Producerea apei la bord - instalatii sanitare

Producerea apei dulci la bord este o activitate absolut necesara pentru navele cu zona de navigatie nelimitata si implica calitatea acesteia in ceea ce priveste utilizarea de catre diversii consumatori. Un parametru important este concentratia de saruri.

In functie de concentratia sarurilor se deosebesc patru categorii de ape:

- ape dulci (sub 500 mg/l saruri), care constituie sursa traditionala de apa potabila;

- ape mixohaline sau salmastre (500-30000 mg/l saruri) acceptate cu greutate ca sursa de apa;

- ape euhaline sau marine (30000-40000 mg/l saruri), probabil surse principale de apa intr-un viitor nu foarte indepartat;

- ape hiperhaline sau suprasaturate (peste 40000 mg/l saruri).

Concentratia se defineste drept continutul total de substante solide, in grame, existente intr-un kilogram de apa de mare, cand carbonatii au fost transformati in CO, bromul si iodul au fost convertiti in clor si toate substantele organice au fost complet oxidate.

Desalinizarea apelor de mare, in scopul utilizarii acesteia ca apa tehnica sau potabila,  poate fi realizata industrial prin urmatoarele procedee diferite:

distilare;

congelare, care poate fi: congelare directa sub vid, prin absorbtia vaporilor; congelare directa sub vid, prin compresia vaporilor; congelare indirecta cu refrigerent secundar .

osmoza inversa;

electrodializa;

ultrafiltrare.

Observatie: Electrodializa realizeaza concentratii de aproximativ 500 P.P.M. si pentru reducerea acesteia se folosesc astfel de instalatii de desalinizare a apei de mare inseriate;

Din punctul de vedere al diferitelor utilizari ale apei preparate la bord de catre diversi consumatori, literatura de specialitate sugereaza ca acceptabile valorile (unde s-a notat cu C= concentratia de saruri):

-C<300 P.P.M.- se poate utiliza ca apa dulce de baut

-C<80 P.P.M.- se poate utiliza in instalatiile energetice de la bord cu exceptia cazanelor de abur;

C<5 P.P.M.- se utilizeaza pentru alimentarea cazanelor de abur.

Primele procedee, din cele enumerate, au loc cu schimbarea fazei, ceea ce implica un consum mare de energie si sunt considerate deja clasice. Ultimele doua procedee, fara schimbarea fazei, au inceput sa se impuna in urma cercetarilor de ultima ora, mai ales datorita consumului redus de energie. La acestea se mai poate adauga si procedeul desalinizarii cu schimbatori de ioni, dar acesta are aplicatii numai la apele cu un continut de cel mult 3g/l saruri, adica pot fi prelucrate numai apele salcii si nu apele de mare sau ocean.

Producerea apei dulci la bordul navei din apa de mare prin vaporizare. Vaporizarea apei de mare se realizeaza in doua variante, in functie de presiunea la care are loc procesul. Astfel, vaporizarea poate avea loc ca urmare a atingerii temperaturii de fierbere a apei t=100 C la presiunea atmosferica sau sub vacum, la o temperatura t < C.

Document online: Curentul electric Lucrare: Sisteme de protectie ale generatoarelor

Dupa modul de realizare a vaporizarii sunt utilizate doua tipuri constructive de distilatoare:

a)      distilatoare cu suprafata libera (fig. 5.2.1);

b) vaporizatoare adiabatice (fig. 5.2.2) - la care vaporizarea apei de mare se face prin pulverizarea acesteia sub presiune.

Fig. 5.2.1 Distilatorul cu suprafata libera

1-boilerul; 2-serpentina de incalzire a apei de mare; 3-separator de picaturi; 4-pompa de saramura; 5-condensatorul; 6-dozator de saramura; 7-pompa de racire cu apa de mare a condensatorului si de alimentare a boilerului

a)Functionarea distilatorului cu suprafata libera este clasica, boilerul 1 primeste un flux de caldura prin serpentina 2 si ca urmare se obtin vaporii care circula printr-un separator de picaturi 3 spre condensatorul 5 unde trec in faza lichida si sunt trimisi in tancul de pastrare sub forma de apa dulce tehnica. Distilatorul mai este prevazut cu un dozator 6 ce are rolul de a reduce concentratia in sare a apei de mare ramasa in urma vaporizarii si o pompa de alimentare 7, cu dublul rol: racirea condensatorului 5 si alimentarea cu apa a boilerului 1. Acest tip de distilator poate functiona atat in conditii normale, cu temperatura de vaporizare la 100 C, cat si cu obtinerea vaporilor la temperaturi sub 100 C, cu ajutorul unui ejector care reduce mult presiunea de deasupra suprafetei de apa supusa incalzirii.

Fig. 5.2.2 Vaporizatorul adiabatic

b) Varianta vaporizatorului adiabatic implica realizarea incalzirii apei de mare in exterior in boilerul 1 (fig. 5.2.2) si pulverizarea fina a apei (cu ajutorul pulverizatorului 2), care se evapora rapid. Vaporii urca si la intalnirea cu condensatorul 3 trec in faza lichida, apoi sunt captati in tava de condens 4, de unde sunt trimisi catre tancul de apa dulce tehnica. Vaporizatorul mai este prevazut si cu pompele: pentru evacuarea saramurii 5, pentru racirea condensatorului si alimentarea boierului 6, pentru preluarea condensului 7.

Pe baza acestor idei sunt realizate distilatoare cu performante bune dar mari consumatoare de energie pe unitatea de produs.

Pe navele romanesti distilatoarele cele mai raspandite sunt de tip constructiv NIREX si ATLAS. Ambele functioneaza la depresiune atmosferica, utilizand ca agent de incalzire a apei de mare aburul sau apa de racire a motorului principal.

Producerea apei dulci la bordul navei din apa de mare prin osmoza inversa. Toate procedeele, care se refera la desalinizare, au la baza proprietatile fizice si uneori chimice, atat ale apei pure, cat si ale solutiilor apoase (electroliti), caci apele marine sunt socotite ca fiind solutii electrolitice.

In cele ce urmeaza, luand in considerare consumul redus de energie si deservirea usoara a instalatiei de desalinizare ce functioneaza pe baza procedeului de  osmoza inversa (RO), se va trece in revista acest proces.

Descrierea procesului. In cazul in care apa pura vine in contact cu ambele fete ale membranei, la temperaturi si presiuni egale, scurgerea nu se realizeaza prin membrana, deoarece potentialul chimic este identic pe ambele parti.

fig. 5.2.3 Apa pura in echilibru

Daca este adaugata o sare solubila pe una din fetele membranei, potentialul chimic pe acea fata se reface (fig. 5.2.3).

Echilibrul apare atunci cand diferenta de presiune, cauzata de modificarile de volum de pe ambele fete (fig. 5.2.4), este egala cu presiunea osmotica, o proprietate a solutiei fiind aceea ca este independenta de membrana.

fig. 5.2.4 Refacerea echilibrului la diferenta de salinitate

Echilibrul se realizeaza si daca se va aplica, pe partea solutiei de sare, o presiune externa egala cu presiunea osmotica (fig. 5.2.5).

fig. 5.2.5 Presiunea osmotica dintre cele doua medii

O crestere ulterioara a presiunii, va duce la cresterea potentialului chimic al apei in solutie si va provoca o inversare a sensului scurgerii osmotice catre fata cu apa pura, acum cu un potential chimic al solventului scazut, raportat la solutie. Acest fenomen este numit osmoza inversa.

Apa obtinuta prin procesul de osmoza inversa se incadreaza in STAS - ul 1342 – 84, care cuprinde urmatoarele valori admisibil cloruri 250 mg/l;

sulfati 200 mg/l;

magneziu 50 mg/l;

e: