Bombas para Desalar

En tiempos de escasez hídrica y sequía estructural, como los que hoy vivimos, sigue creciendo el interés en Chile por desarrollar proyectos para desalar agua de mar. Una tarea en la que las bombas juegan un rol central, más aún cuando en nuestro país, la mayor parte de estos proyectos se han desarrollado para abastecer faenas mineras que se ubican a dos mil o más metros de altura en relación al nivel del mar.

¿Qué características deben tener estos equipos para optimizar los sistemas de impulsión empleados en estas plantas? Desarrolladores de proyectos y especialistas en bombas responden y entregan recomendaciones al respecto.

Propiedades Técnicas

La mayor parte de las plantas desaladoras utiliza como proceso principal la osmosis inversa que, en términos generales, consiste en aplicar presión sobre una solución de agua salada y hacerla pasar a través de membranas semipermeables que permiten separar el agua de las sales disueltas. Esta y otras etapas requieren de bombas que deben cumplir ciertos requerimientos técnicos.

"En general, son bombas de alto estándar, centrífugas, heavy duty, típicas de los procesos industriales. Su mayor característica es que son de materiales adecuados para el bombeo de agua de mar, típicamente las carcasas y rodetes son de titanio. Adicionalmente, las bombas que alimentan a la osmosis llegan a altas presiones, habitualmente a unas 60 atmósferas", sostiene Víctor Contreras, gerente general de Pares&Alvarez, empresa que desarrolla proyectos de desalinización.

Desde Inquinat, proveedora de plantas de osmosis inversa, señalan que "lo más importante es evitar la corrosión en los elementos que están contacto con el agua. Para eso la materialidad es Acero Inoxidable Dúplex 2205 ASTM A890".

La necesidad de que sean equipos altamente resistentes a la corrosión es también subrayada por los representantes de dos compañías especialistas en sistemas de bombeo.

Juan Carlos Caprile, Gerente de Ventas de Soltex, expone: "El agua de mar es tratada con filtros de ultrafiltración por lo que las bombas de alta presión no bombean sólidos. Esto quiere decir que el fenómeno abrasivo es prácticamente inexistente. La resistencia a la corrosión juega un papel importante mientras que la abrasión queda en segundo plano. Para atender estos requerimientos las bombas deben ser de aceros inoxidables del tipo Dúplex o Súper Dúplex, con PREN mayores a 40".

El mismo material recomiendan en la empresa KSB, explicando además que el PREN corresponde a la "resistencia contra el cloruro, incluyendo corrosión por picadura y grieta". Asimismo, detallan: "El Acero de esta categoría tiene mayor resistencia a la corrosión uniforme en un amplio rango de medios ácidos y a la corrosión localizada en productos que contienen cloruro, aún en altas temperaturas y bajos valores de pH".

Juan Carlos Caprile luego añade otros atributos que debieran cumplir las bombas utilizadas en las plantas desaladoras:

• Eficiencia: Deben ser bombas con las mayores eficiencias disponibles, de modo que el consumo de potencia nominal por cada m³ de agua desalada sea el más bajo posible, por lo tanto, el costo de la energía requerida por cada m³ sea mínima. Esto se traducirá en un incremento de la productividad de la planta.

• Alta confiabilidad operacional para que las plantas puedan trabajar en forma continua y responder a la alta demanda para la que habitualmente se construyen. En ese contexto, las bombas no deben tener fallas imprevistas y/o frecuentes que detengan o interrumpan la producción. "Esta alta confiabilidad operacional se obtiene con equipos con altos estándares de sus diseños constructivos y alta calidad en su manufactura", señala Caprile.

Estos aspectos son también relevados desde KSB, donde resumen las propiedades que debieran tener los equipos utilizados en las plantas de osmosis inversa en los siguientes puntos:

• Adaptabilidad: Los equipos deben ser capaces de cubrir las necesidades de los proyectos, en cuanto a diseño, dimensiones, hidráulica y materialidad.

• Material de fabricación acorde al fluido a transportar (agua de mar).

• Confiabilidad: Las bombas deben estar desarrolladas con componentes que cumplan las normas globales de diseño de equipos centrífugos y con la calidad pertinente.

• Eficiencia en la operación.

• Fácil instalación.

• Robustez: Deben ser capaces de manejar altos caudales y presiones para cumplir la producción de agua potable requerida.

En relación a la capacidad de bombeo de estos equipos, en KSB, indican que "depende de la etapa del proceso de desalinización en que se encuentre" y entregan una referencia de caudales y alturas estimadas para las distintas fases (ver tabla 1).


Por su parte, Juan Carlos Caprile comenta al respecto: "Los caudales que manejan las bombas centrífugas, se determinan según el diseño y capacidad de producción nominal de agua desalada diseñada por el consultor o proyectista de la planta desaladora. Estos caudales por lo general fluctúan entre 90 m3/h y 1510 m3/h".

Eficiencia Energética

Los procesos de desalación requieren gran cantidad de energía. En ese contexto, cabe preguntarse: ¿qué cualidades convendría que tenga el sistema de bombeo para hacer un uso más eficiente de este recurso?

Desde Pares&Alvarez, Víctor Contreras responde: "Las bombas de alto estándar para usos industriales son seleccionadas para operar cerca de su punto de máxima eficiencia. En general, el diseño de procesos de una planta desaladora considera la eficiencia energética, de modo de tener un consumo mínimo de energía total".

En la misma línea, Juan Carlos Caprile, de Soltex, afirma: "La característica más relevante de las bombas centrífugas, para minimizar el consumo de energía, es que estos equipos tengan una alta eficiencia en el punto de trabajo hidráulico, especificado por el proyectista. También es muy importante que los operadores de la planta ejecuten una constante supervisión de las condiciones de trabajo del equipo, para verificar en la práctica que se encuentren trabajando en el punto de trabajo especificado, y no se produzcan desviaciones".

A su vez, en Inquinat indican que la tecnología ha evolucionado favorablemente en relación a este tema. "Por ejemplo, para el caso de las bombas de alta presión utilizadas en los procesos de osmosis inversa existen recuperadores de energía, ya sean isobáricos o de turbinas, que permiten aprovechar la energía hidráulica del sistema disminuyendo el costo de energía en un rango de hasta un 40% menos. Otro aspecto importante es la utilización de variadores de frecuencia, que también aportan un valor agregado favorable en la disminución del consumo energético del sistema", plantean.

Desde KSB, en tanto, recomiendan el uso de una tecnología específica que permite desarrollar proyectos con sistemas de recuperación de energía: las turbinas Francis, Pelton, mediante las cuales "al momento de estar produciendo agua desalada se aprovecha la energía para reutilizarla".

Bombeo en Altura

La mayoría de los proyectos de desalinización en Chile se están llevando a cabo en el sector minero, donde existe el desafío de llevar el agua tratada desde la costa a las faenas ubicadas a dos mil o más metros de altura. ¿Cómo pueden los sistemas de bombeo responder a este requerimiento y qué características debieran tener las bombas empleadas en estos casos?
De manera general, Víctor Contreras, comenta que los circuitos de agua desalada para proyectos en altura "cuentan con estaciones intermedias de bombeo para llevar el agua hacia las faenas mineras. Por ejemplo, si una mina está a 3000 metros de altura y a 150 kilómetros de distancia de la planta desaladora, se necesitarán entre 4 o 5 estaciones de bombeo intermedio".

En KSB explican más en detalle: "Los proyectos de desalación se conforman en dos áreas: la planta de osmosis inversa (SWRO Plant), y el sistema de bombeo y distribución (Pipeline). Este último se diseña para cubrir las necesidades requeridas de disponibilidad. Se instalan estaciones de bombeo en distintas cotas que permitan trasladar el agua desalinizada a la altura requerida, como ocurre en el sector minero. Dentro de las características particulares que destacan para el bombeo a grandes alturas están el uso de bombas de alta presión multietapas. También es muy común usar equipos Split Case que manejan grandes caudales trasladando el fluido a estanques intermedios".

En Inquinat agregan que la ubicación de las estaciones de bombeo entre el punto de impulsión y la planta varía dependiendo de los estudios de ingeniería previos. Y en relación a las características del sistema de impulsión, ponen énfasis en la necesidad de instalar equipos externos "puntualmente para eliminar los golpes de ariete que pueden provocar las detenciones por efecto de las columnas de agua".

Finalmente, desde Soltex aseguran que los equipos de bombeo pueden atender sin inconvenientes los requerimientos que plantea el traslado del agua desalada hacia faenas ubicadas en altura. "Lo importante es que el consultor o proyectista pueda desarrollar el proyecto junto con el fabricante de las bombas, de tal manera de poder definir el número óptimo de estaciones de bombeo, trabajando en serie, que se requerirán, como también el flujo nominal requerido por cada bomba, y la cantidad de equipos trabajando en forma paralela", apunta Caprile.

Al mismo tiempo advierte que en estos casos vuelve a tomar mucha relevancia la alta confiabilidad operacional que deben presentar los equipos y el diseño de los sistemas de impulsión, ya que, en muchas situaciones, las estaciones de bombeo no dispondrán de una supervisión directa y permanente.

Mantención Preventiva

En relación con esto último, los especialistas coinciden en la importancia de realizar un mantenimiento preventivo de estos equipos para asegurar la continuidad del servicio.
Sobre ese escenario, desde Inquinat señalan que lo más importante es "el reemplazo de sellos mecánicas o hidráulicos, y la correcta alineación entre la bomba y el motor". Agregan que la frecuencia "dependerá del plan de mantención; por lo general debería ser cada 30 días".

Por su parte, Víctor Contreras indica: "Los programas de mantención son propuestos por los proveedores de los equipos, y son considerados en el diseño de las plantas".

En KSB entregan algunos plazos a tener en cuenta: mantención de bomba preventiva, cada 2 a 3 años; cambio de rodamientos, según sugerencia de fabricante; overhaull, cada 5 a 7 años. Añaden que, con las mantenciones correctas y los recambios al día, la vida útil de estos equipos puede alcanzar los 25 años aproximadamente.

En la misma línea, Juan Carlos Caprile concluye: "Con la realización de un adecuado mantenimiento predictivo, supervisando los parámetros de operación de los equipos y de sus componentes es posible extender y optimizar la vida útil, como así también planificar oportunamente los requerimientos de intervención de los equipos. Finalmente, esto dependerá de las condiciones de trabajo en particular de cada una de las plantas".

Artículo publicado en InduAmbiente 176 (mayo-junio 2022), páginas 68 a 70.