ESTADO DEL ARTE DE LA SÍNTESIS DE REDES DE AGUA DE PROCESO
Enviado por belencp1990 • 22 de Mayo de 2015 • 3.005 Palabras (13 Páginas) • 246 Visitas
El incremento de la demanda de agua en los procesos e industrias junto con la
disponibilidad hídrica global y la escasez de agua ha acentuado la importancia del
agua como un recurso crucial y eleva la necesidad de adoptar medidas para su
reutilización y recirculación.
El agua es un componente clave en las industrias. De acuerdo al estudio realizado
por el programa del medioambiente de las naciones unidas (UNEP), la industria es
la mayor consumidora de agua después de la agricultura, mientras que el agua
fresca constituye el 1% de los recursos de agua del mundo. Por otro lado, cada vez
se están haciendo más estrictas las regulaciones de descarga de agua al
medioambiente, esto hace necesario llevar a cabo la optimización de los procesos.
En vista de esta situación, se realizan numerosos estudios sobre la recuperación del
agua. La idea de la recuperación del agua incluye los términos de reutilización,
regeneración y recirculación, tal y como se observa en la Figura 1.
La combinación óptima de estos esquemas es lo que se conoce como el problema
de síntesis de redes de agua de proceso.
Se han realizado numerosos estudios, desde el trabajo de Takama et al., hasta el
estudio publicado hace casi 15 años por Bagajewicz, basado en el análisis pinch del
agua y en técnicas de programación matemática, para los problemas individuales y
de múltiples contaminantes, incluyendo las redes de agua de calor integrado. Casi
una década después Foo realiza un estudio exclusivamente centrado en el análisis
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pinch para un único contaminante y caudal fijo. El estudio realizado por Jezowski sirve como un compendio de los trabajos en la zona clasificada alfabéticamente con información clave sobre el alcance del problema (formulación del modelo) y métodos de solución empleada. Gouws presenta una revisión de los sistemas de agua en discontinuo, que abarca tanto los métodos de diseño basados en reglas heurísticas, así como los enfoques de programación matemática.
2. PROBLEMA DE SÍNTESIS DE REDES DE AGUA
Hay tres clases de problemas en la síntesis de redes de agua:
i) Reutilización directa que considera la reutilización de aguas residuales sin tratamiento transfiriéndolo directamente desde la unidad de proceso donde se produce el agua.
ii) Síntesis de la red de agua de regeneración, que considera un tratamiento parcial de agua o de aguas residuales para facilitar su posterior reutilización o reciclaje.
iii) Síntesis de la red de agua total, que considera las dos unidades que utilizan el agua y el agua o las operaciones de tratamiento de aguas residuales de forma simultánea.
El objetivo básico es sintetizar una red que integre las unidades de proceso y las operaciones de regeneración de agua y conseguir la optimización en términos ambientales, basados en la sostenibilidad (minimizando el daño ecológico y cumpliendo las restricciones marcadas por los límites de vertido final al medio ambiente) y económicos (minimización de costes).
Hasta hace unos años, el problema del tratamiento de agua se consideraba como un conjunto de operaciones secuenciales de una sola corriente de aguas residuales, (desaladoras, strippers, etc) (Fig. 2 (a)).
Una forma de obtener mejores diseños es la reutilización de las aguas residuales de un proceso, que consiste en alimentar la corriente residual a otra corriente sin enviarla a tratamiento. Esto reduce el coste debido a que el consumo de agua en general es menor (Fig. 2 (b)).
El siguiente paso es introducir diseños paralelos a la unidad de tratamiento de aguas residuales sin fusionar todas las corrientes de aguas residuales (Fig. 2 (c)). Finalmente, el tratamiento puede ser descentralizado de tal manera que algunos contaminantes se eliminan de las aguas residuales del proceso seleccionado, lo que permite su reutilización (Fig. 2 (d)).
El concepto de vertido cero se aplica alternativamente a la eliminación total de
sustancias peligrosas o con el concepto de un circuito cerrado de agua.
Los circuitos cerrados son atractivos debido a que la regeneración de la corriente final
no tiene que ser llevada a cabo con tanto rigor, ya que el agua se puede reutilizar con
mayor nivel de contaminantes (Fig. (3)). Además, la ausencia de una descarga elimina
los costos asociados a la aplicación de tratamientos para cumplir con las exigencias de
la legislación medioambiental, así como la relación con otras agencias
gubernamentales.
Estas soluciones de procesos de descarga cero nunca se han intentado, ni en estudios
académicos ni en la práctica, por lo que constituyen uno de los restos de la industria
química.
3. ENFOQUES EN LA SÍNTESIS DE REDES DE AGUA
En general, los dos enfoques principales para abordar un problema de síntesis de
redes de agua se pueden clasificar en técnicas basadas en reglas heurísticas y en
métodos de optimización. El primer enfoque implica el análisis pinch del agua
(WPA), mientras que el enfoque de optimización permite el manejo de los
problemas de síntesis de redes de agua en toda su complejidad, considerando
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funciones de representación de costes, múltiples contaminantes y diversas limitaciones topológicas,
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