EQUIPOS DE OSMOSIS INVERSA

EQUIPOS DE OSMOSIS INVERSA

El equipo de osmosis inversa, además de las membranas, viene equipada con una serie de controles que garantizan una operación eficaz y automática: manómetros, interruptores de presión, medidor de flujo de rechazo, monitor de conductividad, característica de auto lavado (autoflush), bomba centrífuga multi etapa y un marco para alojar todo los componentes.

Cuando se utiliza el Sistema de Osmosis Inversa, para preparar el agua para aplicaciones de hemodiálisis, ya sea solo o como la última etapa de la cascada de filtración, los dispositivos de ósmosis inversa deben estar equipados con monitores en línea que permiten la determinación de la calidad del agua producida y debe estar equipado con monitores que determinan la tasa de rechazo sobre la base de la conductividad. Monitores que muestran la resistividad o sólidos disueltos totales (TDS ) podrían ser utilizados en lugar de los monitores de la conductividad.

Se diseñará de forma que el monitor, no pueda desactivarse mientras el paciente está en diálisis, salvo en breves momento si fuera necesario; con control manual y un operador con atención constante sobre el equipo.

Debe incluir un medio para prevenir la exposición del paciente al agua de producto inseguro, tales como la desviación de la agua del producto al drenaje, en el caso que el producto o la conductividad este fuera del límite.

Si la ósmosis inversa no tiene un medio de impedir que el agua de producto inseguro, entrara en las máquinas de diálisis, el monitor de conductividad deberá activar alarmas sonoras y / o visuales cuando la conductividad del agua producto excede el límite de alarma ajustado. Las alarmas se dispondrán de manera que garanticen una rápida respuesta por parte del personal en el área de atención al paciente.

Cuando se utiliza una alarma sonora, el sonido emitido deberá ser de al menos 65 decibeles ("A" escala) a 3 m, y no será posible silenciar la alarma por más de 180 s.

Conceptos Particulares del Sistema de Osmosis Inversa.

• Flujo de Alimentación (Qf) es el caudal de agua de alimentación, en gpm ó gph (Lpm ó m3/h). El flujo de alimentación es igual a la suma de los de permeado y de concentrado.

• Flujo de Permeado [Flujo de Agua Producto (Qp)] es el caudal de agua purificada que ha pasado a través de la membrana y salido de la misma; expresada en gal/min (gpm) ó gal/hr (gph) [en unidades métricas, l/min (lpm) o metros cúbicos/hora (m3/h). Los caudales de permeado son generalmente especificados a 77 ºF (25 ºC).

• Flujo de Concentrado [Flujo de Descarte (Qc)] es el caudal de agua enviado a drenaje, que contiene los sólidos rechazados, en gpm ó gph (Lpm ó m3/h).

• Rechazo de Sales (Iónico) es el porcentaje de sales disueltas rechazadas por la membrana, calculada a partir de una concentración promedio sobre la membrana.

• Pasaje de Sales (Iónico) es igual a (100 % - Rechazo) o el porcentaje de sales disueltas que pasan a través de la membrana.

• Concentración es el el Total de Sólidos Disueltos (TSD) de una solución expresados como miligramos por litro (mg/L) o conductividad (microSiemens/cm).

Cf =                 Concentración en la Alimentación   

Cp =                Concentración en el Permeado       

Cc =                Concentración en el Concentrado   

Cavg =            Concentración Promedio en el Equipo

 

Ejemplo del Cálculo:

Datos:

Cf= 100mg/L

Cc= 150 mg/L

Cp= 3 mg/L

(Cf ) 100 mg/L + (Cc ) 150 mg/L Concentración Promedio (Cavg) =         --------------------------------------------                                                                                                2 (Cavg) = 125 mg/L TSD                           (Cavg ) 125 mg/L - (Cp ) 3 Rechazo =    ------------------------------------------- x 100 = 97,6 %                         (Cavg ) 125 mg/L

Calculo del Yield o Recuperación

Recuperación es igual al caudal de permeado dividido por el caudal de alimentación y expresado como porcentaje. Por ejemplo, un 50 % de recuperación significa que para un caudal de alimentación dado, el 50 % se produce como agua purificada (permeado)

Qf =    Flujo de Alimentación

Qp=     Flujo de Permeado

Qc=     Flujo de Concentrado

Recuperación =     Qp x 100 (Yield)                        Qf

Calculo de Rechazo:

•Rechazo de Sales (Iónico) es el porcentaje de sales disueltas rechazadas por la membrana, calculada a partir de una concentración promedio sobre la membrana.

•P Pasaje de Sales (Iónico) es igual a (100 % - Rechazo) o el porcentaje de sales disueltas que pasan a través de la membrana.

Caudal de Permeado (Agua Producto)

Se indica en la etiqueta del número de serie (se asume que no hay contrapresión de permeado, concentración máxima en la alimentación de 2000 mg/L de TSD y a la temperatura nominal)

Para determinar el caudal de permeado con contrapresión, utilizar la siguiente fórmula: 

   

  Caudal de Permeado Nominal =  Presion de Operacion - Contra Presion de Permeado

                                                                    Presion de Operaciòn                     

Contrapresión de Permeado Máximo: 80 psig (5,5 bar)

Conexión de Permeado ½” y ¾” FNPT

Presión Final de Operación

Mínimo: 140 psi (917,8 bar)

Máximo: 235 psi (16,2 bar) 

Descripción del Proceso: 

1. El agua de alimentación pasa a través de un filtro de cartucho, descartable, de 5 micrones, el que remueve el grueso de los sólidos en suspensión. 
2. El agua filtrada fluye luego hacia la válvula de alimentación. Esta válvula a diafragma, actúa mediante un solenoide, esta conectada a la llave de arranque y abre toda vez que la máquina es encendida, permitiendo que el agua circule hacia la alimentación de la bomba. Cuando la máquina es detenida, la válvula se cierra, evitando la circulación de agua dentro de la membrana en condiciones de flujo no deseadas, lo que disminuiría su vida útil.
3. La bomba alimenta el agua a los módulos, los que están arreglados en disposiciones en paralelo y en serie. La dirección del flujo se indica con una flecha en cada módulo.
4. El agua es dividida por la membrana en dos corrientes, dejando cada uno de los módulos como una corriente de permeado y otra de concentrado.
5. El permeado de cada uno de los módulos se colecta en un cuadro común. 
6. Puede también instalarse una válvula de alivio (opcional) para evitar una contrapresión excesiva. 
7. El permeado fluye luego a través de un medidor de caudal hacia el punto de salida del equipo.
8. El concentrado deja el último módulo y circula hacia el centro de control de flujo. 
9. A través de la válvula de recirculado se dirige una cantidad predeterminada de concentrado hacia la alimentación de la bomba. 
10. Mediante este recirculado se consigue aumentar la recuperación manteniendo un adecuado flujo tangencial sobre la superficie de la membrana. 
11. Los otros dos puntos de salida del centro de control llevan a la válvula de concentrado y al manómetro de presión de salida de membrana. La válvula de concentrado tiene tres funciones: Controla la cantidad de concentrado que se envía a drenaje; controla la presión en el equipo; y contribuye a controlar la recuperación en el equipo.
12. Mediante una tee adicional se agrega una válvula a solenoide opcional para el enjuague rápido del equipo. 
13. El concentrado fluye a través de un caudalímetro hacia el punto de salida de la máquina.

RETROLAVADOS DE FILTROS

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RETROLAVADOS DE FILTROS

El concepto básico de un retrolavado.

En esencia, un buen retrolavado es aquel en el que se logran dos cosas: expandir la cama un 30 a 40%, y estratificar las partículas de carbón al finalizar la operación. Para lograr lo primero, es necesario cerciorarse de que la cama se expanda, y no confiar simplemente en las gráficas reportadas por el fabricante. Dichas gráficas dan una idea aproximada de los flujos con los que se logran distintos porcentajes de expansión, pero debe hacerse un ajuste final para cada caso particular.

Si no se hace la verificación mencionada, se corre el riesgo de no lograr expandir la cama, o de que el carbón sea arrastrado hacia afuera del adsorbedor.

Cuando el retrolavado se efectúa correctamente, al expandirse la cama, las partículas se mueven hacia arriba y hacia abajo, restregándose entre sí, y logrando de esta manera una mejor y más rápida limpieza de su superficie.

Para evitar posibles pérdidas del medio granular en caso de un retrolavado excesivamente fuerte, se coloca una malla que lo capte a la descarga de la línea por la que sale el agua de esta operación y se vigila que no salga. También hay que observar el agua que sale del retrolavado ya que, cuando ésta sale libre de partículas y de turbiedad, el medio filtrante ha quedado limpio (libre de las partículas que estaban suspendidas en el agua y que quedaron atrapadas en la cama de carbón) y el retrolavado ha hecho su función.En cuanto a la estratificación, ésta consiste en que al terminar de retrolavar, las partículas más grandes o más densas queden en la parte inferior de la cama, y las más pequeñas o menos densas queden en la parte superior. La estratificación es conveniente ya que al mantener el nivel relativo de las partículas de carbón dentro de la cama, ésta se va saturando de manera ordenada. Con esto, la ZTM se mantiene y avanza poco a poco. Si no se estratifican las partículas en el caso de un carbón activado, se alcanza más pronto el punto de ruptura (punto en el que hay que cambiar el carbón). Para lograr la estratificación, hay que disminuir poco a poco el flujo de retrolavado.

La ventaja de carbones activados de mayor densidad en el retrolavado.

Aunque un carbón de mayor densidad requiere de un mayor flujo para expandirse, presenta la ventaja de que queda limpio en menos tiempo. Como resultado, aunque el flujo es relativamente alto, hay un ahorro de agua. Por ejemplo, un carbón activado de densidad aparente de 0.55 g/cm3 , cuyo rango de tamaño de partícula es 8×30, típicamente no requiere más de dos minutos para quedar listo si se retrolava expandiéndolo un 30%. Por otro lado, un carbón del mismo tamaño, pero con una densidad de 0.45 g/cm3 , puede requerir hasta diez minutos.

Frecuencia de los retrolavados.

La frecuencia con la que se retrolavan los adsorbedores se determina con base en uno de los dos siguientes parámetros: una máxima caída de presión permisible o un intervalo de tiempo definido.

El primer caso corresponde a equipos cuya cama se obstruye con relativa rapidez. Por ejemplo: Filtros-adsorbedores. Son adsorbedores que no se encuentran precedidos por un filtro y que tratan agua con una cantidad relevante de sólidos suspendidos. Esto es típico en plantas municipales de potabilización que cambian las camas de arena de filtros existentes, por camas de CAG. De esta manera, además de filtrar el agua, se retiene algún contaminante adicional como olor y sabor, y sin la necesidad de cambiar el equipo. El tamaño de partícula del carbón no se escoge buscando minimizar el requerimiento de retrolavados, sino el obtener un efluente cuya turbidez o contenido de sólidos suspendidos totales cumpla con una especificación.

adsorbedores con una fuerte actividad biológica, y que por lo tanto generan una gran cantidad de biomasa.

En los casos anteriores, mientras menor es el tamaño de partícula del carbón, mayor es la rapidez con la

que se obstruye la cama. Si se trata de adsorbedores de flujo a presión, el retrolavado suele llevarse a cabo cuando la caída de presión alcanza 0.5 a 0.7 Kg/cm2.

En adsorbedores de flujo por gravedad, el retrolavado se realiza cuando el nivel del agua sobre la superficie de la cama aumenta alrededor de 1.0 a 1.5 m respecto al nivel que tenía cuando la cama estaba limpia y este último normalmente es de 1.0 a 1.5 m sobre la superficie de la misma. Este aumento de nivel es una medida del aumento en la caída de presión.

Cuando un adsorbedor se obstruye con relativa lentitud, la caída de presión deja de ser la señal más adecuada para realizar el siguiente retrolavado. Entonces se hace necesario definir un período de tiempo entre uno y otro retrolavado, tal que se evite la cementación de la cama o el atrapamiento excesivo de burbujas. Esto se realiza con base en la observación y en la experiencia. Sin embargo, como mínimo, hay que retrolavar una vez por semana.

Procedimiento para verificar la correcta expansión de la cama en adsorbedores de flujo a presión que cuentan con registro superior.

Esto se realiza, sólo al poner en operación una cama nueva de carbón o en los cambios de estación en lugares en los que la temperatura varía sensiblemente a lo largo del año.

Cuando se trata de un carbón que se acaba de instalar, es necesario haberlo dejado inundado el tiempo suficiente (mínimo 24 horas) para que haya desprendido la mayor parte del aire de los poros. De lo contrario, el carbón será arrastrado hacia arriba aún con un pequeño flujo de retrolavado. El flujo de retrolavado debe iniciarse poco a poco, hasta llegar al requerido para lograr la expansión de 30 a 40%. En equipos de flujo a presión, que cuentan con registro en la tapa superior, la verificación de que se está logrando lo anterior se hace retrolavando con el registro superior abierto.

Retrolavado con el registro superior abierto.

El agua saldrá por dicho registro, y aunque ello parezca algo fuera de orden, sólo por ahí se puede observar y tocar la cama. Al meter el brazo dentro del equipo y tocar la cama, el momento en el que empieza la expansión es aquel en el que se pierde el apoyo. Posteriormente se sienten las partículas de carbón fluidizadas que chocan con la piel, y por lo tanto se detecta hasta qué nivel se ha expandido la cama.

Cuando se logra expandir la cama correctamente, el agua del retrolavado sale al principio muy concentrada en sólidos suspendidos, pero en poco tiempo vuelve a salir tan cristalina y transparente como aquella del influente. En ese momento se ha logrado una buena limpieza de la cama. Cuando no se logra expandir la cama, el agua del retrolavado también sale concentrada en sólidos, aunque en menor grado que en el caso de una operación correcta, pero tarda mucho tiempo -algunas decenas de minutos- en volver a salir transparente. Sin embargo, en este último caso la cama no se ha limpiado adecuadamente, y en un tiempo relativamente corto volverá a requerir del retrolavado. Por otro lado, no se logrará la descompactación, por lo que terminará fracturandose y el flujo se canalizará. Una vez que se ha encontrado el flujo correcto, los siguientes retrolavados se hacen sin necesidad de observar lo que sucede dentro del adsorbedor.

Procedimiento para verificar la correcta expansión de la cama en adsorbedores de flujo a presión que no cuentan con registro superior (como es el caso de la mayoría de los tanques de fibra de vidrio). Ya que no es posible verificar lo que ocurre dentro de estos equipos mientras se operan, hay que determinar el flujo correcto de retrolavado de manera estimada.

Para empezar, no es conveniente que cuenten con toberas superiores a las que se les denominan “distribuidores”, y que se instalan para evitar que el carbón sea arrastrado durante el retrolavado. No lo es, ya que dichas toberas se tapan con mucha facilidad, tanto durante la operación en flujo descendente como en el retrolavado (se tapan con un número mínimo de partículas, que en el caso de los retrolavados, es normal que sean arrastradas por el agua: pueden ser pedazos fracturados del mismo carbón o partículas de carbón que han perdido densidad al reaccionar con el cloro). Además, no permiten verificar que se expanda la cama correctamente.

No teniendo las mencionadas toberas superiores, en el primer retrolavado, se va aumentando el flujo poco a poco, hasta que se observe que las partículas de carbón salen arrastradas con el agua de retrolavado.

En ese momento se sabe que a dicho flujo, la cama se ha expandido el porcentaje que corresponde a la altura que se dejó libre dentro del equipo. Comparando estos valores con la gráfica proporcionada por el fabricante, se puede estimar la forma de la curva real de expansión de cama, para inferir de esta manera el flujo aproximado que se requiere para expandir 30 a 40%.

Cuando el flujo es insuficiente para expandir la cama.

El flujo de retrolavado suele ser 4 a 15 veces mayor que el del ciclo de adsorción, dependiendo de la densidad aparente y del tamaño de partícula del medio granular. En ocasiones no se cuenta con la bomba necesaria para desplazar el flujo requerido para expandir la cama por ejemplo de carbón activado. También puede suceder que el abastecimiento de agua sea insuficiente. En estos casos, una alternativa que permite efectuar un retrolavado efectivo sin la necesidad de expandir al carbón, consiste en alimentar aire comprimido a través de un distribuidor que se instala para este fin a nivel de la parte inferior de la cama, pero sobre las camas de grava en caso de que éstas existan. Se alimenta al mismo tiempo el flujo de retrolavado y el aire. El flujo de aire debe ser tal que su velocidad superficial respecto al área de sección transversal del adsorbedor sea de entre 60 y 80 m/h.

El agua de retrolavado es insuficiente para expandir la cama, ya que suele ser igual que el flujo del ciclo de adsorción. El aire promueve una turbulencia tal que remueve las partículas de carbón, y el agua acarrea los sólidos suspendidos.

Diseño de adsorbedores para evitar la necesidad de mayor flujo de retrolavado respecto al flujo de operación. Esto puede lograrse instalando, en lugar del equipo requerido, dos o más equipos de menor tamaño, conectados en paralelo. Cuando se va a retrolavar, todo el flujo de operación normal se dirige a cada equipo, uno por uno. Hay que calcular que dicho flujo total sea suficiente para expandir la cama de cada equipo.