Diapositiva 1

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Propuesta de proyecto de Investigación y
Desarrollo de un proceso para la desalinización
de agua de mar con un mejor comportamiento
energético que los procesos actuales.
EMHD
Pedro Peñas Javier Abad
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Desalación MHD
OBJETIVOS
? Presentación de un estudio teórico de
desalinización para su publicidad y para el
conocimiento de aquellos actores que puedan tener
contacto con este sistema. ? Recoger opiniones y
comentarios que puedan ser útiles para enfocar de
la manera más productiva el nuevo sistema de
desalinización.
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Desalación MHD
Aval Científico del procedimiento EMHD

• El procedimiento ha sido presentado a

• La Universidad de Alicante. (Dto. de
  electroquímica).
• Al CIEMAT
• A empresas como OHL
• A diversos comités científicos. (Dpto. de
  electroquímica de Oxford, IEEE, ICREPQ, etc)
• Profesor Dr. Takeda. (Universidad de Kobe).
  Referencia mundial en magnetohidrodinámica.

• Opiniones recogidas

• El sistema es coherente y está basado en
  hipótesis demostradas empíricamente.
• El sistema EMHD debe ser experimentado.
• El sistema EMHD tiene el suficiente potencial
  científico para convertirse en una alternativa a
  la desalinización por ósmosis inversa.

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Desalación MHD
Principio de funcionamiento
El flujo de agua salada es sometido a la acción
de un campo magnético que estratifica los iones,
disociados en el agua, según su carga eléctrica.
Para mantener esta estratificación, se disponen
alternativamente membranas selectivas a iones
positivos y negativos, creándose canales de
diluido y concentrado.
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Desalación MHD
FUNDAMENTOS
ELECTRODIÁLISIS
La electrodiálisis es un procedimiento de
separación con membranas que tiene por objeto
concentrar (o diluir) disoluciones de
electrolitos.mediante el uso de membranas de
intercambio iónico y la aplicación de un
potencial eléctrico.
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Desalación MHD
FUNDAMENTOS
ELECTRODIÁLISIS
En este esquema simplificado se ilustra el
funcionamiento de un módulo de electrodiálisis.
Se tienen tres canales por los que se introduce
la disolución. En el compartimento de la
izquierda los aniones (negros) son atraídos por
el ánodo positivo. Los cationes (rojos) son
atraídos por el cátodo negativo pasando a través
de la membrana catiónica. En el compartimento de
más a la derecha los aniones (negros) pasan a
través de la membrana aniónica y los cationes son
arrastrados hacia el cátodo.
En el compartimento central se reciben los
aniones y cationes de los otros dos canales. Por
su parte los aniones de éste canal no pueden
migrar hacia el ánodo porque se lo impide la
membrana catiónica y los cationes no pueden
migrar hacia el cátodo porque se lo impide la
membrana aniónica. El resultado global es la
concentración en el canal central y la dilución
en los canales laterales manteniéndose la
electroneutralidad en todo el sistema.
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Desalación MHD
FUNDAMENTOS
MAGNETOHIDRODINAMICA (MHD)
Es la disciplina académica que estudia la
dinámica de fluidos conductores de electricidad
en presencia de campos eléctricos y magnéticos.
Ejemplos de tales líquidos incluyen plasmas, los
metales líquidos, y el agua salada.

• Una partícula con carga eléctrica que atraviese
  un campo magnético sufrirá el efecto de una
  fuerza según la ley de Lenz.
• Esta ley determina que la fuerza (F) que sufre
  la carga eléctrica es el resultado del producto
  vectorial del Campo Magnético (B) por la
  velocidad de la carga (V)

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Desalación MHD
FUNDAMENTOS
La fuerza que actúa, tanto en EDR como en MHD,
sobre las cargas es la debida a la fuerza de
Lorentz
En el caso de la Electrodiálisis la fuerza es
solo proporcional al campo eléctrico E debido a
que no existe campo magnético B. En el caso de la
MHD se actúa sólo con el segundo término ya que
el campo eléctrico es cero.
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Desalación MHD
TECNOLOGÍA DE DESALACIÓN MHD
TECNOLOGÍA DE DESALACIÓN MHD

• En la electro diálisis convencional se producen
• Reacciones REDOX
• Potenciales de Donnan

Esto es debido a que hay un desequilibrio de
cargas en el canal rico en aniones y en el canal
rico en cationes.
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Desalación MHD
TECNOLOGÍA DE DESALACIÓN MHD
TECNOLOGÍA DE DESALACIÓN MHD
En la Desalinización por MHD, no es necesaria la
existencia de estos canales, ya que no tienen por
qué existir electrodos que induzcan un potencial
eléctrico en el fluido. Por tanto, no se produce
un desequilibrio de cargas en el sistema, que
obligue al mismo a alcanzar un estado de
equilibrio mediante reacciones REDOX y aparición
de potenciales Donnan. Unicamente existirá un
desequilibrio de concentraciones entre canales
adyacentes.
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Desalación MHD
Estado Actual de las Tecnologías de Desalación.
? OSMOSIS INVERSA (OI) Máximo nivel de eficiencia
alcanzado en los elementos que intervienen en el
proceso, excepto en el rendimiento de
membranas. Consumo actual 2,7 kW/m3. Reducción
del consumo específico de energía en las
desalinizadoras de agua de mar de nueva
generación. Manuel Fariñas Iglesias ?
ELECTRODIALISIS (ED) Una gran parte de la energía
suministrada al proceso no se emplea en realizar
un trabajo útil de desalación. Consumo actual 10
kW/m3.
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Desalación MHD
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Desalación MHD
IRREVERSIBILIDADES EN UN PROCESO OI INDUSTRIAL.
ETAPA DE ALTA PRESIÓN

• Pérdidas de carácter eléctrico y mecánico.
• Rendimientos de motores, bombas y recuperadores
  de energía mecánica muy próximos a su máximo
  teórico real.
• ? Pérdidas en la membrana (permeado).
• Trabajo actual en la membrana 2 kW/m3 (con una
  conversión del 45).
• CONCLUSIÓN
• El único camino de mejora es optimizar el
  rendimiento de las membranas, lo que obliga a
  realizar esfuerzos importantes en ID.
• Un desarrollo tecnológico en otras áreas de
  actividad NO tiene repercusión en la mejora del
  proceso de OI.

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Desalación MHD
IRREVERSIBILIDADES EN UN PROCESO DE
ELECTRODIALISIS

• Pérdidas de carácter eléctrico debido a la
  resistencia óhmica del fluido.
• Se pueden reducir minimizando la distancia entre
  membranas y electrodos.
• Reacciones REDOX
• Pérdidas en la membrana.
• Se pueden reducir estableciendo etapas de ED con
  un gradiente máximo de concentraciones.
• CONCLUSIÓN
• Existen varios camino de mejora en el proceso de
  ED que no implican un gran esfuerzo en ID.
• Los consumos manejados actualmente para la ED con
  agua de mar (10 kW/m3), pueden ser en la práctica
  mucho más bajos (4,2 kW/m3)

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Desalación MHD
NUEVOS CONCEPTOS SOBRE LA ELECTRODIALISIS

• Reducción del consumo actual en hasta un 50
  utilizando un correcto dimensionamiento de las
  etapas de ED.
• Electrodyalisis as an Alternative Seawater
  Desalination Method.
• Marian Turek, Piotr Dydo, Tomasz Wiltowski.
• Reducción del consumo en un 30 utilizando celdas
  unitarias, en lugar de pilas de celdas.
• Reducing power losses caused by ionic shortcut
  currents in reverse electrodialysis stacks by a
  validated model.
• J. Veerman a, J.W. Post a,c, M. Saakes a, S.J.
  Metza,, G.J. Harmsenb
• La potencia perdida por efecto óhmico es del 67.
• Reducing power losses caused by ionic shortcut
  currents in reverse electrodialysis stacks by a
  validated model.
• J. Veerman a, J.W. Post a,c, M. Saakes a, S.J.
  Metza,, G.J. Harmsenb

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Desalación MHD
IRREVERSIVILIDADES EN UN PROCESO DE DESALACIÓN
MEDIANTE MHD Y MEMBRANAS

• Pérdidas de carácter eléctrico debido a la
  resistencia óhmica del fluido.
• Reacciones REDOX
• Pérdidas en la membrana.
• Se pueden reducir estableciendo etapas de ED con
  un gradiente máximo de concentraciones.
• Pérdida de magnetización en los dipolos.
• CONCLUSIÓN
• Un desarrollo tecnológico en otras áreas de
  actividad (superconductores) tiene repercusión
  DIRECTA en la mejora del proceso de MHD.
• La eliminación de estas irreversibilidades
  situaría el consumo de este proceso en valores
  cercanos al mínimo teórico.

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Desalación MHD
TECNOLOGÍA DE DESALACIÓN MHD
Vamos a considerar que la desalación (mediante el
método de MHD) se ha concluido y tenemos en
equilibrio (cuasiestático) la diferencia de
concentraciones. Por un lado, debido a la
diferencia de concentraciones, el sistema
intentará volver al estado inicial, y por otro
lado la fuerza de mhd no permite que esto ocurra.
En este punto la fuerza será cero.
F 0 ? q E
q ( v x B ) El potencial de Nerst es Y sabemos
que E VNernst / d
(ddistancia entre membranas) Si sustituimos en
la ecuación tenemos (v x B) VNernst / d esta
ecuación relaciona la fuerza MHD necesaria para
conseguir transportar una carga según una
diferencia de concentraciones.
TECNOLOGÍA DE DESALACIÓN MHD
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Desalación MHD
TECNOLOGÍA DE DESALACIÓN MHD
ESTIMACIÓN DE COSTE ENERGÉTICO El consumo
específico será igual a Esta operación hay
que repetirla dos veces una para los iones
negativos y otra para los iones positivos. Para
realizar los cálculos hay que asignar dos
parámetros de diseño. Concentración molar del
agua de mar 0,7 molar Relación volumen de agua
producto / volumen agua bruta 0,7 (caso 1) y
0,5 (caso 2)
TECNOLOGÍA DE DESALACIÓN MHD
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Desalación MHD
TECNOLOGÍA DE DESALACIÓN MHD
TECNOLOGÍA DE DESALACIÓN MHD
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Desalación MHD
TECNOLOGÍA DE DESALACIÓN MHD
POSIBILIDADES DE DESARROLLO La creación de
campos magnéticos con superconductores no tienen
un límite claro actualmente en su tope máximo.
Hace dos años se trabajaban con campos magnéticos
del orden de 10 Teslas. Actualmente se crean
campos permanentes del orden de 45 Teslas y
campos pulsados del orden de 100 Teslas. A nivel
industrial se pueden fabricar ya campos
magnéticos del orden de 5 Teslas. En la
desalación mediante MHD, el consumo específico es
inversamente proporcional a la intensidad de
campo magnético aplicado, de manera que un
desarrollo futuro en la tecnología de
superconductores supone un beneficio directo
sobre el proceso de desalación MHD. La gran
cantidad de aplicaciones que tienen estos
materiales, unido al esfuerzo investigador a
nivel mundial que se está realizando en el campo
de la superconductividad hace esperar un
importante desarrollo de esta técnica en lo
próximos años.
TECNOLOGÍA DE DESALACIÓN MHD