Las navegaciones marítimas largas hacen que sea imprescindible el transporte de agua potable a bordo de un barco. La calidad del agua a bordo de una nave destinada a travesías largas fue, durante siglos, muy deficiente. Aunque el barco zarpara cargado con agua potable pura y cristalina, al cabo de poco tiempo, el agua se empezaba a corromper en algunos de los recipientes. Dejando de lado las necesidades diarias reales de agua de una persona a bordo, lo que se puede analizar son las cantidades indicadas en algunos documentos históricos.
El Desafío de la Hidratación en la Navegación
Dependiendo de las circunstancias ambientales y de la calidad de los alimentos sólidos ingeridos, una persona necesita una cierta cantidad diaria de agua para mantener un nivel de salud óptimo. Si se bebe menos, se produce la deshidratación del cuerpo en un grado más o menos perjudicial. El agua dulce, entendida como lastre, debía ser reemplazada por agua salada una vez consumida para tener una buena distribución y no poner en peligro la estabilidad del buque. Sin ningún tipo de tratamiento, el agua contenida en barriles se empezaba a deteriorar o corromper a partir del octavo día de travesía.
Métodos Tradicionales de Almacenamiento y Transporte de Agua
Otros dos sistemas fueron empleados tradicionalmente para complementar la cantidad de agua potable disponible: la recogida de agua de lluvia y la destilación de agua de mar en un alambique.
Odres y Ánforas: Los Primeros Contenedores Marítimos
Los remeros de una trirreme griega o romana llevaban agua en una bota de piel (odre) individual, unos veinte litros para tres días. Una de las maneras más antiguas de transportar líquidos serían los odres de piel de oveja empeguntada. En las zonas urbanas se usaban para contener vino, aceite o vinagre. Pero en casos de condiciones extremas, se empleaban para guardar el agua imprescindible. Un estudio sobre los antiguos barcos de remo indica la cifra de 20 litros de agua para tres días. El uso de ánforas para transportar líquidos y áridos en los barcos antiguos está muy documentado. Los numerosos hallazgos arqueológicos han permitido un estudio sistemático que hace posible clasificar el punto de fabricación y la época aproximada de una ánfora determinada. Es muy probable que parte del agua potable cargada en un barco mercante antiguo lo fuera en ánforas.
Botijas y Botas de Madera: Evolución en el Almacenamiento
Cuando menos oficialmente, las naves de la Carrera de Indias traían una tercera parte del agua potable en “botijas”. Las “botijas” o “botijas peruleras” eran un tipo de cántaros de forma casi esférica sin asas. Uno de los sistemas más usados durante siglos para transportar el agua potable de un barco estaba basado en las botas de madera. Las botas gordas (“toneles” o “toneles machos” en castellano) equivalían a llevas botas medianas (“pipas”). Los conceptos modernos de “tonelada” se basan en el “tonel macho”. Las botas medianas (“pipas” en castellano) cargaban 30 “arrobas”.
Las botas pequeñas eran imprescindibles cuando había que hacer aguada en una costa difícil. Hacía falta que fueran de dimensiones relativamente reducidas y que, llenas de agua, pudieran ser transportadas por un solo hombre. Las duelas son de roble o de castaño. Las tapas son de la misma madera que las duelas. Acostumbran a ir embogadas (entre listón y listón, se pone una tira de linde seco, para asegurar la estanqueidad). Los aros tradicionales eran de castaño o avellano. Durante siglos también se fabricaron de hierro (con el problema de la corrosión en ambiente marino).
Tratamientos y Conservación del Agua a Bordo
Para evitar la rápida deterioración del agua almacenada, se realizaron numerosos experimentos. El más extendido consistía en dar un tratamiento de cal viva a los recipientes. El año 1772, el capitán de barcos mercantes Jean Fret, siguiendo los consejos de un botero de Marsella, hizo encalar una bota para hacer la prueba. El sistema era sencillo: llenar la bota con agua dulce, echar dos puñados de cal viva y dejarla reposar una semana. Con este sistema, el agua de la bota se mantuvo en perfecto estado los seis meses que duró el viaje.
La capacidad de una bota se puede medir fácilmente de forma empírica.
La Destilación: Un Avance Crucial para la Navegación Larga
Obtener agua dulce a partir del agua de mar es un sistema teóricamente sencillo que, en la práctica, presenta muchas dificultades. En los primeros tiempos no fue así. Durante siglos, la calidad del agua a bordo de una nave destinada a travesías largas fue muy deficiente.
Primeros Alambiques y Evaporadores
Desde la antigüedad, debido a los primeros conocimientos del funcionamiento de la naturaleza y de la evaporación del agua, se cita un evaporador creado por Aristóteles. Este servía para obtener agua a través del agua de mar para ocasiones de máxima necesidad en alta mar, creando así el concepto de desalación. El año 1606, en una de sus expediciones de exploración, Pedro Fernández de Quirós llevaba un alambique para destilar agua de mar.
El año 1763, el doctor Mr. Poissonier, médico de la facultad de París, hace público un sistema propio para la destilación de agua de mar a bordo de navíos. En 1771, se menciona el método del Dr.
La Evolución de los Destiladores Marinos
Con el desarrollo de la máquina de vapor marina, sus calderas también requerían un suministro continuo de agua de alimentación. Las primeras calderas de vapor usaban agua de mar directamente, pero esto daba problemas con la acumulación de salmuera y escamas. Para 1865, el uso de un condensador de superficie mejorado permitía el uso de agua dulce, ya que el agua de alimentación adicional requerida era solo la pequeña cantidad necesaria para compensar las pérdidas, en lugar del total pasado a través de la caldera.
El sistema de destilación para el agua de alimentación de la caldera en este momento generalmente se denominaba evaporador, en parte para distinguirlo de un sistema separado o destilador utilizado para beber agua. Los sistemas separados se utilizaron a menudo, especialmente en los primeros sistemas, debido al problema de la contaminación de los lubricantes aceitosos en el sistema de agua de alimentación y debido a las capacidades muy diferentes requeridas en los buques más grandes. Con el tiempo, las dos funciones se combinaron y los dos términos se aplicaron a los componentes separados del sistema.
Como funciona un destilador por arrastre de vapor para extracción de esencias de plantas
El primer suministro de agua por destilación de vapor de caldera apareció en los primeros vapores de palas y usó una caja de hierro simple en las cajas de paletas, enfriada por salpicaduras de agua. Las primeras plantas de destilación que hervían un suministro de agua separado del de la caldera principal aparecieron alrededor de 1867. Estos no fueron calentados directamente por una llama, sino que tenían un circuito de vapor primario que usaba vapor de caldera principal a través de serpentines dentro de un tambor de vapor o evaporador. El destilado de este recipiente pasaba luego a un recipiente adyacente, el condensador de destilación. Como estos evaporadores utilizaban un suministro de agua de mar "limpia" directamente, en lugar de agua contaminada del circuito de la caldera, podían utilizarse para suministrar agua de alimentación y agua potable.
Principios de Funcionamiento de los Generadores de Agua Dulce Modernos
Los generadores de agua dulce (Fresh Water Generator o FWG) son sistemas comunes a bordo con el objetivo de obtener agua destilada a partir del agua de mar por una serie de procesos físico-químicos. El agua destilada tiene múltiples utilidades a bordo, desde emplearse como fluido de refrigeración (aguas técnicas) hasta agua sanitaria o potable, siempre que se trate posteriormente por medio de un mineralizador y un sistema de desinfección.
Los principios de funcionamiento de los generadores de agua dulce se sostienen en tres pilares importantes: presión, temperatura y calidad del agua. En los FWG, la presión es el parámetro más importante y el que permite obtener agua destilada a bordo. El agua se evapora a 100ºC a 1 atmósfera, pero si se reduce la presión, la temperatura de vaporización es menor. Esto permite evaporar agua de mar con un fluido térmico de 80ºC o incluso menos si el proceso se realiza en un espacio cerrado con vacío. La calidad del agua dependerá principalmente de la velocidad a la que se lleve a cabo el proceso de vaporación; una vaporación turbulenta producirá que el fluido obtenido contenga un índice de ppm de sales elevado.
El Proceso de Desalinización
Los procesos de desalinización a nivel industrial se fundamentan en la separación de agua dulce con un nivel de salinidad casi nulo a partir de agua salada del mar o aguas salobres, donde las sales acaban concentradas en la solución salmuera que será desechada y el agua dulce como producto aprovechable. El valor estándar de referencia de Sólidos Disueltos Totales (SDT) en el agua de mar es de 32000 mg/l (valor medio), es decir, el agua de mar contiene aproximadamente un 3,2% de sales disueltas.
La composición típica del agua de mar está constituida por varios tipos de sales, y su conocimiento es importante, ya que en función de la temperatura en el interior del generador de agua dulce, la solubilidad de cada una de las sales será diferente. Esto define la temperatura máxima de trabajo con el objeto de evitar formaciones indeseadas de incrustaciones y depósitos en los tubos de los intercambiadores de calor.
Tipos de Generadores de Agua Dulce en Buques
Existen diversos tipos de generadores de agua dulce empleados en buques:
Generador de Agua Dulce Evaporador Sumergido (Simple Efecto)
Estos sistemas son los más clásicos y empleados por su sencillez y fácil mantenimiento. Su uso es casi exclusivo de buques, ya que la cantidad de agua destilada producida es menor que la cantidad de vapor de calefacción empleada, es decir, su rendimiento térmico es muy bajo. Este generador consta de varios elementos clave:
- Sección del Evaporador: Formada por un intercambiador de placas o tubos, rodeado de agua salada en funcionamiento. Por él circula un fluido térmico que lleva al punto de ebullición al agua salada, produciendo vapor y salmuera.
- Recipiente de Separación: Separa la salmuera del vapor.
- Sección del Condensador: Consiste en una serie de placas de intercambio de calor alojadas en el recipiente de separación.
- "Demister" (Desnebulizador): Filtro separador para evitar que el vapor arrastre exceso de sales al condensador.
- Eyector (Salmuera/Vacío): Extrae salmuera y gases incondensables del recipiente separador.
- Bomba del Eyector: Bomba centrífuga que suministra agua de mar al condensador y al eyector para generar vacío.
- Bomba de Agua Dulce: Bomba centrífuga que extrae el agua producida y la bombea al tanque de agua dulce.
- Salinómetro: Comprueba continuamente la salinidad del agua producida.
- Panel de Control: Gestiona el arranque, parada y alarmas del sistema.
Generador de Agua Dulce Tipo Flash (Multietapa)
Este tipo de generador se basa en la instalación en serie de cámaras de evaporación con distintas presiones de vacío en cada una. La primera etapa es la de mayor presión y la última la de menor presión, produciendo una generación de agua dulce en cascada que mejora el rendimiento térmico.
El proceso sigue los siguientes pasos: el agua de mar fluye a través de los tubos de los intercambiadores de calor, donde se calienta. Continúa su flujo a través de un calentador donde recibe el calor necesario. A la salida del calentador, antes de entrar en la cámara de evaporación de la primera etapa, el agua de mar se encuentra sobrecalentada.
El "Efecto Flash" ocurre cuando un líquido a una cierta temperatura se despresuriza rápidamente por debajo de la presión de saturación correspondiente a dicha temperatura, provocando una evaporación instantánea. Este sistema multietapa se emplea generalmente en buques propulsados con turbinas de vapor.
Existen diferentes disposiciones para este sistema:
- Disposición Forward Feed: El agua de alimentación entra en la primera etapa (mayor temperatura). La salmuera restante pasa a la siguiente etapa. El flujo de alimentación y el de vapor van en el mismo sentido.
- Disposición Backward Feed: El agua de alimentación entra en la última etapa (menor temperatura y presión). La salmuera se mueve hacia etapas de mayor presión y temperatura, requiriendo bombas de salmuera entre etapas. El flujo de alimentación y el de vapor tienen sentidos opuestos.
- Disposición Parallel Feed: El agua de alimentación se divide y distribuye por igual a cada etapa.
Comparativa y Consideraciones Modernas
La operación de un evaporador representa un consumo costoso de vapor de la caldera principal, por lo tanto de combustible. Los evaporadores para un buque de guerra deben ser adecuados para suministrar las calderas a plena potencia cuando sea necesario. La variación del vacío bajo el cual funciona el evaporador y, por lo tanto, el punto de ebullición del agua de alimentación, puede optimizar la producción.
Una forma posterior de evaporador marino es el destilador flash. El agua de mar calentada se bombea a una cámara de vacío, donde "destella" convirtiéndose en vapor de agua pura. Éste se condensa para su uso posterior. Como el uso del vacío reduce la presión de vapor, el agua de mar solo necesita elevarse a una temperatura de 77 grados Celsius.
Los barcos con motor diésel no utilizan calderas de vapor como parte de su sistema de propulsión principal y, por lo tanto, es posible que no haya suministros de vapor disponibles para impulsar los evaporadores. Cuando no se dispone de suministro de vapor adecuado, en su lugar se utiliza un destilador de compresión de vapor. El agua de mar se bombea a un evaporador, donde se hierve mediante un serpentín de calentamiento. El vapor producido se comprime, elevando su temperatura. Este vapor calentado se utiliza para calentar los serpentines del evaporador.
Ósmosis Inversa: Una Alternativa Eficiente
La ósmosis inversa es primordial para muchos de los inconvenientes que imponen los tanques de agua. Este proceso es uno de los métodos más efectivos para suministrar agua dulce a bordo. Un sistema de ósmosis inversa ahorrará el peso y el espacio de los tanques de agua mientras produce agua dulce a bordo a pedido. A medida que el peso del barco disminuye, el barco simultáneamente ahorrará energía y combustible. Además, el espacio que normalmente utilizan los tanques de agua puede ocuparse para otros fines. El agua dulce que se produce también se puede utilizar para mantener el barco en sí.
Suministro de Agua para Buques: Gestión y Logística
El agua es un recurso indispensable a bordo de cualquier buque. El suministro de agua para buques no es tarea fácil y se gestiona de varias maneras:
- Servicios de Provisión en Puerto: Implica el uso de infraestructura portuaria para cargar agua dulce directamente al buque desde tierra.
- Barcazas de Suministro: En puertos donde el acceso directo a los muelles no es posible, las barcazas pueden transportar agua dulce desde tierra al buque.
- Plantas Desalinizadoras a Bordo: Algunos buques están equipados con plantas desalinizadoras que pueden convertir el agua de mar en agua dulce.
La cantidad de agua necesaria varía según el tamaño del buque, la duración del viaje, el número de personas a bordo y el uso específico del agua. La primera planta desalinizadora instalada en Europa fue en España, concretamente en la isla de Lanzarote en el año 1964.