Una operación SWRO confiable comienza con un pretratamiento eficaz
La ósmosis inversa de agua de mar suele analizarse en términos de desempeño de las membranas, presión de operación y rechazo de sales. Sin embargo, la estabilidad del tren también depende de cómo se acondiciona el agua de mar antes de llegar a las membranas.
La captación puede introducir en la planta arena, limo, materia orgánica en suspensión y pequeños fragmentos de conchas. Esta carga no es constante: cambia con las mareas, las tormentas, el crecimiento estacional de algas y la actividad en el entorno de la captación. Un sistema de pretratamiento diseñado a partir de una sola muestra "típica" puede enfrentar en operación una carga de partículas muy distinta.
La pregunta de ingeniería no es "¿qué tan fino debe ser el filtro?", sino "¿qué debe proteger este filtro, en qué condiciones del agua de mar y con qué margen hidráulico?"
Controla una carga de partículas definida
- Retiene sólidos suspendidos según el grado de filtración seleccionado
- Protege bombas, válvulas y la siguiente etapa de tratamiento
- Ayuda a mantener la siguiente etapa dentro de sus condiciones de operación
- Mantiene el caudal durante el retrolavado
Funciones que corresponden a otras etapas
- Remoción de sales: función de la etapa de ósmosis inversa
- Control de coloides y materia orgánica disuelta: etapas de pretratamiento correspondientes
- Manejo de la actividad biológica: etapas de pretratamiento y acondicionamiento químico correspondientes
- Alcanzar por sí solo una meta de Índice de Densidad de Sedimentos (SDI)
El tipo de captación define la carga que enfrentará el filtro
Filtros que operan con el mismo caudal y el mismo grado de filtración pueden tener un desempeño muy distinto en diferentes puntos de captación. La selección comienza por entender el tipo de partículas que llegarán al filtro.
Carga variable, orgánica y fibrosa
El agua captada directamente del mar mediante una tubería o un canal de toma puede arrastrar fragmentos de algas, materia orgánica y pequeños fragmentos de conchas que atraviesan las rejillas gruesas. Durante tormentas y temporadas de algas, la carga puede aumentar rápidamente.
Las floraciones de algas no solo incrementan la carga de partículas que puede retener la malla; la materia coloidal y los compuestos orgánicos disueltos también pueden exigir más de las etapas de tratamiento posteriores. Un filtro automático de malla maneja las partículas que su grado de filtración seleccionado puede retener. El control de cargas más finas o disueltas corresponde a otras etapas de pretratamiento, definidas según las características del agua cruda.
- Lo crítico para el filtro
- La frecuencia de retrolavado en condiciones de carga máxima, si el ciclo de limpieza puede responder al aumento de la carga de sólidos y cómo afecta al filtro la cloración en la captación.
Carga más estable, predominantemente mineral
El agua que se filtra naturalmente a través del terreno suele tener una carga orgánica menor, pero arena y partículas minerales finas aún pueden llegar a la línea. El desempeño del pozo puede cambiar con el tiempo.
- Lo crítico para el filtro
- El efecto de las partículas abrasivas sobre el elemento de malla y los componentes de limpieza, y si se requiere una etapa adicional de separación aguas arriba del filtro cuando la carga de arena es alta.
Dónde se ubican los filtros automáticos de malla en un tren SWRO
Un tren SWRO simplificado incluye la captación y las rejillas gruesas, la prefiltración automática, la UF o el pretratamiento convencional, la filtración de seguridad final con filtros de cartucho, la bomba de alta presión y las membranas de ósmosis inversa (OI). Las funciones principales de un filtro automático de malla son la protección posterior a la captación y la protección aguas arriba de la UF. La secuencia real depende del diseño de la captación, la calidad del agua cruda y los requisitos de los proveedores de equipos. Seleccione una ubicación posible para ver su función.
Los recuadros punteados (A y B) son ubicaciones alternativas para un filtro automático de malla, que se eligen según el proyecto: A se ubica después de las rejillas gruesas y antes de los equipos que protege; B, inmediatamente aguas arriba de la UF o de la filtración multimedia. Según el proyecto, puede utilizarse una de ellas o, en un diseño adecuado, ambas. El diagrama no representa una configuración obligatoria de planta; la secuencia real del proceso varía según el proyecto.
Estas funciones del filtro automático de malla no implican que sustituya la filtración de seguridad final antes de la OI; la etapa final se diseña según los requisitos del proveedor de membranas correspondiente.
Según la calidad del agua cruda, el tren de pretratamiento puede incluir etapas adicionales, como coagulación–floculación y flotación por aire disuelto (DAF). En particular, ante cargas altas de algas, estas etapas se evalúan aguas arriba de la UF o de la filtración multimedia. La ubicación y el grado de filtración del filtro automático de malla deben definirse en conjunto con estas etapas.
Protección posterior a la captación: manejar la carga entrante
Las rejillas gruesas retienen los residuos de mayor tamaño, mientras que la arena, la materia orgánica, los pequeños fragmentos de conchas y los sólidos suspendidos que las atraviesan continúan hacia la planta. En este punto, un filtro automático de malla ayuda a proteger de esa carga a las bombas, válvulas e instrumentación aguas abajo, así como a la siguiente etapa de pretratamiento. Las bombas instaladas aguas arriba del filtro quedan fuera del alcance de esta protección.
La verdadera prueba del diseño no es el día promedio, sino el evento de carga alta: qué tan rápido aumenta el diferencial de presión, si el retrolavado puede responder al aumento de la carga y si, mientras tanto, se mantiene un caudal suficiente para el proceso aguas abajo.
Qué evaluar
- Cargas pico durante tormentas, floraciones de algas y periodos estacionales
- Frecuencia de retrolavado y volumen de agua de retrolavado en condiciones de carga máxima
- Presión y capacidad de drenaje necesarias para la limpieza
- Redundancia durante el retrolavado, el mantenimiento o una falla
- Exposición del filtro al cloro si la captación se clora
Aguas arriba de la UF o de la filtración multimedia: proteger la siguiente etapa
Algunos sistemas de UF incluyen un prefiltro integrado; la prefiltración externa puede ser necesaria según la especificación del proveedor de UF. Cuando se requiere, un filtro automático de malla puede asumir este paso de protección: evita que las partículas de mayor tamaño lleguen a los módulos de membrana y realiza su retrolavado por diferencial de presión o por tiempo.
En trenes convencionales con filtros multimedia (MMF), el objetivo es el mismo: limitar la carga de partículas que llega al lecho filtrante. El grado de filtración no se selecciona a partir de un valor universal en micras, sino según el requisito del proveedor aguas abajo y el perfil real de partículas.
Qué evaluar
- Si el sistema de UF cuenta con prefiltro integrado y el requisito del proveedor para la prefiltración externa
- Efecto de la pérdida de carga del filtro sobre la bomba de alimentación y la presión de alimentación de la UF
- Variaciones de caudal causadas por los ciclos de retrolavado de la UF
- Efecto del agua de retrolavado del filtro en el balance hídrico de la planta
- Comportamiento de la etapa cuando cambian las condiciones del agua cruda
El valor en micras es solo el punto de partida
Dos filtros con el mismo grado de filtración pueden comportarse de forma distinta en campo. La superficie efectiva de filtración, la construcción del elemento, la distribución del flujo y el mecanismo de limpieza determinan el diferencial de presión y la respuesta del filtro a medida que se acumulan partículas. La selección considera cinco variables interrelacionadas.
Perfil y carga de partículas
¿Qué partículas hay y cómo cambian sus concentraciones en condiciones adversas? La turbidez promedio, por sí sola, no refleja las condiciones de carga máxima.
Caudal y presión disponible
¿Qué caudal debe manejar la unidad y cuánta pérdida de carga puede aceptar la siguiente etapa?
Superficie de filtración y carga
¿La superficie efectiva de filtración es adecuada para el caudal requerido y la tasa esperada de acumulación de sólidos?
Condiciones de retrolavado
¿Hay presión suficiente y una configuración de drenaje adecuada para un retrolavado confiable en el punto de instalación?
Continuidad y redundancia
¿Qué ocurre en el tren mientras una unidad está en retrolavado, aislada o en mantenimiento?
El objetivo es un proceso estable, no el número más pequeño
Un grado de filtración más fino de lo necesario puede aumentar la demanda de retrolavado y la pérdida de carga sin mejorar el desempeño del tren. Un grado de filtración con aberturas demasiado grandes deja expuestos los equipos protegidos.
El ciclo de retrolavado es parte del diseño
A medida que las partículas se acumulan sobre la superficie de la malla, aumenta el diferencial de presión (ΔP). Cuando se alcanza el umbral o el tiempo programado, se inicia el retrolavado automático, se limpia el elemento y la filtración continúa. El diagrama siguiente muestra, de forma cualitativa, cómo se ve este ciclo en distintas condiciones de operación.
Se trata de una ilustración cualitativa; los ejes no representan valores medidos en una planta real.
Por ello, el sistema de control debe permitir a los operadores monitorear las tendencias del diferencial de presión y de la frecuencia de retrolavado. Un aumento persistente en cualquiera de ellas puede indicar un cambio en el agua de captación o un problema en otro punto del tren de pretratamiento.
El agua de mar también cambia la decisión sobre los materiales
El desempeño de filtración es solo una parte del diseño. El agua de mar y los entornos costeros implican riesgos de corrosión que afectan a todo el conjunto, no solo al recipiente a presión.
Para los filtros automáticos de malla en aplicaciones de prefiltración para desalinización, Aytok ofrece acero inoxidable SS316L como opción de material. El SS316L no ofrece una resistencia incondicional a la corrosión en agua de mar, especialmente en rendijas y zonas de estancamiento; su idoneidad se verifica según la química del agua y las condiciones de operación.
La configuración final se aprueba después de esta verificación. El cuerpo, el elemento de malla, los componentes internos de limpieza, los sellos y los elementos de fijación pueden estar sujetos a exposiciones distintas, por lo que cada uno se revisa por separado. Antes de aprobar la configuración, se analizan en conjunto la lista completa de materiales de construcción y las condiciones del sitio.
Cuerpo
El cuerpo a presión está en contacto permanente con el agua de mar y, en entornos costeros, también expuesto por su superficie exterior.
- Exposición de la superficie interna durante la operación y las paradas
- Zonas de soldadura y tratamientos superficiales
- Exposición al ambiente salino en instalaciones a la intemperie
Elemento de malla
Es la superficie donde ocurre la filtración; está expuesta tanto al agua de mar como a la acción mecánica de las partículas que retiene.
- Efecto de la corrosión en aberturas finas sobre el grado de filtración
- Efecto mecánico de partículas abrasivas como la arena
- Cargas mecánicas durante el retrolavado
Componentes internos de limpieza
Las partes móviles trabajan en un entorno mecánico y químico distinto al del cuerpo; la confiabilidad del retrolavado depende de su estado.
- Exposición de las partes móviles y de las zonas de cojinetes y ejes
- Puntos de contacto entre metales distintos
- Efecto de la frecuencia de retrolavado en el desgaste de los componentes
Sellos y elementos de fijación
Las zonas de contacto estrecho son puntos que requieren una evaluación específica en aplicaciones con agua de mar.
- Compatibilidad de los materiales de los sellos con el cloro y la temperatura
- Holguras estrechas en bridas y uniones atornilladas
- Estado de las piezas que se desmontan y vuelven a montar durante el mantenimiento
Dimensione el filtro para las condiciones de operación, no solo para el caudal con malla limpia
Un filtro puede cumplir con el caudal requerido mientras el elemento está limpio y, aun así, generar problemas a medida que la malla se carga. En el pretratamiento SWRO, el panorama operativo crítico combina la presión disponible a la entrada del filtro, el diferencial de presión al que se inicia el retrolavado, la presión necesaria para una limpieza eficaz y la presión que debe quedar disponible para la siguiente etapa.
Balance hidráulico
El agua de retrolavado y la capacidad de drenaje se incluyen en el balance hidráulico del tren. El tamaño del filtro y el caudal, por sí solos, no responden a estas preguntas.
Servicio continuo
Cuando se requiere servicio continuo, el sistema de varias unidades y las válvulas de aislamiento deben permitir mantener el caudal necesario mientras una unidad realiza el retrolavado o está fuera de servicio por mantenimiento.
Monitoreo de tendencias
Las tendencias del diferencial de presión y de la frecuencia de retrolavado son indicadores tempranos de cambios en el agua de captación y de problemas en el tren; el sistema de control debe hacerlas visibles.
Parada y puesta en marcha
El estado del agua que permanece en el filtro durante las paradas y los pasos de puesta en marcha se definen con anticipación, tanto por la integridad de los materiales como por la confiabilidad operativa.
Siete preguntas que deben responderse antes de especificar el filtro
Las respuestas muestran si el proyecto requiere protección posterior a la captación, protección aguas arriba de la UF o de la filtración multimedia, o ambas. Marque las preguntas que ya puede responder para su proyecto.
Qué compartir con nuestro equipo
Envíenos los datos con los que cuente; si falta información, podemos definir juntos qué debe medirse.
Preguntas frecuentes
¿Un filtro automático de malla elimina la sal o las sustancias disueltas del agua de mar?
¿Dónde se instala un filtro automático de malla en un tren SWRO?
¿Qué opción de material se ofrece para la prefiltración de agua de mar?
¿Qué información se necesita para una evaluación técnica?
Primero conozca su agua de mar; después, diseñe el filtro
Un pretratamiento SWRO eficaz es una secuencia de funciones de protección bien definidas. Comparta los datos del agua de captación, el diagrama de flujo del proceso y los requisitos de los equipos aguas abajo, y nuestro equipo de ingeniería evaluará la ubicación y la función adecuadas del filtro, así como la idoneidad de la opción de material SS316L para su proyecto.