Así las cosas, me
olvidé de las desaladoras hasta que tuve que enfrentarme a
ellas en un barco de chárter. El armador me indicó de forma
atragantada, el manejo de sus numerosas válvulas y controles.
Explicaciones resumidas a modo de “guía-burros” que sugerían un
mecanismo complejo, delicado, oscuro, solo apto para ingenieros
cualificados.
Pero todo ello valió
para despertar la curiosidad y refrescar mis olvidados
conocimientos técnicos. En el fondo la
cosa no podría ser tan complicada ni tan cara. Y así fue…
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¿Cuánto cuesta TODO?
Depende de dónde
y cómo compremos. Pero si miramos bien en internet, Amazón
para los filtros y
otros sitios parecidos, y utilizamos una Karcher "K4" como
bomba de alta presión, el montaje completo debería estar por
debajo de los 2.000€ todo incluido. Si para la bomba de alta
presión utilizamos una bomba de 12 voltios con pistones
cerámicos debemos sumar unos 400 € adicionales.
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montaje que se ajuste a tus necesidades. Por un importe 3
veces inferior al que encontrarás en el mercado para equipos
de misma capacidad de producción de agua dulce, puedes
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La realidad de las
desaladoras
Cuando un sistema o
mecanismo parece complicado, la industria especialmente en la
náutica de recreo, aprovecha para en ocasiones, hacerlo aún más complicada y
multiplicar de paso el precio por x3 o por x4. Así están las cosas. Aún
recuerdo aquellos "espabilados" que vendían microondas a 12 voltios
para los barcos, por unos 1.000€, el cual no era más que un
microondas de los que encontramos en las grandes superficies, y al
que se le había montado una inversor dentro de la carcasa… “Sin
comentarios”.
La realidad es que
entender una desaladora no es muy complicado si se explica
su funcionamiento. Tras lo que voy a contarles, las entenderá al
detalle, y lo que es más importante, podrá prescindir de las
guías de uso. Y si sabemos del tema, evitaremos tomaduras de pelo de técnicos desaprensivos,
y podremos acceder a precios
sorprendentemente buenos. Pero lo más importante es que sabremos
como solventar con éxito
cualquier problema en el futuro.
Desgranar el funcionamiento de una desaladora puede abaratar aún más el coste de instalación del
montaje, al poder aprovechar otros posibles equipos ya instalados
a bordo y lo que es aún mejor, podríamos aprovechar parte de la
nueva instalación para lograr otros beneficios en el barco.
Me explico; Una
parte de la desaladora consiste en disponer de un circuito de agua
salada a bordo, como el que utilizamos en algunos veleros al tener
un grifo de agua salada en la cocina con el que se ahorrar agua dulce
al lavar los platos. Otra parte del equipo de una desaladora provee
una salida de agua a alta presión como la que utilizamos con una "Karcher",
para baldear de tanto en tanto la cubierta, o arrancar el
caracolillo cuando vamos a hacer el antifouling. Es más, la parte de
alta presión de un equipo de desalación puede ser perfectamente
montado con una ‘Karcher’ o equipo de lavado a presión equivalente…
El corazón de una
desaladora
Hablamos de la
membrana osmótica, una pieza con forma tubular de a veces un metro
de longitud (40 pulgadas) y un diámetro de 8 o 10 centímetros. Estas
membranas entregan típicamente una producción de unos 100 litros de
agua dulce a la hora, y hay otras también muy utilizadas en
desaladoras pequeñas en los barcos de unos 60 centímetros de longitud cuya
producción ronda los 40 litros por hora (por cada membrana).
La famosa membrana osmótica no es más que un filtro extremadamente
fino, cuyos agujeros son del tamaño aproximado al de las moléculas
de agua y por tanto capaces de ser atravesadas por el agua.
Sin embargo el
tamaño de los iones cloro e iones de sodio disueltos en el agua
salada son demasiado grandes para estos 'poros'. O sea, que el agua
puede atravesar la pared del filtro pero no las sales disueltas en
el agua de mar. Como los agujeros son muy pequeños, el agua que
metemos en este filtro debe ser presurizada para vencer la
dificultad de pasar por esos agujeros minúsculos de tamaño
molecular…
Un poco de rigor
técnico
No está de más saber
algo sobre la presión osmótica y el principio físico por el que
‘funcionan’ las membranas osmóticas. El agua a nivel molecular se
‘mueve’ en todas direcciones, y más cuánto más alta sea la
temperatura. De hecho, eso es exactamente la temperatura; la
velocidad a la que se agitan de las moléculas del agua.
Si tenemos dos
depósitos nivelados uno de ellos con agua de mar y otro con agua
dulce, separados por una membrana de agujeros del tamaño de
moléculas de agua, ocurrirá que el número de ‘impactos’
de las moléculas de agua del lado del agua dulce serán mayor que el
de impactos del agua salada, porque los iones de la sal impiden
parte de los impactos del agua en el lado del depósito con agua
salada.
Por ejemplo, por cada 10 moléculas de agua que son capaces
de atravesar desde el lado del agua dulce, solo 7 son capaces de
atravesar desde el agua salada al lado del agua dulce. O sea, hay
una transferencia neta de agua dulce hacia el lado del agua salada, que hace
que el depósito de agua dulce baje de nivel y el depósito de agua
salada aumente. Si el nivel lo mantuviéramos igualado, el agua dulce
acabaría por ser transferida totalmente al agua salada y esto es
exactamente lo contrario a lo que deseamos en una desaladora.
Pero al aumentar el
nivel del depósito de agua salada aumenta la presión por el peso del
agua salada que es más alta y a más presión más "impactos" de agua
desde el lado salado, y por tanto llega un momento en el que se
alcanza el equilibrio termodinámico y el balance neto se hace cero.
Ese aumento de presión debido al peso de la columna de agua que ha
aumentado es justamente lo que se conocido como la “presión
osmótica”.
Lo importante de
estos párrafos es entender que el proceso es reversible, y que si
aumentamos artificialmente la presión en el lado salado, con una bomba
presurizadora, el flujo neto de agua pasará a ser desde el
lado salado al del agua dulce, a medida que la concentración de sal
aumenta en el depósito salado, por lo que hay que renovar
constantemente el agua salada para que no aumente la concentración
de salmuera. ¡Ya tenemos una desaladora!
Un membrana osmótica "filtrará" más agua cuanto mayor sea su superficie. La idea
industrial inteligente consistió en fabricar una membrana formada
por 4 capas. La del medio es la membrana osmótica, forrada por ambas
caras por una bayeta o gamuza, capa capaz de canalizar el agua que
entra y la que sale filtrada como agua dulce. Ahora estaremos en
condiciones de enrollar este sandwich sobre sí mismo para
convertir este filtro osmótico de unos pocos metros cuadrados de
superficie, en un cilindro de formato manejable. Para ello se ha
utilizado una cuarta lámina de plástico impermeable que hace de
barrera para que no se toquen las dos gamuzas que canalizan una
hacia dentro y la otra hacia fuera el agua salada y el agua
desalada.
Esquema de
funcionamiento sencillo
El corazón de toda
desaladora está formado por esa pieza en forma de cilindro que
encierra un cartucho de filtrado por osmosis, que cuesta dependiendo
del tamaño, del fabricante y del distribuidor, del orden de 50 € a 100€ si lo compramos como debemos. Es
en este cilindro donde ocurre la “magia” de la separación del agua
salada y del agua dulce. El cartucho tiene una entrada para el agua
salada y dos salidas; una para el agua dulce desalada y otra para
renovar y hacer circular el agua salada un poco más concentrada en
sal, al haberse retirado una parte de agua dulce.
Mediante una 'Karcher'
mandamos agua salada a la membrana. Este es el esquema funcional más
sencillo que explica cómo funciona una desaladora, y que
naturalmente habremos de mejorar con algunos accesorios como se
describe a continuación
Limpieza de las membranas
Los fabricantes de desaladoras nos ofrecerán kits de limpieza y procedimientos más o
menos complicados para mantener la membrana osmótica libre de micro
organismos que crecen en ella cuando dejamos de utilizarla durante
una temporada más o menos larga. Estos organismos son los que
generan un olor desagradable a podrido en el agua desalada cuando la
ponemos en marcha tras un periodo demasiado largo de inactividad.
Lo
que ha ocurrido es que en las capas de la membrana osmótica han
proliferado microorganismos que producen esos olores y que
ciertamente debemos evitar tanto por el olor como por el riesgo de
infecciones. Pero la conclusión que podemos sacar es que
posiblemente lo más eficaz, cómodo y económico sea disponer de
algunos recambios de membranas para sustituir tras una temporada
demasiado larga, en vez de liarnos a recircular líquidos de
mantenimiento, hibernaje y qué se yo cuántas cosas más... El precio
del filtro osmótico no es demasiado elevado si lo compramos bien, y al cambiarlo nos
dejamos de líos quizás innecesarios, sobre todo si el ‘kit’ de
limpieza nos cuesta casi lo mismo que una membrana osmótica nueva…
En el montaje que vamos a proponer,
una solución intermedia consiste en montar un temporizador como los
utilizados en el riego automático del jardín que hará circular agua
dulce cada cierto numero de días para 'limpiar' la membrana y evitar
la aparición de olores. (lo veremos una párrafos más adelante).
En este montaje hemos
añadido un filtro decantador a la entrada del agua salada, y una
pequeña bomba que vence la resistencia de los dos prefiltros de 20 y
5 micras que llevan agua salada ya filtrada a la entrada de la bomba
de alta presión. Observamos un manómetro de baja presión que nos
indicará que a la entrada de la 'karcher' llega el agua pre-tratada.
A la izquierda del
esquema, la salida de la salmuera o agua de mar concentrada está
controlada añadiendo una llave que permite ajustar el flujo de
rechazo. Si está muy abierto NO habrá alta presión en la membrana y
no se desalará agua. Si cerramos demasiado aumentará demasiado la
presión y puede peligrar la vida de la membrana. Este es el ajuste
más importante en cualquier desaladora.
Inyectar agua a
presión en la membrana
La idea de cualquier
desaladora consiste en
aportar agua salada a la membrana gracias a una bomba de alta
presión como por ejemplo la de una hidro-limpiadora que alcanza en
torno a los 100 bares de presión, para que nuestra desaladora se
ponga a funcionar. Todo lo demás…. son accesorios. Pero algunos de
ellos necesarios para que el montaje pueda funcionar de forma
continuada.
La presión a la que
debe estar sometida la membrana osmótica depende del fabricante de
la membrana y normalmente estará en torno a los 40 o 50 bares,
aunque hay membranas de ultra baja energía que hacen su trabajo de
filtrado en torno a presiones tan ‘bajas’ como los 27 bares de
presión. Esto aumenta el rendimiento pero al precio de ser membranas
más frágiles y fáciles de romper si nos pasamos al aumentar la
presión.
Independiente de la
presión que entregue nuestra bomba de alta presión, debemos ajustar
la presión de la membrana a la que indique el fabricante de la
membrana. Para ello, al poner en marcha la desaladora, debemos tener
abierto al máximo la llave del circuito de salida de agua de alta
concentración de sal (rechazo o salmuera) e ir cerrando esta llave poco a poco
a medida que observaremos como aumenta la presión en el circuito y
comienza a salir agua dulce de la membrana.
Si la llave de rechazo está totalmente
abierta, por mucho que la bomba de alta presión inyecte agua
salada,esta se perderá por el circuito de rechazo. A medida que
cerramos la llave de rechazo, aumentaremos la presión que llega a la
membrana y por tanto comenzará la producción de agua dulce. Debemos
mantener la presión en el nivel indicado por el fabricante.
Ya tenemos la versión
CASI definitiva del montaje completo de la desaladora; En esta nueva
versión del montaje, hemos añadido un manómetro de alta a la salida
de la salmuera. Este nos permite controlar la presión a la que
trabaja la membrana. Cuando esta aumenta a medida que vamos
estrangulando la salida de la salmuera, el caudalímetro instalado a
la salida del agua dulce, comienza a indicar que hay producción de
agua dulce.
Además vemos como se ha
instalado un sensor que indica en una pantalla digital el número de
partículas por millón y con el que monitorizar la salinidad del agua
obtenida y también hay una llave de tres vías para poder desviar el
agua dulce inicial hasta que su calidad nos permita llevarla al
depósito de agua dulce.
Como ya hemos
indicado, si aumentamos la presión por encima del límite
indicado por el fabricante, la producción de agua dulce aumentará
pero a costa de perforar y romper parte de los microscópicos agujeros de filtrado, lo
que hará que el agua dulce tenga un poco de sabor a sal y a la larga
estropeará el filtro osmótico que deberemos sustituir.
Es decir lo más
importante en una desaladora es ajustar la presión de trabajo de la
membrana osmótica. Como vamos a instalar un caudalímetro que mide la
cantidad de agua dulce que estamos produciendo, lo que haremos en
definitiva es poner la desaladora en marcha pero con la llave de salida de agua
salada totalmente abierta, y la iremos cerrando para comprobar cómo
aumenta la presión en la membrana a medida que el caudalímetro
empieza a indicar producción de agua dulce. Debemos ir cerrando la
llave hasta que el caudalímetro indique la producción de agua
prevista por el fabricante para esta membrana.
Ya está casi todo
instalado. Solo falta lo relacionado con la limpieza y mantenimiento
de las membranas.
Equipos compactos o montajes
distribuidos
Existen dos tipos de montajes en
desaladoras. Los equipos compactos que proponen distintos fabricante
y que automatizan casi todos los ajustes de la desaladora. Pero para
ello es necesario montar algunos sensores extras y un circuito de
lógica electrónica. El resultado es un manejo más sencillo, pero que
hace triplicar el precio, y además si algo falla, no seremos capaces
de entender nada, ni podremos arreglar nada, y dependeremos del
servicio técnico de la marca, que normalmente suele ser caro o
simplemente inexistente si estamos en cualquier puerto perdido del
mundo.
Creemos que es mucho más aconsejable
montar un equipo "distribuido"', pero para ello debemos entender lo
que hacemos, lo cual no es excesivamente complicado. La ventaja de
un montaje distribuido a piezas, es para empezar el precio que puede
estar entre la mitad y un tercio de lo que cuesta en el mercado un
equipo compacto. ¿Porqué? Los filtros son estándar, las bombas son
estándar, el montaje es estándar...
Pero desde mi punto de vista existen
dos ventajas fundamentales. En un velero o barco oceánico no suele
abundar el espacio. Si hacemos un montaje distribuido nos quitamos
de en medio el cajón rectangular típico de una desaladora compacta.
Cada elemento será montado donde más nos convenga y prácticamente la
podremos instalar en cualquier lugar. La bomba en la sentina, los
pre-filtros en la zona donde esté una entrada de agua para la
refrigeración del motor, y las membranas en un rincón de la sentina.
Pasará totalmente desapercibida.
Pero lo mejor será entender y por
tanto ser capaces de solventar cualquier problema si lo hubiera y
podernos reír con ganas, si nos intentan "soplar" un importe
desmesurado por cualquier elemento del sistema.
Prefiltrar el agua
de mar
Los poros del filtro
osmótico son tan pequeños que debemos protegerlos de las impurezas
más gordas y dejar que sean solo los iones de Cloro y los iones de
Socio de la sal disuelta, los que puedan llegar a ella.
De modo que debemos
montar tres filtros en cascada para ‘limpiar’ el agua de mar que
llega a la membrana. El primero de ellos es un filtro de impurezas
gordas o decantador. Una vez eliminadas las partículas más gordas y
granitos de arena o lo que pueda venir con el agua, esta es llevada a
un filtro de 20 micrones que deja pasar solo lo que sea más fino
de justamente… 20 micras. 20 micras es algo bastante pequeño. Para ponerlo en
perspectiva, un pelo humano es del orden del doble, unas 50 micras. Osea que el agua de mar filtrada a 20 micras saldrá bastante limpia,
pero no lo suficiente. Por ello se pone a continuación otro filtro
de 5 micras lo cual es considerado como suficiente para alimentar a
la membrana osmótica.
Para los más
curiosos… La membrana osmótica está formada por una lámina filtrante de 0,2
micras de poliamida (nylon) que es dónde se produce la separación
del agua dulce, y que está adherida a otra capa de poliéster de unas
120 micras que actúa como soporte estructural de la primera.
Es importante saber
que el agua cercana a la costa está bastante cargada de impurezas, y
por tanto lo mejor es poner la desaladora en marcha cuando estemos
al menos un par de millas mar adentro. Utilizar la desaladora dentro
del puerto además de ser estúpido pues tenemos manguera de agua
dulce es muy
perjudicial para la membrana pues las moléculas de hidrocarburos del
agua poco limpia del puerto pasan perfectamente por el filtro de 5
micras y se pegarán y embotarán la membrana osmótica sin posibilidad
de ser limpiada.
Reducir la
complejidad de la desaladora
Algunas desaladoras
comerciales están dotadas de circuitos electrónicos que controlan el
funcionamiento de la desaladora, para por ejemplo ajustar
automáticamente la presión de trabajo dependiendo de la medición de
la calidad del agua dulce que sale de la desaladora. Pero estas no
‘miden’ la calidad del agua obtenida en términos por ejemplo de
olores, de modo que tampoco es un gran alivio el disponer de estos
caros circuitos.
Estos automatismos
sirven eso sí, para justificar el precio de los equipos que de esta
forma junto con los márgenes comerciales, hacen que algo de dos mil
euros pueda trepar rápidamente a seis mil euros en el mercado.
Un equipo de
medición que indique las partículas por millón que se han ‘colado’
en el agua dulce producida es muy barato y dependiendo de su lectura
sabremos cuando llega el momento de desviar la salida de agua dulce
obtenida hacia el depósito de agua dulce. Por debajo de 60
partículas por millón el agua es de muy buena calidad. Cuando la desaladora se pone en marcha el primer agua dulce obtenida durante
los primeros minutos no es del todo ideal y por eso a la salida de
la desalación se monta una llave con una entrada y dos salidas (valvula
de tres vías), una
de ellas al depósito de agua dulce y otra al desagüe.
La pantalla de
medición está bien pero incluso podría ser prescindible ya que la
mejor manera de saber si el agua obtenida es buena es probándola con
la lengua y oliéndola con la nariz. Cuando sepa bien, entonces es
cuando desviaremos el agua producida al depósito de nuestro barco.
Programar la
limpieza de la membrana
Para prolongar la
vida de la membrana osmótica es importante hacer pasar agua dulce
por la membrana osmótica para arrastrar y limpiar el agua salada,
lo cual alargará la vida de la membrana y la vida de la bomba de
alta presión, al no quedar agua salada corrosiva en los mecanismos
interiores de la bomba.
Esto debe ser
efectuado cada vez que hayamos utilizado la desaladora y por unos 5
minutos, tiempo suficiente para limpiar la membrana y retirar el
agua salada de su interior.
Es
buena idea montar un programador como los utilizados en el riego
automático del jardín, cuyo precio no va más allá de los 50 euros
para que cada cierto número de días haga un barrido de limpieza de
agua dulce y de esta forma no se acumulen olores dentro de la
membrana.
Para montar un
circuito de limpieza que tome agua dulce del depósito, con la que
‘aclarar’ de vez en cuando la membrana, debemos montar un filtro de
partículas de carbono activo que limpia cualquier resto de cloro del
agua dulce. En muchas ocasiones recargamos el tanque de agua dulce
mediante la manguera del puerto y este agua dulce vendrá casi
siempre clorada como también ocurre con el agua de nuestras ciudades.
Ese cloro es muy peligroso para nuestra membrana y por ello el agua
de limpieza que tomamos del depósito, debe ser filtrada por el filtro
de carbón activo.
En este montaje en
versión FINAL, se ha añadido un temporizador como los utilizados en
los riegos automáticos, que una vez programado para unos 5 minutos
un par de veces por semana, hará pasar agua dulce por la membrana.
El agua dulce se toma del depósito de agua dulce y como pude tener
partículas de cloro del agua de los puertos, debe ser pasada por un
filtro de carbón activo. las dos válvulas de no-retorno, obligan al
agua de limpieza a circular por las membranas. Así evitamos tener
que instalar otras llaves de tres vías como a veces ocurre en otras
instalaciones.
Además para que el
circuito sea de fácil manejo y evitar el montaje de demasiadas
válvulas de tres vías con la que redireccionar el agua que entra a
la membrana, podemos montar un par válvulas “sin retorno” que
canalicen el agua como nosotros queremos.
El circuito parece
que se ha complicado un poco más, pero lo importante es que ahora
entendemos la razón de ello, y sabremos actuar en el caso que tener
algún problema de funcionamiento de la desaladora. A pesar de haber
puestos más tubos y 'cacharrería' de fontanero, la base de
funcionamiento sigue siendo evidente.
La bomba de alta
presión
La desaladora por
tan tanto consta de dos bombas, una de pequeña potencia y poca
presión con auto-cebado, que aportará agua salada al circuito,
encargándose de llenar de agua a los pre-filtros y conducir el agua
salada hasta la entrada de la bomba de alta presión. En esta parte
del circuito podemos poner un medidor de presión, para saber que a
la entrada de la bomba de alta presión llega agua salada. Es el
llamado manómetro de baja.
La salida de este
circuito puede ser utilizada o reaprovechada si queremos, para
alimentar un grifo de agua salada en la cocina o alimentar el
circuito de los retretes de los cuartos de baño. Aunque lo normal
será lo contrario, es decir que ya tuviéramos un circuito de agua
salada en cocina y lo podamos aprovechar para alimentar la
desaladora. Al fin y al cabo, si desde ahora vamos a disponer de agua
dulce sin restricciones para qué demonios vamos a querer lavar los
platos con
agua salada?
Como bomba de agua
salada de alta presión tenemos dos opciones, la primera de las
cuales sin duda sorprenderá a más de uno. Se trata de utilizar una
‘Karcher K4’ alimentada a 220 voltios desde un inversor o desde un
generador (o una Karcher K3). La solución es efectiva, y económica
pues por unos 200€ podemos encontrarla en el mercado. Y si un día
se estropeara pues se cambia por poco dinero al ser un equipo de
gran consumo. Por otro lado si necesitamos limpiar la cubierta a
presión o hacer un ‘karcheado’ para hacer el fouling en algún remoto
lugar, bastará con conectar un latiguillo de alta presión de
suficiente longitud y listo.
La segunda manera de
solucionar el montaje sería la instalación de una bomba de alta
presión de triple pistón cerámico y movida por un motor que puede
ser elegido entre alimentación a 220 Voltios, 12 voltios en
corriente continua
o 24 voltios también en continua, con un precio en torno a los 600€. En
consumo de amperios con el motor de 12 voltios es de 38 amperios, lo
cual indica una potencia de unos 500 watios, para una producción de
50 litros a la hora.
La bomba de alta presión alimenta a la membrana a cuya salida se encuentra conectado el
manómetro de alta presión que es realmente el IMPORTANTE y con el
que debemos controlar el funcionamiento de la membrana en conjunción
con el caudalímetro de agua dulce producida.
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