{"id":103293,"date":"2018-03-11T10:25:46","date_gmt":"2018-03-11T10:25:46","guid":{"rendered":"https:\/\/www.deberes.net\/tesis\/sin-categoria\/thermoeconomic-assessment-of-innovations-in-seawater-reverse-osmosis-plants\/"},"modified":"2018-03-11T10:25:46","modified_gmt":"2018-03-11T10:25:46","slug":"thermoeconomic-assessment-of-innovations-in-seawater-reverse-osmosis-plants","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.deberes.net\/tesis\/ingenieria-de-procesos\/thermoeconomic-assessment-of-innovations-in-seawater-reverse-osmosis-plants\/","title":{"rendered":"Thermoeconomic assessment of innovations in seawater reverse osmosis plants"},"content":{"rendered":"<h2>Tesis doctoral de <strong> Baltasar Pe\u00f1ate Suarez <\/strong><\/h2>\n<p>0\tpresentaci\u00f3n la desalaci\u00f3n de aguas para el suministro de agua potable es una soluci\u00f3n tecnol\u00f3gica con un incesante incremento de su capacidad instalada en muchas regiones del mundo. Entre todas las tecnolog\u00edas de desalaci\u00f3n, la tecnolog\u00eda de \u00f3smosis inversa es la m\u00e1s extendida internacionalmente. Es una tecnolog\u00eda completamente madura y est\u00e1 presente, sobre todo, en todas las \u00e1reas costeras del mundo con limitados recursos hidrol\u00f3gicos naturales desalando agua de mar. El proceso de \u00f3smosis inversa comparte, junto con la destilaci\u00f3n, casi el 100% del mercado internacional. En concreto, la desalaci\u00f3n por \u00f3smosis inversa cuenta con un 59% de la capacidad mundial instalada [ida, 2009]. La desalaci\u00f3n de agua de mar por \u00f3smosis inversa continuar\u00e1 siendo un nicho de r\u00e1pido crecimiento en el mercado global de la desalaci\u00f3n. en el mundo, las mayores capacidades instaladas se concentran en las \u00e1reas costeras, donde debido a la escasez o contaminaci\u00f3n de los recursos naturales, la demanda tur\u00edstica y la agricultura intensiva han propiciado la b\u00fasqueda obligatoria de nuevos recursos h\u00eddricos. Las capacidades instaladas de plantas de desalaci\u00f3n de agua de mar por \u00f3smosis inversa recientemente muestran una tendencia hacia la construcci\u00f3n de grandes capacidades de producci\u00f3n de agua desalada con elevados rendimientos. En la actualidad, espa\u00f1a se ha convertido en el tercer pa\u00eds a nivel internacional en t\u00e9rminos de capacidad total contratada. S\u00f3lo arabia saud\u00ed y los emiratos \u00e1rabes unidos superan la capacidad de desalaci\u00f3n contratada [ida, 2009]. usando el consumo espec\u00edfico de energ\u00eda como un indicador clave en la tecnolog\u00eda de desalaci\u00f3n, la desalaci\u00f3n de agua de mar por \u00f3smosis inversa se ha convertido, tras varias d\u00e9cadas, en la tecnolog\u00eda con mayor eficiencia. De consumir alrededor de 20 kwh\/m3 a finales de los a\u00f1os 70 [fritzmann et al., 2006] se ha pasado a consumir, de manera optimizada, alrededor de 2,5 kwh\/m3 s\u00f3lo en el proceso de desalaci\u00f3n en plantas de mediana y gran capacidad [stover, 2009][pe\u00f1ate et al., 2010]. Todo ello, gracias al desarrollo y puesta en servicio de membranas de \u00f3smosis inversa m\u00e1s eficientes, el uso de sistemas de recuperaci\u00f3n o ahorro de energ\u00eda, la instalaci\u00f3n de nuevos materiales que generan menos perdida de carga y el uso generalizado de variadores de velocidad en bombeos.  Incluso, gracias a la aplicaci\u00f3n de las m\u00e1s novedosas innovaciones y al uso de los equipos m\u00e1s eficientes, es posible bajar de los 2,0 kwh\/m3 en plantas de mediana capacidad [dundorf et al., 2009][app, 2009].   como el agua, la energ\u00eda es un recurso escaso en muchos pa\u00edses del mundo y se est\u00e1 convirtiendo en una fuente de inestabilidad en muchas regiones. Alrededor del 80% de la energ\u00eda producida en el mundo proviene de recursos con elevada emisi\u00f3n de gases de efecto invernadero (carb\u00f3n, petr\u00f3leo, gas natural&#8230;) [Iea, 2009] que contribuyen, a su vez,  a la contaminaci\u00f3n y el calentamiento global del planeta. Desde este punto de vista, las fuentes de energ\u00eda renovable se presentan como una alternativa m\u00e1s respetuosa con el medio ambiente. A pesar de ello, su importancia en el equilibrio global de energ\u00eda es todav\u00eda muy peque\u00f1a. las investigaciones realizadas sobre el incremento de la eficiencia energ\u00e9tica y el uso masivo de las energ\u00edas renovables, est\u00e1n logrando resultados importantes y se espera que esta tecnolog\u00eda pueda reducir el estr\u00e9s mundial de energ\u00eda requerida, y en particular, apoyar energ\u00e9ticamente al ciclo de agua. De hecho, la mayor\u00eda de los pa\u00edses cuentan con alta potencialidad de usar fuentes de energ\u00eda renovable, siendo \u00e9sta m\u00e1s representativa en \u00e1reas costeras. Se propicia de esta forma su aplicaci\u00f3n a la desalaci\u00f3n. en conclusi\u00f3n, y teniendo en cuenta que la tecnolog\u00eda de \u00f3smosis inversa cuenta con el consumo de energ\u00eda espec\u00edfico m\u00e1s reducido dentro del abanico de tecnolog\u00edas existente, el acoplamiento de energ\u00edas renovables con este proceso de desalaci\u00f3n cuenta con un alto potencial de ofrecer una soluci\u00f3n sostenible para aumentar los suministros de agua potable. dentro de este contexto general expuesto, esta memoria expone la situaci\u00f3n actual de la tecnolog\u00eda de desalaci\u00f3n de agua de mar por \u00f3smosis inversa y estudia en detalle y con criterios termoecon\u00f3micos las principales innovaciones de \u00e9sta. Las innovaciones especialmente descritas, son aquellas que, a juicio del autor,  permitir\u00e1n contribuir a reducir todav\u00eda m\u00e1s el consumo de energ\u00eda y a aumentar la eficiencia de las instalaciones en un corto-medio plazo. Por otro lado, esta memoria describe y calcula dise\u00f1os innovadores de plantas de desalaci\u00f3n de agua de mar, de mediana y gran escala, impulsadas por energ\u00edas renovables.  la presente memoria est\u00e1 estructurada en cuatro secciones, y a su vez en seis cap\u00edtulos. La secci\u00f3n i aporta los principales objetivos del trabajo realizado, las contribuciones y describe, dentro del cap\u00edtulo 1, el marco general de los an\u00e1lisis de las innovaciones que ser\u00e1n realizados en los posteriores cap\u00edtulos.  La secci\u00f3n ii est\u00e1 formada por los cap\u00edtulos 2 y 3 y estudia la mezcla de distintos tipos de membranas de osmosis inversa en arrollamiento en espiral dentro de un mismo tubo de membranas (hybrid interstage design &#8211; hid, en terminolog\u00eda inglesa). Los cap\u00edtulos 4 y 5 conforman la secci\u00f3n iii. Dentro de \u00e9sta se abordan las diversas actuaciones de mejora que se pueden realizar en instalaciones de desalaci\u00f3n existentes con el objeto de sustituir los sistemas de recuperaci\u00f3n de energ\u00eda basados en turbinas pelton por sistemas m\u00e1s eficientes de ahorro de energ\u00eda. Se realiza dentro de \u00e9sta un caso pr\u00e1ctico. Para finalizar, la secci\u00f3n iv desarrolla en un cap\u00edtulo el uso de aquellas energ\u00edas renovables que pueden dar soporte a la desalaci\u00f3n por \u00f3smosis inversa para la mediana y gran escala.  por cap\u00edtulos, el primer cap\u00edtulo se centra en la descripci\u00f3n de la tecnolog\u00eda de desalaci\u00f3n de agua de mar por \u00f3smosis inversa y su situaci\u00f3n actual en el mercado internacional, con especial incidencia sobre los costos, las innovaciones y las tendencias futuras. Estas est\u00e1n focalizadas a mejorar el rendimiento del proceso y la eficacia de esta t\u00e9cnica para las grandes capacidades de desalaci\u00f3n de agua de mar. Algunas de las innovaciones descritas  son analizadas y estudiadas con m\u00e1s detalle en los cap\u00edtulos posteriores. En general, la documentaci\u00f3n de base proporcionada procede de la bibliograf\u00eda revisada. Por otro lado, se hace menci\u00f3n especial a la utilizaci\u00f3n de las energ\u00edas renovables como una innovaci\u00f3n a medio plazo para la mediana y gran capacidad. \u00e9stas son capaces de generar la energ\u00eda necesaria para hacer funcionar la tecnolog\u00eda cuando los combustibles f\u00f3siles, ya sea por sus elevados costes o por la intermitencia en su suministro, las hagan competitivas. los cap\u00edtulos dos y tres eval\u00faan profundamente la posibilidad de mezclar diferentes modelos de membranas de \u00f3smosis inversa en un mismo tubo de presi\u00f3n de plantas de desalaci\u00f3n de agua de mar. El cap\u00edtulo dos describe y compara los diferentes dise\u00f1os h\u00edbridos con diferentes marcas del mercado y explica las ventajas y desventajas de estos dise\u00f1os en relaci\u00f3n a la operaci\u00f3n y mantenimiento, as\u00ed como el ahorro en el costo de capital resultante. El cap\u00edtulo tres desarrolla el an\u00e1lisis termoecon\u00f3mico de esta innovaci\u00f3n y propone criterios, hasta ahora no usados, para definir el dise\u00f1o h\u00edbrido m\u00e1s eficiente. en el cap\u00edtulo cuatro se aborda la posibilidad de optimizar energ\u00e9ticamente las plantas desaladoras de agua mar existente que cuentan con turbinas como sistema de recuperaci\u00f3n de energ\u00eda. Se presenta una breve descripci\u00f3n de la tecnolog\u00eda utilizada para recuperar la energ\u00eda de la salmuera o ahorrar energ\u00eda en plantas de desalaci\u00f3n  por \u00f3smosis inversa, con una descripci\u00f3n de las posibles remodelaciones necesarias si el sistema de recuperaci\u00f3n con turbinas pelton es reemplazado por sistemas basados en c\u00e1maras isob\u00e1ricas. Todas las posibles mejoras son justificadas t\u00e9cnica y termoecon\u00f3micamente dentro de una evaluaci\u00f3n exhaustiva.  el cap\u00edtulo cinco desarrolla una aplicaci\u00f3n real de las innovaciones anteriormente explicadas. Describe en detalle y simula una hibridaci\u00f3n de membranas y una sustituci\u00f3n de turbinas pelton para el caso concreto de la instalaci\u00f3n de agua de mar lanzarote iv, situada en la isla de lanzarote (islas canarias). Esta planta desaladora de 30.000 m3\/d de capacidad instalada cuenta con m\u00e1s de 8 a\u00f1os de operaci\u00f3n y es gestionada por la empresa p\u00fablica insular de aguas de lanzarote s.A. (Inalsa). Este cap\u00edtulo permite comparar la situaci\u00f3n actual de la instalaci\u00f3n con el resultado de aplicar las propuestas de innovaci\u00f3n anteriormente comentadas. Es un excelente ejemplo de propuesta de cambios en instalaciones existentes con el fin de reducir el consumo de energ\u00eda del proceso, as\u00ed como, obtener otra serie de ventajas de operaci\u00f3n y mantenimiento, ahorro en costos de capital mediante el uso de membranas de \u00faltima generaci\u00f3n y el uso de equipos de alta eficiencia. por \u00faltimo, el dise\u00f1o optimizado de dos posibles combinaciones de desalaci\u00f3n de agua de mar por \u00f3smosis inversa con energ\u00edas renovables es realizado en el cap\u00edtulo seis. Por un lado, se ha dise\u00f1ado una planta desaladora aut\u00f3noma de mediana capacidad de agua de mar conectada a un ciclo org\u00e1nico rankine de energ\u00eda solar, caracterizado y optimizado \u00e9ste \u00faltimo por delgado-torres y garc\u00eda-rodr\u00edguez (2007). Y por otro, se ha dise\u00f1ado una planta desaladora de agua de mar aislada de capacidad variable y modo de operaci\u00f3n escalonado que funciona con energ\u00eda e\u00f3lica.  1\tobjetivos existen numerosos avances tecnol\u00f3gicos e innovaciones que est\u00e1n tratando de mejorar el proceso de la desalaci\u00f3n de agua de mar por \u00f3smosis inversa. En concreto, todos persiguen reducir el consumo de energ\u00eda del proceso, as\u00ed como minimizar los efectos negativos de las incrustaciones sobre las membranas y fabricar membranas de arrollamiento en espiral con mayor flujo unitario por \u00e1rea de superficie. estas innovaciones afectan directamente sobre la configuraci\u00f3n de las membranas y sobre la manera de dimensionar el m\u00f3dulo de desalaci\u00f3n o bastidor principalmente. En definitiva, mejorar el dise\u00f1o y la operaci\u00f3n del proceso. Por otro lado, el uso de las energ\u00edas renovables para la desalaci\u00f3n a gran escala debe ser considerado como una tendencia muy innovadora. Los innumerables trabajos de investigaci\u00f3n y experiencias realizadas o en curso para la peque\u00f1a escala atestiguan que su uso para la mediana o gran capacidad debe ser un hecho. dentro de este contexto, el objetivo general de este trabajo ha sido aplicar el an\u00e1lisis t\u00e9cnico y termoecon\u00f3mico sobre destacadas innovaciones y tendencias que se est\u00e1n formulando dentro de la tecnolog\u00eda de la desalaci\u00f3n de agua de mar por \u00f3smosis inversa.  en base a la propia experiencia y a la profunda revisi\u00f3n bibliogr\u00e1fica realizada, se plantean como objetivos espec\u00edficos el identificar y analizar aquellos sectores de la tecnolog\u00eda en donde la aplicaci\u00f3n de las innovaciones y tendencias fomenta una continua revoluci\u00f3n tecnol\u00f3gica. En concreto, se identifican tres \u00e1reas prioritarias que cuentan con un alto potencial de ser mejoradas continuamente, gracias a la introducci\u00f3n de ciertas innovaciones: \u00c2\u00bf\tdise\u00f1o del tubo de membranas (permeador): las innovaciones en esta \u00e1rea asegurar\u00e1n obtener un mejor dise\u00f1o de la unidad principal del proceso. Son innovaciones que promover\u00e1n mejoras en las membranas, sus caracter\u00edsticas constructivas y dimensiones, as\u00ed como la manera de ubicarlas dentro de un tubo de presi\u00f3n. \u00c2\u00bf\tmodernizaci\u00f3n de plantas desaladoras existentes: estas mejoras afectar\u00e1n principalmente a los elementos externos del tubo de membranas. Con \u00e9stas se lograr\u00e1n reducir los consumos de energ\u00eda gracias al uso de equipos de alta eficiencia, mejorar la calidad del agua, as\u00ed como realizar pretratamientos del agua de alimentaci\u00f3n m\u00e1s selectivos. \u00c2\u00bf\taporte energ\u00e9tico renovable: el uso de las energ\u00edas renovables en plantas de desalaci\u00f3n de agua de mar de mediana y alta capacidad por \u00f3smosis inversa es un prop\u00f3sito de la comunidad internacional. Visto como una tendencia muy innovadora, es una alternativa energ\u00e9tica en calidad y cantidad para el actual suministro de energ\u00eda basado en combustibles f\u00f3siles.  2\tcontexto los trabajos relativos a esta memoria se desarrollan dentro de un doble contexto.  por un lado, dentro de una vertiente acad\u00e9mica, profesional y personal del doctorando, como: \u00c2\u00bf\talumno de doctorado que obtuvo el diploma de estudios avanzados tras los periodos de docencia e investigaci\u00f3n en el departamento de ingenier\u00eda de procesos de la universidad de las palmas de gran canaria dentro del programa de doctorado ingenier\u00eda ambiental y desalinizaci\u00f3n. \u00c2\u00bf\tinvestigador con amplia experiencia previa en campo en la desalaci\u00f3n por \u00f3smosis inversa y electrodi\u00e1lisis reversible, dimensionado y ensayo de sistemas de ahorro de energ\u00eda en plantas de \u00f3smosis inversa de peque\u00f1a capacidad, y estudios, dise\u00f1o, ensayo y optimizaci\u00f3n de sistemas de desalaci\u00f3n accionados con energ\u00edas renovables con patentes y trabajos de investigaci\u00f3n en paralelo. \u00c2\u00bf\tinter\u00e9s del doctorando en conocer la potencialidad de la termoeconom\u00eda, sus aplicaciones y la utilidad de m\u00e9todos que permitan establecer relaciones entre los par\u00e1metros energ\u00e9ticos de los procesos con el fin de conocer las consecuencias sobre el sistema tras modificarlos y evaluar sus costes y las posibles mejoras que puedan realizarse. y por otro, por participar como investigador en el marco de los proyectos powersol &#8211; mechanical power generation based on solar heat engines (fp6-inco2004-mpc3, 032344; internacional cooperation activities-inco programme periodo: 01\/01\/2007- 31\/12\/2009) y  deredes &#8211; desarrollo de la desalaci\u00f3n con energ\u00edas renovables (fit-310200-2006\/2007-175; programa profit, periodo: 01\/01\/06- 31\/12\/07). en particular, el proyecto powersol tiene como principal objetivo el desarrollo conceptual de una tecnolog\u00eda de generaci\u00f3n de energ\u00eda mec\u00e1nica basada en energ\u00eda solar t\u00e9rmica respetuosa con el medioambiente [garc\u00eda-rodr\u00edguez y blanco, 2007].  esta energ\u00eda mec\u00e1nica generada podr\u00eda ser utilizada, ya sea para la generaci\u00f3n de electricidad directa (utilizando un generador) o para la desalaci\u00f3n de agua de mar o salobre, acoplando al mismo eje la bomba de alta presi\u00f3n del proceso de desalaci\u00f3n. El sistema de generaci\u00f3n de energ\u00eda mec\u00e1nica es impulsado por un sistema t\u00e9rmico solar basado en un ciclo org\u00e1nico rankine (sistema powersol) con una potencia de salida de entre 100 kw y 500 kw. El ciclo solar de rankine org\u00e1nico est\u00e1 optimizado para tres rangos diferentes de temperatura y para poder usar diferentes tecnolog\u00edas de captaci\u00f3n solar: captadores planos, concentradores solares parab\u00f3licos y concentradores tipo fresnel. el proyecto deredes plantea la identificaci\u00f3n de las tecnolog\u00edas de desalaci\u00f3n combinadas con energ\u00edas renovables m\u00e1s adecuadas atendiendo a criterios t\u00e9cnicos y econ\u00f3micos [deredes, 2007]. Dentro del alcance del proyecto se dise\u00f1an tres plantas precomerciales establecidas como las m\u00e1s adecuadas para tres escenarios con distintas caracter\u00edsticas. Se consideran tanto la desalaci\u00f3n de agua de mar como salobres, tanto en enclaves industrializados como en \u00e1reas aisladas de la red el\u00e9ctrica convencional.  3\tdescripci\u00f3n de los principales estudios realizados en base a las tres grandes \u00e1reas de estudio identificadas anteriormente, a continuaci\u00f3n, se resumen los estudios realizados en esta memoria: \u00c2\u00bf\tsubsistema tubo de membranas (permeador):  las membranas de \u00faltima generaci\u00f3n de \u00f3smosis inversa cuentan entre sus caracter\u00edsticas con un alto rechazo de sales, una baja demanda de energ\u00eda (se trabaja a menos presi\u00f3n) y una alta productividad. Estos avances permiten obtener considerables reducciones tanto en el coste de capital como en la energ\u00eda requerida en el proceso con dise\u00f1os de tubos de membranas usando membranas de distintas caracter\u00edsticas en el mismo tubo. La revisi\u00f3n de la literatura muestra que escasas plantas de \u00f3smosis inversa de agua de mar usan dise\u00f1os h\u00edbridos, posiblemente por la falta de estudios exhaustivos al respecto.  en esta memoria se realiza la evaluaci\u00f3n completa y el an\u00e1lisis termoecon\u00f3mico del dise\u00f1o innovador basado en la mezcla de distintos modelos de membranas en un mismo tubo de presi\u00f3n para la desalaci\u00f3n de agua de mar. A su vez, se proponen criterios de dise\u00f1o para dise\u00f1ar combinaciones h\u00edbridas de alta eficiencia.   \u00c2\u00bf\tsubsistema bastidor de desalaci\u00f3n en el caso de realizar remodelaciones: en las plantas desaladoras de agua de mar por \u00f3smosis inversa la  reducci\u00f3n del consumo de energ\u00eda en el proceso de desalaci\u00f3n es el aspecto que ha centrado la investigaci\u00f3n cient\u00edfica y los esfuerzos de los t\u00e9cnicos y operarios. A la hora de querer reducir los consumos de energ\u00eda en instalaciones existentes que cuentan con sistemas de recuperaci\u00f3n de energ\u00eda tipo turbina pelton, se presenta todo un reto tecnol\u00f3gico poco estudiado la remodelaci\u00f3n de la planta mediante la instalaci\u00f3n de los m\u00e1s eficientes dispositivos de ahorro de energ\u00eda basados en c\u00e1maras isob\u00e1ricas.  esta posible modernizaci\u00f3n de plantas plantea diversas posibilidades que son abordadas exhaustivamente, de tal manera que, todas las combinaciones se justifican y comparan t\u00e9cnica y termoecon\u00f3micamente en esta memoria. por otro lado, se realiza el estudio de un caso pr\u00e1ctico con una planta desaladora real, aplicando las propuestas de innovaci\u00f3n anteriormente comentadas y comparando los resultados obtenidos con la situaci\u00f3n actual de la instalaci\u00f3n.  \u00c2\u00bf\taporte energ\u00e9tico procedente de fuentes energ\u00e9ticas renovables:   el uso de la energ\u00eda e\u00f3lica o solar fotovoltaica para alimentar sistemas aislados de desalaci\u00f3n por \u00f3smosis inversa es una opci\u00f3n que goza de un cierto \u00e9xito, pero s\u00f3lo para peque\u00f1as capacidades. Sin embargo, el uso de las anteriores tecnolog\u00edas, y en adicci\u00f3n la tecnolog\u00eda solar t\u00e9rmica para la mediana o gran capacidad, apenas ha sido analizada y mucho menos experimentada en casos reales. la revisi\u00f3n bibliogr\u00e1fica identifica las dos combinaciones con m\u00e1s alto potencial que pueden hacer funcionar a una planta desaladora de agua de mar por \u00f3smosis inversa de mediana capacidad. En base a ellas se plantea en esta memoria el dise\u00f1o de dos casos pr\u00e1cticos innovadores.  4\tmetodolog\u00eda este trabajo se ha realizado, por un lado, mediante la aplicaci\u00f3n de conocimientos t\u00e9cnicos y experiencia del doctorando para desarrollar aquellos aspectos relativos al estado del arte, estudio y dise\u00f1o de la tecnolog\u00eda, y por otro aplicando la metodolog\u00eda de tratamiento termoecon\u00f3mico de valero y lozano (1994)  y haciendo uso de las principales conclusiones de romero-ternero (2003) y delgado-torres (2007). una parte espec\u00edfica relativa al dise\u00f1o de los tubos de membranas de \u00f3smosis inversa se realiza haciendo uso de herramientas inform\u00e1ticas de dise\u00f1o propias de los fabricantes de membranas seleccionadas. La parte espec\u00edfica de dise\u00f1o de las plantas desaladoras en su componente global (potencia de equipos, secciones de tuber\u00edas, sistemas de recuperaci\u00f3n de energ\u00eda basados en c\u00e1maras isob\u00e1ricas)  se realiza mediante hojas de c\u00e1lculo espec\u00edficamente dise\u00f1adas por el doctorando para este trabajo. los costes necesarios para realizar el an\u00e1lisis termoecon\u00f3mico son aportados directamente por los suministradores de equipos, membranas o por el propio doctorando en base a su experiencia en el sector. la metodolog\u00eda seguida es aplicada por cap\u00edtulos de la siguiente manera: \u00c2\u00bf\tcap\u00edtulo 1: se realiza una profunda revisi\u00f3n bibliogr\u00e1fica que, junto a la experiencia del doctorando y conocimientos t\u00e9cnicos, permite desgranar cada una de las innovaciones y tendencias de futuro de la tecnolog\u00eda de desalaci\u00f3n de agua de mar por \u00f3smosis inversa. \u00c2\u00bf\tcap\u00edtulo 2: el uso de las herramientas inform\u00e1ticas de los fabricantes de membranas de \u00f3smosis inversa seleccionadas permiten la realizaci\u00f3n de los dise\u00f1os h\u00edbridos propuestos. Estos dise\u00f1os se eligen en base al conocimiento profundo del doctorando de la tecnolog\u00eda y de las caracter\u00edsticas y rendimientos de las distintas marcas y modelos de membranas comerciales existentes. \u00c2\u00bf\tcap\u00edtulo 3: se aplica la metodolog\u00eda de tratamiento termoecon\u00f3mico de valero y lozano (1994) y se hace uso de las principales conclusiones de romero-ternero (2003) para realizar el an\u00e1lisis termoecon\u00f3mico de los dise\u00f1os h\u00edbridos de membranas anteriormente propuestos. \u00c2\u00bf\tcap\u00edtulo 4: el conocimiento t\u00e9cnico de la tecnolog\u00eda de desalaci\u00f3n por parte del doctorando, as\u00ed como el uso de hojas de c\u00e1lculo espec\u00edficamente dise\u00f1adas, se utilizan para proponer y calcular las modificaciones de equipos en plantas desaladoras existentes. Tambi\u00e9n se aplica la metodolog\u00eda de tratamiento termoecon\u00f3mico de valero y lozano (1994) para comparar los distintos retrofit propuestos bajo criterios termoecon\u00f3micos. \u00c2\u00bf\tcap\u00edtulo 5: a partir de los mejores dise\u00f1os y simulaciones obtenidos en los cap\u00edtulos dos, tres y cuatro, se simula una hibridaci\u00f3n de membranas y una sustituci\u00f3n de turbinas pelton para el caso concreto de una instalaci\u00f3n de desalaci\u00f3n de agua de mar de 30.000 m3\/d de capacidad situada en la isla de lanzarote (islas canarias). Este caso pr\u00e1ctico se realiza haciendo uso del software de dise\u00f1o del fabricante de membrana de \u00f3smosis inversa seleccionada, as\u00ed como, el uso de hojas de c\u00e1lculo espec\u00edficamente dise\u00f1adas por el doctorando para dise\u00f1ar los equipos y calcular las potencias y secciones de tuber\u00edas. \u00c2\u00bf\tcap\u00edtulo 6: el dise\u00f1o de las dos posibles combinaciones de desalaci\u00f3n de agua de mar por \u00f3smosis inversa con energ\u00edas renovables realizado en este cap\u00edtulo es gracias a, por un lado, el uso del software de dise\u00f1o del fabricante de membrana de \u00f3smosis inversa seleccionada y los datos resultantes del ciclo org\u00e1nico rankine de energ\u00eda solar dise\u00f1ado por delgado-torres y garc\u00eda-rodr\u00edguez (2007). Y por otro, el uso de software de dise\u00f1o del fabricante de membrana de \u00f3smosis inversa seleccionada, as\u00ed como, el uso de hojas de c\u00e1lculo espec\u00edficamente dise\u00f1adas por el doctorando para dise\u00f1ar los equipos y calcular las potencias de una planta desaladora de agua de mar aislada de capacidad variable y modo de operaci\u00f3n escalonado que funciona con energ\u00eda e\u00f3lica.  5\taportaciones de la tesis la contribuci\u00f3n general de este trabajo ha sido aplicar el an\u00e1lisis t\u00e9cnico y termoecon\u00f3mico a destacadas innovaciones y tendencias que se est\u00e1n introduciendo en la tecnolog\u00eda de desalaci\u00f3n de agua de mar por \u00f3smosis inversa.  bas\u00e1ndose en la experiencia propia y la revisi\u00f3n profunda de la bibliograf\u00eda, se realiza un an\u00e1lisis exhaustivo en aquellas \u00e1reas prioritarias comentadas anteriormente de la tecnolog\u00eda de desalaci\u00f3n donde la aplicaci\u00f3n de ciertas innovaciones alienta a una revoluci\u00f3n tecnol\u00f3gica continua.  en resumen, las aportaciones principales de esta tesis son: \u00c2\u00bf\tdise\u00f1o del tubo de membranas (permeador): 1.\tSe realiza por primera vez un estudio del dise\u00f1o h\u00edbrido de membranas (hid) en un tubo de presi\u00f3n de siete elementos para plantas convencionales de agua de mar por \u00f3smosis inversa de agua de mar que compara las tres empresas l\u00edderes en tecnolog\u00eda de membranas (filmtec, hydranautics y toray). 2.\tSe realiza por primera vez y aportan criterios de dise\u00f1o del hid para membranas de las marcas hydranautics y toray.  3.\tEs optimizado el hid para membranas de la marca filmtec y se aportan nuevas propuestas de hid para esta marca.  4.\tSe cuantifican las mejoras que ofrecen el hid en comparaci\u00f3n con el dise\u00f1o del tubo est\u00e1ndar de presi\u00f3n para cada fabricante de membranas.  5.\tLa aplicaci\u00f3n del an\u00e1lisis termoecon\u00f3mico ha permitido establecer, por primera vez, criterios de dise\u00f1o y selecci\u00f3n de marcas de membranas para el hid. 7.\tLos an\u00e1lisis han permitido preevaluar nuevas innovaciones dentro de la unidad tubo de presi\u00f3n. 8.\tLos estudios realizados han permitido proponer (y se establece para futuros an\u00e1lisis) el estudio del hid reversible con el fin de alargar la vida de las membranas que se colocan en cabecera del permeador.  \u00c2\u00bf\tmodernizaci\u00f3n de plantas desaladoras existentes: 1.\tSe han comparado t\u00e9cnica y termoecon\u00f3micamente cinco alternativas diferentes de modernizaci\u00f3n (retrofit) de plantas desaladoras de agua de mar por \u00f3smosis inversa que en la actualidad cuentan con turbina pelton como sistema de recuperaci\u00f3n de energ\u00eda. 2.\tSe proporcionan resultados diferentes para condiciones de contorno diferentes, propias de cada instalaci\u00f3n &#8211; condiciones restrictivas, requisitos de \u00e1rea adicional, modificaciones hidr\u00e1ulicas y el\u00e9ctricas  e inversi\u00f3n necesaria. 3.\tSe proporcionan diferentes retrofits para diferentes objetivos del gestor de la instalaci\u00f3n &#8211; menos consumo de energ\u00eda frente a mayor producci\u00f3n de agua desalada &#8211; . 4.\tSe ha aplicado por primera vez el an\u00e1lisis termoecon\u00f3mico para el caso de las remodelaciones de plantas existentes. Con este an\u00e1lisis ha sido posible comparar y clasificar cuatro de los retrofits propuestos. 5.\tSe aporta un nuevo dise\u00f1o de retrofit que no cuenta con referencias en la bibliograf\u00eda. Este dise\u00f1o evita sustanciales modificaciones el\u00e9ctricas en la media tensi\u00f3n debido a la necesidad de aumentar la potencia del motor de la bomba de alta presi\u00f3n. Por otro lado, evita el cambio del cableado el\u00e9ctrico y protecciones el\u00e9ctricas existentes. 6.\tTodos los resultados analizados, incluidos los relativos al hid, se han aplicado en un caso pr\u00e1ctico. Se ha desarrollado una detallada metodolog\u00eda de dise\u00f1o para el retrofit de la  planta de desalaci\u00f3n de agua de mar lanzarote iv de 30.000 m3\/d de capacidad, compar\u00e1ndose la situaci\u00f3n actual con las propuestas de innovaci\u00f3n tras ser aplicadas. 7.\tSe pone de manifiesto la necesidad de confeccionar herramientas de toma de decisiones t\u00e9cnicas que podr\u00edan aumentar el mercado de la modernizaci\u00f3n de plantas de desalaci\u00f3n existentes. En concreto, se han identificados las siguientes necesidades: un software de dise\u00f1o para el gestor de la explotaci\u00f3n y un software de dise\u00f1o de dispositivos de recuperaci\u00f3n de energ\u00eda est\u00e1ndar.  \u00c2\u00bf\taporte energ\u00e9tico procedente de fuentes energ\u00e9ticas renovables:  1.\tSon identificadas de la bibliograf\u00eda revisada dos potenciales usos de  energ\u00edas renovables innovadores y que pueden ser conectadas a una planta de desalaci\u00f3n de mediana o gran capacidad de agua de mar por \u00f3smosis inversa. 2.\tA partir de los resultados de las \u00e1reas anteriormente estudiadas, se han realizado dos dise\u00f1os innovadores de desalaci\u00f3n con energ\u00eda renovable: i.\tPor una parte, se ha dise\u00f1ado una desaladora aut\u00f3noma de 2.500 m3\/d de capacidad cuyo aporte energ\u00e9tico proviene exclusivamente de energ\u00eda solar mediante dos ciclos org\u00e1nicos rankine propuestos de alta eficiencia.  ii.\tPor otra, se dise\u00f1an y comparan dos plantas desaladoras aisladas de 1.000 m3\/d, una de ellas de capacidad fija y la otra de capacidad escalonada, accionadas exclusivamente por energ\u00eda e\u00f3lica. 3.\tEn general, se aportan recomendaciones relativas a la tecnolog\u00eda de control de potencia del sistema de generaci\u00f3n de energ\u00eda renovable.  de este trabajo se obtienen los siguientes resultados para ser publicados:  1.\tPe\u00f1ate, b. And garc\u00eda-rodr\u00edguez, l. Hybrid reverse osmosis membrane interstage design: a comparative performance assessment. Desalination. Presentado, pendiente de aceptaci\u00f3n (abril 2010). 2.\tPe\u00f1ate, b. And garc\u00eda-rodr\u00edguez, l. Hybrid reverse osmosis membrane interstage design: thermoeconomic analysis. Desalination. Por presentar (junio 2010). 3.\tPe\u00f1ate, b. And garc\u00eda-rodr\u00edguez, l. Energy optimisation of existing seawater reverse osmosis plants with energy recovery turbines: technical and thermoeconomic assessment. Energy journal. Presentado, pendiente de aceptaci\u00f3n (abril 2010). 4.\tPe\u00f1ate, b. And garc\u00eda-rodr\u00edguez, l. Lanzarote iv seawater reverse osmosis plant retrofit assessment. Desalination. Presentado, pendiente de aceptaci\u00f3n (abril 2010). 5.\tPe\u00f1ate, b. And garc\u00eda-rodr\u00edguez, l. Seawater reverse osmosis desalination driven by a solar organic rankine cycle: design and technology assessment for medium capacity range. Solar energy journal. Presentado, pendiente de aceptaci\u00f3n (abril 2010). 6.\tPe\u00f1ate, b. And garc\u00eda-rodr\u00edguez, l. Assessment of current trends and future prospects of seawater reverse osmosis desalination. Water research journal. Por presentar (junio 2010). 7.\tPe\u00f1ate, b., Castellano, f., Bello, a. And garc\u00eda-rodr\u00edguez, l. Assessment of a stand-alone gradual capacity reverse osmosis desalination plant to adapt to wind power availability: a case study. Desalination. Por presentar (julio 2010). 8.\tGarc\u00eda-rodr\u00edguez, l. And pe\u00f1ate, b. Innovative design of seawater reverse osmosis desalination plant driven by a hybrid solar-thermal\/wind system. Solar energy journal. Por presentar (julio 2010).   6\tresumen de conclusiones y recomendaciones extra\u00eddas de las conclusiones y recomendaciones del trabajo realizado, se enumeran a continuaci\u00f3n s\u00f3lo las m\u00e1s destacadas:  primera.- La tecnolog\u00eda de \u00f3smosis inversa para la desalaci\u00f3n de agua de mar es una tecnolog\u00eda totalmente madura que se encuentra presente en multitud de escalas en todas las \u00e1reas costeras del mundo con limitados recursos hidr\u00e1ulicos naturales. Su fuerte penetraci\u00f3n en el mercado y el potencial uso de la misma, hace que sobre esta tecnolog\u00eda se est\u00e9 llevando a cabo un importante esfuerzo investigador y que la aplicaci\u00f3n de numerosas innovaciones est\u00e9 posibilitando la mejora continua del proceso. En particular, destacan aquellas innovaciones que permiten reducir el consumo de energ\u00eda del proceso, as\u00ed como las que minimizan los efectos negativos de incrustaciones sobre las membranas y las que obtienen de \u00e9stas los mayores ratios de producci\u00f3n unitaria. La introducci\u00f3n de estas mejoras modifica la manera de dise\u00f1ar los tubos de membranas y, en consecuencia, del bastidor de \u00f3smosis inversa. En concreto, las innovaciones tecnol\u00f3gicas que requieren un an\u00e1lisis exhaustivo son, la hibridaci\u00f3n de elementos dentro de un mismo tubo de membranas y la posibilidad de reducir los consumos energ\u00e9ticos o aumentar la producci\u00f3n de agua desalada en instalaciones existentes que cuentan con turbinas pelton. segunda.- Partiendo del concepto de que desalar con energ\u00edas renovables a gran escala es una innovaci\u00f3n tecnol\u00f3gica muy atractiva en muchas regiones del mundo con el objeto de obtener una alternativa a los combustibles f\u00f3siles, el uso de estas energ\u00edas para la mediana y gran capacidad de desalaci\u00f3n debe ser estudiado en profundidad y ensayado en condiciones reales. Se ha analizado las posibles combinaciones para estas escalas de desalaci\u00f3n de agua de mar, siendo los acoplamientos con energ\u00eda e\u00f3lica o con energ\u00eda solar mediante un ciclo org\u00e1nico rankine las combinaciones que presentan mayores ventajas a corto plazo. tercera.- Las membranas de \u00faltima generaci\u00f3n de arrollamiento en espiral presentan una serie de recientes innovaciones &#8211; alto rechazo, una baja demanda energ\u00e9tica y una alta productividad -,  que permiten promover dise\u00f1os h\u00edbridos de membranas dentro de un mismo tubo de presi\u00f3n. Estos dise\u00f1os innovadores est\u00e1n reduciendo considerablemente los consumos de energ\u00eda, as\u00ed como obteniendo ahorros econ\u00f3micos en las instalaciones. Los resultados t\u00e9cnicos y termoecon\u00f3micos obtenidos confirman que la hibridaci\u00f3n m\u00e1s adecuada consiste en la colocaci\u00f3n de los elementos de alto rechazo en las primera posiciones del tubo (1\u00aa  y 2\u00aa) y los elementos de bajo requerimiento energ\u00e9tico, alta productividad en el resto de posiciones. Comparativamente con un tubo de presi\u00f3n est\u00e1ndar, es decir, con todas las membranas id\u00e9nticas, se obtiene un flujo unitario por elemento m\u00e1s balanceado a lo largo del tubo, recudi\u00e9ndose de esta manera el ensuciamiento en los primeros elementos e increment\u00e1ndose la producci\u00f3n total por tubo. Se obtiene un aumento en la conversi\u00f3n superior al 6%, que traducido en reducci\u00f3n de membranas  y tubos de presi\u00f3n necesarios por bastidor equivale a un ahorro econ\u00f3mico entre el 5 y el 8%. cuarta.- Del an\u00e1lisis termoecon\u00f3mico realizado, \u00c2\u00bf\tse recomienda no dise\u00f1ar un tubo de membranas est\u00e1ndar s\u00f3lo con elementos de bajo requerimiento energ\u00e9tico.  \u00c2\u00bf\ten un dise\u00f1o h\u00edbrido, la posici\u00f3n \u00f3ptima de una membrana de alto rechazo ser\u00eda la primera posici\u00f3n. Estos elementos usan la exerg\u00eda del fuel mejor que los elementos de bajo requerimiento energ\u00e9tico s\u00f3lo en esa posici\u00f3n del tubo. Las ventajas termoecon\u00f3micas de un elemento de bajo requerimiento energ\u00e9tico se aprecian en las posiciones intermediadas del tubo.  \u00c2\u00bf\tcomparativamente, las tres marcas de membranas analizadas permiten la hibridaci\u00f3n  de elementos pero se identifica que determinadas membranas r<\/p>\n<p>&nbsp;<\/p>\n<h3>Datos acad\u00e9micos de la tesis doctoral \u00ab<strong>Thermoeconomic assessment of innovations in seawater reverse osmosis plants<\/strong>\u00ab<\/h3>\n<ul>\n<li><strong>T\u00edtulo de la tesis:<\/strong>\u00a0 Thermoeconomic assessment of innovations in seawater reverse osmosis plants <\/li>\n<li><strong>Autor:<\/strong>\u00a0 Baltasar Pe\u00f1ate Suarez <\/li>\n<li><strong>Universidad:<\/strong>\u00a0 Sevilla<\/li>\n<li><strong>Fecha de lectura de la tesis:<\/strong>\u00a0 23\/07\/2010<\/li>\n<\/ul>\n<p>&nbsp;<\/p>\n<h3>Direcci\u00f3n y tribunal<\/h3>\n<ul>\n<li><strong>Director de la tesis<\/strong>\n<ul>\n<li>Lourdes Garcia Rodriguez<\/li>\n<\/ul>\n<\/li>\n<li><strong>Tribunal<\/strong>\n<ul>\n<li>Presidente del tribunal: alfonso m. Ga\u00f1\u00e1n calvo <\/li>\n<li>Jos\u00e9 Jaime Sadhwani alonso (vocal)<\/li>\n<li>Carlos G\u00f3mez camacho (vocal)<\/li>\n<li>Jos\u00e9 Mar\u00eda Veza iglesias (vocal)<\/li>\n<\/ul>\n<\/li>\n<\/ul>\n<p>&nbsp;<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"<p>Tesis doctoral de Baltasar Pe\u00f1ate Suarez 0 presentaci\u00f3n la desalaci\u00f3n de aguas para el suministro de agua potable es una [&hellip;]<\/p>\n","protected":false},"author":1,"featured_media":0,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"site-sidebar-layout":"default","site-content-layout":"","ast-site-content-layout":"","site-content-style":"default","site-sidebar-style":"default","ast-global-header-display":"","ast-banner-title-visibility":"","ast-main-header-display":"","ast-hfb-above-header-display":"","ast-hfb-below-header-display":"","ast-hfb-mobile-header-display":"","site-post-title":"","ast-breadcrumbs-content":"","ast-featured-img":"","footer-sml-layout":"","theme-transparent-header-meta":"","adv-header-id-meta":"","stick-header-meta":"","header-above-stick-meta":"","header-main-stick-meta":"","header-below-stick-meta":"","astra-migrate-meta-layouts":"default","ast-page-background-enabled":"default","ast-page-background-meta":{"desktop":{"background-color":"var(--ast-global-color-4)","background-image":"","background-repeat":"repeat","background-position":"center center","background-size":"auto","background-attachment":"scroll","background-type":"","background-media":"","overlay-type":"","overlay-color":"","overlay-gradient":""},"tablet":{"background-color":"","background-image":"","background-repeat":"repeat","background-position":"center center","background-size":"auto","background-attachment":"scroll","background-type":"","background-media":"","overlay-type":"","overlay-color":"","overlay-gradient":""},"mobile":{"background-color":"","background-image":"","background-repeat":"repeat","background-position":"center center","background-size":"auto","background-attachment":"scroll","background-type":"","background-media":"","overlay-type":"","overlay-color":"","overlay-gradient":""}},"ast-content-background-meta":{"desktop":{"background-color":"var(--ast-global-color-5)","background-image":"","background-repeat":"repeat","background-position":"center center","background-size":"auto","background-attachment":"scroll","background-type":"","background-media":"","overlay-type":"","overlay-color":"","overlay-gradient":""},"tablet":{"background-color":"var(--ast-global-color-5)","background-image":"","background-repeat":"repeat","background-position":"center center","background-size":"auto","background-attachment":"scroll","background-type":"","background-media":"","overlay-type":"","overlay-color":"","overlay-gradient":""},"mobile":{"background-color":"var(--ast-global-color-5)","background-image":"","background-repeat":"repeat","background-position":"center center","background-size":"auto","background-attachment":"scroll","background-type":"","background-media":"","overlay-type":"","overlay-color":"","overlay-gradient":""}},"footnotes":""},"categories":[71087,16122,2452,2898,10715],"tags":[26488,209211,23941,106135,188075,73659],"class_list":["post-103293","post","type-post","status-publish","format-standard","hentry","category-energia-eolica","category-energia-solar","category-ingenieria-de-procesos","category-quimica-del-agua","category-sevilla","tag-alfonso-m-ganan-calvo","tag-baltasar-penate-suarez","tag-carlos-gomez-camacho","tag-jose-jaime-sadhwani-alonso","tag-jose-maria-veza-iglesias","tag-lourdes-garcia-rodriguez"],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/www.deberes.net\/tesis\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/103293","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/www.deberes.net\/tesis\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/www.deberes.net\/tesis\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.deberes.net\/tesis\/wp-json\/wp\/v2\/users\/1"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.deberes.net\/tesis\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=103293"}],"version-history":[{"count":0,"href":"https:\/\/www.deberes.net\/tesis\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/103293\/revisions"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/www.deberes.net\/tesis\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=103293"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.deberes.net\/tesis\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=103293"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.deberes.net\/tesis\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=103293"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}