Mérida, Yucatán. 4 de abril de 2016 (Agencia Informativa Conacyt).- Jorge Antonio Lechuga Andrade cuenta con 33 años de experiencia en la industria privada y 28 años de docencia en la Facultad de Ingeniería Química de la Universidad Autónoma de Yucatán (Uady), donde también ha fungido como director. Después de realizar dos maestrías en el área de ingeniería química y una en el área de administración, desarrolló innovaciones en el proceso de desalinización del agua por ósmosis inversa centrífuga por generación de vórtices de Dean durante su doctorado, por lo que recibió el Premio Nacional del Instituto Mexicano de Ingenieros Químicos 2015.
A lo largo de su vida profesional, Lechuga Andrade ha formado parte de industrias privadas en Monterrey y Mérida. Con 11 años de experiencia, se integró a la Uady como profesor investigador de medio tiempo en 1986, donde sería nombrado director para el periodo 1995 a 2013. A los 68 años de edad, Lechuga Andrade emprendió un viaje hacia Europa decidido a estudiar el doctorado en la Universidad Politécnica de Cataluña (UPC), en España, y en el Instituto Politécnico Nacional de Toulouse, Francia, sobre procesos de innovación en ingeniería de producto y de proceso.
“Siempre me gustó la investigación y desde que estaba en la empresa de plásticos hice algunos viajes para hacer análisis en algunos centros Conacyt, como el Centro de Investigación en Química Aplicada (CIQA), muy enfocado en polímeros, y a partir de algunos intercambios con profesores planteé a la asamblea de accionistas de la empresa la necesidad que teníamos de mejorar nuestra tecnología, y para ello necesitábamos desarrollar productos”, comentó el investigador en entrevista con la Agencia Informativa Conacyt.
Lechuga Andrade montó un pequeño laboratorio para el que compró equipos primordiales para pruebas de calidad, mientras iniciaba algunos proyectos de investigación. Después de cuatro años de estudio, solicitó una patente por la mejora en la calidad del material de la bolsa de hielos, producto derivado del polietileno.
La ósmosis inversa centrífuga
A pesar de haberse dedicado durante muchos años a la industria de los plásticos, por recomendación de su asesor en la UPC decidió iniciar una investigación en los procesos de desalinización, que tenían una importancia económica y ecológica en el mundo.
“En el doctorado me enfoqué básicamente en el proceso de desalinización y de mejora del agua, a partir de lo que se hicieron tres innovaciones importantes. La primera tenía como fin abaratar los consumos de energía, que es lo más preocupante en el proceso de salinización; la segunda era disminuir costos de producción; y la tercera era generar la autolimpieza de las membranas, que son la base primordial de la salinización”, indicó.
El proceso de ósmosis convencional trabaja a partir de membranas, que están hechas de productos poliméricos mediante los que pasa el agua y se retienen los sólidos. Es un proceso de filtración, y en el caso de la ósmosis inversa convencional se trabaja con una membrana parada o estática, por lo que la bomba de alta presión tiene que ejercer toda la fuerza para que el agua tenga la presión suficiente y pueda vencer la resistencia de las membranas de las paredes y se genere la ósmosis. Todo este proceso consume muchísima energía.
Pongo de ejemplo a dos boxeadores, uno está parado y viene el otro, le pega con toda su fuerza y lo hace caer, pero el que va a recibir el golpe si se mueve hacia atrás puede amortiguar o esquivar este. Por otra parte, cuando el boxeador está entrando con un golpe y tú lo recibes también, aun con poca fuerza puedes noquearlo, que fue lo que le pasó a Pacquiao contra Márquez, se llama el counter”, señaló el investigador.
Además, las membranas tienen un alto índice de ensuciamiento que obliga a detener los tiempos de producción para limpiarse. Por lo que era necesario generar un proceso de autolimpieza que evitara el tiempo muerto y su repercusión en la productividad y los costos.
Durante su estancia en Europa viajó a las Islas Canarias para conocer los procesos que se hacían en las diversas desalinizadoras existentes. Observó los procesos de evaporación multietapa Flash, destilación, compresión de vapor, notando que todos consumían mucha energía debido a los cambios de estado del agua.
Observó que en Europa había mayor aceptación de la ósmosis inversa convencional, así como en Medio Oriente, donde existen más desalinizadoras. El costo de energía y la contaminación ambiental era alto, ya que se usaban energías a base de combustibles fósiles como el petróleo, por lo que Lechuga Andrade empezó a pensar en un proyecto no solo innovador sino también sustentable.
“Tomé un curso de Teoría para la Resolución de Problemas Inventivos (TRIZ, por su acrónimo ruso) que da pautas para generar ideas en diversos sistemas. Una de estas era la de objeto en movimiento, y aparecía cuando yo metía los datos de proceso ahorrativo, no contaminante, de bajo costo, y pensé: ‘¿Por qué no utilizar membrana de movimiento?’”.
El investigador pensó que la membrana parada consumía, pero si la membrana giraba podía ayudar debido a que el flujo pasa a través de ella a una menor presión. En Toulouse comprobó que la filtración se efectuaba y empezó la simulación Fluent para saber cómo funcionaba la centrifugación, ya que la fuerza centrífuga era lo que otorgaba la mayor parte de la presión necesaria para el filtrado y, en menor medida, la ayuda de una bomba de baja presión. Al no utilizar mucha energía, la emisión de productos tóxicos es menor. “Solamente la palabra alta presión y baja presión representa muchos kilowatts y horas de consumo menores”.
En Lanzarote, una de las siete Islas Canarias, Lechuga Andrade visitó la planta HOH Canarias, donde le llamó la atención su sistema de ósmosis para desalinización. “Era convencional, de membrana parada, pero el agua de rechazo que sale por la gran presión era utilizada para mover un intercambiador de presión que, al caer el agua de alta presión, genera una recirculación en el equipo y coadyuva a que la bomba de alta presión no tenga que trabajar tanto, recuperando algo de energía”.
Las plantas que había visitado hasta entonces tenían consumos de energía de 15 a 40 kilowatts por metro cúbico, y en Lanzarote era de 2.6 kilowatts por metro cúbico debido a la recuperación, aunque aún requerían detener el funcionamiento para limpiar las membranas, con un alto costo.
“Cuando tú partes para hacer una innovación tienes que estudiar muy bien, investigar todo el ambiente del área que estás manejando para buscar el estado del arte y ver cuál es el mejor proceso. Para mí el mejor proceso era el que se hacía en Lanzarote, de HOH Canarias, que consumía 2.6 kilowatts por hora. Entonces el reto era lograr que consumiera menos de 2.6, que se autolimpiara y que no produjera contaminación”.
Con los cálculos correspondientes se encontró la velocidad de las revoluciones por minuto de centrifugación para obtener los megapascales requeridos para la ósmosis centrífuga, el tipo de motor necesario, la bomba de baja presión y la velocidad para alimentar el agua de mar.
De esta manera diseñó un sistema en el que agua entra de abajo hacia arriba, pasa por las membranas que giran por revoluciones centrífugas, se filtra el “agua buena”, se rechaza el “agua mala” y ambas son almacenadas en recipientes. El agua de mar tiene 35 gramos de sales por litro, mientras que el agua de residuo tiene de 50 a 60 gramos de sal por litro, lo que podía resultar problemático para el ambiente en donde se depositase, ya sea mar o tierra.
Para evitarlo, Lechuga Andrade diseñó un postratamiento basado en las prácticas de Europa y Medio Oriente, que consiste en construir plantas duales o híbridas, en el que la planta A puede tener desperdicio de materia prima que es útil para la planta B. En el caso de la ósmosis inversa, el desperdicio es el agua de rechazo que tiene altos niveles de sal, pero al utilizarse una planta donde se recuperan elementos residuales como el magnesio, que tiene una demanda alta en el mercado, se crea una planta dual donde se evita el desperdicio. Esta fue una de las propuestas principales para evitar los impactos ambientales.
El desarrollo de la planta piloto valió para el investigador el reconocimiento de Invención de Desarrollo Tecnológico e Investigación en Ingeniería Química por el Instituto Mexicano de Ingenieros Químicos (IMIQ) y el Premio Ing. César Baptista por su Trabajo en Excelencia en Ingeniería Química.
