Modelo dinámico y simulación de sistemas de ósmosis inversa

Abstract

La ósmosis inversa (OI) es el proceso de desalación del agua marina más avanzado y eficiente en la actualidad. Un sistema de OI trabaja en régimen permanente durante largos periodos de tiempo, aunque cabe la posibilidad de que sea forzado a trabajar fuera del punto de consigna. En este trabajo se propone un modelo dinámico que permite estimar los parámetros de salida de cada uno de los elementos de membrana, dispuestos en serie, en tubos de presión. Dicho modelo permite estimar la respuesta de sistemas híbridos de ósmosis inversa. Es decir, distintos elementos de membrana con distintas características en términos de coeficientes de permeabilidad, altura de espaciadores, superficie activa, coeficientes de transferencia de masa, etc. El modelo propuesto se ha ensayado frente a variaciones en la presión de la alimentación y en su concentración, llegándose a la conclusión de que estas perturbaciones afectan en mayor medida al caudal del permeado que a su concentración. El trabajo es de interés para el control de plantas desalinizadoras impulsadas por una fuente de energías renovables con entrega de potencia variable, como energía solar fotovoltaica o energía eólica.

Nowadays, reverse osmosis (RO) is the most advanced and efficient process for desalinating seawater. An RO system operates continuously for long periods of time, although it may be forced to operate outside its set point. In this paper, a dynamic model that allows to estimate the output parameters of each of the membrane elements, which are arranged in series in a pressure vessel (PV), is proposed. This model allows to estimate the response of hybrid reverse osmosis systems. That is, different membrane elements with different characteristics such as permeability coefficients, spacer height, active surface area, mass transfer coefficients, etc. The proposed model has been tested against variations in feed pressure and feed concentration, reaching the conclusion that these perturbations affect the permeate flow rate more than its concentration. This work is of interest for the control of desalination plants powered by a variable renewable energy source, such as photovoltaic solar power or wind power.