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En un ecosistema circular diseñado con los principios de la Teoría de Ecosistemas Industriales Circulares, el residuo es una ineficiencia de diseño. La salmuera de rechazo de la ósmosis inversa no es un pasivo que haya que verter, sino una materia prima rica en sodio, calcio, magnesio y potasio. Este apéndice cuantifica la superficie de evaporación necesaria para gestionarla en el clima del Namib y describe las rutas químicas con que el clúster valoriza sus sales.
Namibia, el país más árido al sur del Sahara, enfrenta una presión hídrica estructural que convierte a la desalación en una necesidad existencial, no opcional.1 La región de Lüderitz, elegida para el emplazamiento de ECPRYM, presenta una dualidad única:
Esta combinación permite desacoplar la producción de agua y de productos químicos de los combustibles fósiles y valorizar la salmuera con energía renovable y con la evaporación natural del interior.
El estudio analiza los flujos de masa asociados a la desalación del clúster y evalúa:
Termodinámico de Lüderitz El diseño de cualquier sistema de gestión de salmuera a cielo abierto en el Namib depende intrínsecamente de la interacción entre la atmósfera y la superficie líquida. A diferencia de otros desiertos donde la radiación es el único motor, en Lüderitz el viento juega un papel preponderante, actuando como un catalizador masivo de la transferencia de masa.
La variable crítica para el dimensionamiento de superficies es la tasa de evaporación neta (E_{neta}), definida como la evaporación potencial menos la precipitación.
Los registros históricos de Lüderitz confirman su estatus hiperárido. La precipitación media anual se sitúa en torno a 17 mm 3, con años frecuentes de lluvia nula ("0 mm") o eventos esporádicos de llovizna que se evaporan casi instantáneamente.
La capacidad de la atmósfera en el sur de Namibia para aceptar vapor de agua es inmensa. Los datos hidrológicos nacionales y estudios específicos del Namib indican:
3.700 - 3.800 mm/año.4
Es imperativo corregir la tasa de evaporación de agua dulce (E_{fresh}) por el efecto de la salinidad. Conforme la salmuera se concentra, la actividad del agua disminuye y la presión de vapor sobre la superficie cae, reduciendo la tasa de evaporación.
Se utiliza un modelo de corrección progresiva. Para una salmuera de desalación típica que entra al sistema con TDS ~65-70 g/L y se concentra hasta ~300 g/L, el coeficiente medio ponderado se estima en 0.75.
E brine ≈ E pan × K pan × β (18)
Donde K_{pan} (coeficiente de tanque) es 0.7.
E brine ≈ 3.000 mm / año × 0.7 × 0.75 ≈ 1.575 mm / año
(19)
Este valor de ~1.575 mm/año representa la columna de agua salada que el clima de Lüderitz es capaz de eliminar pasivamente por unidad de superficie horizontal.
El viento no es solo una fuente de energía para los aerogeneradores de ECPRYM; es un mecanismo de transporte de masa. Lüderitz es famosa por el "Lüderitz Speed Challenge", un evento de velocidad a vela posible gracias a vientos constantes y laminares.
El dimensionamiento de las infraestructuras de evaporación parte del balance de masa del ciclo del agua definido en el Capítulo 7 de la documentación de ECPRYM. La modularidad del sistema permite realizar cálculos por unidad operativa y extrapolar al escenario consolidado.
El ecosistema ECPRYM se basa en módulos de desalación por Ósmosis Inversa (SWRO) con una capacidad de producción de agua dulce de 10.000~m^{3}/día por módulo.
Q producto 10.000 Q feed = = ≈ 22.222 m3 / día R 0.45 (20)
Q_{brine} = Q_{feed} - Q_{producto} = 22.222 - 10.000 = 12.222~m^{3}/día
Volumen Anual a Gestionar:
(21)
Este es el volumen que debe ser evaporado o valorizado por cada módulo instalado.
ECPRYM gestiona la totalidad de su salmuera de rechazo mediante CAMAS DE EVAPORACIÓN SOLAR ELEVADAS EN CASCADA (NIVELES ESCALONADOS). Es la tecnología de diseño del proyecto, y el dimensionado de superficie, el presupuesto de la partida y la secuencia de valorización de sales que siguen se refieren todos a ella.
El sistema consiste en una sucesión de terrazas escalonadas, elevadas sobre el terreno natural y separadas por diques, por las que la salmuera desciende por gravedad en LÁMINA DELGADA. Cada nivel opera a una concentración distinta y creciente, de modo que la evaporación y la cristalización ocurren de forma FRACCIONADA Y SECUENCIAL a lo largo del descenso, en el orden que impone la solubilidad de cada sal.
El cálculo parte de la tasa de evaporación neta de salmuera establecida en §3.2.1.3:
E neta ≈ 1.575 mm / año = E pan (3.000 mm/año, tanque Clase A) × K pan (0,70) × β (0,75)
Área Requerida por Módulo (A_{camas}):
V anual 4.461.030 m3 / año A camas = = ≈ 2.832.400 m2 E neta 1.575 m / año (22)
A camas ≈ 283 hectáreas ( ha ) (23)
Superficie en régimen:
En régimen, 26,79 Mm³/año de salmuera se derivan a las camas de evaporación. Con la tasa conservadora de 1.575 mm/año:
A camas ≈ 26,79 × 10⁶ m³ / 1,575 m ≈ 1.700 ha (24)
El plano de implantación del distrito interior reserva 1.800,9 ha para las camas, con un margen del orden del 6 % sobre este cálculo.
Nota de diseño sobre el conservadurismo de E_neta: los 1.575 mm/año se derivan aplicando el coeficiente de tanque y la corrección de actividad del agua sobre una LÁMINA LIBRE. La circulación en lámina delgada sobre terrazas escalonadas mejora el coeficiente de transferencia de calor y masa respecto de una lámina profunda y quieta, de modo que la tasa efectiva de las camas será igual o superior a la aquí adoptada. El dimensionado es, por tanto, conservador por construcción, y así se declara en el parámetro C545 del modelo rector, que adopta este mismo valor.
La geometría escalonada no es una preferencia estética: resuelve simultáneamente los cuatro problemas que una balsa única de gran superficie plantea en este emplazamiento.
La cascada ordena la precipitación en tres tramos de concentración:
La partida de gestión de salmuera del modelo rector (09_Escala_A, fila 19) cubre la obra civil e hidráulica completa del sistema: DIQUES de contención y separación entre niveles, LINER DE PEAD (polietileno de alta densidad) que impermeabiliza cada terraza y protege el acuífero, la conformación de las TERRAZAS ESCALONADAS, y la red de BOMBEO Y DISTRIBUCIÓN que eleva la salmuera a cabecera para que el resto del recorrido sea GRAVITATORIO. No incluye la valorización química de las sales, que se presupuesta en sus propias líneas.
Tabla 1: Parámetros de diseño de las camas elevadas en cascada
Parámetro Valor Estimado Implicaciones Técnicas y Económicas
Superficie total en régimen ~1.800 ha Superficie evaporativa neta; se implanta por niveles siguiendo la pendiente natural, lo que acota el movimiento de tierras frente a un vaso único.
Revestimiento (Liner) Toda la superficie de terrazas Geomembrana PEAD por terraza. Es la partida crítica del presupuesto y la garantía frente a la salinización del acuífero.
Régimen hidráulico Lámina delgada, flujo gravitatorio Bombeo sólo a cabecera; el descenso entre niveles no consume energía.
Pérdidas por Deriva Acotadas Sin oleaje: la lámina delgada confinada entre diques limita el arrastre de gotas salinas hacia el parque fotovoltaico contiguo.
Calidad de la Sal Alta (fraccionada) Cada tramo de concentración entrega su sal por separado: yeso en cabecera, halita en el tramo medio, aguas madres a SOP en cola.
La evaporación concentra la salmuera y precipita sus sales en el orden de su solubilidad. Cada fracción tiene un destino dentro del clúster.
El cloruro sódico del tramo medio se lava hasta calidad industrial AG-10 (nodo Q01). Es el primer motor de caja del clúster: 47,86 MUSD/año de EBITDA con 34,76 MUSD de CAPEX, en operación desde el trimestre 12.
Una fracción de la salmuera saturada, purificada de magnesio y calcio, alimenta la ruta Solvay con amoníaco en bucle cerrado y CO₂ de la calcinación de la caliza de la cantera propia:
NaCl + NH₃ + CO₂ + H₂O → NaHCO₃ + NH₄Cl (27)
La reacción global es 2 NaCl + CaCO₃ → Na₂CO₃ + CaCl₂. La planta produce 16.498 t/año de carbonato sódico con 24.259 t/año de cloruro sódico (1,06 % de las aguas madres), 11.219 t/año de cal viva y 41,25 t/año de amoníaco de reposición; la calcinación libera 8.804 t/año de CO₂ frente a las 6.850 que exige la carbonatación. El licor de cloruro cálcico (17.275 t/año) vuelve a las camas. El carbonato alimenta el horno de vidrio y la extracción de alginato del kelp.
La electrodiálisis con membranas bipolares desdobla el cloruro sódico en sosa y ácido clorhídrico en corrientes líquidas, sin generar cloro gas. Su capacidad la limita el destino del ácido: el acondicionado de las membranas de la ósmosis inversa. Produce 1.432 t/año de sosa; el resto de la demanda de sosa del clúster (3.409 t/año en total) se cubre con un suministro de proximidad de 1.978 t/año.
El cloro activo de desinfección (72,48 t/año) se produce por electrocloración in situ, como hipoclorito sódico, con 0,33 GWh/año de consumo eléctrico.
Una vez precipitado el cloruro sódico, las aguas madres concentran magnesio y potasio. El magnesio se recupera como hidróxido por precipitación con lechada de cal y se calcina a magnesia para refractarios. El potasio se recupera como sulfato potásico libre de cloro, fertilizante de alto valor. El cloruro de magnesio es delicuescente por encima del 33 % de humedad relativa: su manipulación y almacenamiento se sitúan en el interior, con aire seco.
Los evaporadores de salmuera (ZLD) son el mayor consumidor del anillo de vapor: 12,00 de las 17,71 t/h de su demanda. El vapor procede del calor de los humos de los hornos de cal y vidrio y de la caldera de electrodos firme de 7,11 MW, y se utiliza en las etapas finales de cristalización y en el secado de las sales, donde la evaporación solar no alcanza la pureza requerida. La recompresión mecánica de vapor puede elevar la eficiencia de esas etapas.
Cerrar el balance de la salmuera no cierra por sí solo todos los flujos del sistema de desalación. Hay corrientes secundarias que el diseño identifica y que el modelo todavía no cuantifica:
Que el modelo no cuantifique estas corrientes no significa que no existan. Son trabajo pendiente para la ingeniería de detalle, junto con la demanda real de cada sal y su especificación comercial, que la valorización del §3.4 da por supuestas y que el Apéndice 10 analiza como riesgo de mercado.
Tabla resumen de datos clave
| Parámetro | Valor de diseño | Fuente o justificación |
|---|---|---|
| Salmuera de rechazo | 35,69 Mm³/año a 63,64 g/L | Balance de la ósmosis inversa (recuperación del 45 %) |
| Salmuera a camas de evaporación | 26,79 Mm³/año | Balance de salmuera en régimen |
| Evaporación de tanque adoptada | 3.000 mm/año | Conservadora frente a más de 3.200 mm/año en el interior |
| Evaporación neta de salmuera | ~1.575 mm/año | Coeficiente de tanque 0,7 y actividad del agua 0,75 |
| Superficie de camas en régimen | ~1.800 ha | Plano de implantación del distrito interior |
| Productos | Halita lavada, carbonato sódico, magnesia, sulfato potásico, yeso | Cristalización fraccionada y ruta Solvay |