Un nuevo tipo de espaciador en tres dimensiones puede aumentar la eficiencia de procesos de desalación de agua de mar, como la osmosis inversa y la ultrafiltración, según los resultados de investigadores del Centro de Membranas y Tecnología del Agua Avanzada (CMAT) de la Universidad de Khalifa, en Abu Dhabi.
Los espaciadores han sido diseñados y fabricados con la ayuda de impresoras 3D para conseguir geometrías complejas, por un equipo liderado por el Dr. Hassan Arafat, Director del CMAT.
La osmosis inversa elimina la sal del agua de mar forzando el agua a presión a través de una membrana semi-permeable que permite el paso de las moléculas de agua pero no el de las sales disueltas, con un gran consumo de energía, puesto que ha de vencerse la presión osmótica natural. Por otra parte, el ensuciamiento de las membranas o fouling (la acumulación de depósitos orgánicos e inorgánicos en la superficie de las membranas), reduce la capacidad de filtrar impurezas por lo que es necesaria más energía.
Los espaciadores para el agua de alimentación son láminas de material polímero con forma de maya que se colocan entre dos capas de membrana para crear un espacio por el que fluye el agua. Las intersecciones entre sus filamentos, conocidas como “zonas muertas” son puntos donde se acumulan depósitos de impurezas orgánicas o microbios. Además, el diseño y la geometría del espaciador influye sobre el flujo del agua a través de la membrana, que a su vez repercute en el consumo energético de las plantas desaladoras.
Los espaciadores comerciales tradicionales son láminas planas de plástico en forma de malla, que repiten un mismo patrón de celdas de forma rectangular o de rombo. El equipo del Dr. Arafat siguió un enfoque diferente, aprovechando la impresión 3D para producir materiales con poros con configuraciones geométricas que puedan tolerar los rigores de los sistemas de membranas de desalación con altas presiones. Un tipo de geometrías complejas estudiadas son las superficies mínimas triple-periódicas (triply periodic minimal surfaces o TPMS), que tienen propiedades que permiten la circulación fluida, por lo que son candidatas ideales para una serie de aplicaciones.
Los investigadores supusieron que las estructuras de tipo TPMS mejorarían la turbulencia en el canal de alimentación, a la vez que minimizarían la pérdida de presión y los puntos de posible acumulación de depósitos, y, tras probar múltiples configuraciones y formas, desarrollaron espaciadores que mejoran el flujo de agua en un 16% con membranas de osmosis inversa y un 38% con membranas de ultrafiltración, en comparación con un espaciador comercial. Los espaciadores con estructuras de tipo TPMS también redujeron el fouling de la membrana de forma significativa, hasta un 91% en comparación con espaciadores comerciales. Los investigadores exploran actualmente nuevas aplicaciones para estas estructuras en el ámbito del tratamiento de aguas y aguas residuales.
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