DESALACIÓN SOLAR

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Banco de Ensayo para Aplicaciones de Destilación Solar por Membranas en Planta Piloto.

La instalación está diseñada para la evaluación de aplicaciones de desalación solar térmica. Hay dos campos solares de captadores planos: uno de 20 m2 con dos filas paralelas de cinco captadores en serie (Solaris CP1 Nova, de Solaris, España), y otra de 40 m2 con cuatro captadores de gran tamaño en paralelo (LBM 10HTF, de Wagner Solar, España). Ambos campos están conectados a tanques de agua de 1500 litros que sirven de acumuladores de calor para la regulación térmica y almacenamiento, y tienen un sistema de distribución que permite la conexión simultánea de varias unidades. Los bancos de ensayo permiten un suministro de calor inerte utilizando el almacenamiento de calor térmico o suministro directo del campo solar sin almacenamiento. La instalación está completamente automatizada y monitorizada (temperaturas y caudal) y permite la regulación del caudal de calor. La potencia térmica máxima es 7 kWth en un caso y 14 kWth en el otro, y puede suministrar agua caliente con temperatura de hasta 90°C aproximadamente.

La instalación tiene un circuito de agua separado que puede utilizarse para refrigeración (alrededor de 3.5 kWth) en las unidades de desalación y como un sistema para suministrar agua de mar simulada, con la posibilidad de trabajar en lazo abierto o cerrado. En el último caso, los caudales de destilado y salmuera son recogidos y mezclados juntos para ser retroalimentados en las unidades de desalación pasando a través de un sistema de disipación de calor. Actualmente la instalación opera con módulos de destilación por membranas y tiene una amplia gama de unidades comerciales y pre-comerciales de distintos fabricantes. La lista de módulos MD que han sido o están siendo evaluados es:

  1. Módulos comerciales de placa y marcos con hueco de aire (AGMD, del inglés air-gap membrane distillation) de la empresa Scarab (superficie total de membrana 2.8 m2).
  2. Dos prototipos de placa y marcos con hueco relleno de permeado (PGMD, del inglés permeate-gap membrane distillation) de la empresa Keppel Seghers (ambos con una superficie total de membrana de 9 m2), uno compacto (M33) y otro dividido en tres módulos separados conectados en serie para mayor recuperación energética (PT5).
  3. Módulos comerciales espirales Oryx 150 PGMD de la empresa Solar Spring (10 m2).
  4. Dos módulos espirales AGMD de la empresa Aquastill con superficie de membrana de 7 m2 y 24 m2 respectivamente.
  5. Unidades WTS-40A y WTS-40B de la empresa Aquaver, basados en la tecnología de destilación por membranas de vacío multiefecto utilizando módulos fabricados por Memsys (5.76 m2 y 6.4 m2 superficie total de membrana respectivamente).
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Vistas interior (a) y exterior (b) del banco de ensayos experimental de Destilación por Membranas dentro de la instalación de Desalación solar térmica de la PSA.

Unidad a escala piloto para ensayos de aplicaciones de Destilación por Membrana utilizando configuraciones air-gap, permeate-gap y contacto directo.

La instalación consiste en un banco de ensayos con un pequeño módulo de placa y marcos que puede utilizarse para la evaluación de la destilación por membranas en configuraciones AGMD y PGMD. El modulo está hecho de polipropileno y está diseñado de tal forma que la membrana pueda ser reemplazada fácilmente. El modulo tiene una placa de condensación en la parte fría para operar en configuración AGMD, pero puede cerrarse en el fondo para operar en PGMD manteniendo el destilado dentro del hueco o en reserva para operar en modo de contacto directo. La superficie efectiva de membrana es de 250 cm2.

La instalación dispone de dos circuitos hidráulicos separados, uno en la parte caliente y otro en la parte fría. En la parte caliente, hay un tanque de 80 litros equipado con un calentador eléctrico (3 kWth) controlado por un termostato (90°C máximo), y la circulación se hace desde el lado de almacenamiento y alimentación del módulo mediante una bomba centrífuga. En la parte fría hay un enfriador (800 Wth a 20°C) para el control de la temperatura del agua que se circula entre un tanque de almacenamiento de 80 litros y el módulo. El circuito tiene aislamiento térmico y está completamente monitorizado para temperaturas, caudales y caída de presión, conectados todos los sensores a un sistema SCADA.

Unidad a escala piloto para ensayos de Destilación por Membranas utilizando módulo plano

La instalación consiste en un laboratorio con equipos de investigación de gran precisión diseñados para ensayos básicos y de viabilidad en destilación por membranas. Consta de las siguientes características únicas que son esenciales para resultados representativos y escalables:

  1. Formato de celda con distribución representativa de caudal. El tamaño de la celda es suficiente para mantener un régimen de circulación y una distribución de caudal aplicables a tecnología MD a escala completa.
  2. Configuración del módulo MD ajustable para todas las variantes de canal (PGMD, AGMD, DCMD, VMD, VAGMD).
  3. Precisión de temperatura de 0.5°C.
  4. Fuerza impulsora controlable.
  5. Sistema de control completamente automatizado y amplio rango de posibles parámetros de ajuste mediante pantalla táctil PLC.
  6. Práctico formato A4 para los materiales de la membrana y la placa de condensación.
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Banco de ensayos para membranas MD
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Banco de ensayos para membranas de lámina plana MD

Unidad a escala piloto para ensayos de Osmosis Avanzada y Osmosis de Presión Retardada en 2-Etapas

La instalación consiste en un banco de ensayos con dos módulos pequeños de placa y marco de ósmosis avanzada (FO, del inglés forward osmosis) que pueden conectarse en serie o en paralelo. Hay una bomba para la disolución de recuperación y dos para la disolución de alimentación, cada una con caudal variable y medidas de caudal. El circuito hidráulico ha sido modificado de manera que los módulos puedan ser operados en modo de ósmosis de presión retardada (PRO, del inglés pressure-retarded osmosis). Por este motivo, se han instalado en la parte de disolución de recuperación tuberías de acero y una bomba de alta presión (3 L/min; up to 17 bar), y se utilizan celdas con presión de operación de hasta 15 bares. Estas celdas tienen cada una superficie útil de 100 cm2, y canales hidráulicos en zig-zag de 4 mm de ancho y 2 mm de profundidad. El sistema utiliza un contenedor para la disolución de recuperación y dos para las disoluciones de alimentación, cada uno situado en equilibrio para medir cambios en la velocidad de caudal de la disolución de recuperación y la disolución de alimentación de cada celda. Los contenedores tienen un sistema automático de dosificación para mantener la salinidad constante. El sistema tiene dos medidores de conductividad para la salinidad baja y para la alta, así como sondas de presión en cada línea y lectores de temperatura.

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Banco de ensayos a escala piloto para FO y PRO.

Planta Piloto para el estudio de Combinaciones de Osmosis Avanzada y Osmosis Inversa

La planta tiene tres unidades diferentes que pueden ser acopladas de distinta forma entre ellas: (i) ósmosis avanzada; (ii) osmosis inversa; (iii) microfiltración. La unidad de ósmosis avanzada (FO) un módulo en espiral de 4” de membrana de acetato de celulosa (CTA) con once hojas de membrana de 1.5 m2 de superficie cada una, suministradas por HTI. El caudal nominal es 3.6 m3/h. La unidad de ósmosis inversa (RO, del inglés reverse osmosis) tiene 4 depósitos que pueden ser conectados en serie o en paralelo, con 4 membranas cada uno. El caudal nominal es 3 m3/h, y el sistema de bombeo puede trabajar a distintas presiones hasta un máximo de 80 bares. La unidad está diseñada para que se puedan utilizar membranas para ósmosis inversa de agua de mar (SWRO, del inglés seawater reverse osmosis), ósmosis inversa de agua salobre (BWRO, del inglés brackish water reverse osmosis) o nanofiltración (NF, del inglés nanofiltration). Finalmente, hay una unidad de microfiltración con 3 m3/h de caudal nominal. La instalación está completamente monitorizada con sensores de presión, conductividad y caudalímetros, y está diseñada de manera flexible con respecto a la interconexión de las unidades, de forma que la FO puede utilizarse como pretratamiento para la RO, la NF puede utilizarse en combinación con la FO, e incluso la FO puede utilizarse en modo PRO utilizando el sistema de bombeo de la unidad de RO.

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Banco de ensayos para investigacion combinada FO-RO.