Móntate tu desaladora; agua sin limitaciones

comentario típico era… Las membranas se estropean con frecuencia y cuestan un dineral, igual que los líquidos para mantenerlas a punto,  y la energía que consumen es tremenda y más 'bla bla bla'…

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…

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.