEC™. Esta compañía subsidiaria forma parte del ramal llamado “Dow Water & Process Solutions Business”, dedicado a la investigación y puesta en marcha de instalaciones para la purificación de agua para el uso humano, especialmente en países como Emiratos Árabes Unidos o Arabia Saudí. La investigación en purificación de agua se centra tanto en la ósmosis inversa como en el intercambio iónico. En este sentido, la marca comercial de las resinas de intercambio iónico creadas por Dow es DOWEX™. Manual del software ROSA Dow Chemical 31 La compañía Dow Chemical está dividida en diferentes filiales repartidas por todo el mundo. La filial “Dow Ibérica” administra las plantas e instalaciones de la compañía en España y Portugal, donde se producen y suministran productos químicos, desde agua potable, alimentos y medicamentos, hasta pinturas, material de embalaje y productos para la salud e higiene personal. Dow Ibérica posee una sede social y de ventas en Madrid, así como tres centros de producción (véase figura 3.2): • Tarragona: producción de poliglicoles, polioles, polipropileno, y diversos copolímeros de etileno utilizados principalmente para embalajes, sellantes y aplicaciones médicas. • Ribaforada (Navarra): la principal actividad de Dow en Ribaforada es la producción de polioles formulados y prepolímeros para el mercado de España y Portugal. • Estarreja (Portugal): esta planta se dedica principalmente a la producción de isocianatos poliméricos, utilizados en la producción de espumas de poliuretano, que son ampliamente utilizadas en industrias como la de la construcción, la automoción o del calzado. Desde 2003, también se fabrica STYROFOAM™, la marca registrada de Dow Chemical para las placas rígidas de poliestireno extraído, muy utilizadas en el aislamiento térmico para construcción civil. Figura 3.2: Ubicación de Dow Ibérica Manual del software ROSA El programa ROSA 33 4. El programa ROSA El programa ROSA es un software desarrollado por Dow Chemical para el cálculo de instalaciones industriales de ósmosis inversa. ROSA son las siglas de “Reverse Osmosis System Analysis” (Sistema de Análisis de Ósmosis Inversa), y se trata de una herramienta asistida por ordenador para el diseño y operación de sistemas de ósmosis inversa y nanofiltración para el tratamiento y purificación de aguas. 4.1 Descarga e instalación de ROSA En este apartado se explicarán los pasos necesarios para descargar e instalar el programa ROSA en el ordenador. ROSA es propiedad de Dow Chemical, y su acceso requiere de registro y licencia. Así pues, también se mostrará la forma de registrarse y de obtener la licencia para poder operar con él. 4.1.1 Descarga de ROSA En primer lugar, el futuro usuario deberá descargarse el programa, que se encuentra disponible en la página web de Dow Chemical. A continuación se muestra el enlace a la descarga: http://www.dowwaterandprocess.com/support_training/design_tools/rosa.htm El explorador de Internet conducirá a una página como la que se muestra en la figura 4.1: Manual del software ROSA El programa ROSA 34 En dicha página se explica cómo instalar ROSA 7.2.7 en el ordenador. En primer lugar, se avisa que será necesario desinstalar cualquier versión anterior del programa, antes de comenzar con la instalación de la nueva versión. En la parte inferior de la página, se encuentra una tabla comparatoria de las versiones de ROSA. Este manual trata de la versión 7.2.7, la más reciente de las disponibles, y por tanto, la más completa. El enlace a la descarga del programa se encuentra en la parte superior derecha de la página (en la figura 4.1 se ha recuadrado en rojo). Una vez se pincha en el texto “Download ROSA”, el navegador conducirá al usuario a la página de registro, que se presenta en la figura 4.2: Figura 4.1: Página de descarga de ROSA Manual del software ROSA El programa ROSA 35 En la página de registro, el usuario deberá introducir sus datos personales en los cuadros de texto. Los campos marcados con un símbolo “‡” son campos obligatorios: no será posible efectuar el registro si no son rellenados. Los campos a rellenar son, de arriba a abajo: • “First Name ‡”: Nombre de pila del usuario. • “Last Name ‡”: Apellido del usuario. • “Title‡”: Título del usuario: Dr (Doctor), Mr (Señor) o Mrs (Señora). Figura 4.2: Página de registro Manual del software ROSA El programa ROSA 36 • “Organization Name ‡”: Nombre de la empresa u organización en la cual se hará uso del programa. • “Adress ‡”: Dirección del usuario o de la empresa. • “City ‡”: Ciudad. • “State/Province”: Provincia o región a la cual pertenece la ciudad introducida en el cuadro anterior. • “Zip/Postal Code”: Código postal. • “Country ‡”: País. Este campo consiste en una ventana desplegable en la cual el usuario deberá seleccionar el suyo. • “Telephone ‡”: Teléfono. Hay que incluir los prefijos de país y de región. • “Email Address ‡”: Dirección de correo electrónico. • “Type of user ‡”: Tipo de usuario. Este campo consiste en una ventana desplegable, que presenta el aspecto que se muestra en la figura 4.3: Los tipos de usuarios disponibles son, de arriba a abajo: -“Equipment Manufacturer” -> Fabricante de Equipos. -“Distributor” -> Distribuidor. -“End User” -> Usuario Final. -“Consultant” -> Asesoría. -“Engineering Firm” ->Empresa de Ingeniería. -“University” -> Universidad. -“Other” -> Otro tipo de usuario. Figura 4.3: Tipos de usuario Manual del software ROSA El programa ROSA 37 • “Primary use will be for aplications in ‡”: En este campo el usuario debe seleccionar el uso principal al que se dedicará el programa. Al clicar sobre la flecha se abrirá una ventana desplegable como la que se muestra en la figura 4.4: Las utilidades principales que aparecen en la ventana son, de arriba a abajo: -“Industrial Water” -> Agua para uso industrial. -“Wastewater Reuse” -> Reutilización de aguas residuales. -“Desalination” -> Desalinización de agua. -“Power Generation” -> Generación de energía. -“Municipal” -> Uso para fines municipales. Una vez se han rellenado todos los campos (o al menos los obligatorios), el usuario se encontrará con una casilla, que por defecto se encontrará sin marcar, con un cuadro de texto de verificación y un botón de “Send”. Este conjunto presenta el aspecto que se muestra en la figura 4.5: Figura 4.4: Usos principales de ROSA Manual del software ROSA El programa ROSA 38 Al marcar la casilla, el usuario da su consentimiento para que Dow mande correos electrónicos a su dirección. El usuario tiene la libertad de marcarla o dejarla desactivada. Debajo de la casilla se encuentra un cuadro de texto, en el que el usuario debe introducir el código que se muestra más abajo (en el caso mostrado en la figura 4.5, el usuario debería escribir la palabra “jump”). En la parte inferior se encuentra el botón “Send” (Enviar), que el usuario deberá pulsar cuando haya rellenado correctamente todos los campos y casillas. Una vez pulse el botón de “Send”, el usuario habrá completado su registro, y el navegador lo conducirá a la página de Términos y Condiciones para descargar ROSA, que se muestra en la figura 4.6: Figura 4.5: Parte final del registro de usuario Manual del software ROSA El programa ROSA 39 En esta página se muestran los términos y condiciones que el propietario del software (Dow Chemical) establece para el uso del programa. Entre ellas, hay que destacar: • ROSA está protegida por derechos de autor por Dow. • El acceso a ROSA se restringe a usuarios registrados y con licencia. • Ninguna parte de ROSA podrá ser modificada, transmitida o copiada sin consentimiento previo por escrito de Dow. • ROSA debe tratarse como confidencial, y su acceso debe ser restringido. • Cualquier uso o información obtenido por ROSA será responsabilidad exclusiva del usuario: Dow no se hará responsable de posibles daños o perjuicios que surgieran de su uso. • Dow ofrece una licencia limitada para el uso de ROSA, y se reserva el derecho a finalizarla cuando estime oportuno. Figura 4.6: Página de términos y condiciones Manual del software ROSA El programa ROSA 46 Sin embargo, hay que tener cuidado a la hora de aumentar la presión de alimentación, ya que la presurización de esta corriente constituye un gran gasto energético, y por tanto, económico. Dicha presión deberá ser la exactamente la necesaria para alcanzar los requisitos establecidos en el diseño. Además, siempre hay que tener en cuenta el efecto de las demás variables: temperatura, parámetros del agua, parámetros de la membrana… ligeros cambios en estas variables pueden producir grandes variaciones en la presión que se tiene que suministrar a la alimentación para lograr el caudal de permeado deseado. De esto se deduce la gran dificultad de realizar un cálculo fiable y realista de la presión necesaria en la corriente de alimentación, especialmente en sistemas complejos en los que algunos parámetros (como el “Factor de Flujo”, explicado en el punto 4.2.3.1) cambian con el tiempo. Debido a la gran importancia de esta variable, una forma de calcular una instalación mediante ROSA es que se pida al usuario todos parámetros necesarios para su cálculo: se caracteriza completamente el agua de alimentación, la temperatura del sistema, el tipo de membrana que posee cada etapa, se fija el caudal de entrada, el caudal de permeado, etc…y con todos estos datos, el programa calculará la presión que hay que suministrar a la alimentación en esas condiciones especificadas para lograr los objetivos de diseño establecidos. Sin embargo, la presión de alimentación también puede ser una variable fijada: en ese caso, lo que calculará el programa serán los flujos que se consiguen mediante esa presurización en la instalación descrita. 4.2.1.2 Contrapresión La contrapresión, presión trasera o “back pressure” se refiere a la presión a la que se encuentra el flujo de permeado en una etapa de ósmosis inversa. Así pues, antes de su paso por la membrana (cuando se encuentra en el compartimento de alta presión) el agua presentará la llamada presión de alimentación o “feed pressure” (descrita en el apartado 4.2.1.1). Sin embargo, tras atravesar la membrana, el agua se encontrará en el denominado Manual del software ROSA El programa ROSA 47 compartimento de baja presión, donde su presión habrá caído hasta la llamada contrapresión o “back pressure”. Como se indicó en el apartado 4.2.1.1, la fuerza impulsora que permite el paso del agua a través de la membrana semipermeable es la diferencia de presiones existente entre la presión de alimentación y la contrapresión, junto con la diferencia de presiones osmóticas entre ambos compartimentos. A esta fuerza impulsora se le denomina NDP: “Net Driving Pressure”. Así pues, al igual que interesan presiones de alimentación altas, parece lógico que se busquen contrapresiones bajas, pero esto no siempre es así, ya que si la instalación presenta varios pasos en serie, lo normal (excepto si se introduce una bomba entre ellos) es que la contrapresión de un paso sea la presión de alimentación del siguiente. 4.2.1.3 Presión de impulso La presión de impulso o “boost pressure” se refiere a un aumento de presión que se lleva a cabo en un punto de la instalación mediante la instalación de una bomba. Realmente, equivale a una presión de alimentación para la etapa inmediatamente posterior a la bomba, pero ROSA hace una distinción de nombres en función de en qué parte de la instalación se coloque la bomba: si se coloca antes de la entrada a un paso, esa presión se denomina “feed pressure” (presión de alimentación), sin embargo, si la bomba se coloca entre etapas dentro de un mismo paso, esa presión pasa a denominarse “boost pressure” (presión de impulso), tal y como se podrá observar en el apartado 5.2.4.5 de este manual. 4.2.1.4 Temperatura La temperatura que poseen las corrientes de la instalación también es una variable de gran importancia en los sistemas de ósmosis inversa. La temperatura afecta tanto a la presión osmótica como a la permeabilidad del agua a través de la membrana: normalmente se acepta que el flujo de permeado se incrementa alrededor de un 3 % por cada ºC de incremento de temperatura (ver figura 4.16 en el apartado 4.2.3.1.1). Sin embargo, el paso de Manual del software ROSA El programa ROSA 48 sales también aumenta con la temperatura a la misma tasa que el flujo, por lo que al incrementarse la temperatura a flujo de permeado constante, la calidad del permeado disminuye. También hay que tener en cuenta los efectos que la temperatura tiene sobre la calidad de las membranas: elevadas temperaturas pueden disminuir el rendimiento de éstas de forma irreversible. El programa ROSA siempre pedirá al usuario la temperatura a la que se encuentra la corriente de alimentación, y en caso de que no sea fija, pedirá las temperaturas máximas y mínimas. Los efectos de la temperatura se incluyen en un parámetro llamado “Factor de Flujo”, que se explica en el apartado 4.2.3.1 de este manual. A efectos del cálculo de la instalación, en ROSA la temperatura siempre será una variable fijada por el usuario, a diferencia de las presiones o los caudales, que pueden considerarse como variables que el programa debe calcular para lograr los objetivos de diseño marcados. 4.2.1.5 Flujos En ROSA hay dos tipos diferentes de flujos: • Caudales (“Flow”): son los más utilizados, e indican volumen por unidad de tiempo (en las unidades seleccionadas en este manual, m 3 /h). Dentro de estos caudales se encuentran variables de gran importancia en una instalación de ósmosis inversa: -“System Feed Flow”, que indica el caudal total de agua de alimentación que está entrando al sistema. -“Feed Flow”, indica el caudal de agua que está entrando al paso seleccionado en ese momento. Manual del software ROSA El programa ROSA 49 -“System Permeate Flow”, que indica el caudal total de permeado que sale del sistema. -“Permeate Flow”, que indica el caudal de permeado que sale del paso seleccionado en ese momento. Estos cuatro caudales son los de mayor importancia en ROSA, pero también existen otros, como los caudales de recirculación. Estos caudales se describen en el apartado 5.2.4.3.E de este manual, en el que se indica cómo se crean en la interfaz de ROSA. Los caudales de la instalación pueden ser fijados por el usuario, en cuyo caso ROSA calculará las presiones necesarias para que en la instalación descrita se produzcan dichos flujos. La otra opción consiste en fijar las presiones, de forma que ROSA calcule los flujos resultantes. • Flujo específico (“Flux”): este tipo de flujo es menos utilizado que los caudales, e indica volumen por unidad de tiempo y unidad de sección (en las unidades utilizadas en el manual, l/m 2 h, o abreviadamente lmh). En ocasiones también se le denomina “Average Flux”, flujo específico medio. Como puede deducirse de sus unidades, el flujo específico indica el caudal que permea por unidad de área activa de la membrana (ver apartado 4.2.3.2). Este parámetro será de interés a la hora de decidir la idoneidad de una membrana, pero siempre aparecerá como una variable dependiente: no se puede fijar, y su valor siempre lo darán los cálculos del programa. Manual del software ROSA El programa ROSA 50 4.2.2 Parámetros de calidad del agua Es evidente que el funcionamiento de un sistema de ósmosis inversa dependerá en gran medida del tipo de agua que esté tratando. Para caracterizar el agua de alimentación, en ROSA se utilizan gran número de parámetros, especialmente en las pestañas principales “2) Feedwater Data” (apartado 5.2.2) y “3) Scaling Information” (apartado 5.2.3). Todos esos parámetros de calidad del agua se explican a continuación: • SDI: El SDI (Silt Density Index) es un parámetro que indica el grado de presencia de partículas coloidales en el agua a tratar. Es un parámetro de gran importancia en ROSA, ya que las partículas coloidales son responsables de ensuciamientos y obstrucciones en las membranas, provocando una disminución de su rendimiento. El SDI se determina mediante un procedimiento estandarizado y reproducible, ampliamente aceptado en la industria. Con este procedimiento se estima el grado de ensuciamiento de las membranas debido a la contaminación por partículas coloidales presentes en el agua de alimentación. El procedimiento consiste en un ensayo, en el que se observa la disminución del flujo a través de un filtro debido al ensuciamiento del mismo, a una presión de la alimentación constante de 30 psi. El aparato para medir el SDI se muestra en la figura 4.14, y consiste en un regulador de presión y un portafiltros, en el que se coloca un filtro estandarizado con un tamaño de poro de 0,45 µm, suficiente para ser obstruido por materia coloidal pero no por arena o incrustantes. Manual del software ROSA El programa ROSA 51 El ensayo estándar consta de tres partes: -En la primera, se coloca el filtro limpio en el portafiltros, y se mide el tiempo que tarda en filtrarse 500 ml del agua objeto de estudio, a una presión de 30 psi. Ese tiempo se denominará t 1 . -Tras medir t 1 , se deja correr el agua objeto de estudio a través del filtro durante 15 minutos. -Pasados 15 minutos, se determina nuevamente el tiempo que tarda en filtrarse 500 ml del agua que se está estudiando. Este tiempo se denomina t 2 . Una vez se ha realizado el ensayo, se calcula el SDI mediante la siguiente fórmula: 1 2 1 100· t t SDI T − = Figura 4.14: Aparato para la determinación del SDI Manual del software ROSA El programa ROSA 52 Donde: -t 1 es el tiempo necesario para filtrar 500 ml de muestra, al inicio de la prueba. -t 2 es el tiempo necesario para filtrar 500 ml de muestra, al final de la prueba. -T es el tiempo entre mediciones (15 minutos). Valores de SDI altos indicarán una alimentación con gran cantidad de sustancias coloidales, por lo que interesarán bajos valores de SDI. El ensayo estándar antes descrito es válido para aguas con valores de SDI no muy altos (5,5 como máximo). Para aguas con SDI más elevados, existen procedimientos modificados. No obstante, por norma general se considera inviable tratar mediante ósmosis inversa aguas que presenten un SDI mayor de 5. En caso de disponer de un agua con un SDI más elevado, será necesario someterla a un tratamiento previo para disminuirlo (mediante coagulación-floculación, ultrafiltración, etc…). • pH: El pH es un parámetro que indica la concentración de iones hidronio (H 3 O + , o simplificadamente H + ) presentes en una disolución acuosa. Su valor oscila entre 0 y 14, y se define como: 3 10 log ( ) H O pH a + = − Siendo 3 H O a + la actividad del ión hidronio. El pH es de gran importancia en un sistema de ósmosis inversa, ya que puede afectar a la calidad y vida útil de la membrana, especialmente si esta es orgánica. Por ejemplo, las membranas de acetato de celulosa deben trabajar en un intervalo de pH comprendido entre 2 y 9 a temperaturas por encima de 35 ºC, ya que se degrada con facilidad. Manual del software ROSA El programa ROSA 53 Los valores de pH han de ser referidos a la temperatura de medición, ya que varían con ella. Cuanto mayor sea la temperatura a la que se encuentre la alimentación, menor rango de pH soporta la membrana. Además, el valor del pH condiciona la formación o desaparición de especies que resultarían perjudiciales para el proceso, como puede ser el CaCO 3 (ver parámetro LSI). • TDS: el TDS (Total Dissolved Solids), en español SDT (Sólidos Disueltos Totales) es un parámetro que indica la concentración (en mg/l) de todos los sólidos que se encuentren disueltos en el agua. Se determina mediante la evaporación de un volumen de agua previamente filtrada. • LSI: El LSI (Langelier Saturation Index) indica el grado de saturación del agua con respecto al carbonato cálcico (CaCO 3 ), correlacionándolo con el pH como variable principal. El pH influye en los equilibrios: A pH bajo, los carbonatos e hidrogenocarbonatos pasarán a ácido carbónico, por lo que no habrá riesgo de deposiciones ni precipitaciones de CaCO 3 (o lo que es lo mismo, el agua no presentará propiedades incrustantes). En cambio, la elevada concentración de H 2 CO 3 provocará que el agua presente características corrosivas. Por el contrario, a pH elevados, habrá gran concentración de CO 32- , y muy poco ácido carbónico, por lo que el agua no tendrá propiedades corrosivas. No obstante, los carbonatos tenderán a combinarse con los Ca 2+ para formar CaCO 3 . Este carbonato cálcico podría llegar a precipitar al alcanzar una concentración dada (marcada por su equilibrio Manual del software ROSA El programa ROSA 54 de solubilidad), provocando deposiciones y dando al agua lo que se conoce como condiciones incrustantes. La fórmula para calcular el LSI es la siguiente: s LSI pH pH = − Siendo: -pH = pH medido en el agua. -pH s = pH de saturación en CaCO 3 , que se calcula mediante la fórmula: (9,3 ) ( ) s pH A B C D = + + − + Con: -A = (Log 10 [TDS] - 1) / 10 -B = -13.12 · Log 10 (T(K)) + 34.55 -C = Log 10 [Ca 2+ en forma de CaCO 3 ] - 0.4 -D = Log 10 [Alcalinidad Total Carbonatada] Todos los parámetros que se encuentran entre corchetes corresponden a concentraciones, medidas en ppm. La Alcalinidad Total Carbonatada se refiere a las ppm de carbonatos que se encuentran libres, de forma que actúan como bases, alcalinizando el agua. Como se observa en las fórmulas anteriores, el LSI se ve afectado por el pH, el TDS, la temperatura y las concentraciones de carbonatos, tanto libres como unidos al catión Ca 2+ . Así se deduce que: -Un agua con un LSI de cero corresponderá a un agua en condiciones óptimas de estabilidad: ni corrosiva ni incrustante. -Un agua con un LSI positivo corresponderá a un agua con propiedades incrustantes, en la que se darán precipitaciones y deposiciones de carbonato cálcico. Manual del software ROSA El programa ROSA 55 -Un agua con un LSI negativo corresponderá a un agua con propiedades corrosivas. Por ejemplo, un agua con un índice LSI de 1,0 será un agua incrustante a la que una reducción de su pH en una unidad la llevaría a su condición de equilibrio y la haría por lo tanto, no corrosiva ni incrustante. Si por el contrario se tiene un agua con un LSI de -0,85, el índice indicaría que se trata de un agua corrosiva, a la que un aumento de su pH en 0,85 unidades llevaría a su estado óptimo. No obstante, hay que tener en cuenta que, a efectos prácticos, el LSI puede perfectamente alcanzar valores distintos de cero, siempre y cuando no se alejen en exceso. En aplicaciones de ósmosis inversa, se evitan valores de LSI positivos, y es recomendable que el flujo de rechazo (que es el más concentrado) presente un LSI cercano a -0,2. Esto indica que dicho flujo está a 0,2 unidades de pH por debajo de su estado de equilibrio, por encima del cual comenzaría el riesgo de precipitaciones de carbonato cálcico. El LSI se utiliza para aguas con un valor bajo de sólidos totales disueltos (TDS). Si el TDS supera los 10000 ppm, será necesario recurrir al “Stiff & Davis Index”. • Ionic Strength: o fuerza iónica en castellano. Este parámetro es una función de todos los iones presentes en una disolución, y presenta la fórmula: Siendo: -I m = Fuerza iónica molal. -B = iones presentes en la disolución. -n = número total de iones presentes en la disolución. 2 1 1 · · 2 n m B B B I m z = = ∑ Manual del software ROSA El programa ROSA 62 membrana va a ser sometida durante la operación. Esto es así porque las membranas presentan un efecto memoria: el rendimiento del flujo a una temperatura dada es siempre menor que el esperado si antes la membrana ha sido sometida a una temperatura mayor. En la figura 4.16 se puede observar el efecto de la temperatura en la presión de alimentación de una típica planta de desalación de agua marina. Al tratarse de agua del mar, el programa calculará la relación presión-temperatura teniendo en cuenta tanto el aumento de la permeabilidad del agua como los efectos de compactación de la membrana, reversibles e irreversibles. En primer lugar se evalúan dos sistemas sin histéresis: uno con FF=1 (línea azul oscura) y otro con FF=0,8 (línea rosa). Para cualquier temperatura se observa que el sistema con FF=1 necesita menor presión de alimentación. En cuanto a la relación de la presión con la temperatura, en ambos se ve un claro descenso en la presión de alimentación conforme aumenta su temperatura. Este descenso es más acusado en tramos de temperatura bajos, y va perdiendo pendiente hasta estabilizarse en temperaturas del orden de los 45 ºC. También se ilustra un ejemplo con histéresis: el sistema representado por una línea amarilla tiene marcada una temperatura máxima de trabajo de 45 ºC, mientras que el sistema de la línea azul clara tiene marcada como histéresis una temperatura máxima de 30 ºC. En este caso las membranas de ambos sistemas ya han estado expuestas a temperaturas elevadas antes de realizar el ensayo: a 45 ºC y a 30 ºC respectivamente. En la figura 4.16 se observa claramente el efecto irreversible de la compactación de la membrana: el sistema que ha sido sometido previamente a 45 ºC necesita en todo momento una mayor presión en la alimentación para cualquier temperatura que aquel que fue sometido a una temperatura de 30 ºC. Manual del software ROSA El programa ROSA 63 4.2.3.1.2 Elección del Factor de Flujo A la hora de estudiar el comportamiento de una instalación de ósmosis inversa mediante ROSA (modo discontinuo), se requiere la introducción de dos factores de flujo, cada uno de los cuales corresponde a una situación extrema, de forma que el programa conozca perfectamente los límites de FF en los que se va a mover la instalación: • El mayor FF corresponde a la puesta en marcha del sistema con las membranas limpias. Si a este FF se le da el valor de 1, el usuario se encontrará ante uno de los sistemas más exigentes. En ese caso hay que combinar el FF=1 con la máxima temperatura de la alimentación, el máximo de TDS (Sólidos Disueltos Totales) en la alimentación y el máximo de recuperación. En estas condiciones la permeabilidad de la membrana al agua es máxima, la presión de alimentación mínima, y se puede observar una tendencia de los elementos de vanguardia a exceder el límite de flujo. Si el sistema diseñado se Figura 4.16: Presión de alimentación frente a temperatura para distintos sistemas Manual del software ROSA El programa ROSA 64 comporta bien con estas características, entonces normalmente también funcionará bien a FF más bajos. • El menor FF corresponde al que se supone que presentará la instalación tras unos tres años de operación. Este FF depende en gran medida de la calidad del agua de alimentación, y hay que combinarlo con la temperatura de alimentación mínima y con una máxima alimentación de TDS (Sólidos Disueltos Totales). En caso de estar en una instalación de tratamiento de agua de mar, también será necesario activar la función de histéresis. En la tabla 4.1 se muestran las recomendaciones que da FilmTec para escoger el mínimo FF a mínima temperatura en función del tipo de agua de alimentación, de su pretratamiento y de su SDI: Tabla 4.1: FF mínimos recomendados Tipo de Agua de alimentación Pretratamiento SDI Factor de Flujo Permeado de OI - 0.80 Pretratamiento convencional <5 0.65 Salobre de superficie Pretratamiento de MF/UF <3 0.70 Salobre de pozo - <3 0.75 Pretratamiento convencional <5 0.65 Marina capturada mediante toma abierta en el mar Pretratamiento MF/UF <3 0.70 Marina capturada mediante pozo en la playa - <3 0.70 Pretratamiento convencional <5 0.55 Pretratamiento MF <3 0.60 Residual reutilizada Pretratamiento UF <3 0.65 Las siglas utilizadas en la tabla son: OI (Ósmosis Inversa), MF (Microfiltración) y UF (Ultrafiltración). Hay que tener en cuenta de que los valores recomendados de FF sólo son orientativos. El diseño será aceptable si el printout de ROSA no indica advertencias bajo dichas condiciones. Manual del software ROSA El programa ROSA 65 Así pues, la presión de alimentación calculada con FF=1 será la esperada para la puesta en marcha del sistema con membranas limpias, mientras que la presión de alimentación calculada con el FF más bajo será la correspondiente a la máxima presión que se debería registrar en unos tres años de operación. Ésta será la presión máxima que la bomba deba suministrar para lograr los objetivos de diseño en todas las condiciones, incluyendo las condiciones normales de ensuciamiento. 4.2.3.2 Área Activa El área activa de una membrana de ósmosis inversa es la superficie a través de la cual se produce el paso del flujo de permeado, que va desde el compartimento de alta presión al de baja presión. Conocer el área activa exacta de una membrana es de gran importancia, razón por la cual los fabricantes de elementos para ósmosis inversa incluyen su área activa en las especificaciones de la membrana. Como se indicó en el apartado 4.2.1.5, mediante el área activa y el caudal de permeado que atraviesa la membrana, ROSA calcula el “Average Flux”, es decir, el flujo específico medio que atraviesa dicha membrana en l/m 2 h. 4.2.3.3 Porcentaje de Rechazo de Sales El porcentaje de rechazo de sales, en ROSA “Rejection %”, es un parámetro de gran importancia a la hora de evaluar una membrana, ya que indica la calidad con la que ésta es capaz de separar el agua de las sales disueltas. Realmente, una membrana de ósmosis inversa nunca es capaz de eliminar por completo las sales disueltas, sino que el permeado siempre tendrá una pequeña concentración de éstas. El parámetro “Rejection” da una medida de cómo de eficaz es una membrana a la hora de impedir el paso de los sólidos disueltos, ya que indica el porcentaje de sales que son rechazadas en su paso a través de la membrana. Manual del software ROSA El programa ROSA 66 Según Dow Water Solutions, el porcentaje de rechazo de sales se define como: %Re ·100 f p f Conc Conc chazo Conc − = Siendo: • p Conc la concentración de la sal genérica M a X b en el permeado, es decir: [M a X b ] permeado . • f Conc la concentración de la sal genérica M a X b en la alimentación multiplicada por un factor que depende del porcentaje de recuperación de la membrana, tal y como se muestra en la siguiente fórmula: lim 1 ln( ) 1 Re [ ] · Re f a b a entación c Conc M X c − = Siendo Rec el porcentaje de recuperación o “Recovery” de la membrana, definido en el apartado 4.2.3.4 de este manual. A pesar de que el agua de alimentación real que hay que tratar en una planta de ósmosis inversa posee gran cantidad de iones disueltos, gases y sustancias coloidales en suspensión, el cálculo del porcentaje de rechazo de sales para una membrana determinada se realiza utilizando una disolución de una única sal (en las fórmulas anteriores presentada como M a X b ) en agua. Esta sal suele ser el NaCl, ya que está demostrado que las membranas de ósmosis inversa rechazan peor los iones monovalentes como el Na + y el Cl - que los divalentes. En todo caso, el fabricante debe siempre especificar qué compuesto ha utilizado para el cálculo del porcentaje de rechazo de sales, así como la concentración del agua utilizada como alimentación. En la figura 4.17 se muestra un ejemplo en el que especifican las características más importantes de una parte del catálogo de membranas de FilmTec. En dicha figura se han recuadrado de rojo las tres columnas que Manual del software ROSA El programa ROSA 67 indican información referida al porcentaje de rechazo de sales: “Rejection(%)”, que es el valor calculado para dicho parámetro, “Conc(ppm)”, que se refiere a la concentración de la alimentación con la cual se calculó el parámetro anterior, y “Salt”, que indica qué compuesto iónico se empleó en dicho ensayo. No obstante, hay que tener en cuenta que el porcentaje de rechazo de sales indicado por el fabricante no va a corresponder con el que se verificará en la instalación, ya que como es evidente, las condiciones y el agua de alimentación en ésta no van a ser iguales a las del ensayo del laboratorio. ROSA utiliza información específica del sistema descrito por el usuario, de forma que proporciona una visión real de lo que se puede esperar de los elementos de FilmTec a lo largo de su funcionamiento bajo las condiciones especificadas. Así pues, el usuario de ROSA no tendrá que preocuparse de posibles variaciones del parámetro de rechazo de sales con el tiempo o al cambiar de condiciones, ya que el programa lo tendrá en cuenta en sus cálculos internos. 4.2.3.4 Porcentaje de recuperación El porcentaje de recuperación (o “Recovery”) de un elemento, etapa, paso o sistema de ósmosis inversa se define como: Recov 100· PermeateFlow ery FeedFlow = Figura 4.17: Especificaciones de membranas de FilmTec Manual del software ROSA El programa ROSA 68 Siendo “Permeate Flow” el caudal de permeado y “Feed Flow” el caudal de alimentación, explicados ambos en el apartado 4.2.1.5. Dependiendo de qué porcentaje de recuperación se trate, estos caudales serán diferentes. Por ejemplo, para calcular el “Recovery” de un paso, el “Permeate Flow” será el caudal de permeado total que salga de dicho paso, mientras que el “Feed Flow” corresponderá a la alimentación total que entra al paso en cuestión. Así pues, el “Recovery” indicará el porcentaje de caudal de alimentación que permea a través de la membrana (o membranas) del sistema escogido. Este parámetro puede referirse al sistema global “System Recovery” o a un paso, etapa o elemento en concreto, en cuyo caso simplemente se denominará “Recovery”. Manual del software ROSA El programa ROSA 69 4.2.4 Parámetros Económicos: el NPV El NPV (Net Present Value), en español VAN (Valor Actual Neto) es un parámetro que permite determinar la rentabilidad de un proyecto o de una inversión. Como su propio nombre indica, el NPV permite calcular el valor presente de un determinado número de flujos de caja futuros, originados por una inversión. La metodología consiste en descontar al momento actual (es decir, actualizar mediante una tasa) todos los flujos de caja futuros del proyecto. A este valor se le resta la inversión inicial, de tal modo que el valor obtenido es el valor actual neto del proyecto. La fórmula para calcular el NPV de una inversión es la que sigue: 0 1 ( ) (1 ) ntt t V NPV I k = = − + ∑ Siendo: -V t los flujos de caja en cada periodo t. -I 0 el desembolso inicial de la inversión. -n el número de periodos considerado. -k el tipo de interés o rentabilidad, fijada por el inversor. Su valor es difícil de establecer, y existen varios criterios para su estimación. Cuanto mayor tipo de interés se fije, se obtendrán menores valores de NPV. Valores positivos de NPV suponen que la inversión produciría ganancias, mientras que valores negativos de NPV indican que la inversión produciría pérdidas. Si se toma como ejemplo una inversión en la cual se requiere un desembolso inicial de $50000, y el inversor espera recibir en los siguientes tres años unas cantidades anuales de $15000, $25000 y $38000, con una tasa de interés del 8%, el NPV valdrá $15488, por lo que la inversión reportará beneficios. Manual del software ROSA Interfaz y funcionamiento de ROSA 71 5. Interfaz y funcionamiento de ROSA Al ejecutar el programa ROSA, se abrirá automáticamente una ventana con el aspecto que se muestra en la figura 5.1: Al inspeccionar esta ventana inicial, el usuario se encontrará con que la interfaz del programa se divide principalmente en seis ventanas, a las cuales se accede mediante otras tantas pestañas situadas en su parte inferior. Esas seis ventanas se explicarán en el apartado 5.2: “Pestañas principales”, y son las que siguen: • 1) Proyect Information • 2) Feedwater Data • 3) Scaling Information • 4) System Configuration • 5) Report • 6) Cost Analysis Figura 5.1: Ventana inicial de ROSA: Pestaña de “Proyect Information” Manual del software ROSA Interfaz y funcionamiento de ROSA 78 5.1.2 Options (Opciones) El botón Options es el intermedio de los tres que componen los botones de cabecera. Es un botón desplegable, por lo que al clicar sobre él se desplegará un listado tal y como se muestra en la figura 5.6: Como se observa en la figura 5.6, el menú “Options” presenta cuatro botones. A continuación se detallará la utilidad de cada uno: 1) Batch Processor (Procesador por Lotes) ROSA tiene un modo de trabajo “por lotes”, que permite al usuario ejecutar simulaciones discontinuas. Estas simulaciones dan al usuario el valor de gran cantidad de parámetros de la instalación (“output parameters”) en función de los valores fijados por el usuario en las temperaturas de trabajo y en los factores de flujo (“input parameters”). Figura 5.6: Menú desplegable de “Options” Manual del software ROSA Interfaz y funcionamiento de ROSA 79 Al clicar sobre el primer botón, “Batch Processor”, se abrirá una ventana como la que se muestra en la figura 5.7: Dicha ventana consta de dos pestañas: Input Parameters (Parámetros de Entrada), que es la que está marcada en la figura 5.7, y Output Parameters (Parámetros de Salida), que se muestra en la figura 5.8. En ambas pestañas está presente la casilla “Batch Mode On”, en la esquina inferior iquierda. Si se activa esta casilla, el programa funcionará en modo discontinuo (modo “batch”), en caso contrario, el programa seguirá funcionando en modo continuo. Hay que tener en cuenta que, cuando el usuario ejecute el programa en modo discontinuo, la interfaz del programa no cambiará, ni tampoco lo harán las pestañas principales: el usuario deberá rellenar exactamente los datos de igual forma que en el modo continuo. Las diferencias entre los dos modos de trabajo no se distinguirán hasta la quinta pestaña principal: “5) Report”. Figura 5.7: Ventana de “Batch Processing”. Pestaña de “Input Parameters” Manual del software ROSA Interfaz y funcionamiento de ROSA 80 • Input Parameters (Parámetros de Entrada) Los “Input Parameters” son las variables independientes de las simulaciones discontinuas que se llevan a cabo en el modo “batch”. Estas variables independientes o de entrada son dos: la temperatura de trabajo del sistema y el valor del factor de flujo para cada paso. En la pestaña de parámetros de entrada, lo primero que se pide es el rango de temperatura en el que se desea trabajar. Para ello es necesario introducir las temperaturas mínima y máxima de trabajo y el número deseado de puntos intermedios (es decir, hay que rellenar los tres primeros cuadros de texto). ROSA calculará automáticamente los incrementos de temperatura necesarios y el número de “ejecuciones” (runs), que será necesario realizar cuando comience la simulación. Los efectos de la temperatura en los sistemas de ósmosis inversa se mostraron en el apartado 4.2.3.1.1 de este manual. A la hora de rellenar esos tres primeros cuadros de texto, hay que tener en cuenta que después de introducir los datos numéricos es necesario pulsar la tecla Enter para que se vayan guardando los campos. A continuación, se pide rellenar los campos que se encuentran debajo del título “Membrane Flow Factor Range” (Rango de Factores de Flujo en la Membrana). Para ello hay que introducir un factor de flujo para el arranque (Start-up), y otro para el largo plazo (Long.term). Este último factor de flujo debe ser igual o menor que el primero (en caso contrario el programa no lo aceptará). Para la elección de los factores de flujo se recomienda consultar el apartado 4.2.3.1.2 de este manual. Esta información acerca de los cambios esperados en los factores de flujo a lo largo del tiempo se ha de introducir para todos los pasos de la instalación. En la figura 5.7 se muestra el caso de una instalación con un solo paso, pero si hubiese dos pasos, la segunda fila se desbloquearía, y tendría que rellenarse de igual forma que la antes descrita. Manual del software ROSA Interfaz y funcionamiento de ROSA 81 En ROSA se denomina “paso” a toda agrupación de módulos (o etapas) que funcionen con la misma alimentación. El número de pasos de la instalación se seleccionarán en la cuarta pestaña principal: “System Configuration”, y no puede ser mayor de dos. Por último, y sólo en el caso de que se utilicen membranas para agua marina y haya un elevado factor de ensuciamiento a largo plazo (el FF final sea muy bajo), será necesario activar la casilla “High Temperature Effect On”, e introducir el pico máximo de temperatura al que ha estado sometida o va a ser sometida la membrana, para así tener en cuenta la posible compactación (reversible o irreversible) de ésta. Al marcar esta casilla se activa la función de histéresis descrita en el apartado 4.2.3.1.1 de este manual. Con esto, el usuario habrá rellenado los parámetros de entrada a través de los cuales el programa calculará el resto de variables dependientes. Hay que tener presente el número de ejecuciones que ROSA tendrá que realizar, ya que si se modifican a la vez la temperatura y el factor de flujo, ese número se duplicará (para cada valor de temperatura, ROSA calculará dos casos: uno con el FF de arranque y otro con el FF de largo plazo). Manual del software ROSA Interfaz y funcionamiento de ROSA 82 • Output Parameters (Parámetros de Salida) Una vez introducidas las variaciones que se simularán en los dos parámetros de entrada, el usuario deberá introducir los parámetros de salida. Para ello tiene que clicar sobre la pestaña “Output Parameters”. Al hacerlo, aparecerá lo que se muestra en la figura 5.8: Esta pestaña tiene una estructura en forma de columnas: la primera columna se refiere al sistema completo, la segunda al primer paso, y la tercera al segundo paso. Todas las columnas tienen en su base dos opciones: “Check All” y “Uncheck All”, que sirven respectivamente para marcar de una vez todas las casillas y para desactivarlas. En las tablas 5.1 y 5.2 se indicará brevemente en qué consisten las casillas disponibles: Figura 5.8: Ventana de “Batch Processing”. Pestaña de “Output Parameters” Manual del software ROSA Interfaz y funcionamiento de ROSA 83 Tabla 5.1: Casillas de la columna “System”. System Feed Temperature Temperatura de la alimentación (ºC) Feed TDS TDS en la alimentación (mg/l) Feed Boron Boro en la alimentación (mg/l) Permeate Flow Flujo de permeado (m 3 /h) Permeate TDS TDS permeados (mg/l) Permeate Boron Boro permeado (mg/l) System Recovery % de flujo de la alimentación que permea Los parámetros TDS y pH se explican en el apartado 4.2.2, mientras que el FF (Factor de Flujo) se encuentra descrito en el apartado 4.2.3.1 de este manual. El Average Flux, o flujo promedio se describe en el apartado 4.2.1.5. Tabla 5.2: Casillas de la columna “Pass 1”. Pass 1 Flow Factor (FF) Factor de Flujo Recovery % de flujo que permea en el paso 1 Feed Pressure Presión de la alimentación (bar) Average Flux Flujo promedio (l/m 2 ·h o lmh) Feed pH pH de la alimentación Permeate Flow Flujo permeado (m 3 /h) Permeate TDS TDS permeados (mg/l) Permeate Boron Boro permeado (mg/l) Front Permeate Flow Flujo de permeado frontal (m 3 /h) Front Permeate TDS TDS permeados frontalmente (mg/l) Front Permeate Boron Boro permeado frontal (mg/l) Rear Permeate Flow Flujo de permeado trasero (m 3 /h) Rear Permeate TDS TDS permeados por la parte trasera (mg/l) Rear Permeate Boron Boro permeado por la parte trasera (mg/l) Manual del software ROSA Interfaz y funcionamiento de ROSA 84 Al mantener una casilla marcada, se indica al programa que se desea que, una vez se ejecute la simulación en modo discontinuo (al acceder a la quinta pestaña principal: “Report”), dicho parámetro aparezca en la tabla como una variable de salida (variable dependiente). Se han incluido entre paréntesis las unidades en las que aparecerán estas variables en la tabla, siempre que se hayan seleccionado como unidades predefinidas m 3 /h, bar y ºC. La columna “Pass 2” no se explica ya que presenta las mismas casillas que la “Pass 1”, con la excepción de las últimas 6, que no aparecen. Esto es debido a que, como no es posible introducir más de dos pasos en la instalación, el segundo paso no podrá tener detrás a ningún otro, y las últimas 6 variables carecerían de sentido. 2) Database (Base de Datos) Esta opción muestra la dirección en la que se encuentra el archivo donde se contiene la base de datos en la que están guardadas algunas de las características más importantes del programa, como el listado y propiedades de las membranas FilmTec. Los archivos de base de datos siempre presentan la terminación .rosadb. Si se desea cambiar de base de datos, el programa cierra automáticamente el proyecto que estuviera en ejecución, por lo que es recomendable guardarlo previamente. Una vez se clica el botón “Database” emergerá una ventana que preguntará si se desea continuar, avisando que en caso de cambiar de base de datos, el proyecto en ejecución cerrará. Una vez se clica en continuar, aparecerá una ventana como la que sigue en la figura 5.9: Manual del software ROSA Interfaz y funcionamiento de ROSA 85 En ella se indica la ruta en la que se encuentra la base de datos que se está actualmente utilizando, en este caso, la base de datos contenida en el archivo ROSACFG.rosadb, guardado en la ruta C:\Archivos de Programa\ROSA72. Al presionar sobre “Close”, se volverá al proyecto en ejecución. Si se clica en “Browse” (Navegar), aparecerá una nueva ventana, que tendrá el aspecto de la captura de pantalla que sigue en la figura 5.10: Figura 5.9: Ventana de “Configuration Database” Figura 5.10: Ventana de exploración Manual del software ROSA Interfaz y funcionamiento de ROSA 86 En esta nueva ventana se puede navegar por los directorios para buscar los archivos de base de datos ROSA. Estos archivos, como ya se ha mencionado, poseen la extensión .rosadb. Una vez se encuentre el archivo que se quiere cargar, por ejemplo, ROSACFG.rosadb, se selecciona y se clica en abrir. Con esto se ha cambiado la base de datos que utiliza el programa para su funcionamiento. 3) Files and Folders (Archivos y Carpetas) Al clicar sobre la opción “Files and Folders”, se abre una ventana que permite manejar los parámetros predefinidos que afectan al manejo (abrir, guardar, seleccionar carpetas por defecto) de los archivos .rosa. La ventana en cuestión es la que puede verse en la figura 5.11, que muestra las casillas que se encuentran marcadas por defecto por el programa: Figura 5.11: Ventana “File and Folder Options” Manual del software ROSA Interfaz y funcionamiento de ROSA 87 En dicha ventana se puede seleccionar la forma en que el programa maneja los archivos de entrada (input files, con formato .rosa) y de salida (output files, con formato .html). A continuación se describirán las 4 opciones que se pueden modificar: 1) La primera opción da a elegir qué carpeta se prefiere que aparezca a la hora de abrir un proyecto (mediante la acción File -> Open Proyect, explicada en el apartado del botón de cabecera “File”). La primera casilla hace que esa carpeta sea siempre la última en la cual se ha llevado a cabo una acción con un fichero de tipo ROSA, es decir, hace que aparezca la carpeta donde se ha guardado o abierto un fichero ROSA por última vez. La segunda casilla hace que siempre se abra la carpeta por defecto, en este caso: C:\Archivos de Programa\ROSA72\MyProyects. En la cuarta opción se verá cómo cambiar la carpeta por defecto. 2) La segunda opción es análoga a la primera, pero esta vez afecta a la carpeta donde se quiere que se guarden los ficheros ROSA (mediante la acción File -> Save As, también explicada anteriormente). La primera casilla hace que esa carpeta sea siempre la última en la cual se ha llevado a cabo una acción con un fichero de tipo ROSA. La segunda casilla, por el contrario, hace que todos los proyectos se guarden siempre en la carpeta por defecto, en este caso, la llamada “MyProyects”, con ruta: C:\Archivos de Programa\ROSA72\MyProyects. 3) La tercera opción se diferencia de las dos primeras en que en este caso, afecta a la forma en que se tratan los archivos de salida (output files), que tienen formato .html. Estos archivos de salida serán los informes generados en la quinta pestaña principal (“Report”, véase apartado 5.2.5). Manual del software ROSA Interfaz y funcionamiento de ROSA 94 En dicha ventana se muestra la información básica del programa. Las dos características que pueden resultar de más utilidad son: -La versión que está instalada (en este caso la versión 7.2.7). -La base de datos que se está utilizando (en este caso la “Standard database of FilmTec elements”, es decir, la base de datos estándar de elementos de FilmTec). Esta base de datos puede cambiarse mediante la acción Options ->Database, tal y como se mostró en el apartado 5.1.2). Esta ventana es puramente informativa, puesto que no se puede realizar ninguna acción sobre ella a excepción de cerrarla. 2) FilmTec Website (Página Web de FilmTec) Al clicar sobre la segunda opción del menú desplegable “Help”, el programa lleva al usuario a la página web FilmTec, la empresa filial de Dow responsable de su programa de “Water & Process Solutions”, es decir, de su programa de purificación de aguas. Esta página web aparece dentro de la interfaz del programa ROSA, tal y como se muestra en la figura 5.19. Figura 5.18: Ventana de “About ROSA” Manual del software ROSA Interfaz y funcionamiento de ROSA 95 Una vez dentro de la página web, es posible navegar por ella con normalidad. Una aplicación interesante de esta página es el menú “Products”, donde pueden verse los productos para ósmosis inversa, nanofiltración, resinas de intercambio ionico y demás tecnologías que utiliza FilmTec para la purificación de aguas. Siguiendo la ruta Products -> Reverse Osmosis & Nanofiltration, se llega al catálogo de membranas de ósmosis inversa y nanofiltración de FilmTec. Cada modelo de membrana viene con una breve explicación y con sus características más importantes (superficie activa nominal, caudal de permeado…), lo cual será de gran utilidad dentro del programa ROSA a la hora de seleccionar un tipo de membrana para la instalación. En los anexos se explica más detalladamente la selección de elementos dentro de la página web de FilmTec (Anexo II), así como la nomenclatura utilizada para nombrarlos de acuerdo a sus características (Anexo I). Figura 5.19: Página web de FilmTec Manual del software ROSA Interfaz y funcionamiento de ROSA 96 3) Help (Ayuda) La tercera opción del menú desplegable “Help”, llamado de la misma forma, abre para el usuario una ventana de ayuda, tal y como se muestra en la figura 5.20: Esta ventana muestra un enlace al centro de respuestas de Dow. Para acceder a dicho centro de respuestas es necesario clicar sobre el logo azul de “Answer Center”. Una vez se ha pulsado el logo, el programa llevará al usuario a una página como la que se muestra en la figura 5.21: Figura 5.20: Ventana de ayuda de ROSA Figura 5.21: Centro de respuestas de Dow Manual del software ROSA Interfaz y funcionamiento de ROSA 97 En dicho centro de respuestas se encuentran archivadas miles de respuestas a preguntas comunes acerca de toda la actividad de Dow Chemical, por lo que sólo una pequeña fracción de ellas podrán resolver alguna cuestión al usuario de ROSE. Por ello es recomendable utilizar la búsqueda avanzada (“Advanced Search”) que se encuentra en la parte superior derecha de la barra de búsqueda. Al clicar en “Advanced Search”, el programa llevará al usuario a una página como la que muestra la figura 5.22: En dicha figura se muestra un ejemplo de cómo realizar una búsqueda sobre la herramienta “Batch Processor” del programa ROSA. En el primer cuadro de texto se introducen los términos de búsqueda (en este caso, “Batch Processor”). A continuación, en el apartado “Limit by product” es necesario introducir el tipo de producto de Dow Chemical en el que se pretende realizar la búsqueda. En la figura 5.23 se muestra la ventana desplegable abierta, en la que de entre Figura 5.22: Búsqueda Avanzada del Centro de Respuestas Manual del software ROSA Interfaz y funcionamiento de ROSA 98 todas los productos o áreas disponibles, el usuario deberá buscar y seleccionar “FILMTEC RO / NF Elements”. Una vez se ha reducido la búsqueda a “Elementos de Ósmosis Inversa y NanoFiltración de FilmTec”, el usuario deberá pasar a la siguiente ventana desplegable: “Limit by application”, que tiene el aspecto que se muestra en la figura 5.24: En esta ventana se limita la aplicación a la de purificación de aguas (seleccionar “Water”). Los últimos dos cuadros de texto (titulados “Sort by” y “Direction”) no es necesario rellenarlos, ya que se refieren a preferencias a la hora de mostrar los resultados. Una vez se tiene la ventana rellenada como en la figura, se clica en “Search” para buscar los resultados. Tras esto, aparecerá una ventana de resultados como la que se muestra en la figura 5.25: Figura 5.23: Ventana desplegable de productos disponibles Figura 5.24: Ventana desplegable de aplicaciones disponibles Manual del software ROSA Interfaz y funcionamiento de ROSA 99 Como se puede observar en la figura 5.25, el buscador encontró dos resultados, de los cuales solamente el primero coincide con lo que realmente se estaba buscando. Así pues, se clica sobre el primer resultado y el usuario será conducido a una breve explicación acerca de la herramienta de ROSA “Batch Processor”, como se muestra en la figura 5.26: Figura 5.25: Ventana de resultados de búsqueda Figura 5.26: Explicación de “Batch Processor” Manual del software ROSA Interfaz y funcionamiento de ROSA 100 4) Unit Conversion (Conversor de Unidades) La cuarta opción del menú deplegable “Help” es un sencillo conversor de unidades. Al clicar sobre él aparecerá una ventana tal y como se muestra en la figura 5.27: Como se puede observar, el conversor sirve únicamente para cambiar de unidades de: -Caudal: gpm a m 3 /h (y viceversa). -Presión: Psig a bar (y viceversa). De todos modos, si se utiliza la herramienta Options -> User Data para establecer las unidades por defecto para cada variable (tal y como se explicó anteriormente), será menos necesaria la utilización del conversor de unidades. 5) Show Welcome Screen at Startup (mostrar pantalla de bienvenida al inicio) Esta quinta y última opción del menú desplegable “Help” sirve para que el usuario decida si prefiere o no mostrar una pantalla de bienvenida al inicio del programa. Por defecto esta opción se encuentra desactivada. Figura 5.27: Conversor de Unidades de ROSE Manual del software ROSA Interfaz y funcionamiento de ROSA 101 5.2 Pestañas principales Una vez descritos los tres botones de cabecera (File, Options, Help), quedan por describir las seis ventanas principales del programa, a las que se accede mediante las seis pestañas antes comentadas. En la figura 5.28 se puede recordar la situación de dichas pestañas: Nada más abrir el programa (tanto si se trata de un proyecto nuevo como si es un proyecto antiguo), ROSA sitúa al usuario en la ventana correspondiente a tener activada la pestaña “1) Proyect Information”, que es la que se observa en la figura 5.28. El usuario deberá rellenar todos los datos de dicha ventana antes de pasar a la pestaña “2) Feedwater Data”, y así sucesivamente hasta llegar a la sexta pestaña, momento en el cual se completará el proyecto. Junto a las ventanas principales, el usuario también podrá utilizar en cualquier punto del programa las herramientas contenidas en los botones de cabecera, explicados en el apartado 5.1. Figura 5.28: Situación de las seis pestañas principales Manual del software ROSA Interfaz y funcionamiento de ROSA 102 5.2.1 Proyect Information (Información del Proyecto) En esta ventana el usuario debe rellenar los datos y preferencias básicos del proyecto que desee realizar: nombre del proyecto, anotaciones, número de casos, escala de la instalación, etc… Para facilitar la explicación de todas sus partes, se presenta la figura 5.29: Como se observa en la figura 5.29, la ventana se ha dividido en cuatro partes, acotadas por cuatro polígonos de colores: • Información del proyecto (rectángulo rojo) • Casos del proyecto (polígono verde) • Preferencias del proyecto (rectángulo naranja) • Tamaño del sistema (rectángulo gris) Figura 5.29: Partes de la ventana “1) Proyect Information” Manual del software ROSA Interfaz y funcionamiento de ROSA 103 A continuación se explicará cada parte, así como los botones y utilidades que presentan: 1) Información del Proyecto: Esta parte de la ventana solamente presenta dos cuadros de texto: • “Proyect Name” (Nombre del Proyecto), que está marcado en la figura 5.29 con el número 1. El nombre que se introduzca será el que lleve el proyecto en su conjunto, y será también el nombre por defecto que seleccione el programa a la hora de guardar el archivo. • “Notes” (Notas), marcado con un número 2 en la figura 5.29. Este cuadro de texto sirve para anotar cualquier información que el usuario considere útil acerca del proyecto en ejecución. Por ejemplo, en la figura 5.29 se describen las tres presiones de alimentación que se usan en cada uno de los tres casos de los que consta el “proyecto e1”. 2) Casos del Proyecto: Como ya se ha indicado, esta parte abarca todo el polígono verde, y su función es especificar cuántos casos posee el proyecto, así como indicar algunas características básicas de cada caso. En primer lugar, resaltar que cada proyecto de ROSA puede tener un número variable de casos. Cada caso es totalmente independiente del resto: puede tener distintas aguas de alimentación, distinta configuración de la instalación, distintos caudales, diferentes temperaturas, etc... Se ha dividido esta parte dedicada a los “Casos del Proyecto” en 6 elementos: • Ventana desplegable de casos, marcado con un número 3 en la figura 5.29. Mediante esta ventana se puede seleccionar cualquier caso de los que posea el proyecto. Manual del software ROSA Interfaz y funcionamiento de ROSA 110 2) Feed Streams (Corrientes de Alimentación): Este cuadro, marcado en la figura 5.32 con un 2, da al programa el número de corrientes de alimentación distintas que entran al sistema. Por defecto se encuentra fijada en 1, pero si el usuario desea aumentar el número de corrientes de alimentación (presionando a la flecha superior del cuadro de texto), ROSA presentará una ventana preguntando si se desea añadir otra corriente de alimentación al sistema. Si se presiona “Yes”, emergerá una segunda ventana como la que se presenta en la figura 5.34: En esta nueva ventana se pregunta el porcentaje de caudal que circulará por la nueva entrada. Si se marca un 10%, eso significará que el 10% del caudal de alimentación circulará por la corriente 2, y el 90% lo hará por la corriente 1. Es posible introducir tantas corrientes de entrada como se desee. Tras seleccionar el porcentaje, ROSA mostrará una tercera ventana, que presenta el aspecto que se muestra en la figura 5.35: Figura 5.34: Ventana de “New Feed” Figura 5.35: Ventana de “Water Concentration” Manual del software ROSA Interfaz y funcionamiento de ROSA 111 En esta ventana se pregunta al usuario si la nueva corriente de alimentación presentará las mismas características químicas que el resto. En caso de pulsar a “Sí”, el programa entenderá que la nueva corriente de entrada tiene la misma composición que las demás, mientras que si se pulsa a “No”, el programa tendrá presente que esta nueva corriente presenta características químicas diferentes. 3) Feed Number (Número de Corriente de Alimentación): En esta ventana desplegable, marcada en la figura 5.32 con un 3, se selecciona la corriente de alimentación en la que se desea realizar cambios. Todos los cambios que se realicen en la ventana de “Feedwater Data” (composición química, temperatura, pH, porcentaje de la alimentación total…) se guardarán únicamente para la corriente de alimentación que esté seleccionada en este cuadro de texto, por lo que es importante que el usuario conozca en todo momento qué corriente de alimentación tiene seleccionada. 4) Feed Percentage (Porcentaje de alimentación): El cuadro de texto enumerado en la figura 5.32 con un 4 y titulado “Feed Percentage” da el porcentaje de la alimentación total que supone la corriente seleccionada en “Feed Number”. Este porcentaje puede modificarse, teniendo en cuenta que su modificación supondrá también cambios en los flujos del resto de corrientes. 5) Open Water Profile Library (Abrir Biblioteca de tipos de Aguas) Este botón, marcado con un número 5 en la figura 5.32, da acceso a una biblioteca en la que se encuentran almacenados los tipos (o perfiles) de agua que haya guardado el usuario. Al clicar sobre él aparecerá una ventana como la que se muestra en la figura 5.36: Manual del software ROSA Interfaz y funcionamiento de ROSA 112 Mediante esta ventana se pueden realizar varias acciones relacionadas con la composición química del agua de alimentación: ¡) Guardar un tipo de agua en la biblioteca: Para guardar un tipo de agua en la biblioteca es necesario partir de la ventana principal de “Feedwater Data”. Esta acción se explicará en el punto principal: “7) Tabla de Composiciones”. ii) Cargar un tipo de agua en la biblioteca: Una vez en la ventana de “Water Profile Library”, el ususario debe clicar sobre la ventana desplegable titulada “Select Water Profile” situada en la parte superior. Al hacerlo, aparecerán los tipos (o perfiles) de agua que se hayan guardado previamente. Estos perfiles poseen la extensión .wat, tal y como se muestra en la figura 5.37: Figura 5.36: Ventana de “Water Profile Library” Figura 5.37: Ventana desplegable de selección de un perfil de agua Manual del software ROSA Interfaz y funcionamiento de ROSA 113 Una vez seleccionado un perfil de agua, la ventana desplegable se cerrará, y el usuario retornará a la ventana de “Water Profile Library”, en la cual se habrán cargado las composiciones guardadas en dicho perfil. Para pasar dichas composiciones al programa, es necesario clicar el botón “Close and copy to Feed”, tras lo cual se cerrará la ventana y el programa volverá a la ventana de “Feedwater Data”, en la cual se encontrarán guardadas las composiciones del perfil de agua que se haya cargado. iii) Borrar un tipo de agua de la biblioteca: Para borrar un tipo de agua de la biblioteca, en primer lugar es necesario seleccionar un perfil de agua, tal y como se explicó en el apartado anterior. Una vez seleccionado, hay que clicar sobre el botón “Delete from Library”. Tras esto, aparecerá una ventana en la que se pide que el usuario confirme si desea eliminar el perfil de agua de la biblioteca. Pulsando al botón “Sí”, se confirmará la eliminación de dicho perfil de agua. iv) Salir de la biblioteca de tipos de aguas: Para salir de la biblioteca de perfiles de agua sin pasar datos a la ventana principal de “Feedwater Data”, el usuario debe clicar sobre el botón “Close”, situado en la parte inferior de la ventana. 6) Specify Individual Solutes (Especificar Solutos Individuales) Esta casilla, marcada con un número 6 en la figura 5.32, es de gran importancia en el funcionamiento de la ventana de “Feedwater Data”: • Si está desactivada, ROSA no permite cambios en las corrientes de alimentación (“Feed Percentage”, “Feed Number” y “Feed Streams” se bloquean) y desactiva la función de biblioteca de perfiles de agua (por lo que desaparecerán los botones de “Open Water Profile Library” y “Save Water Profile to Library”). Manual del software ROSA Interfaz y funcionamiento de ROSA 114 Además, la tabla de concentraciones (véase punto 7 de este apartado) estará totalmente bloqueada, por lo que el usuario no podrá introducir los datos del agua de alimentación. En lugar de eso, el programa entenderá que el agua de alimentación contiene únicamente NaCl como compuestos disueltos. Esta cantidad de NaCl se podrá regular mediante el cuadro de texto llamado “Total Dissolved Solids” que se encuentra inmediatamente debajo de la casilla que se está describiendo. En él, el usuario debe introducir la concentración total en mg/l de NaCl, ya que se entiende que la corriente de alimentación no presenta otros iones. Una vez introducido ese dato, el programa lo pasará inmediatamente a la tabla de concentraciones, que se rellenará automáticamente. Para pasar a la siguiente pestaña principal: “3) Scaling Information”, ROSA necesita un análisis completo del agua de alimentación, por lo que en caso de no estar marcada, el usuario no podrá acceder a la pestaña en cuestión, y deberá pasar directamente a la cuarta pestaña principal: “4) System Configuration”. • Si se activa, ROSA vuelve a dejar hacer uso de la biblioteca de perfiles de agua y desbloquea todos los botones, tablas y cuadros de texto que se encontraban bloqueados cuando la casilla estaba sin marcar. La única excepción es el cuadro de “Total Dissolved Solids”, que se bloquea puesto que ha perdido su función. 7) Tabla de Composiciones: El número 7 de la figura 5.32 corresponde a la tabla de composición química del agua de alimentación junto con el botón “Save Water Profile to Library”. Esta composición química hace referencia únicamente a las sustancias disueltas y a la sílice, el resto de materia sólida presente en el agua se indica mediante el SDI de la ventana “Water Type”, tal y como se vio en la figura 5.33. A continuación se muestra ampliada la tabla de composición química del agua de alimentación (ver figura 5.38): Manual del software ROSA Interfaz y funcionamiento de ROSA 115 Como se puede observar en la figura 5.38, en la primera columna se muestran los compuestos químicos disueltos que pueden estar presentes en una mayor concentración en el agua de alimentación, tanto cationes (NH 4+ , K + , Na + , Mg 2+ , Ca 2+ …) como aniones (CO 32- , HCO 3- , Cl - , NO 3- , SO 42- …). Las siguientes tres columnas indican la concentración de cada uno de esos compuestos en varias unidades: la primera lo expresa en mg/l, la segunda en ppm de CaCO 3 y la tercera en miliequivalentes/l. La cuarta columna muestra la concentración total del ión en mg/l, que es la unidad de concentración que más se utiliza en ROSA. Esta columna, a diferencia de las tres anteriores, no sirve para la introducción de datos. Los iones se pueden ordenar en la tabla según su orden alfabético ascendente o descendente (pulsando a la casilla “Ions”). También se pueden colocar en orden creciente o decreciente de concentración (pulsando la casilla de unidades de concentración en función de la cual el usuario pretenda ordenarlos). Figura 5.38: Tabla de composición química del agua de alimentación Manual del software ROSA Interfaz y funcionamiento de ROSA 116 Haciendo doble clic sobre el nombre de un compuesto químico, el usuario tiene la posibilidad de cambiar su nombre. Para especificar las características químicas del agua, el usuario tiene dos opciones: a) Cargar un perfil de agua ya guardado en la biblioteca, tal y como se explicó en el punto “5) Open Water Profile Library”. b) Rellenar manualmente la tabla de composición química: para cada fila, es decir, para cada ión, el usuario deberá introducir su concentración en las unidades que desee, el programa se encargará de pasar dicha concentración al resto de unidades. Como se puede observar en la figura 5.32, debajo de la tabla de composición química se sitúa el botón “Save Water Profile to Library”, cuya utilidad es la de guardar un perfil de agua en la biblioteca de aguas. Para guardar un perfil de agua es necesario rellenar manualmente la tabla de composiciones con las características del agua que se desee guardar, así como seleccionar un tipo de agua en “Water Type” (tal y como se mostró en la figura 5.33). Tras rellenar la tabla y seleccionar el tipo de agua, el usuario deberá pulsar el botón de “Save Water Profile to Library”, tras lo cual el programa abrirá la ventana de “Water Profile Library”, ya vista en el punto anterior. Esta ventana presentará el aspecto de la figura 5.36, con la diferencia de que en este caso el botón de “Add to Library” y el cuadro de texto de “Profile Name” estarán desbloqueados. El usuario deberá rellenar el cuadro de texto llamado “Profile Name” con el nombre del perfil de agua creado. Una vez puesto el nombre, deberá pulsar el botón “Add to Library” para guardarlo en la biblioteca de perfiles de agua. Una ventana confirmará que el perfil de agua se ha guardado correctamente, tras lo cual el usuario deberá pulsar el botón de “Close” para volver a la ventana principal de “Feedwater Data”. Manual del software ROSA Interfaz y funcionamiento de ROSA 117 8) Feed Parameters (Parámetros de la Alimentación) En el cuadro verde marcado con un número 8 en la figura 5.32, el usuario tiene que introducir algunas de las variables más importantes de la corriente de alimentación. De arriba a abajo: • Temperature (Temperatura): En este cuadro de texto se introduce la temperatura a la que llega la corriente de entrada. En el caso de que haya varias corrientes de alimentación, sólo se referirá a aquella que esté seleccionada en “Feed Number”, y la temperatura media del sistema se mostrará en letra azul tras el título “System Temp”, justo debajo de la columna “Ions” de la tabla de composiciones. Es importante resaltar que en caso de que en “Water Type” se haya elegido “Seawater”, es decir agua marina, junto al cuadro de texto de “Temperature” aparecerá un botón con el nombre “Max Temp”. El usuario deberá pulsar este botón, tras lo cual aparecerá una ventana llamada “High Temperature Effect”. En esta ventana hay presentes dos elementos interactivos: -Casilla llamada “Account for flux loss at maximum temperature” (Tener en cuenta la pérdida de flujo debida a la temperatura máxima). -Cuadro de texto llamado “Maximum Temperature” (Máxima temperatura). Si el usuario activa la casilla, entonces ROSA incluirá la función de histéresis descrita en el apartado 4.2.3.1.1: debido a las elevadas presiones y salinidades que va a soportar la membrana, su exposición a elevadas temperaturas provocará una pérdida irreversible del flujo que es capaz de permear a través de ella, ya que tendrá lugar un proceso de compactación de la membrana. Manual del software ROSA Interfaz y funcionamiento de ROSA 118 Una vez haya activado la casilla, en el cuadro de texto de “Maximum Temperature”, el usuario deberá introducir el pico máximo de temperatura a la cual la membrana ha sido o va a ser sometida, ya que dicho proceso de compactación es irreversible. Con los datos especificados en esta ventana, ROSA introducirá dicha información en sus cálculos internos, de forma que la simulación resulte lo más realista posible. • Flow Rate (Caudal): Este cuadro de texto muestra el caudal que lleva la corriente de alimentación. En este punto del programa no se puede modificar, sino que el valor de dicho caudal se dará en la pestaña “4) System Configuration”. • pH: En este cuadro de texto se introduce el pH que posee la corriente de alimentación. En el caso de que haya más de una, solamente se referirá a aquella que esté seleccionada en “Feed Number”, y el pH medio del sistema se mostrará en letra azul tras el título “System pH”, a la derecha de la indicación de “System Temp”. A la hora de variar el pH, ROSA únicamente añade H + y OH - , sin alterar las concentraciones introducidas de K + , Na + , Mg 2+ , Ca 2+ , Cl - , NO 3- o SO 42- , pero hay que tener en cuenta que un cambio de pH provocará también una alteración en el equilibrio CO 32- /HCO 3- , modificando sus concentraciones. Este cambio de concentraciones será el causante de que, si el usuario varía el pH de la alimentación, es probable que posteriormente se vea obligado a realizar un ajuste en el balance de cargas, tal y como se verá en el siguiente punto de este apartado. Manual del software ROSA Interfaz y funcionamiento de ROSA 119 9) Charge Balance (Balance de Cargas): El rectángulo naranja marcado con un numero 9 en la figura 5.32 corresponde al apartado de balance de cargas del agua de alimentación. Puesto que la suma de cargas positivas ha de ser exactamente igual a la suma de cargas negativas, es posible que el tipo de agua introducida no sea válida. Para saberlo, el usuario deberá recurrir a la herramienta de balance de cargas, que presenta el aspecto que se muestra en la figura 5.39: En letra azul se indica el balance de cargas. En la figura 5.39, se observa que tanto los aniones como los cationes presentan el mismo valor en dicho balance (17,54), por lo que la resta entre ambos (indicada tras la palabra “Balance”) será 0, luego el tipo de agua será correcta y los cinco botones de ajuste de la derecha se mantendrán bloqueados. En caso de que los cationes presenten mayor carga que los aniones, aparecería un “Balance” mayor que 0, y se desbloquearían los botones de la derecha, que serán los que siguen: • “Add Chloride” (Añadir Cl - ) Al pulsarlo, el programa añade cloruros en la tabla de composición hasta que el balance se equilibre, y las cargas de aniones y cationes sean iguales. • “Add Sulfate” (Añadir SO 42- ) Al pulsarlo, el programa añade sulfatos en la tabla de composición hasta que el balance se equilibre, y las cargas de aniones y cationes sean iguales. Figura 5.39: Herramienta de Balance de Cargas Manual del software ROSA Interfaz y funcionamiento de ROSA 126 indicado en el cuadro de texto de “Recovery”, que se explicará más adelante (en la parte de “Recovery and Temperature”). La totalidad de los parámetros que aparecen en la tabla mostrada en la figura 5.42 ya fueron descritos en el apartado 4.2.2 de este manual (“Parámetros de calidad del agua”). Como se puede observar, en esta tabla de parámetros se incluyen gran cantidad de índices que se refieren a la posible precipitación de alguna sal poco soluble: el LSI y el S&DSI para la precipitación del CaCO 3 o los parámetros que indican el % de saturación del CaSO 4 , BrSO 4 , SrSO 4 , CaF 2 , SiO 2 y Mg(OH) 2 . Se puede comprobar que todos estos parámetros se ven fuertemente influidos por el pH del medio, por lo que la elección del pH óptimo (que se verá en el punto 5 de este apartado) será de gran importancia para evitar precipitaciones de sales poco solubles. En el caso de que el agua presente condiciones incrustantes, el programa avisará al usuario mediante un letrero con letras rojas. En dicho aviso, se le recomienda consultar a un fabricante de anti-incrustantes. El aviso en cuestión se ha resaltado en la figura 5.43: Figura 5.43: Aviso de condiciones incrustantes Manual del software ROSA Interfaz y funcionamiento de ROSA 127 3) Ion-exchange Leakage (Salida de intercambio iónico) El rectángulo verde marcado con un número 3 en la figura 5.41 corresponde a la parte dedicada al tratamiento previo de la corriente de alimentación mediante su paso por resinas de intercambio iónico. Este tratamiento previo está destinado a reducir la concentración de iones Ca 2+ y Mg 2+ de la corriente de alimentación antes de que ésta sea introducida en los módulos de ósmosis inversa. Hay que tener en cuenta de que al reducir la concentración de cationes calcio, el LSI se reducirá, convirtiendo al agua ajustada en más corrosiva. Por el contrario, las propiedades anti-incrustantes del agua aumentarán. Como ya se ha mencionado, la parte de tratamiento por intercambio iónico solamente se encontrará desbloqueado si se ha marcado la casilla “Ionexchange softening” en “Scaling Calculation Options”. Si está desbloqueado, el usuario podrá rellenar dos cuadros de texto: • “Ca Leakage”: En este cuadro de texto se introduce el valor al que se quiere reducir la concentración de iones Ca 2+ (en mg/l) en la corriente de alimentación ajustada. • “Mg Leakage”: En este cuadro de texto se introduce el valor al que se quiere reducir la concentración de iones Mg 2+ (en mg/l) en la corriente de alimentación ajustada. El usuario tiene que tener presente que un tratamiento previo con intercambio iónico no sólo reducirá la concentración de Ca 2+ y Mg 2+ , sino que también eliminará todo tipo de cationes divalentes. Esto puede resultar de gran utilidad en el caso de que en la instalación se den problemas debidos a precipitaciones de sulfatos, de hidróxido de magnesio o de fluoruro de calcio. Manual del software ROSA Interfaz y funcionamiento de ROSA 128 4) Recovery and Temperature (% de Recuperación y Temperatura) La parte dedicada al % de recuperación y a la temperatura se encuentra rodeada por un rectángulo azul y numerada con un 4 en la figura 5.41. Esta parte de la tercera pestaña se encuentra siempre desbloqueada, y presenta dos cuadros de texto y un indicador. En el primer cuadro de texto (titulado “Recovery”), el usuario puede introducir el % del caudal de alimentación que quiere que atraviese la membrana. Modificando este valor, se observa que los parámetros referidos a la corriente de rechazo (columna “Concentrate” en la tabla de parámetros) se modifican. Así pues, el usuario puede ver qué condiciones va a presentar el rechazo en función del porcentaje introducido. Esta es la única función del cuadro de texto “Recovery”, ya que el verdadero cociente entre el permeado y la alimentación se introducirá en la siguiente pestaña principal. El valor introducido en este cuadro de texto desaparecerá en cuanto el usuario cambie de pestaña. El segundo cuadro de texto corresponde a la temperatura a la que se desea introducir la alimentación a los módulos de ósmosis inversa. Esta temperatura corresponde a la introducida en la pestaña de “Feedwater Data”, por lo que si se introduce un valor distinto al introducido en dicha pestaña, el programa actualizará este último valor. No obstante, en el caso de que existan más de una corriente de entrada a diferentes temperaturas, el usuario no podrá modificarlas desde esta pestaña, y sólo podrá hacerlo desde la pestaña de “Feedwater Data”. ROSA permite introducir temperaturas de hasta 65 ºC, y a partir de los 45 ºC comienza a avisar de que se trata de temperaturas elevadas. Debajo del cuadro de texto de la temperatura, se encuentra un marcador que consta de dos casillas: • Use original feed • Use adjusted feed Estas casillas siempre se encuentran bloqueadas, y solamente indican qué tipo de alimentación se va a introducir en los módulos: en caso de que se realicen tratamientos previos (ajuste del pH o intercambio iónico), se encontrará Manual del software ROSA Interfaz y funcionamiento de ROSA 129 seleccionada la casilla “Use adjusted feed” (Usar alimentación ajustada”. En cambio, si no se realizan tratamientos previos, o lo que es lo mismo, si en “Scaling Calculation Options” se seleccionó “No chemicals added”, la casilla que estará marcada será “Use original feed” (Usar alimentación original). 5) User-adjusted pH (Ajuste del pH) El rectángulo violeta marcado con un número 5 en la figura 5.41 corresponde a la parte dedicada al tratamiento previo de la corriente de alimentación mediante un ajuste de su pH. Como ya se ha mencionado, la parte destinada al ajuste de pH solamente se encontrará desbloqueada si se ha marcado la casilla “User-adjusted pH” en “Scaling Calculation Options”. En el caso de que se encuentre desbloqueada, el usuario tendrá a su disposición una ventana desplegable y dos cuadros de texto. La ventana desplegable titulada “Dosing Chemical” corresponde al compuesto químico con el cual el usuario desea realizar el ajuste de pH. Esta ventana presenta el aspecto que se muestra en la figura 5.44: Como se observa en la figura 5.44, el ajuste de pH de la alimentación se puede realizar mediante tres compuestos: • H 2 SO 4 • HCl • NaOH Figura 5.44: Compuestos químicos para el ajuste de pH Manual del software ROSA Interfaz y funcionamiento de ROSA 130 Los dos primeros, al ser ácidos, serán de utilidad para reducir el valor del pH, mientras que el tercer compuesto, al ser una base, será el encargado de aumentar su valor. Una vez el usuario haya seleccionado el compuesto con el cual desea realizar el ajuste de pH, deberá pasar a los dos cuadros de texto que se encuentran debajo: • pH • Concentrate LSI Puesto que estas variables son dependientes, especificar una equivaldrá a especificar la otra, por lo que el usuario solamente tendrá que introducir un valor en una de los dos cuadros de texto. El cuadro de texto llamado “pH” corresponde al valor de pH que el usuario desea en la corriente de alimentación ajustada. El cuadro de texto llamado “Concentrate LSI” corresponde al valor del parámetro LSI que el usuario desea en la corriente de rechazo (aplicando el “%Recovery” introducido previamente). Este parámetro es de gran importancia debido a que es en la corriente de rechazo en la que hay una mayor concentración de sales, por lo que es en dicha corriente en la que más fácilmente van a precipitar sales poco solubles. Entre esas sales poco solubles, es el CaCO 3 la que mayor riesgo presenta, de ahí la importancia del parámetro LSI en la corriente de rechazo: cuanto mayor sea su valor, más probable va a ser que se den incrustaciones de carbonato cálcico en las instalaciones. Como se indicó en la descripción del LSI (apartado 4.2.2), un valor aceptable del LSI en el concentrado es de -0,20. Si el agua de alimentación presenta un elevado valor de sólidos disueltos totales (TDS), ROSA cambiará automáticamente el nombre de este último cuadro de texto por el de “Concentrate S&DSI”, utilizando el parámetro “Stiff & Manual del software ROSA Interfaz y funcionamiento de ROSA 131 Davis Index” en vez del LSI, debido a su mejor funcionamiento para disoluciones concentradas. Es importante anotar que al modificar el pH, también cambian parámetros que dan las propiedades incrustantes del agua, como el LSI, el S&DSI o los porcentajes de saturación de sales poco solubles. Generalmente, el riesgo de precipitaciones de sólidos aumenta con el pH, mientras que aguas con pH bajos no dan problemas de precipitaciones, pero suelen presentar propiedades corrosivas. Manual del software ROSA Interfaz y funcionamiento de ROSA 132 5.2.4 System Configuration (Configuración del Sistema) Una vez completada la pestaña “3) Scaling Information”, el usuario deberá continuar con el proyecto pulsando la cuarta pestaña: “System Configuration”. La pestaña de “System Configuration” conduce a la ventana del mismo nombre, que presenta el aspecto que se muestra en la figura 5.45: Como se puede apreciar en la figura 5.45, la ventana de System Configuration presenta mayor complejidad que el resto de ventanas principales vistas hasta ahora. En ella, el usuario deberá definir todas las características del sistema de ósmosis inversa que desee ejecutar: número de pasos, número de etapas, recirculaciones, flujos, temperaturas, tipos de membranas, etc. Para describir con mayor facilidad la ventana, ésta se ha dividido en cinco partes numeradas (tal y como se muestra en la figura 5.46) siendo éstas: Figura 5.45: Ventana “4) System Configuration” Manual del software ROSA Interfaz y funcionamiento de ROSA 133 • 1: “System Configuration” (Configuración del Sistema). • 2: Selección de pasos. • 3: “Configuration for Pass a” (Configuración para el Paso a). • 4: Ajuste del pH en la entrada del segundo paso. • 5: “Configuration for Stage b in Pass a” (Configuración para la Etapa b en el Paso a). En las páginas siguientes se explicará detalladamente cada una de estas secciones. Figura 5.46: Partes de la ventana “4)System Configuration” Manual del software ROSA Interfaz y funcionamiento de ROSA 134 1) System Configuration (Configuración del Sistema) El rectángulo rojo marcado con un número 1 en la figura 5.46 corresponde al esquema en el cual el programa muestra cómo está configurado físicamente el sistema de ósmosis inversa. El esquema se irá actualizando automáticamente según el usuario vaya modificando las opciones presentes en la ventana. En caso en el que sea necesario introducir corrientes nuevas en el sistema (por ejemplo, para modificar el pH), el esquema las mostrará. El programa ROSA utiliza una nomenclatura de pasos y etapas: • Por paso entiende un conjunto de etapas. Este conjunto de etapas son alimentadas exteriormente mediante una corriente de alimentación, y sus permeados se recolectan formando la corriente de permeado general de dicho paso. ROSA permite la instalación de hasta dos pasos. La alimentación que entra al segundo paso corresponderá al permeado general de todas las etapas del primer paso. • Cada paso está constituido por un número determinado de etapas. Cada etapa recibirá como alimentación el rechazo de la etapa anterior, por lo que el rechazo de la última etapa del paso constituirá el rechazo general de dicho paso. En cambio, los permeados de cada etapa se recolectan en el permeado general del paso, que puede guardarse como producto o introducirse como alimentación en el siguiente paso. En la figura 5.47 se muestra el esquema de configuración de un sistema que consta de dos pasos. El pH de la alimentación del primer paso se modifica mediante adición de H 2 SO 4 . La alimentación del segundo paso sufre una eliminación de CO 2 (rectángulo rojo) y posteriormente una adición de NaOH antes de ser introducida en el módulo. Manual del software ROSA Interfaz y funcionamiento de ROSA 135 En la figura 5.48 se muestra el mismo sistema, pero con la diferencia de que en este caso, el segundo paso presenta dos etapas. El esquema de “System Configuration” permite cambiar rápidamente entre etapas y pasos simplemente clicando sobre la etapa que se desee seleccionar, que se coloreará de verde. De esta forma, el usuario puede saber rápidamente en qué etapa y dentro de qué paso se encuentra. Así por ejemplo, en la figura 5.48, el usuario se encuentra en la segunda etapa del segundo paso (para más información acerca de la creación y selección de pasos ver el punto siguiente: “2) Selección de pasos”). Al mantener el cursor sobre las etapas, corrientes o nombres del esquema, el programa hará aparecer una pequeña ventana de información indicando alguna característica importante del elemento sobre el que se mantiene el cursor. Por ejemplo, si se mantiene el cursor sobre la corriente “Feed”, aparecerá una ventana con el siguiente texto: “Flow = 2 m 3 /h; pH=7,6”. Figura 5.47: Ejemplo de esquema con dos pasos simples Figura 5.48: Ejemplo de esquema con dos pasos y tres etapas Manual del software ROSA Interfaz y funcionamiento de ROSA 142 D2) Flow Calculator para sistemas de dos pasos: Si el usuario ha indicado (en “No Passes”) que el sistema conste de dos pasos, la calculadora de flujo presentará el aspecto mostrado en la figura 5.53: En este caso, se observa que todas las opciones referidas al segundo paso (“Pass 2”) están desbloqueadas, por lo que habrá una mayor complejidad a la hora de especificar los flujos y recirculaciones. Todas las características y opciones referidas al paso 1 son exactamente iguales que las mostradas en el apartado D1, con la excepción de que en este caso, al haber dos pasos, el cuadro de texto de “Permeate Split” (División del Permeado) se encuentra desbloqueado. Como ya se mencionó, en dicho cuadro de texto el usuario deberá introducir el porcentaje del caudal de permeado de la primera etapa del primer paso que se conduce al permeado general, en lugar de ser llevado como alimentación al segundo paso, tal y como se muestra en la figura 5.54 (el flujo de “Permeate Split” se muestra en color verde claro). Figura 5.53: Ventana de “Flow Calculator”, sistema de dos pasos. Manual del software ROSA Interfaz y funcionamiento de ROSA 143 Es importante resaltar que el flujo de “Permeate Split” consiste en una recirculación del permeado de la 1ª etapa del 1 er paso al permeado general, no del permeado del primer paso al permeado general, tal y como ocurrirá con el flujo “Blend”. Hay que apuntar que en caso de que se introduzca un “Permeate Split”, a la hora de indicar las recirculaciones del sistema en “Recirculation Loops” no se podrán seleccionar las características “Blend Permeate” ni “Pass 1 Conc to Pass 1 Feed” (véase apartado E). La opción “Blend” funciona de igual modo que el descrito para sistemas de un solo paso (véase apartado D1), y como ya se mencionó, no puede estar activado si la instalación posee un “Permeate Split”. La única diferencia respecto de los sistemas con un solo paso es que en este caso, el flujo denominado “Blend” se toma del permeado total saliente del primer paso, uniéndose al permeado general, tal y como se muestra en la figura 5.55. Nótese que esta opción difiere del “Permeate Split” en que la recirculación no se hace del permeado de la primera etapa del paso 1, sino que se recircula una fracción del permeado general del primer paso. Figura 5.54: Sistema de dos pasos con “Permeate Split” Manual del software ROSA Interfaz y funcionamiento de ROSA 144 Como se ha mostrado en la figura 5.53, en el caso de que la instalación posea dos pasos, el programa desbloquea todas las características referidas al segundo paso, que no se describieron en el apartado D1. Entre estas características se encuentran: • Feed Flow: Caudal de la alimentación que llega al segundo paso, en m 3 /h. Este parámetro es de sólo lectura, ya que su valor ha de ser igual al caudal permeado en el primer paso menos las recirculaciones que se hayan marcado. • Recovery: Cociente entre el caudal de la permeado y el de alimentación en el segundo paso, expresado en porcentaje. Debajo de su cuadro de texto se encuentra la casilla “Specify”, por lo que será uno de los parámetros principales que se pueden fijar. • Permeate Flow: Caudal de permeado que atraviesa el segundo paso, en m 3 /h. Debajo de su cuadro de texto se encuentra la casilla “Specify”, por lo que también será uno de los parámetros principales que se pueden fijar. • Flux: parámetro de sólo lectura que indica, en lmh (l/m 2 ·h) los litros de permeado que atraviesan cada hora 1 m 2 de la membrana que se encuentre seleccionada para dicho módulo. • Final Permeate: parámetro de sólo lectura que indica en m 3 /h el caudal de permeado global que sale de la instalación. Este caudal Figura 5.55: Sistema de dos pasos con “Blend Permeate” Manual del software ROSA Interfaz y funcionamiento de ROSA 145 será la suma del caudal de permeado que sale del segundo paso más los caudales de las recirculaciones que desemboquen allí. Como se ha visto, en la parte que se refiere al segundo paso solamente se encuentran dos parámetros principales (esto es, que posean la casilla de “Specify”): “Recovery” y “Permeate Flow”. En el primer paso, el parámetro “Permeate Flow” ha perdido su condición de parámetro principal, por lo que también quedarán solamente dos: “Feed Flow” y “Recovery”. Así pues, en total se dispone de cuatro parámetros principales: dos para el primer paso y otros dos para el segundo. De estos cuatro, el usuario deberá marcar y rellenar tres para que el problema se encuentre correctamente especificado, en caso contrario el botón de “Recalculate” se mantendrá bloqueado. Esto es así solamente si se han dejado como variables libres las presiones (véase apartado 5.2.4.5), ya que si el usuario fija presiones, los grados de libertad se irán reduciendo, pudiendo llegar incluso al caso de que no quedase ninguno, de forma que el usuario no podría fijar ningún caudal. En cualquier caso, el programa siempre indicará el número de parámetros a especificar. El resto de características de la ventana funcionan exactamente igual que para sistemas con un solo paso, por lo que se explicaron en el apartado D1. E) “Recirculation Loops” (Bucles de Recirculación): En la figura 5.49 se agruparon tres características en torno a la letra E, bajo el título de “Recirculation Loops”. Como se puede observar en la mencionada figura, aparecen tres casillas: • Blend Permeate: Esta opción, traducida como “Mezcla de Permeado” consiste en mezclar la corriente de permeado general Manual del software ROSA Interfaz y funcionamiento de ROSA 146 del sistema con una fracción de la alimentación (sistemas de un solo paso) o con una fracción del permeado total del primer paso (sistemas de dos pasos). Aquí es una característica de sólo lectura, que sirve como indicador, ya que la única forma de modificar esta opción es dentro de la ventana de “Flow Calculator”, tal y como se explicó en los apartados D1 (sistemas de un paso) y D2 (sistemas de dos pasos). • Pass 1 Conc to Pass 1 Feed/ Pass 2 Conc to Pass 2 Feed: Esta opción presenta dos formas distintas en función de qué paso se encuentre seleccionado en ”Current Pass”: -Si está seleccionado el paso 1, esta opción se titula “Pass 1 Conc to Pass 1 Feed” (Concentrado del primer paso a la alimentación del primer paso), y activa una recirculación que parte del concentrado resultante del primer paso y desemboca en su corriente de alimentación, tal y como se muestra en la figura 5.56. - Si está seleccionado el paso 2, esta opción se titula “Pass 2 Conc to Pass 2 Feed” (Concentrado del segundo paso a la alimentación del segundo paso). Esta opción es análoga a la anterior, cambiado el primer paso por el segundo. Figura 5.56: Sistema de dos pasos con recirculación del concentrado del paso 1 Manual del software ROSA Interfaz y funcionamiento de ROSA 147 En caso de que en la ventana de “Flow Calculator” se haya seleccionado la opción “Permeate Split”, tal y como se indicó en el apartado D2, la casilla de “Pass 1 Conc to Pass 1 Feed/ Pass 2 Conc to Pass 2 Feed” se encontrará bloqueada. Si, por el contrario, se encuentra desbloqueada, el usuario deberá introducir el caudal (en m 3 /h) de dicha recirculación. En este caso, el caudal recirculado se suma al caudal fijado en “Feed Flow”, por lo que su valor no afectará al caudal de entrada al sistema. Si el valor introducido supera al valor calculado para el concentrado del paso seleccionado en ese momento, ROSA abrirá automáticamente la ventana de “Flow Calculator” para que el usuario cambie las características del sistema. • Pass 2 Conc to Pass 1 Feed: Esta opción, traducida como “Concentrado del segundo paso a alimentación del primer paso” activa una recirculación que, como su propio nombre indica, lleva el concentrado que sale del segundo paso a la alimentación del primer paso, tal y como se muestra en la figura 5.57. Esta opción está desbloqueada solamente para sistemas con dos pasos, pero en estos sistemas está siempre activa, independientemente de lo que se haya marcado en la ventana de “Flow Calculator”. Figura 5.57: Sistema de dos pasos con recirculación del concentrado del paso 2 Manual del software ROSA Interfaz y funcionamiento de ROSA 148 A pesar de lo que se muestra en la figura 5.57, con esta opción no tiene por qué recircularse la totalidad del concentrado que sale del segundo paso, sino que puede llevarse solamente una fracción. Una vez se encuentre marcada la casilla, el usuario podrá introducir el caudal (en m 3 /h) que desea que se recircule. Hay que tener en cuenta que esta cantidad hará que el caudal de entrada al sistema se reduzca (para mantener el parámetro “Feed Flow” en el valor especificado en la ventana de “Flow Calculator”). El valor que el usuario puede introducir está limitado por el valor que presenta el caudal de concentrado que sale del segundo paso. En caso de que se pretenda que la totalidad de este caudal sea recirculado, el usuario deberá pulsar el botón “Max” para que el programa introduzca dicho valor en el cuadro de texto. Manual del software ROSA Interfaz y funcionamiento de ROSA 149 4) Ajuste del pH en la entrada del segundo paso El rectángulo naranja marcado con un número 4 en la figura 5.46 corresponde al conjunto de opciones que permiten regular el pH en la entrada al segundo paso. Puesto que se refiere a la alimentación del segundo paso, en los casos en los que se trabaje con un único paso, todo el conjunto de opciones se encontrará bloqueado. En el caso en el que se trabaje con dos pasos, y en la casilla “Current Pass” se encuentre seleccionado el paso 2, el conjunto de opciones mencionado se desbloqueará, presentando el aspecto que se muestra en la figura 5.58: Como se puede observar en la figura 5.58, el ajuste de pH de la alimentación del segundo paso puede hacerse de dos maneras: • Ajuste mediante reactivo químico: consiste en añadir un ácido o una base a la corriente para modificar su pH. En este caso, el usuario deberá seleccionar en “Dosing Chemical” cualquiera de los tres reactivos que se encuentran presentes: H 2 SO 4 , HCl o NaOH. Tras seleccionar el compuesto químico, deberá introducir en el cuadro de texto denominado “Adjusted pH” el valor de pH al que desea llevar a la corriente ajustada. En el diagrama de “System Configuration” aparecerá reflejada la corriente de entrada, que indicará el compuesto químico con el que se realiza el ajuste. • Eliminación de CO 2 : consiste en eliminar el CO 2 presente en la corriente mediante un desgasificador. Al eliminar el CO 2 , el pH de Figura 5.58: Opciones de ajuste del pH en la entrada al segundo paso Manual del software ROSA Interfaz y funcionamiento de ROSA 150 la corriente aumentará, ya que dicho gas presenta propiedades ácidas. Para seleccionar esta opción, el usuario debe marcar cualquiera de las dos casillas que se describen a continuación: -“% Carbon Removal”: Al seleccionar esta casilla, aparecerá a su derecha un cuadro de texto, en el cual el usuario deberá introducir el porcentaje de materia carbonosa que desea eliminar de la corriente de alimentación al segundo paso. Con este valor se estará indicando el porcentaje de eliminación molar de CO 2 , HCO 3- y CO 32- conjuntamente. -“CO2 Pressure (atm)”: Al seleccionar esta casilla, aparecerá a su derecha un cuadro de texto, en el cual el usuario deberá introducir la presión en atmósferas que desea que presente el CO 2 en la corriente de alimentación del segundo paso (téngase en cuenta que la presión parcial del CO 2 en el aire es de alrededor de 0,00037 atm). Esta presión parcial no podrá ser superior a la que presente la corriente de alimentación bruta, por lo que mediante esta herramienta únicamente se podrá desgasificar CO 2 . En el diagrama de “System Configuration” aparecerá reflejada la eliminación de CO 2 mediante un rectángulo rojo en la corriente de alimentación del segundo paso. El usuario tiene la libertad de realizar ambos métodos de ajuste de pH a la vez: ajuste químico y eliminación de CO 2 , y en el diagrama de “System Configuration” aparecerán ambos. Manual del software ROSA Interfaz y funcionamiento de ROSA 151 5) “Configuration for Stage b in Pass a” (Configuración para la Etapa b en el Paso a) El rectángulo violeta marcado con un número 5 en la figura 5.46 corresponde a la parte en la cual el usuario decide las características más importantes que presenta la etapa “b” dentro del paso “a”, siendo “a” el paso actual (1 ó 2) y “b” la etapa seleccionada dentro del paso actual. Esta parte ha sido ampliada y clasificada mediante letras en la figura 5.59, de forma que se facilite su explicación. El nombre de esta parte de la pestaña principal “4) System Configuration” indicará en todo momento en qué etapa y en qué paso se encuentra. En el ejemplo mostrado en la figura 5.59 se observa que el título (“Configuration for Stage 1 in Pass 2”) indica que en la parte de “Selección de Pasos” (ver apartado 5.2.4.2) se encuentra marcado el paso 2, y dentro del paso 2, se ha seleccionado la etapa 1 (tal y como se mostrará en este apartado). A continuación se explicarán las distintas partes en las que se ha dividido según la figura 5.59: A) “Stage in Pass” (Etapa en el Paso): La ventana desplegable etiquetada con la letra “A” en la figura 5.59 corresponde a la selección Figura 5.59: “Configuration for Stage 1 in Pass 2” Manual del software ROSA Anexo II: Selección de elementos de FilmTec 255 Anexo II: Selección de elementos de FilmTec En este segundo anexo se explicará brevemente cómo se puede acceder al listado de elementos de FilmTec, qué aspecto presenta este y cómo se encuentra estructurado. Para acceder al listado de elementos de FilmTec el usuario puede seguir las instrucciones que se dieron en el apartado 5.1.3.2 de este manual o bien puede acceder directamente mediante el siguiente enlace: http://www.dowwaterandprocess.com/products/ronf.htm Dicha página Web presentará el aspecto que se muestra en la figura II.1: Figura II.1: Listado de elementos de FilmTec. Manual del software ROSA Anexo II: Selección de elementos de FilmTec 256 Como se puede observar, FIilmTec clasifica sus elementos de acuerdo a sus utilidades y dimensiones características. A continuación se detallará cada una de las partes en las que se divide el listado de elementos. II.1 “Brackish Water” (Agua Salobre): FilmTec presenta una gran variedad de elementos de todos los tamaños para aplicaciones de ósmosis inversa a partir de agua salobre, tal y como se amplía en la figura II.2: II.2 “Fouling Resistant” (Resistentes al Ensuciamiento): Los elementos de FilmTec resistentes al ensuciamiento presentan todos, como es lógico, el mayor diámetro comercial (8”), tal y como se muestra en la figura II.3: Figura II.2: Listado de elementos de FilmTec: “Brackish Water”. Figura II.3: Listado de elementos de FilmTec: “Fouling Resistant”. Manual del software ROSA Anexo II: Selección de elementos de FilmTec 257 II.3 “Low Energy” (de Baja Energía): Los elementos de FilmTec denominados “de baja energía” suelen presentar porcentajes de rechazo de sales similares a los tradicionales, pero a costa de una menor presión que éstos. Cada elemento presenta unas características propias, por lo que el usuario tendrá que informarse individualmente. Los elementos de FilmTec denominados “de baja presión”, se presentan en la figura II.4: II.4 “Industrial Grade Brackish Water” (Agua Salobre de Grado Industrial): Los dos elementos mostrados en la figura II.5 corresponden a los elementos diseñados por FilmTec específicamente para el tratamiento de aguas salobres para aplicaciones industriales. Figura II.4: Listado de elementos de FilmTec: “Low Energy”. Figura II.5: Listado de elementos de FilmTec: “Industrial Grade Brackish Water”. Manual del software ROSA Anexo II: Selección de elementos de FilmTec 258 II.5 “Nanofiltration” (Nanofiltración): En la figura II.6 se muestran los elementos de FilmTec diseñados para una nanofiltración del agua. Este proceso suele darse a cabo en pretratamientos avanzados del agua de alimentación, antes que ésta sea introducida en los módulos de ósmosis inversa. II.6 “Sanitary/Full Fit (Medical/Food)” (Agua de uso Sanitario o Alimentario): En la figura II.7 se muestran los elementos de FilmTec diseñados para la producción de agua de gran calidad para su uso en aplicaciones médicas o alimentarias. En este tipo de elementos es especialmente importante leer cuidadosamente las especificaciones de cada elemento, ya que si el agua producida va a ser utilizada en estos sectores, el elemento necesitará estar aprobado por la Administración correspondiente (en EE.UU. la “U.S. Food & Drug Administration”). Figura II.6: Listado de elementos de FilmTec: “Nanofiltration”. Figura II.7: Listado de elementos de FilmTec: “Sanitary/Full Fit (Medical/Food)”. Manual del software ROSA Anexo II: Selección de elementos de FilmTec 259 II.7 “Seawater” (Agua marina): En la figura II.8 se muestra el amplio catálogo de elementos de FilmTec diseñados para la desalación de agua del mar. II.8 “Semiconductor” (Agua ultrapura): En la figura II.9 se muestran los elementos de FilmTec diseñados para la producción de agua ultrapura dedicada a aplicaciones muy específicas, la mayoría relacionadas con el mundo de los semiconductores. Figura II.8: Listado de elementos de FilmTec: “Seawater”. Figura II.9: Listado de elementos de FilmTec: “Semiconductor”. Manual del software ROSA Anexo II: Selección de elementos de FilmTec 260 II.9 “Tap Water (Home Drinking)” (Agua de uso Doméstico): En la figura II.10 se muestran los elementos de FilmTec diseñados para la producción de agua de uso doméstico. Sus dimensiones son muy reducidas, ya que están pensados para aplicaciones domésticas, no industriales. II.10 “Other Products” (Otros Productos): En la figura II.11 se muestran los elementos de FilmTec que no encajan en ninguna de las utilidades descritas anteriormente. Por ejemplo, el elemento denominado “Maple Sap Mark I” está diseñado específicamente para la concentración de savia de arce en aplicaciones industriales. Figura II.10: Listado de elementos de FilmTec: “Tap Water (Home Drinking)”. Figura II.11: Listado de elementos de FilmTec: “Other Products”.