Tema Agua dulce sanitaria. Tema de propulsión

5 .- SISTEMA DE AGUA DULCE SANITARIA
1- SISTEMAS DE PRODUCCIÓN POR ÓSMOSIS INVERSA Y EVAPORACIÓN.
COMPONENTES Y FUNCIONAMIENTO.
2- ALMACENAMIENTO Y TRATAMIENTO DEL AGUA GENERADA
3- SUBSISTEMAS DE DISTRIBUCIÓN DE AGUA DULCE FRÍA Y DE AGUA
DULCE CALIENTE
4- PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE

Las navegaciones marítimas hacen que sea imprescindible el transporte de agua
potable a bordo de una embarcación.
Dependiendo de las circunstancias ambientales y de la calidad de los alimentos
sólidos ingeridos, una persona necesita una cierta cantidad diaria de agua para
mantener un nivel de salud óptimo. Si se bebe menos se produce la deshidratación
del cuerpo en un grado más o menos perjudicial.
Una persona puede resistir unos tres días sin beber antes de morir de sed (por
deshidratación).
El transporte del agua potable necesaria se puede reducir a dos tipos de
recipientes: los recipientes móviles y los depósitos integrados en el barco.

La diferencia entre un agua y otra se reconoce sabiendo el tipo
de procesos y tratamientos al que ha sido sometida. Por ejemplo
el agua dulce potable es agua destilada que posteriormente se
ha hecho pasar por un mineralizador y después un esterilizador
sistemas que se describirán en posteriores artículos.

Varios sistemas fueron empleados tradicionalmente para complementar la
cantidad de agua potable disponible: la recogida de agua de lluvia y la destilación
de agua de mar en un alambique. Desde hace varias décadas atrás, existen
sistemas de potabilización por ósmosis inversa y por evaporación que cada vez
están más actualizados.
Obtener agua dulce a partir del
agua de mar es un sistema
teóricamente sencillo que, en la
práctica presenta muchas
dificultades.
En la actualidad y desde hace
muchos años hay varias soluciones
experimentadas y satisfactorias
que funcionan con un rendimiento
muy grande.
DESTILACIÓN DE AGUA DE MAR PARA OBTENCIÓN DE AGUA DULCE

En los primeros tiempos no fue así. El rendimiento era bajo (entendiendo por
rendimiento la cantidad de combustible necesario para obtener una cierta
cantidad de agua potable) y, en muchos casos, el agua obtenida no era
bastante buena para beber.

RECOGIDA DE AGUA DE LLUVIA PARA OBTENCIÓN DE AGUA DULCE
Usando colectores de recogida de diferentes
modos.
Recolectando agua con cubos por ejemplo.

1- SISTEMAS DE PRODUCCIÓN POR ÓSMOSIS INVERSA Y EVAPORACIÓN.
COMPONENTES Y FUNCIONAMIENTO.
SISTEMAS DE PRODUCCIÓN POR ÓSMOSIS INVERSA
El Sistema de Ósmosis Inversa es un equipo
auxiliar que se emplea en algunos buques para
generar agua dulce, en la mayor parte de los casos
para generar agua sanitaria o potable para su
consumo complementando algunos sistemas más
como mineralizadores y sistemas de desinfección.

SISTEMAS DE PRODUCCIÓN POR ÓSMOSIS
La ósmosis es un principio basado en la búsqueda del equilibrio salino,
es decir, si tenemos dos fluidos de distintas concentraciones separados
por una membrana semipermeable, el fluido de menor concentración
salina, atravesará dicha membrana hacia el fluido de mayor
concentración manifestando una diferencia de altura denominada
«Presión osmótica«.

SISTEMAS DE PRODUCCIÓN POR ÓSMOSIS INVERSA
La ósmosis inversa es llevar a cabo el proceso anterior en sentido
inverso, es decir, empleando una presión superior a la presión osmótica,
podemos hacer que el sentido del equilibrio se invierta. El fluido de
mayor concentración se desplazará hacia el fluido de menor
concentración.

SISTEMAS DE PRODUCCIÓN POR ÓSMOSIS INVERSA A BORDO
El sistema recoge agua salada del mar y la hace pasar
a una presión mayor a la presión osmótica a través de
la membrana permeable, separando por un lado la
salmuera y por otro el agua libre de sales disueltas,
aprovechando estas últimas para refrigeración de
sistemas a bordo o la posterior conversión en agua
potable.

MÓDULOS DE PLACAS O LÁMINAS PLANAS:
Es el primer tipo de configuración que se utilizó, está constituido por una serie de
membranas planas con forma rectangular o de disco circular; éstas se apoyan sobre
platos soporte porosos, que suministran resistencia mecánica a la membrana, recogen
el permeado de forma uniforme y lo evacuan al exterior. Estas configuraciones
representan superficies pequeñas, lo que implica poca capacidad de producción.

Las membranas estarán separadas
entre sí por espaciadores, siendo la
misión de éstos:
•Conseguir que la solución a tratar
esté debidamente repartida sobre
las membranas permitiendo así el
paso del líquido entre ambas.
•Separar las capas activas de dos
membranas consecutivas.
•Recoger el rechazo de manera
uniforme.
Por tanto la configuración de estos
módulos planos consiste en aplicar
conjuntos formados por espaciador-
membrana-placa soporte membrana
y así sucesivamente.
MÓDULOS DE PLACAS O LÁMINAS PLANAS:

MÓDULOS TUBULARES
Están constituidos por carcasas cilíndricas que contienen un número variable de
membranas tubulares. La aportación se bombea por el interior de las membranas,
produciéndose un flujo lateral de permeado a través de las paredes. La carcasa
tiene los dispositivos adecuados para recoger los flujos de permeado y
concentrado.
Las membranas tubulares
están constituidas por un
soporte poroso de papel o
fibra de vidrio sobre el que
se deposita la superficie
filtrante.

MÓDULOS DE FIBRA HUECA
Las fibras huecas son estructuras tubulares con 0.1-1.0 mm de diámetro externo
y 50 mm de diámetro interno, dimensiones que son un orden de magnitud
inferior a las denominadas membranas tubulares. La mayoría de ellas son de tipo
anisótropo, donde la estructura responsable de la separación se dispone en la
superficie externa o interna de la fibra.
Las fibras huecas se disponen en módulos compactos con mayor superficie
filtrante que los módulos de láminas planas y de membranas tubulares,
permitiendo separaciones más eficientes.

MÓDULOS ESPIRALES
Son las más utilizadas actualmente y tienen una estructura compleja donde una
membrana en forma de “sobre”, junto a un separador interno de las paredes de la
membrana, se enrolla en espiral alrededor del tubo colector de permeado a través de
la parte abierta del «sobre”.
Este tipo de membrana presenta una serie de ventajas a tener
en cuenta a la hora de escoger que tipo de módulos usar:
•Mucho más económicas.
•Muy resistentes al ensuciamiento lo que permite trabajar con
aguas más cargadas.
•Fácil reposición.
•Mayor facilidad y efectividad de lavado.
•Mejor control de la calidad de fabricación.

VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE EMPLEAR UN SISTEMA DE OI EN UNA EMBARCACIÓN

OPERACIÓN DEL SISTEMA DE OSMOSIS INVERSA A BORDO.
Panel local de mando
del sistema de OI
La presión osmótica
del agua de mar es de
27Kg/cm2, el sistema
debe aportar una
presión superior a los
55Kg/cm2
aproximadamente
para alcanzar un
caudal mínimo de
agua producida.

Para que este sistema trabaje de manera eficaz
manteniendo la vida útil de las membranas
aceptable, es importante prestar atención a 3
cosas principalmente:
1.El pretratamiento de la aportación
2.Bomba de alimentación
3.Caudal continuo
El pretratamiento es importante para evitar que las membranas lleguen a
atascarse y perder efectividad de filtrado. Para ello se disponen de un ajustador
del ph y una serie de filtros.

Ejemplo de un proceso de filtrado en un buque real:
En primer lugar el agua de mar se hace pasar por un filtro de
láminas, después por un filtro de 50 micras y finalmente por uno de
5 micras. El mantenimiento de estos filtros se realiza cada dos/tres
días ya que la suciedad acumulada implica un descenso de presión
en la entrada de agua de mar al grupo de OI y esto conlleva una
menor producción de agua
La bomba de alimentación bombeará la aportación desde la entrada
de la máquina a una presión aproximada de (2-3Kg/cm^2).Cuando la
bomba de alimentación supere una presión de 0,7Kg/cm^2 (valor
prefijado en el presostato de baja presión), se podrá arrancar la
bomba de alta presión que elevará la presión según la válvula de
regulación permita.

Los rangos de operación normales se encuentran entre (50 y 65
Kg/cm^2), aunque la presión de entrada puede llegar hasta los
70Kg/cm^2, valor de operación no utilizado, ya que el sistema
incluye un presostato de seguridad de alta presión ajustada a dicho
valor, su función es parar la bomba si detecta valores superiores a
70Kg/cm^2.
La presión de trabajo se regula con la válvula reguladora de presión. Esta válvula
reguladora se rige por la siguiente fórmula:
Ejemplos:
•La presión de trabajo a 18ºC para una producción diaria de 2000L es de 52,7 Kg/cm^2.
•La presión de trabajo a 25ºC para una producción diaria de 3200L es de 64 Kg/cm^2.

Para asegurarnos de que existe un caudal continuo, se instala una
lectura de baja presión entre el filtro y la bomba de alta presión.
Esta medición le aporta al operario información sobre si la entrada
o el filtro se encuentran atascados o el nivel de suciedad, esta
lectura en definitiva advierte si es necesaria efectuar una limpieza.
En el caso de realizar una parada del equipo, podemos distinguir 3
tipos de paradas:
•Paradas hasta de 1 hora: Las membranas se mantienen húmedas 1
hora aproximadamente según el fabricante, por lo que se puede
llevar a cabo el arranque sin problema.
•Si la parada se prolonga más de 1 hora: Se recomienda mantener
la membrana en agua dulce.
•Si la parada es superior por tareas de mantenimiento: Es necesario
llevar a cabo un endulce y un lavado químico especial.

• CONGELACIÓN
OTROS PROCESOS DE DESALINIZACIÓN DEL AGUA
Esta alternativa requiere un uso considerable de energía para realizar un cambio físico en el agua
(cambio de estado líquido a sólido). El proceso consiste en pulverizar el agua de mar previamente
tratada (filtrada en procesos previos similares al de la osmosis inversa y de destilación) en una
cámara criogénica, de manera que se fomente la formación de cristales.
Dichos cristales se recolectan y separan para luego ser pasados por un proceso de limpieza con agua
normal y de este modo, obtener agua dulce. Una derivación de este proceso es la congelación al
vacío de agua de mar a una presión de 3 mm de Hg y -4 ̊C, produciéndose una evaporación seguida
de un enfriamiento súbito que genera la congelación del agua. Debe aspirarse el vapor generado
para mantener las condiciones de vacío dentro del reactor.

Clasificación de tecnologías de desalinización

• CONGELACIÓN
OTROS PROCESOS DE DESALINIZACIÓN DEL AGUA
Su principal inconveniente, es que son considerables los problemas derivados de la compresión del
gran volumen de vapor generado en el proceso a bajas presiones. Para mitigar un poco esto, se pueden
utilizar gases refrigerantes con presiones de vapor superior a la del agua y que no sean miscibles con
ésta, como por ejemplo, el butano.
La expansión de este gas orgánico genera la congelación parcial del agua de mar, disminuyendo los
problemas de compresión de la congelación al vacío, una salida inteligente. Este proceso requiere
menos energía que la destilación y no genera residuos de gran impacto ambiental como las salmueras.
• EVAPORACIÓN RELÁMPAGO
Luego del proceso de tratamiento previo al agua de mar, ésta se hace pasar en forma de gotas a
cámaras con condiciones controladas de presión (bajas presiones). En estas condiciones el agua
súbitamente cambia de estado a gas saturado (vapor de agua), el cual es retirado de las cámaras
mediante sistemas de tuberías y llevado a una zona de intercambio térmico, extrayendo el
condensado de agua dulce.
Este proceso debe repetirse en serie hasta obtener el grado de desalinización deseado. Es un
proceso práctico y limpio, ya que no genera salmueras que tengan que tratarse posteriormente para
ser llevadas al mar nuevamente.

¡¡¡¡¡¡¡ El invento que permite convertir agua de mar en potable en solo media hora (y de
forma sostenible) !!!!!!!
Utilizando un filtro especial de alta tecnología y energía solar.
Un equipo de investigación global desarrolló una tecnología pionera que puede hacer
que grandes volúmenes de agua de mar sean seguros para beber en menos de 30
minutos.
El filtro especialmente diseñado puede generar cientos de
litros de agua potable por día y solo requiere luz solar directa
para purificarlos, lo que hace que el proceso sea
energéticamente eficiente, de bajo costo y sostenible.
Para la fabricación del filtro se utilizan compuestos
organometálicos (MOF, por sus siglas en inglés), que constan
de iones metálicos que forman un material cristalino.
"El agua salina corre a través del tubo (cubierta con una lámina de
aluminio), donde las sales se adsorben sin luz, produciendo agua dulce",
explica el profesor Huanting Wang.

Durante el proceso de desalinización, el filtro, que lleva
el nombre de PSP-MIL-53, primero adsorbe (atrae y
retiene en su superficie moléculas o iones de otro
cuerpo) las sales del agua y luego se coloca bajo la luz
del sol para regenerarse.
Esta es la regeneración del material MOF exponiéndolo a la luz
solar y lavándolo con una pequeña cantidad de agua.

https://www.escalabarcelona.com/2019/03/28/como-funciona-la-gestion-de-aguas-a-bordo-de-un-gran-crucero-como-el-
msc-seaview2/
2- ALMACENAMIENTO Y TRATAMIENTO DE AGUA GENERADA
El agua a bordo puede obtenerse de diferentes
maneras: Puede producirse a bordo mediante
desalinización, ósmosis inversa o destilación
para potabilizar el agua de mar, puede
obtenerse mediante el suministro por parte de
gabarras, aunque lo más habitual en muchos
buques es, o bien el uso de agua embotellada, o
que la fuente de abastecimiento sea la red de
agua del puerto, a través de contadores en el
muelle donde se realizan las anteriormente
mencionadas aguadas.

Al estudiar las tecnologías de desalinización se debe tener en cuenta dos aspectos
cruciales del proceso de desalinización:
- Pretratamiento del agua salada y el
- Postratamiento del agua dulce producida requeridos para su posterior uso final.
Es necesario realizar siempre un tratamiento al agua salada para garantizar el correcto
funcionamiento del sistema. Esto dependerá estrictamente del tipo de proceso utilizado por
el generador de agua dulce.
Los procesos térmicos generalmente requieren muy poco tratamiento previo, algunos
de estos pretratamientos son:
• Filtración, para reducir la concentración de materia suspendida en la corriente de alimentación
a valores adecuados para la operación.
• Desinfección, para reducir la formación de algas y bioincrustaciones, especialmente en las
partes frías de la unidad (conductos de alimentación, filtros, etc.).

El pretratamiento estándar del agua de alimentación para una unidad de desalinización de
membrana consiste en:
• Desinfección, para reducir la formación de algas y bioincrustaciones en los componentes más
críticos de la planta, como los filtros y las membranas mismas. Como muchos tipos de membranas
son muy sensibles a los oxidantes, a menudo también se requiere la adición de un agente reductor
(por ejemplo, sales de fosfito) que neutraliza el agente oxidante residual antes de que la
alimentación ingrese al conjunto de la membrana.
• La filtración, realizada por filtros de medios o, más recientemente, por
microfiltración y ultrafiltración, es necesaria para reducir el índice de densidad de
sedimento presentes en el agua de alimentación, lo que garantiza una vida útil de
la membrana más larga y un mantenimiento menos frecuente.
• Adición de productos químicos antiincrustantes, similares a los
utilizados en las unidades térmicas, capaces de reducir, principalmente, la
formación de carbonato de calcio.
En todos los casos, el agua que se distribuirá como agua potable requiere un agente
desinfectante con efecto residual (como el cloro o el hipoclorito) para garantizar la desinfección
del agua durante la distribución.

EJEMPLO DE GENERADOR DE AGUA DULCE INSTALADO EN BUQUE “ VOLCÁN DE TINDAYA”
3- SUBSISTEMAS DE DISTRIBUCIÓN DE AGUA DULCE FRÍA Y DE AGUA DULCE
CALIENTE
El equipo utilizado a bordo para la producción de
agua dulce a partir de agua de mar es el generador
de agua dulce (Fresh Water Generator).
En este buque se consume una cantidad
considerable de agua dulce, la tripulación consume
un promedio de 150 litros por persona y día, esto
solo para la tripulación, teniendo
en cuenta la utilización de agua dulce en otros
procesos, como limpieza, trabajos de cocina e
incluso para hacer funcionar maquinaria (calderas
y depuradoras)
El generador de agua dulce instalado en el buque Volcán de Tindaya es el AQUAMAR TIPO AQ-10/12, está
construido por la empresa Gefico S.A. en La Coruña, perteneciente a la serie mediana de su gama con
capacidad de producir de 10000 a 12000 litros al día.

Generador agua dulce ACUAMAR
Se trata de un generador compacto y económico que una vez
puesto en marcha es prácticamente automático, sin necesidad
de ajustes para pequeñas variaciones en las condiciones
óptimas de funcionamiento, es perfecto para la instalación de
este buque y sus necesidades de agua dulce.
Diseñado para obtener agua destilada a partir de agua de mar,
utilizando energía térmica a baja temperatura produciendo un
agua con una concentración de sales menor a 2 p.p.m.
Utilizando el principio de destilación simple bajo vacío mediante tubo sumergido. La
evaporación del agua a baja temperatura se realiza gracias a la depresión generada en el
interior de la unidad y la energía térmica aportada por el calentador.

Al poder utilizar una fuente residual de calor, posee un consumo de energía.
Todo el proceso, evaporación y condensación se realiza dentro de la unidad, el recipiente y los
refuerzos internos están construidos de una aleación curpo-níquel 90/10,
externamente los refuerzos y los anclajes están constituidos de acero al carbono ST-35.
La unidad está dividida en dos compartimentos diferenciados, la cámara de condensación en su parte
superior y en el inferior la cámara de evaporación, cada uno con un haz tubular, por el de condensación
pasa agua salada y por el de evaporación agua de baja
temperatura de los motores principales. Entre ambos compartimentos se encuentra las placas
deflectoras y el filtro coalescente.
En el exterior de la unidad van montados el eyector de vacío y la bomba de extracción de agua
producida.
Para el funcionamiento del sistema este precisa de un cuadro de maniobra y control, la bomba de agua
salada y el equipo inhibidor de incrustaciones.

Fuente calorífica del sistema
El generador funciona con cualquier tipo de energía calorífica con temperatura comprendida entre 60°C y
91°C se puede utilizar para suministrar calor al generador, ya sea vapor, agua caliente presurizada, aceite
térmico, gases de escape, electricidad, etc.
Es recomendable situar el generador cerca del medio calefactor que lo alimenta, intentando reducir al
mínimo las perdidas de carga y la caída de temperatura en su transporte hacia el generador.
El generador instalado utiliza la energía térmica residual procedente del circuito de refrigeración de culatas
de los motores de combustión interna que propulsan el buque.
Esquema instalación Generador de agua dulce

El funcionamiento del eyector se basa en el efecto Venturi, el agua salada impulsada por la bomba y tras
pasar por el condensador atraviesa una tobera que reduce la sección y produce un aumento de la
velocidad del fluido, este aumento de velocidad genera una caída de presión, debido ala cual es posibles
generar el vacío suficiente dentro de la unidad.
Generador de agua dulce.

Gracias al eyector se puede generar el vacío dentro de la unidad. Este, permite que la
temperatura de ebullición del agua salada baje, permitiendo aprovechar una fuente de baja
temperatura.
Eyector de vacío y salmuera
Cuanto mayor sea el vacío generado en su interior,
menor será la temperatura necesaria para la
vaporización, y aumentando el rendimiento del
sistema (hasta los límites prefijados de calidad del
destilado).

En la parte inferior del generador va situado el calentador del agua salada, es el encargado de aumentar la
temperatura de esta hasta alcanzar la necesaria para que se produzca la evaporación suficiente que subirá
hasta la cámara de condensación.
Debido al trabajo a esta baja temperatura se obtienen varios beneficios, la reducción de depósitos salinos
formados sobre el calentador y en sus paredes y la capacidad de utilizar un fluido con baja energía térmica.
El nivel de agua salada de la cámara de evaporación puede mantenerse por encima del calentador gracias a
un diafragma de nivel conectado al eyector aire/salmuera.
La producción del generador es aproximadamente un tercio de del agua de alimentación, esta última esta
regulada por una válvula de control de alimentación instalada en la entrada del sistema.
El agua salada suministrada entra en el equipo atravesando el condensador tras el cual alimenta la
bandeja de evaporación, esto permite que el agua a evaporar entre con mayor temperatura que si lo
hiciera directamente, antes de salir del sistema el agua salada pasa por eyector creando el vacío y
arrastrando la salmuera.
Debido a la velocidad e intensidad del proceso de evaporación, la ebullición del agua
salada puede arrastrar microgotas, que si llegasen a la bandeja de condensado podrían disminuir la calidad
del agua generada. Para poder generar un agua de alta calidad y elevada pureza los vapores son forzados a
atravesar las placas deflectoras, donde al chocar estas gotas se reduce su energía cinética y caen de nuevo
en la bandeja de evaporación.

Agua Producida
El agua producida por este generador es de alta pureza, con un contenido de cloruros disueltos inferior a
2 partes por millón (p.p.m.). Esta calidad permite su uso doméstico o como agua técnica para su uso
industrial.
Aunque se puede utilizar directamente se recomienda la utilización de un filtro mineralizador para el agua
producida y un tratamiento antibacteriológico (rayos ultravioletas, dosificación de cloro, etc.) para el agua
a desalinizar, debido a la creciente contaminación de las aguas. Estos tratamientos son indicados siempre
y cuando el agua sea para uso humano.
El agua producida a bordo es conducida al tanque de agua dulce, este posee un volumen de 4,17 𝑚3 suele
mantenerse entre un 90 y un 60 por ciento de su capacidad, para ello se sonda el tanque varias veces al
día y dependiendo su valor se activa o no el generador de agua dulce.
El consumo medio de agua de este tanque
oscila entre 300 y 500 litros al día
dependiendo del uso de depuradoras, vapor
de la caldera, o algún trabajo que requiera
agua dulce. En este buque el agua del
generador solo se utiliza como agua técnica y
no para su consumo.

4- PRODUCCIÓN DE AGUA CALIENTE
Existen varias soluciones técnicas para obtener agua caliente en un barco. Todos ellas
utilizan un depósito que se calienta eléctricamente o utilizando el agua de refrigeración del
motor.
https://www.youtube.com/watch?v=Q6xlxHQ5_4w
La resistencia eléctrica del calentador permite la producción de
agua caliente sanitaria con el motor marino parado. Está
disponible en potencias de 500, 800 y 1.200 W y tensiones de
120 y 230V.
Calentador de agua rectangular. Se ha diseñado
con una resistencia eléctrica de 1.200 W y 230 V
que permite calentar agua incluso con el motor
del barco parado. La capacidad del calentador es
de 20 l de agua.
Deposito en acero vitrocerámico
Ánodo para calentador de agua. El ánodo es el elemento imprescindible
para proteger el calentador frente a la corrosión. Para conseguirlo se
sacrifica para que la reacción electrolítica no afecte al calentador.
Recambios de calentador de agua

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