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2.019

 
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Móntate tu desaladora; Agua dulce sin limites

 

 

¿Sería posible montar una desaladora nueva, pagando un tercio de lo que cuestan en el mercado? Y además aprender a fondo su funcionamiento, evitando depender de terceros. También podremos aprovechar la instalación, hacia otros sistemas en el barco.

 

Veamos como hacerlo.

La primera vez que me mostraron una desaladora,  pensé en lo terriblemente complicado que debía ser su manejo y lo caro que podrían costar las reparaciones. Al preguntar a unos y otros, el

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

Así las cosas, me olvidé de las desaladoras hasta que tuve que enfrentarme a ellas en un barco de chárter. El armador me indicó de forma atragantada, el manejo de sus numerosas válvulas y controles. Explicaciones resumidas a modo de “guía-burros” que sugerían un mecanismo complejo, delicado, oscuro, solo apto para ingenieros cualificados.

Pero todo ello valió para despertar la curiosidad y refrescar mis olvidados conocimientos técnicos. En el fondo la cosa no podría ser tan complicada ni tan cara.  Y así fue…

 

 

 

 

 

¿Cuánto cuesta TODO?

Depende de dónde y cómo compremos. Pero si miramos bien en internet, Amazón para los filtros y otros sitios parecidos, y utilizamos una Karcher "K4" como bomba de alta presión, el montaje completo debería estar por debajo de los 2.000€ todo incluido. Si para la bomba de alta presión utilizamos una bomba de 12 voltios con pistones cerámicos debemos sumar unos 400 € adicionales.

Si eres Socio Fondear, puedes llamarnos para solicitar información de "kits" completos o un montaje que se ajuste a tus necesidades.  Por un importe 3 veces inferior al que encontrarás en el mercado para equipos de misma capacidad de producción de agua dulce, puedes realizar el proyecto.

Club Fondear  Telf:  916 319 190

 

 

La realidad de las desaladoras

Cuando un sistema o mecanismo parece complicado, la industria especialmente en la náutica de recreo, aprovecha  para en ocasiones, hacerlo aún más complicada y multiplicar de paso el precio por x3 o por x4. Así están las cosas. Aún recuerdo aquellos "espabilados" que vendían microondas a 12 voltios para los barcos, por unos 1.000€, el cual no era más que un microondas de los que encontramos en las grandes superficies, y al que se le había montado una inversor dentro de la carcasa… “Sin comentarios”.

La realidad es que entender una desaladora no es muy complicado si se explica su funcionamiento. Tras lo que voy a contarles, las entenderá al detalle, y lo que es más importante, podrá prescindir de las guías de uso.  Y si sabemos del tema, evitaremos tomaduras de pelo de técnicos desaprensivos, y podremos acceder a precios sorprendentemente buenos. Pero lo más importante es que sabremos como solventar con éxito cualquier problema en el futuro.

Desgranar el funcionamiento de una desaladora puede abaratar aún más el coste de instalación del montaje, al poder aprovechar otros posibles equipos ya instalados a bordo y lo que es aún mejor, podríamos aprovechar parte de la nueva instalación para lograr otros beneficios en el barco.

Me explico; Una parte de la desaladora consiste en disponer de un circuito de agua salada a bordo, como el que utilizamos en algunos veleros al tener un grifo de agua salada en la cocina con el que se ahorrar agua dulce al lavar los platos. Otra parte del equipo de una desaladora provee una salida de agua a alta presión como la que utilizamos con una "Karcher", para baldear de tanto en tanto la cubierta,  o arrancar el caracolillo cuando vamos a hacer el antifouling. Es más, la parte de alta presión de un equipo de desalación puede ser perfectamente montado con una ‘Karcher’ o equipo de lavado a presión equivalente…

 

El corazón de una desaladora

Hablamos de la membrana osmótica, una pieza con forma tubular de a veces un metro de longitud (40 pulgadas) y un diámetro de 8 o 10 centímetros. Estas membranas entregan típicamente una producción  de unos 100 litros de agua dulce a la hora, y hay otras también muy utilizadas en desaladoras pequeñas en los barcos de unos 60 centímetros de longitud cuya producción ronda los 40 litros por hora (por cada membrana).

 

 

La famosa membrana osmótica no es más que un filtro extremadamente fino, cuyos agujeros son del tamaño aproximado al de las moléculas de agua y por tanto capaces de ser atravesadas por el agua.

Sin embargo el tamaño de los iones cloro e iones de sodio disueltos en el agua salada son demasiado grandes para estos 'poros'. O sea, que el agua puede atravesar la pared del filtro pero no las sales disueltas en el agua de mar. Como los agujeros son muy pequeños,  el agua que metemos en este filtro debe ser presurizada para vencer la dificultad de pasar por esos agujeros minúsculos de tamaño molecular…

 

 

Un poco de rigor técnico

No está de más saber algo sobre la presión osmótica y el principio físico por el que ‘funcionan’ las membranas osmóticas. El agua a nivel molecular se ‘mueve’ en todas direcciones, y más cuánto más alta sea la temperatura. De hecho, eso es exactamente la temperatura; la velocidad a la que se agitan de las moléculas del agua.

 

 

Si tenemos dos depósitos nivelados uno de ellos con agua de mar y otro con agua dulce, separados por una membrana de agujeros del tamaño de moléculas de agua, ocurrirá que el número de ‘impactos’ de las moléculas de agua del lado del agua dulce serán mayor que el de impactos del agua salada, porque los iones de la sal impiden parte de los impactos del agua en el lado del depósito con agua salada. 

Por ejemplo, por cada 10 moléculas de agua que son capaces de atravesar desde el lado del agua dulce, solo 7 son capaces de atravesar desde el agua salada al lado del agua dulce. O sea, hay una transferencia neta de agua dulce hacia el lado del agua salada, que hace que el depósito de agua dulce baje de nivel y el depósito de agua salada aumente. Si el nivel lo mantuviéramos igualado, el agua dulce acabaría por ser transferida totalmente al agua salada y esto es exactamente lo contrario a lo que deseamos en una desaladora.

Pero al aumentar el nivel del depósito de agua salada aumenta la presión por el peso del agua salada que es más alta y a más presión más "impactos" de agua desde el lado salado, y por tanto llega un momento en el que se alcanza el equilibrio termodinámico y el balance neto se hace cero. Ese aumento de presión debido al peso de la columna de agua que ha aumentado es justamente  lo que se conocido como la “presión osmótica”.

Lo importante de estos párrafos es entender que el proceso es reversible, y que si aumentamos artificialmente la presión en el lado salado, con una bomba presurizadora, el flujo neto de agua pasará a ser desde el lado salado al del agua dulce, a medida que la concentración de sal aumenta en el depósito salado, por lo que hay que renovar constantemente el agua salada para que no aumente la concentración de salmuera. ¡Ya tenemos una desaladora!

Un membrana osmótica "filtrará" más agua cuanto mayor sea su superficie. La idea industrial inteligente consistió en fabricar una membrana formada por 4 capas. La del medio es la membrana osmótica, forrada por ambas caras por una bayeta o gamuza, capa capaz de canalizar el agua que entra y la que sale filtrada como agua dulce. Ahora estaremos en condiciones de enrollar este sandwich sobre sí mismo para convertir este filtro osmótico de unos pocos metros cuadrados de superficie, en un cilindro de formato manejable. Para ello se ha utilizado una cuarta lámina de plástico impermeable que hace de barrera para que no se toquen las dos gamuzas que canalizan una hacia dentro y la otra hacia fuera el agua salada y el agua desalada.

 

Esquema de funcionamiento sencillo

El corazón de toda desaladora está formado por esa pieza en forma de cilindro que encierra un cartucho de filtrado por osmosis, que cuesta dependiendo del tamaño, del fabricante y del distribuidor, del orden de 50 € a 100€ si lo compramos como debemos. Es en este cilindro donde ocurre la “magia” de la separación del agua salada y del agua dulce.  El cartucho tiene una entrada para el agua salada y dos salidas; una para el agua dulce desalada y otra para renovar y hacer circular el agua salada un poco más concentrada en sal, al haberse retirado una parte de agua dulce.

 

Mediante una 'Karcher' mandamos agua salada a la membrana. Este es el esquema funcional más sencillo que explica cómo funciona una desaladora, y que naturalmente habremos de mejorar con algunos accesorios como se describe a continuación

 

Limpieza de las membranas

Los fabricantes de desaladoras nos ofrecerán kits de limpieza y procedimientos más o menos complicados para mantener la membrana osmótica libre de micro organismos que crecen en ella cuando dejamos de utilizarla durante una temporada más o menos larga. Estos organismos son los que generan un olor desagradable a podrido en el agua desalada cuando la ponemos en marcha tras un periodo demasiado largo de inactividad.

Lo que ha ocurrido es que en las capas de la membrana osmótica han proliferado microorganismos que producen esos olores y que ciertamente debemos evitar tanto por el olor como por el riesgo de infecciones.  Pero la conclusión que podemos sacar es que posiblemente lo más eficaz, cómodo y económico sea disponer de algunos recambios de membranas para sustituir tras una temporada demasiado larga, en vez de liarnos a recircular líquidos de mantenimiento, hibernaje y qué se yo cuántas cosas más...  El precio del filtro osmótico no es demasiado elevado si lo compramos bien, y al cambiarlo nos dejamos de líos quizás innecesarios, sobre todo si el ‘kit’ de limpieza nos cuesta casi lo mismo que una membrana osmótica nueva…

En el montaje que vamos a proponer, una solución intermedia consiste en montar un temporizador como los utilizados en el riego automático del jardín que hará circular agua dulce cada cierto numero de días para 'limpiar' la membrana y evitar la aparición de olores. (lo veremos una párrafos más adelante).

 

En este montaje hemos añadido un filtro decantador a la entrada del agua salada, y una pequeña bomba que vence la resistencia de los dos prefiltros de 20 y 5 micras que llevan agua salada ya filtrada a la entrada de la bomba de alta presión. Observamos un manómetro de baja presión que nos indicará que a la entrada de la 'karcher' llega el agua pre-tratada.

 

A la izquierda del esquema, la salida de la salmuera o agua de mar concentrada está controlada  añadiendo una llave que permite ajustar el flujo de rechazo. Si está muy abierto NO habrá alta presión en la membrana y no se desalará agua. Si cerramos demasiado aumentará demasiado la presión y puede peligrar la vida de la membrana. Este es el ajuste más importante en cualquier desaladora.

 

Inyectar agua a presión en la membrana

La idea de cualquier desaladora consiste en aportar agua salada a la membrana gracias a una bomba de alta presión como por ejemplo la de una hidro-limpiadora que alcanza en torno a los 100 bares de presión, para que nuestra desaladora se ponga a funcionar. Todo lo demás…. son accesorios. Pero algunos de ellos necesarios para que el montaje pueda funcionar de forma continuada.

La presión a la que debe estar sometida la membrana osmótica depende del fabricante de la membrana y normalmente estará en torno a los 40 o 50 bares, aunque hay membranas de ultra baja energía que hacen su trabajo de filtrado en torno a presiones tan ‘bajas’ como los 27 bares de presión. Esto aumenta el rendimiento pero al precio de ser membranas más frágiles y fáciles de romper si nos pasamos al aumentar la presión.

Independiente de la presión que entregue nuestra bomba de alta presión, debemos ajustar la presión de la membrana a la que  indique el fabricante de la membrana. Para ello, al poner en marcha la desaladora, debemos tener abierto al máximo la llave del circuito de salida de agua de alta concentración de sal (rechazo o salmuera) e ir cerrando esta llave poco a poco a medida que observaremos como aumenta la presión en el circuito y comienza a salir agua dulce de la membrana.

Si la llave de rechazo está totalmente abierta, por mucho que la bomba de alta presión inyecte agua salada,esta se perderá por el circuito de rechazo. A medida que cerramos la llave de rechazo, aumentaremos la presión que llega a la membrana y por tanto comenzará la producción de agua dulce. Debemos mantener la presión en el nivel indicado por el fabricante.

 

Ya tenemos la versión CASI definitiva del montaje completo de la desaladora; En esta nueva versión del montaje, hemos añadido un manómetro de alta a la salida de la salmuera. Este nos permite controlar la presión a la que trabaja la membrana. Cuando esta aumenta a medida que vamos estrangulando la salida de la salmuera, el caudalímetro instalado a la salida del agua dulce, comienza a indicar que hay producción de agua dulce.

 

Además vemos como se ha instalado un sensor que indica en una pantalla digital el número de partículas por millón y con el que monitorizar la salinidad del agua obtenida y también hay una llave de tres vías para poder desviar el agua dulce inicial hasta que su calidad nos permita llevarla al depósito de agua dulce.

 

Como ya hemos indicado, si aumentamos la presión por encima del límite indicado por el fabricante, la producción de agua dulce aumentará pero a costa de perforar y romper parte de los microscópicos agujeros de filtrado, lo que hará que el agua dulce tenga un poco de sabor a sal y a la larga estropeará el filtro osmótico que deberemos sustituir.

Es decir lo más importante en una desaladora es ajustar la presión de trabajo de la membrana osmótica. Como vamos a instalar un caudalímetro que mide la cantidad de agua dulce que estamos produciendo, lo que haremos en definitiva es poner la desaladora en marcha pero con la llave de salida de agua salada totalmente abierta, y la iremos cerrando para comprobar cómo aumenta  la presión en la membrana a medida que el caudalímetro empieza a indicar producción de agua dulce. Debemos ir cerrando la llave hasta que el caudalímetro indique la producción de agua prevista por el fabricante para esta membrana.

 

Ya está casi todo instalado. Solo falta lo relacionado con la limpieza y mantenimiento de las membranas.

 

 

Equipos compactos o montajes distribuidos

Existen dos tipos de montajes en desaladoras. Los equipos compactos que proponen distintos fabricante y que automatizan casi todos los ajustes de la desaladora. Pero para ello es necesario montar algunos sensores extras y un circuito de lógica electrónica. El resultado es un manejo más sencillo, pero que hace triplicar el precio, y además si algo falla, no seremos capaces de entender nada, ni podremos arreglar nada, y dependeremos del servicio técnico de la marca, que normalmente suele ser caro o simplemente inexistente si estamos en cualquier puerto perdido del mundo.

 

 

Creemos que es mucho más aconsejable montar un equipo "distribuido"', pero para ello debemos entender lo que hacemos, lo cual no es excesivamente complicado. La ventaja de un montaje distribuido a piezas, es para empezar el precio que puede estar entre la mitad y un tercio de lo que cuesta en el mercado un equipo compacto. ¿Porqué? Los filtros son estándar, las bombas son estándar, el montaje es estándar...

Pero desde mi punto de vista existen dos ventajas fundamentales. En un velero o barco oceánico no suele abundar el espacio. Si hacemos un montaje distribuido nos quitamos de en medio el cajón rectangular típico de una desaladora compacta. Cada elemento será montado donde más nos convenga y prácticamente la podremos instalar en cualquier lugar. La bomba en la sentina, los pre-filtros en la zona donde esté una entrada de agua para la refrigeración del motor, y las membranas en un rincón de la sentina. Pasará totalmente desapercibida.

 

 

Pero lo mejor será entender y por tanto ser capaces de solventar cualquier problema si lo hubiera y podernos reír con ganas, si nos intentan "soplar" un importe desmesurado por cualquier elemento del sistema.

 

Prefiltrar el agua de mar

Los poros del filtro osmótico son tan pequeños que debemos protegerlos de las impurezas más gordas y dejar que sean solo los iones de Cloro y los iones de Socio de la sal disuelta, los que puedan llegar a ella.

De modo que debemos montar tres filtros en cascada para ‘limpiar’ el agua de mar que llega a la membrana.  El primero de ellos es un filtro de impurezas gordas o decantador. Una vez eliminadas las partículas más gordas y granitos de arena o lo que pueda venir con el agua, esta es llevada a un filtro de 20 micrones que deja pasar solo lo que sea más fino de justamente… 20 micras.  20 micras es algo bastante pequeño. Para ponerlo en perspectiva, un pelo humano es del orden del doble, unas 50 micras. Osea que el agua de mar filtrada a 20 micras saldrá bastante limpia, pero no lo suficiente. Por ello se pone a continuación otro filtro de 5 micras lo cual es considerado como suficiente para alimentar a la membrana osmótica.

Para los más curiosos… La membrana osmótica está formada por una lámina filtrante de 0,2 micras de poliamida (nylon) que es dónde se produce la separación del agua dulce, y que está adherida a otra capa de poliéster de unas 120 micras que actúa como soporte estructural de la primera.

 

 

Es importante saber que el agua cercana a la costa está bastante cargada de impurezas, y por tanto lo mejor es poner la desaladora en marcha cuando estemos al menos un par de millas mar adentro. Utilizar la desaladora dentro del puerto además de ser estúpido pues tenemos manguera de agua dulce es muy perjudicial para la membrana pues las moléculas de hidrocarburos del agua poco limpia del puerto pasan perfectamente por el filtro de 5 micras y se pegarán y embotarán la membrana osmótica sin posibilidad de ser limpiada.

 

Reducir la complejidad de la desaladora

Algunas desaladoras comerciales están dotadas de circuitos electrónicos que controlan el funcionamiento de la desaladora, para por ejemplo ajustar automáticamente la presión de trabajo dependiendo de la medición de la calidad del agua dulce que sale de la desaladora. Pero estas no ‘miden’ la calidad del agua obtenida en términos por ejemplo de olores, de modo que tampoco es un gran alivio el disponer de estos caros circuitos.

Estos automatismos sirven eso sí, para justificar el precio de los equipos que de esta forma junto con los márgenes comerciales, hacen que algo de dos mil euros pueda trepar rápidamente a seis mil euros en el mercado.

Un equipo de medición que indique las partículas por millón que se han ‘colado’ en el agua dulce producida es muy barato y dependiendo de su lectura sabremos cuando llega el momento de desviar la salida de agua dulce obtenida hacia el depósito de agua dulce. Por debajo de 60 partículas por millón el agua es de muy buena calidad. Cuando la desaladora se pone en marcha el primer agua dulce obtenida durante los primeros minutos no es del todo ideal y por eso a la salida de la desalación se monta una llave con una entrada y dos salidas (valvula de tres vías), una de ellas al depósito de agua dulce y otra al desagüe.

La pantalla de medición está bien pero incluso podría ser prescindible ya que la mejor manera de saber si el agua obtenida es buena es probándola con la lengua y oliéndola con la nariz. Cuando sepa bien, entonces es cuando desviaremos el agua producida al depósito de nuestro barco.

 

Programar la limpieza de la membrana

Para prolongar  la vida de la membrana osmótica es importante hacer pasar agua dulce por la membrana osmótica para arrastrar y limpiar el agua salada,  lo cual alargará la vida de la membrana y la vida de la bomba de alta presión, al no quedar agua salada corrosiva en los mecanismos interiores de la bomba.

Esto debe ser efectuado cada vez que hayamos utilizado la desaladora y por unos 5 minutos, tiempo suficiente para limpiar la membrana y retirar el agua salada de su interior.

Es buena idea montar un programador como los utilizados en el riego automático del jardín, cuyo precio no va más allá de los 50 euros para que cada cierto número de días haga un barrido de limpieza de agua dulce y de esta forma no se acumulen olores dentro de la membrana.

Para montar un circuito de limpieza que tome agua dulce del depósito, con la que ‘aclarar’ de vez en cuando la membrana, debemos montar un filtro de partículas de carbono activo que limpia cualquier resto de cloro del agua dulce. En muchas ocasiones recargamos el tanque de agua dulce mediante la manguera del puerto y este agua dulce vendrá casi siempre clorada como también ocurre con el agua de nuestras ciudades. Ese cloro es muy peligroso para nuestra membrana y por ello el agua de limpieza que tomamos del depósito, debe ser filtrada por el filtro de carbón activo.

 

En este montaje en versión FINAL, se ha añadido un temporizador como los utilizados en los riegos automáticos, que una vez programado para unos 5 minutos un par de veces por semana, hará pasar agua dulce por la membrana. El agua dulce se toma del depósito de agua dulce y como pude tener partículas de cloro del agua de los puertos, debe ser pasada por un filtro de carbón activo. las dos válvulas de no-retorno, obligan al agua de limpieza a circular por las membranas. Así evitamos tener que instalar otras llaves de tres vías como a veces ocurre en otras instalaciones.

 

Además para que el circuito sea de fácil manejo y evitar el montaje de demasiadas válvulas de tres vías con la que redireccionar el agua que entra a la membrana, podemos montar un par válvulas “sin retorno” que canalicen el agua como nosotros queremos.

El circuito parece que se ha complicado un poco más, pero lo importante es que ahora entendemos la razón de ello, y sabremos actuar en el caso que tener algún problema de funcionamiento de la desaladora. A pesar de haber puestos más tubos y 'cacharrería' de fontanero, la base de funcionamiento sigue siendo evidente.

 

La bomba de alta presión

La desaladora por tan tanto consta de dos bombas, una de pequeña potencia y poca presión con auto-cebado, que aportará agua salada al circuito, encargándose de llenar de agua a los pre-filtros y conducir el agua salada hasta la entrada de la bomba de alta presión. En esta parte del circuito podemos poner un medidor de presión, para saber que a la entrada de la bomba de alta presión llega agua salada. Es el llamado manómetro de baja.

La salida de este circuito puede ser utilizada o reaprovechada si queremos, para alimentar un grifo de agua salada en la cocina o alimentar el circuito de los retretes de los cuartos de baño. Aunque lo normal será lo contrario, es decir que ya tuviéramos un circuito de agua salada en cocina y lo podamos aprovechar para alimentar la desaladora. Al fin y al cabo, si desde ahora vamos a disponer de agua dulce sin restricciones para qué demonios vamos a querer lavar los platos con agua salada?

Como bomba de agua salada de alta presión tenemos dos opciones, la primera de las cuales sin duda sorprenderá a más de uno. Se trata de utilizar una ‘Karcher K4’ alimentada a 220 voltios desde un inversor o desde un generador  (o una Karcher K3). La solución es efectiva, y económica pues por unos 200€ podemos encontrarla en el mercado.  Y si un día se estropeara pues se cambia por poco dinero al ser un equipo de gran consumo. Por otro lado si necesitamos limpiar la cubierta a presión o hacer un ‘karcheado’ para hacer el fouling en algún remoto lugar, bastará con conectar un latiguillo de alta presión de suficiente longitud y listo.

La segunda manera de solucionar el montaje sería la instalación de una bomba de alta presión de triple pistón cerámico y movida por un motor que puede ser elegido entre alimentación a 220 Voltios, 12 voltios en corriente continua o 24 voltios también en continua, con un precio en torno a los 600€. En consumo de amperios con el motor de 12 voltios es de 38 amperios, lo cual indica una potencia de unos 500 watios, para una producción de 50 litros a la hora.

La bomba de alta presión alimenta a la membrana a cuya salida se encuentra conectado el manómetro de alta presión que es realmente el IMPORTANTE y con el que debemos controlar el funcionamiento de la membrana en conjunción con el caudalímetro de agua dulce producida.

 

 

 

 

 

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