Tasa de recuperación de la ósmosis inversa (RO): equilibrio entre rendimiento e incrustación

La recuperación está limitada por la solubilidad de las sales que quedan atrás. A medida que el agua sale como permeado, el calcio, el sulfato, la sílice, el bario y el estroncio se concentran en la salmuera. La incrustación de carbonato de calcio se predice con el índice de saturación de Langelier, la del sulfato de calcio con su propio índice de saturación, y la de la sílice con su solubilidad, que disminuye al bajar la temperatura. Las garantías de las membranas fijan factores de concentración máximos, y esos límites, no la bomba, suelen decidir el diseño.

Los sistemas pequeños de un solo elemento suelen operar al 50–60%, mientras que las matrices mayores de varios elementos alcanzan 70–75%. Más allá de eso, el concentrado se vuelve agresivo: con un 80% de recuperación el factor de concentración es 5, y un agua de alimentación con 500 mg/L de TDS deja una salmuera de 2,500 mg/L. Cada punto adicional de recuperación reduce las aguas residuales pero acorta el intervalo entre limpiezas.

El factor de concentración es 1 dividido por (1 − recuperación). Supone que la membrana deja pasar el agua pero no la sal, lo cual es suficientemente aproximado para el cribado de diseño. La tabla muestra el efecto sobre un agua de alimentación de 500 mg/L de TDS. Observe que el salto del 65% al 75% eleva la salmuera de 2.9 a 4.0 veces el agua de alimentación, un paso mucho mayor de lo que sugiere el cambio de diez puntos de recuperación.

La temperatura del agua de alimentación cambia el flujo en alrededor del 3% por °C. Un sistema especificado a 25 °C y 1,000 L/h entrega aproximadamente 700 L/h a 15 °C y 1,150 L/h a 30 °C con la misma presión. El agua fría también aumenta la viscosidad, lo que eleva la presión necesaria y puede llevar la bomba a su límite antes de alcanzar la recuperación de diseño. La solubilidad de la sílice disminuye con la temperatura, por lo que una recuperación del 75% que funciona a 25 °C puede superar el límite de sílice a 10 °C.

Por eso la recuperación debe indicarse junto con una temperatura. Un skid vendido como de 75% de recuperación a 25 °C no es un skid del 75% en una sala de máquinas fría del norte, y el caudal de concentrado será mayor de lo que sugiere la ficha técnica. Diseñe para el mes más frío, no para la media anual.

Una mayor recuperación es una decisión de pretratamiento antes que una decisión de bomba. Cada sal limitante tiene su propia respuesta, y el diseño debe apuntar a la sal que se satura primero, no a la más fácil de eliminar. Un descalcificador elimina el calcio y el magnesio y por tanto eleva los límites de carbonato y sulfato; el antincrustante amplía esos mismos límites sin eliminar los iones; el ajuste de pH desplaza los equilibrios de carbonato y sílice en direcciones opuestas.

Trate primero la sal limitante y luego cambie la matriz. La descalcificación es la vía más fiable: eliminar el calcio y el magnesio permite un 75–85% de recuperación en muchas aguas de alimentación, a costa de sal y de un vertido de salmuera propio. Una matriz de dos etapas es la segunda vía: el concentrado de la primera etapa pasa a ser el agua de alimentación de la segunda, de modo que el mismo agua atraviesa dos bancos de membranas antes de salir.

Una recuperación menor no es un fracaso. Los sistemas pequeños de 0.5–2 m³/h suelen operar al 50–60% porque una matriz de un solo elemento no puede concentrar más sin incrustarse, y porque el costo de capital de un diseño de dos etapas es difícil de justificar. Las aguas de alimentación con alta sílice o alto bario suelen quedarse en 50–65% por necesidad. Los sitios con agua barata y límites de vertido estrictos pueden preferir un volumen mayor de concentrado con menor TDS, que es más fácil de reutilizar o verter.

La pregunta correcta no es qué recuperación es posible, sino qué recuperación es económica tras contar el costo del agua, las tasas de vertido, los productos químicos de pretratamiento, la mano de obra de limpieza y la sustitución de membranas. Un sistema al 75% que se limpia cada mes puede costar más que uno al 60% que se limpia dos veces al año.

Utilice caudalímetros calibrados en el permeado y el concentrado, o en el permeado y el agua de alimentación, con una precisión de aproximadamente 2%. Calcule la recuperación a partir de las dos lecturas y compárela con el valor de diseño a la misma temperatura y presión. Si falta el medidor de agua de alimentación, el permeado dividido por el permeado más el concentrado da el mismo resultado sin suponer un caudal de alimentación.

Registre la recuperación a diario junto con la presión, la temperatura y la conductividad. Una caída de la recuperación con presión constante suele indicar ensuciamiento o una válvula parcialmente cerrada; un aumento de la conductividad con recuperación constante indica que ha aumentado el paso de sal, lo que apunta a daño u oxidación de la membrana. Ninguna de las dos tendencias se ve en una sola lectura semanal.