TBM00990

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DISEÑO DE PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUA DE OSMOSIS INVERSA 
PARA LA EMPRESA DOBER OSMOTECH DE COLOMBIA LTDA. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
JOSE ALBERTO MORENO BENAVIDES 
 
 
 
 
 
 
 
UNIVERSIDAD AUTONOMA DE OCCIDENTE 
FACULTAD DE INGENIERIAS 
DEPATAMENTO DE AUTOMÁTICA Y ELECTRÓNICA 
PROGRAMA DE INGENIERIA MECATRONICA 
SANTIAGO DE CALI 
2011
 
DISEÑO DE PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUA DE OSMOSIS INVERSA 
PARA LA EMPRESA DOBER OSMOTECH DE COLOMBIA LTDA. 
 
 
 
 
 
 
 
JOSE ALBERTO MORENO BENAVIDES 
 
 
 Pasantía Institucional para optar por el título de 
Ingeniero Mecatrónico. 
 
 
Director 
 ANDRÉS NAVAS 
Ingeniero Mecatrónico 
 
 
 
 
 
 
UNIVERSIDAD AUTONOMA DE OCCIDENTE 
FACULTAD DE INGENIERIAS 
DEPARTAMENTO DE AUTOMÁTICA Y ELECTRÓNICA 
PROGRAMA DE INGENIERIA MECATRONICA 
SANTIAGO DE CALI 
2011
3 
 
Nota de aceptación: 
Aprobado por el comité de grado 
en cumplimiento de los requisitos 
exigidos por la Universidad 
Autónoma de Occidente para optar 
al título de Ingeniero Mecatrónico. 
 
 
 
JESUS ALFONSO LOPEZ 
 
Jurado 
 
 
 
BERNARDO SABOGAL 
 
Jurado 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Santiago de Cali, 9 de agosto de 2011 
 
 
4 
 
AGRADECIMIENTOS 
 
 
YHVH por darme la vida y ser mi sustento de cada día. 
 
A mis padres y mis hermanos por su invaluable amor y apoyo constante. 
 
A mi tutor, Andrés Navas, por sus aportes académicos al desarrollo y culminación 
de esta investigación y a Alberto De la Torre, gerente de la empresa DOBER 
OSMOTECH DE COLOMBIA LTDA., por permitirme hacer de ese espacio el lugar 
propicio para mi crecimiento académico y profesional. 
 
5 
 
CONTENIDO 
pág. 
RESUMEN 16 
INTRODUCCION 17 
1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA 18 
2. JUSTIFICACION 19 
3. ANTECEDENTES 20 
3.1 PLANTAS DE OSMOSIS INVERSA A NIVEL INTERNACIONA L 20 
3.2 PLANTAS DE OSMOSIS INVERSA A NIVEL NACIONAL 21 
3.3 PLANTAS DE TRATAMIENTO DE AGUA DIFERENTES DEL P ROCESO 
DE OSMOSIS INVERSA 21 
 
4. MARCO TEORICO 23 
4.1 SOLVENTE 23 
4.2 SOLUTO 23 
4.3 SOLUCIÓN 23 
4.4 DIFUSIÓN 23 
4.4.1 Tasa de difusión 24 
4.4.2 Gradiente de concentración 24 
4.4.3 Ley de Fick de la difusión 25 
4.5 OSMOSIS 25 
4.5.1 Presión osmótica 26 
4.6 OSMOSIS INVERSA 27 
4.6.1 Principio de Operación de la Osmosis inversa 28 
4.6.2 Componentes de la osmosis inversa 28 
4.6.3 Características de las membranas semi-permeab les 28 
4.6.4 Características de la osmosis inversa 29 
4.6.5 Aplicaciones Osmosis inversa 29 
6 
 
4.7 PROCESO DE PRE-TRATAMIENTO QUE ANTECEDE EL PROC ESO DE 
OSMOSIS INVERSA 29 
4.8 FILTROS DE PRE – TRATAMIENTO DE OSMOSIS INVERSA 30 
4.8.1 Filtro de sedimento 30 
4.8.2 Filtro de arena 30 
4.8.3 Filtro carbón activado 30 
4.8.4 Suavizador 31 
4.9 NORMAS OFICIALES PARA LA CALIDAD DE AGUA EN COL OMBIA 32 
4.9.1 Requisitos características físicas 32 
4.9.2 Requisitos características químicas 33 
4.10 AUTOMATIZACIÓN 33 
5. OBJETIVOS 34 
5.1 OBJETIVO GENERAL 34 
5.2 OBJETIVOS ESPECIFICOS 34 
6. PROCESO DE PLANEACION DEL PRODUCTO 35 
6.1 ESTUDIO DE MERCADO 35 
6.2 SEGMENTO DE MERCADO 35 
7. PLANTEAMIENTO DE LA MISION 36 
7.1 DESCRIPCION DEL PRODUCTO 36 
7.2 PRINCIPALES OBJETIVOS DE MARKETING 36 
7.3 MERCADO PRIMARIO 36 
7.4 MERCADO SECUNDARIO 37 
7.5 PREMISAS Y RESTRICCIONES 37 
7.6 PARTES IMPLICADAS 37 
8. LISTA DE NECESIDADES DEL CLIENTE 38 
9. METRICAS Y SUS UNIDADES 39 
10. Q.F.D 41 
10.1 NECESIDADES VS. REQUERIMIENTOS. 41 
10.2 RELACION DE LOS REQUERIMIENTOS. 42 
7 
 
10.3 NECESIDADES CON RESPECTO A LOS COMPETIDORES. 4 3 
10.4 REQUERIMIENTOS CON RESPECTO A LOS COMPETIDORES. 44 
11. ANALISIS DE LAS NECESIDADES Y REQUERIMIENTOS 45 
12. GENERACION DE CONCEPTOS 49 
12.1 DESCOMPOSICION FUNCIONAL 49 
12.2 SUBFUNCIONES 49 
12.3 CONCEPTOS GENERADOS 50 
12.3.1 Alternativas de diseño 53 
12.4 SELECCIÓN DE CONCEPTOS 54 
12.5 ANALISIS DE LOS RESULTADOS 56 
12.6 SELECCIÓN DETALLADA DE CONCEPTOS 57 
13. TIPO DE ARQUITECTURA 58 
13.1 ARQUITECTURA DEL PRODUCTO 58 
13.2 ARQUITECTURA ELECTRONICA 59 
13.3 ARQUITECTURA MECANICA 59 
13.4 PROCESO QUIMICO 60 
13.5 FUNCIONALIDAD DE CADA ELEMENTO FISICO 61 
13.6 INTERACCION ENTRE MODULOS 62 
14. PROTOTIPADO 63 
14.1 CONSIDERACIONES DE DISEÑO 63 
14.1.1 Especificaciones para el diseño de la planta . 64 
14.1.2 Ecuaciones matemáticas a tener en cuenta 65 
14.1.3 Calculo de cantidad de salmuera por suavizad or 66 
14.1.4 Análisis de motobombas 66 
14.2 DISEÑO TANQUE DE ARENA 67 
14.2.1 Datos obtenidos 68 
14.2.2 Prototipo 3D 68 
14.3 DISEÑO TANQUE DE CARBON ACTIVADO 69 
14.3.1 Datos obtenidos 69 
14.3.2 Prototipo 3D 70 
8 
 
14.4 DISEÑO TANQUE DE SUAVIZADOR 70 
14.4.1 Datos obtenidos 72 
14.4.2 Prototipo 3D 72 
14.5 DISEÑO TANQUE DE SALMUERA 73 
14.5.1 Datos obtenidos. 73 
14.5.2 Prototipo 3D. 74 
14.6 DISEÑO TANQUES DE ALMACENAMIENTO 74 
14.6.1 Datos obtenidos 75 
14.6.2 Prototipo 3D 75 
14.7 DISEÑO TUBERIAS DE LA PLANTA 75 
14.7.1 Datos obtenidos. 76 
14.7.2 Prototipo 3D 76 
14.8 DISEÑO DE COLECTORES 77 
14.8.1 Prototipo 3D 77 
14.9 PROTOTIPO 3D INSTRUMENTACION 77 
14.9.1 Válvulas 77 
14.9.1.1 Prototipo 3D Válvulas electrónicas 78 
14.9.1.2 Prototipo 3D válvula manual 78 
14.9.2 Motobomba 78 
14.9.2.1 Prototipo 3D motobomba pre-tratamiento 78 
14.9.2.2 Prototipo 3D bomba de alta para osmosis in versa 79 
14.10 PROTOTIPO 3D PLANTA PRE-TRATAMIENTO DE AGUA 7 9 
14.11 DISEÑO PLANTA OSMOSIS INVERSA 80 
14.11.1 Membranas semipermeables. 82 
14.11.2 Carcaza. 83 
14.12 PROTOTIPO 3D PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUA DE OSMOSIS 
INVERSA TOTAL. 83 
14.13 PROTOTIPO A ESCALA. 85 
14.13.1 Resultados obtenidos 87 
15. DISEÑO PLC 88 
15.1 OPERACIÓN AUTOMATICA 89 
15.2 OPERACIÓN MANUAL 90 
9 
 
15.3 FUNCIONAMIENTO SENSORES. 91 
15.4 PROCESO PRE-TRATAMIENTO 92 
15.5 INTERFAZ GRAFICA (DATA PANEL) 92 
16. DISEÑO PARA MANUFACTURA 94 
16.1 SELECCIÓN DE COMPONENTES. 94 
16.1.1 Válvulas Motorizadas 94 
16.1.2 Bomba Centrifuga 94 
16.1.2.1 Calculo de la altura manométrica total 95 
16.1.2.2 Calculo de las pérdidas de carga (Pc) 95 
16.1.3 Tanques de almacenamiento 95 
16.1.4 Lechos filtrantes 95 
16.1.5 Tuberías 95 
16.1.6 Control y automatización 95 
16.1.7 Sensores 95 
16.1.8 Planta de osmosis inversa 95 
16.2 PARTES IMPLICADAS DEL PROCESO Y SUS RESPECTIVOS 
PRECIOS 96 
 
17. RESULTADOS OBTENIDOS 97 
18. CONCLUSIONES 101 
BIBLIOGRAFIA 103 
ANEXOS 105 
 
 
 
 
 
 
10 
 
LISTA DE CUADROS 
Pág. 
Cuadro 1. Lista de las necesidades del cliente con su importancia 38 
Cuadro 2. Lista de necesidad, requerimiento y métri cas 39 
Cuadro 3. Principales alternativas de diseño 53 
Cuadro 4. Método estructurado de matriz de selecció n 54 
Cuadro 5. Selección detallada de conceptos 57 
Cuadro 6. Arquitectura del producto 58 
Cuadro 7. Funcionalidad y relación de elementos fís icos 61 
Cuadro 8. Especificaciones para el desarrollo del d iseño 64 
Cuadro 9. Materiales más usados para los tanques de la planta 65 
Cuadro 10. Principales medidas del tanque de arena 67 
Cuadro 11. Datos obtenidos del filtro de arena 68 
Cuadro 12. Principales medidas del tanque de carbón activado 69 
Cuadro 13. Datos obtenidos del filtro de carbón act ivado 69 
Cuadro 14. Principales medidas del tanque de suaviz ador 70 
Cuadro 15. Datos obtenidos del suavizador 72 
Cuadro 16. Principales medidas del tanque de salmue ra 73 
Cuadro 17. Conversión de GPM a LPD para Pre tratami ento 75 
Cuadro 18. Conversión de GPM a LPD general de la pl anta 75 
Cuadro 19. Datos obtenidos del análisis las tubería s 76 
Cuadro 20. Concepto seleccionado 97 
Cuadro 21. Partes involucradas en la planta 98 
11 
 
Cuadro 22. Especificaciones de diseño 99 
Cuadro 23. Medidas obtenidas 99 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
12 
 
LISTA DE FIGURAS 
pág. 
Figura 1. Difusión de moléculas 23 
Figura 2. Difusión con membrana permeable25 
Figura 3. Proceso natural de osmosis 26 
Figura 4. Presión Osmótica en proceso de osmosis 27 
Figura 5. Fenómeno de Osmosis inversa 28 
Figura 6. Pre-tratamiento de osmosis inversa 29 
Figura 7. Necesidades Vs. Requerimientos 41 
Figura 8. Relaciones de los diferentes requerimient os 42 
Figura 9. Benchmarking de las necesidades 43 
Figura 10. Benchmarking de los requerimientos 44 
Figura 11. Importancia dada a cada necesidad en QFD 45 
Figura 12. Porcentajes de los requerimientos de QFD 45 
Figura 13. Comparación de Benchmarking de las neces idades 46 
Figura 14. Porcentaje que diferentes empresas le d an a las necesidades 48 
Figura 15. Benchmarking de los requerimientos 48 
Figura 16. Caja negra del sistema 49 
Figura 17. Descomposición funcional del sistema 50 
Figura 18. Comparación de la evaluación de concepto s 56 
Figura 19. Arquitectura electrónica 59 
Figura 20. Arquitectura Mecánica 60 
Figura 21. Proceso químico de pre-tratamiento de ag ua 61 
13 
 
Figura 22. Interacción entre módulos de elementos f ísicos 62 
Figura 23. Diferentes prototipos a desarrollar 63 
Figura 24. Volumen de un cono 66 
Figura 25. Prototipo 3D filtro de arena 68 
Figura 26. Prototipo 3D filtro de carbón activado 7 0 
Figura 27. Prototipo 3D suavizador 72 
Figura 28. Prototipo 3D tanque salmuera 74 
Figura 29. Prototipo 3D tanque almacenamiento 75 
Figura 30. Prototipo 3D Tuberías 76 
Figura 31. Prototipo 3D Colectores 77 
Figura 32. Prototipo 3D Electro-válvulas 78 
Figura 33. Prototipo 3D Válvula manual 78 
Figura 34. Prototipo 3D Motobomba del proceso 79 
Figura 35. Prototipo 3D Motobomba de alta de osmosi s inversa 79 
Figura 36. Prototipo 3D planta del proceso de pre-t ratamiento 80 
Figura 37. Esquemático proceso Osmosis inversa 81 
Figura 38. Primer prototipo 3D proceso osmosis inve rsa 81 
Figura 39. Segundo prototipo 3D proceso osmosis inv ersa 82 
Figura 40. Prototipo 3D Membrana semipermeable 82 
Figura 41. Prototipo 3D carcaza de las membranas se mipermeables 83 
Figura 42. Prototipo 3D Planta de osmosis inversa 8 4 
Figura 43. Prototipo a escala PLC 85 
Figura 44.Prototipo a escala en funcionamiento 86 
Figura 45.Prototipo a escala como piloto de prueba 86 
14 
 
Figura 46.Prototipo a escala vista isométrica 87 
Figura 47. Diagrama de flujo del funcionamiento aut omático 89 
Figura 48. Diagrama de flujo del funcionamiento man ual 90 
Figura 49. Diagrama de flujo para visualización de los sensores 91 
Figura 50. Interfaz gráfica general del Data panel siemens 92 
Figura 51. Interfaz gráfica con variación de tiempo s 93 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
15 
 
LISTA DE ANEXOS 
pág. 
Anexo A. Manual de usuario 105 
Anexo B. Características físicas del agua potable 1 17 
Anexo C. Concentración de elementos permitidos en e l agua potable 118 
Anexo D. Calculo de la altura manométrica total 119 
Anexo E. Calculo de las pérdidas de carga (Pc) 120 
Anexo F. Características y especificaciones del equ ipo Osmosis inversa 122 
Anexo G. Partes implicadas en el proceso con sus re spectivos precios 123 
Anexo H. Datasheet sensor de Nivel - CN5R 128 
Anexo I. Datasheet sensor de caudal - FS200 129 
Anexo J. Datasheet sensor de TDS - MiniChem TDS 131 
Anexo K. Datasheet motobomba – CPH 10 133 
Anexo L. Datasheet válvula motorizada - EATB1150STE 135 
 
 
 
 
 
 
 
16 
 
RESUMEN 
 
Se estudiaron las principales necesidades generadas en el proceso de las plantas 
de tratamiento de agua de osmosis inversa en la empresa DOBER OSMOTECH 
DE COLOMBIA LTDA., con lo cual se realizaron diferentes conceptos que suplían 
dichas necesidades. 
Se analizaron los diferentes conceptos desarrollados, con el fin de escoger el más 
adecuado para las plantas de osmosis inversa. 
Se desarrollaron simulaciones y prototipos para la automatización y desarrollo de 
las plantas de osmosis inversa, todo esto con el fin de lograr obtener de manera 
precisa y dinámica un modelo de la planta finalizada, con su respectivo 
funcionamiento. 
Todo el proceso de automatización se realizó por medio de tecnologías y 
programación PLC y el proceso de diseño por medio de herramientas CAD 
Se elaboró un diseño Mecatrónico de las plantas de osmosis inversa, incluyendo 
todas las etapas de filtrado y tratamiento de agua, para la empresa DOBER 
OSMOTECH DE COLOMBIA LTDA., apoyándose en la metodología estructurada 
aprendida en el curso de diseño mecatrónico de la universidad autónoma de 
occidente. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
17 
 
INTRODUCCION 
 
Tales de Mileto, un filósofo griego del siglo V a.C., afirmó que el agua era la 
sustancia original de donde se generaban todas las demás cosas. Hoy en día 
sabemos que eso no es del todo cierto, pero si sabemos a ciencia cierta que el 
agua es un elemento vital para el desarrollo de la vida e indispensable en diversos 
sectores laborales, tales como la agricultura, las industrias, la producción de 
alimentos y bebidas para el consumo humano, entre muchas otras más. 
 
Actualmente, el papel que cumple el agua en las industrias tiene gran importancia, 
ya que estas, usan un porcentaje considerable del agua mundial en procesos tales 
como la refrigeración, evaporación, como disolvente, como complemento para sus 
productos, como agua potable para el uso diario de los empleados, entre otros. 
Ahora bien, es necesario tener en cuenta, que para obtener el máximo 
aprovechamiento del agua en dichos procesos, se debe necesariamente pasar por 
técnicas de tratamiento y filtración que permiten lograr purificar, potabilizar e 
incluso modificar características internas del agua a utilizar. 
 
Entre las etapas de tratamiento y filtración de agua más comunes, encontramos 
filtraciones de arena, filtraciones de carbón activado, suavizadores, procesos de 
micro-filtración y el proceso de osmosis inversa, siendo este último uno de los 
medios más empleados actualmente para el tratamiento físico - químico que se le 
da al agua a nivel industrial. 
 
El tratamiento de osmosis inversa es un proceso de purificación de agua, en el 
cual se combinan factores como presión y permeabilización con el fin de separar 
partículas indeseadas del agua, y lograr obtener agua potable, pura y ultra pura, 
según sea la necesidad. Este proceso tiene grandes aplicaciones industriales y 
comerciales, entre las más comunes esta la desalinización de agua de mar para 
convertirla en agua potable, la reducción de sólidos disueltos para la alimentación 
en procesos con calderas o sistemas de vapor, la separación y eliminación de 
virus para las industrias farmacéuticas, entre muchas aplicaciones más. 
 
 
 
 
 
 
18 
 
 
1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA 
 
Actualmente, se desarrollan diferentes tipos de plantas de tratamiento de agua de 
osmosis inversa con distintas capacidades de producción y tecnologías usadas en 
la empresa DOBER OSMOTECH DE COLOMBIA LTDA., las plantas más 
vendidas anteriormente eran los sistemas de osmosis inversa, con una capacidad 
de producción de agua ultra pura no muy alta y completamente mecánicas; en 
este momento se desarrollan plantas con diferentes capacidades de producción y 
con un control semiautomático del proceso, esto quiere decir que algunas etapas 
del tratamiento se desarrollan automáticamente mientras que otras requieren de 
los conocimientos de algún operador para su correcto funcionamiento. Hoy por 
hoy se está en el proceso de desarrollar plantas completamente automatizadas, 
con el fin de generar competitividad en el mercado nacional e internacional y lograr 
mayor eficiencia en el proceso. 
 
Existe la necesidad de diseñar un sistema Mecatrónico de plantas de osmosis 
inversa, incluyendo todas las etapas de pre-tratamiento de agua, completamente 
automatizado, en donde se aumente la producción de las plantas al máximo, se 
generen las mayores ganancias posibles y se conciba un sistema capaz de 
competir en el mercado nacional gracias a su eficiencia y eficacia.Es importante mencionar que las plantas mecánicas o semiautomáticas 
desarrolladas actualmente generan una pérdida de tiempo para el operario 
encargado y una ineficiencia en el proceso para la empresa, es allí donde se hace 
latente la necesidad de desarrollar plantas completamente automatizadas. 
 
A partir del planteamiento anterior, se genera la pregunta a estudiar y es, ¿Cuál 
sería un diseño óptimo para una planta de osmosis inversa que aumente la 
eficiencia y eficacia en el proceso de tratamiento de agua? 
 
 
 
 
 
 
 
19 
 
2. JUSTIFICACION 
 
La automatización de procesos es una manera de optimizar algún tipo de 
actividad, donde se busca la realización de una tarea con la mayor productividad 
posible, el mejor rendimiento y las más altas ganancias a lograr. 
 
Sobre este contexto, lo que se busca con este proyecto es diseñar un sistema que 
permita automatizar todo el proceso de tratamiento de agua de osmosis inversa, 
incluyendo todas las etapas de filtración, como lo son filtros de arena, carbón y 
suavizador, con el fin de optimizar las plantas desarrolladas actualmente por la 
empresa DOBER OSMOTECH DE COLOMBIA LTDA., y generar competitividad 
nacional, máxima producción de las plantas y factores tecnológicos que hagan el 
proceso más eficiente a la hora de su operación y producción. 
 
A demás es necesario incursionar en las principales necesidades presentes en 
las plantas de tratamiento de agua de osmosis inversa desarrolladas por la 
empresa DOBER OSMOTECH DE COLOMBIA LTDA., y no solamente tener en 
cuenta el factor tecnológico, sino también factores tan primordiales en el mercado 
actual, como lo son el medio ambiente, la calidad, los costos y la opinión del 
cliente. 
 
Es importante aclarar, que existen diferentes procesos industriales que realizan la 
misma operación que las plantas de osmosis inversa, por lo cual se desea 
desarrollar un diseño agradable, rentable y competitivo de dicha planta, para que 
la producción sea la máxima, y los costos invertidos, recuperables en un mediano 
tiempo. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
20 
 
3. ANTECEDENTES 
 
La osmosis inversa es un proceso que permite concentrar o eliminar 
contaminación de una solución liquida, normalmente agua, mediante la aplicación 
de una presión determinada, a través de una o varias membranas 
semipermeables que separa una solución contaminada de la solución limpia o 
purificada. 
 
Esta técnica, aplicada al agua permite separar un 95% de las sales y en aguas 
residuales permite eliminar color, solidos disueltos, carga orgánica, 
microorganismos, Y concentrar ácidos y bases. 
 
Las principales aplicaciones de la osmosis inversa a nivel industrial, es la 
desalinización de agua de mar, la obtención de agua pura y ultra pura, el 
tratamiento de aguas residuales y la potabilización del agua. 
 
Existen diferentes métodos para obtener la desalinización del agua de mar y la 
obtención de agua pura y ultra pura, la osmosis inversa es el método más usado, 
pero también se pueden realizar mediante los procesos de micro-filtración, 
destilación, congelación, evaporación relámpago, destilación repetida, entre 
otros; los cuales son bastante costosos en términos de energía eléctrica utilizada 
y no se obtienen los mismos resultados en términos de filtración de partículas. 
 
De acuerdo a los diferentes métodos existentes para la obtención de las mismas 
aplicaciones de la osmosis inversa, se realiza una descripción de los 
antecedentes, no solo de las plantas de osmosis inversa actuales, sino también de 
otros métodos, que tienen una aplicación importante en el campo industrial. 
 
3.1 PLANTAS DE OSMOSIS INVERSA A NIVEL INTERNACIONA L 
 
- PURE AQUA, Inc. “ water treatment and reverse osmosis systems” 
Estados Unidos, CA, Santa Ana. 
Pure Aqua, Inc. es una empresa pionera en Estados unidos, en la desalinización 
del agua de mar, presentan plantas de osmosis inversa de diferentes capacidades 
de producción, y con tecnología completamente automatizadas. 
 
- AMPAC USA “Advanced water treatment systems” 
Estados Unidos, CA, Northridge. 
AMPAC, es una empresa con los mejores tratamientos y la más alta calidad de 
agua procesada, tiene diferentes procesos y plantas de tratamiento de agua, tales 
como filtros de agua, sistemas de desalinización, osmosis inversa residenciales, 
comerciales e industriales. 
 
21 
 
- UNITEK 
Argentina, mar de Plata. 
Es una compañía que desde 1993 desarrolla proyectos de ingeniería y produce 
sistemas de alta tecnología para el reúso y tratamiento de aguas. Diseña, fabrica y 
comercializa equipos con una concepción tecnológica de última generación que 
permite optimizar las características físicas, químicas o microbiológicas del agua. 
 
- LENNTECH “Water treatment solutions” 
Holanda, Rotterdam. 
Lenntech proporción todo tipo de soluciones a problemas de tratamiento de aguas 
desde aplicaciones domesticas hasta proyecto llave en mano de plantas 
industriales de 5000m3/día, incluyendo plantas de osmosis inversa. 
 
3.2 PLANTAS DE OSMOSIS INVERSA A NIVEL NACIONAL 
 
- DOBER OSMOTECH de Colombia Ltda. 
Colombia, Cali. 
Empresa fundada el 22 de noviembre de 1982, con el ánimo de prestar servicio de 
ventas, Ingeniería, diseño, construcción y asesoría. Inició sus operaciones de 
importación y venta desde esa fecha. 
Desarrolla plantas de tratamiento de agua y de osmosis inversa, para procesos de: 
calderas, evaporadores, sistemas de enfriamiento cerrados o abiertos, entre otros. 
Empresa que se destaca por su alto nivel de eficiencia y eficacia en el desarrollo 
de las plantas de tratamiento de agua y de sus productos químicos para las 
industrias. 
 
- Ignacio Gómez IHM S.A 
Colombia, Bogotá. 
Empresa líder en Colombia y en el grupo Andino en la fabricación de motobombas 
y equipos de presión. Comercializamos motores, plantas de tratamiento de agua, 
plantas eléctricas y compresores de las más prestigiosas marcas del mundo. 
Manejamos los más altos estándares de calidad ISO 9001/2000. 
 
3.3 PLANTAS DE TRATAMIENTO DE AGUA DIFERENTES DEL P ROCESO DE 
OSMOSIS INVERSA 
 
- LENNTECH “Wáter treatment solutions” 
Holanda, Rotterdam. 
Lenntech proporciona todo tipo de soluciones a problemas de tratamiento de 
aguas, desde aplicaciones domésticas hasta proyectos llave en mano de plantas 
industriales. Producción de plantas de micro filtración y destilación. 
 
 
 
 
22 
 
- ACSA “Aerogeneradores canarios, S.A” 
España, islas canarias 
Se creó el 23 de diciembre de 1985, con el objetivo inicial de desarrollar su 
actividad en el campo de la energía eólica de media potencia. También se 
desarrollan plantas desalinizadoras por medio de membranas. 
 
- AMPAC USA “Advanced water treatment systems” 
Estados Unidos, CA, Northridge. 
AMPAC, es una empresa con los mejores tratamientos y la más alta calidad de 
agua procesada de osmosis inversa, también tiene diferentes procesos y plantas 
de tratamiento de agua, tales como filtros de agua y sistemas de desalinización. 
 
- ACQUA MATTER “Agua de calidad” 
España, Valencia 
Empresa que nace como respuesta a la demanda creciente por consumir agua de 
calidad de forma práctica y a bajo coste. Es una joven empresa especializada en 
la investigación y comercialización de equipos de ósmosis inversa, destiladoras y 
filtros para el tratamiento integral del agua, obteniendo a través de estos sistemas, 
agua de alta calidad. 
 
- LAMIK S.A 
España, Zarautz 
Actualmente Lamik es una empresa de Ingeniería del Agua con clara orientación y 
vocación de dar soluciones a las necesidades que los clientes plantean, siempre 
en torno al agua con independencia de su procedencia. Se usan procesos de 
depuración y micro filtraciones para el tratamiento de agua. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
23 
 
4. MARCO TEORICO 
 
Para comprender detalladamente el proceso de osmosis inversa, es necesario 
entender principios físico-químicos básicos y cada una de las etapas de pre 
tratamiento del agua. 
 
4.1 SOLVENTESustancia que permite la dispersión de otra en su seno, es la sustancia presente 
en mayor cantidad de la solución, el solvente más comúnmente usado es el agua. 
 
4.2 SOLUTO 
 
Es la sustancia presente en menos cantidad de la solución (aunque existen 
excepciones), esta sustancia se encuentra disuelta en un determinado disolvente. 
 
4.3 SOLUCIÓN 
 
Es la mezcla normalmente homogénea de dos o más sustancias. La solución 
expresa la relación de la cantidad de soluto a la cantidad de solvente. 
 
4.4 DIFUSIÓN 
 
La difusión se refiere al proceso mediante el cual las moléculas se mezclan, como 
resultado de su energía cinética del movimiento aleatorio. Considere la posibilidad 
de dos contenedores de gas o líquido A y B separados por un tabique. Las 
moléculas de ambos gases o líquidos están en constante movimiento y hacen 
numerosas colisiones con la partición. Si la partición se ha eliminado como en la 
figura 1, los gases o líquidos se mezclan debido a las velocidades al azar de sus 
moléculas. 
 
Figura 1. Difusión de moléculas 
 
 
 
24 
 
La tendencia a la difusión es muy fuerte, incluso a temperatura ambiente debido a 
las altas velocidades moleculares asociadas con la energía térmica de las 
partículas. 
El fenómeno de la difusión molecular conduce finalmente a una concentración 
completamente uniforme de sustancias a través de una solución que inicialmente 
pudo haber sido no uniforme. 
 
4.4.1 Tasa de difusión. Como la energía cinética media de los diferentes tipos 
de moléculas (masas diferentes) que están en equilibrio térmico es el mismo, a 
continuación, sus velocidades medias son diferentes. Su tasa de difusión 
promedio se espera dependa de la velocidad promedio, lo que da una tasa de 
difusión en relación con: 
 
 
Donde la constante K depende de factores geométricos incluyendo las zonas a 
través de las cuales la difusión se está produciendo. La tasa de difusión relativa de 
dos especies moleculares diferentes se da entonces por: 
 
 
 
4.4.2 Gradiente de concentración. La diferencia de concentraciones (∆C), es 
la diferencia entre las concentraciones de dos soluciones diferentes, es decir: 
 
∆C= C2 – C1 
 
La distancia de separación entre las dos soluciones se la llama ∆X, siendo en este 
caso, el espesor de la membrana, y el gradiente de concentración de difusión, el 
cual es la relación entre la variación de concentración y la separación de las dos 
soluciones , es igual a: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
25 
 
Figura 2. Difusión con membrana permeable 
 
 
 
 
4.4.3 Ley de Fick de la difusión. De acuerdo a la figura 2, la ley de Fick nos 
dice que el flujo de soluto que atraviesa la membrana es proporcional al gradiente 
de concentración pero en sentido contrario. Todo esto está multiplicado por una 
constante D llamada constante de difusión o constante de Fick. 
 
 
 
 
4.5 OSMOSIS 
 
La osmosis en un proceso natural donde el solvente, principalmente agua, fluye a 
través de una membrana semi-permeable, lo que significa que solo deja pasar las 
moléculas más pequeñas de solvente, de una solución con una baja concentración 
de sólidos disueltos a una solución con una alta concentración de sólidos 
disueltos. El solvente, fluye a través de la membrana hasta que la concentración 
se iguale en ambos lados de la membrana. 
 
 
 
 
 
 
 
26 
 
Figura 3. Proceso natural de osmosis 
 
 
 
Fuente: Transporte de materiales a través de membranas plasmáticas [en línea]. 
San José (Costa Rica): FisicaZone, 2011. [Consultado el 1 noviembre, 2010]. 
Disponible en internet: http://fisicazone.com/transporte-de-materiales-a-traves-de-
las-membranas-plasmaticas/ 
 
La ósmosis es de gran importancia en procesos biológicos, donde el solvente es 
agua. La energía que impulsa el proceso suele ser discutido en términos de 
presión osmótica. 
 
4.5.1 Presión osmótica. Esa especie de impulso de la naturaleza que obliga al 
líquido a pasar de un lado al otro se llama presión osmótica. A la presión osmótica 
se la simboliza con la letra (PI).El valor de se calcula con la Ecuación de Van't 
Hoff: 
 
 
 
Dónde: 
C1 – C2 = Diferencia de concertaciones 
R = 0.082 Constante de los gases ideales (litros x atm / Kelvin x Mol) 
T = Temperatura absoluta (grados Kelvin) 
 
Se puede visualizar fácilmente como interactúa la presión osmótica en el proceso 
de osmosis, en la figura 4: 
 
 
 
27 
 
Figura 4. Presión Osmótica en proceso de osmosis 
 
Fuente: KUCERA, Jane. Reverse Osmosis. Industrial applications and processes. 
1 ed. New Jersey: WILEY, 2010. 383 p. 
 
4.5.2 Medición de la presión osmótica. Un enfoque para la medición de la 
presión osmótica es medir la cantidad de presión hidrostática necesaria para evitar 
la transferencia de líquido por ósmosis. 
 
4.6 OSMOSIS INVERSA 
 
La osmosis inversa es el proceso en el cual se aplica una presión mayor a la 
presión osmótica, esta presión es ejercida en el compartimiento que contiene la 
más alta concentración de sólidos disueltos. Esta presión obliga al agua a pasar 
por la membrana semi-permeable en dirección contraria al del proceso natural de 
osmosis. 
 
Para poder purificar el agua necesitamos llevar a cabo el proceso contrario al de 
ósmosis convencional, es lo que se conoce como Ósmosis Inversa. Se trata de un 
proceso con membranas, en el cual se aplica una presión mayor a la presión 
osmótica, esta presión es ejercida en el compartimiento que contiene la más alta 
concentración de sólidos disueltos. Esta presión obliga al agua a pasar por la 
membrana semi-permeable en dirección contraria al del proceso natural de 
osmosis, dejando las impurezas detrás. La permeabilidad de la membrana puede 
ser tan pequeña, que prácticamente todas las impurezas, moléculas de la sal, 
bacterias y los virus, son separados del agua. 
 
 
 
 
 
 
28 
 
 
 
Figura 5. Fenómeno de Osmosis inversa 
 
 
4.6.1 Principio de Operación de la Osmosis inversa. El solvente pasa 
espontáneamente de una solución menos concentrada a otra más concentrada a 
través de una membrana semipermeable, pero al aplicar una presión mayor que la 
presión osmótica a la solución más concentrada, el solvente comenzara a fluir en 
el sentido inverso, el flujo del solvente depende de: 
 
- Presión aplicada 
- Presión Osmótica aparente 
- Área de la membrana presurizada 
 
4.6.2 Componentes de la osmosis inversa 
 
- Membrana Semi-permeable 
- Tubos de Presión conteniendo la membrana 
- Bomba generadora presión 
- Válvulas reguladoras de control 
- Contenedores del permeado 
 
4.6.3 Características de las membranas semi-permeab les. Una membrana 
semipermeable, también llamada membrana selectivamente permeable, es una 
membrana que permitirá que ciertas moléculas o iones pasen a través de ella por 
difusión. El índice del paso de las moléculas depende de la presión ejercida, la 
concentración de partículas de soluto, la temperatura de las moléculas y la 
permeabilidad de la membrana para cada soluto. 
A las moléculas que logran atravesar la membrana se las conoce como “el 
permeado” y a las que no lo hacen es las conoce como “el rechazo”. 
 
 
29 
 
4.6.4 Características de la osmosis inversa 
 
- Permite remover la mayoría de los sólidos (inorgánicos u orgánicos) 
disueltos en el agua (99%) 
- Remueve los materiales suspendidos y micro-organismos 
- Proceso de purificación de forma continua 
- Tecnología simple, que no requiere de mucho mantenimiento 
- Es modular y necesita poco espacio, de acuerdo a los caudales deseados. 
 
4.6.5 Aplicaciones Osmosis inversa 
 
- Abastecimiento de aguas para usos industriales y consumo de población. 
- Tratamiento de efluentes industriales para el control de la contaminación y 
recuperación de compuestos. 
- Industria de la alimentación (concentración de alimentos). 
- Industria farmacéutica, para la separación de proteínas, eliminación de 
virus, etc. 
- Industria cosmética 
- Agua de enjuagado electrónico y galvánico. 
- Industrias de vidrio. 
- Soda y plantas deembotellamiento. 
- Agua de alimentación de calderas y sistemas de vapor. 
- Hospitales y Laboratorios. 
- Medioambiente (reciclaje) 
- Desalinización. 
 
4.7 PROCESO DE PRE-TRATAMIENTO QUE ANTECEDE EL PROC ESO DE 
OSMOSIS INVERSA 
 
Figura 6. Pre-tratamiento de osmosis inversa 
 
 
 
30 
 
Dónde: 
 
o (1). Tanque de almacenamiento de Agua. 
o (2). Filtro de arena. 
o (3). Filtro de carbón activado. 
o (4). Salmuera. 
o (5). Suavizador. 
 
4.8 FILTROS DE PRE – TRATAMIENTO DE OSMOSIS INVERSA 
 
Generalmente el proceso de osmosis inversa va acompañado de un pre-
tratamiento que tiene como objetivo filtrar el solvente antes de entrar al proceso 
de osmosis inversa, con el fin de lograr obtener los mejores resultados posibles y 
garantizar el mejor funcionamiento de las membranas semipermeables, los 
principales filtros de pre-tratamiento son: 
 
4.8.1 Filtro de sedimentos. Los sedimentos son cualquier partícula que puede 
ser transportada por un fluido y que se deposita como una capa de partículas 
sólidas en fondo del agua o líquido, Un filtro de sedimentos actúa como pantalla 
para remover estas partículas. 
 
4.8.2 Filtro de arena. Son muy efectivos para retener sustancias orgánicas, 
pues pueden filtrar a través de todo el espesor de arena, acumulando grandes 
cantidades de contaminantes antes de que sea necesaria su limpieza. 
 
El equipo de filtración de este tipo consta de un solo filtro o de una batería de 
filtros que funcionan en paralelo. La filtración se lleva a cabo haciendo pasar el 
líquido a tratar, a través de un lecho de arena de graduación especial. El tamaño 
promedio de los granos de arena y su distribución han sido escogidos para 
obtener las distancias mínimas entre granos, sin causar pérdidas de altas 
presiones. 
 
El agua sin tratar contiene normalmente sólidos en suspensión. Los cuales son 
indeseables o perjudiciales para uso en aplicaciones industriales o domésticas. 
Los filtros de arena a presión eliminan las partículas finas y la materia coloidal 
coagulada previamente. 
 
Las partículas atrapadas en el lecho se desalojan fácilmente invirtiendo el flujo a 
través de la unidad. Esto hace expandir la arena, limpiándose por acción hidráulica 
y por fricción de un grano con otro. 
 
4.8.3 Filtro carbón activado. El filtro de carbón funciona por el mismo principio 
que el filtro de arena, la diferencia radica en los elementos filtrantes y su finalidad. 
El carbón activado es un material natural que con millones de agujeros 
31 
 
microscópicos que atrae, captura y rompe moléculas de contaminantes presentes. 
Se diseña normalmente para remover cloro, sabores, olores y demás químicos 
orgánicos. 
 
Las propiedades de este medio filtrante hacen que las materias orgánicas y las 
causantes de olores y sabores, al igual que el cloro residual que se encuentra en 
el agua, sean absorbidas en las superficies del medio filtrante, eliminándolas así 
del líquido a tratar. 
 
Algunas de sus aplicaciones son: 
 
- Remoción de olores, sabores, cloro residual y materia orgánica de aguas de 
procesos cuando estas lo requieran. 
 
- Preparación de aguas libres de cloro, sinsabores e inodoras para uso en las 
industrias de bebidas gaseosas y productos alimenticios. 
 
- Remoción de cloro y materia orgánica de aguas de alimentación para equipos 
de desmineralización. 
 
- Tratamiento final de aguas negras y aguas de desechos industriales, para 
remover materia orgánica y olores. 
 
4.8.4 Suavizador. También llamado descalcificadora o ablandador de agua, es 
un aparato que por medios mecánicos, químicos y/o electrónicos tratan el agua 
para evitar, minimizar o reducir, los contenidos de sales minerales y sus 
incrustaciones en las tuberías y depósitos de agua potable. 
 
El equipo de suavización consiste en un solo suavizador o una batería de estos 
conectados en paralelo. La suavización se lleva a cabo haciendo pasar el agua a 
través de un lecho de resina para intercambio iónico. Esta resina cuyas moléculas 
insolubles están formadas por un anión polimérico y un catión de sodio, posee 
gran afinidad por cationes divalentes (tales como calcio y magnesio) que se 
encuentran en baja concentración en el agua. Al poner en contacto agua 
conteniendo cationes de calcio y magnesio (dureza) con la resina, esta 
intercambia sus cationes de sodio por los de calcio y magnesio, es decir, libera al 
agua de los cationes responsables de la dureza de esta. 
 
El agua dura seguirá liberándose de los cationes de calcio y magnesio hasta que 
la resina haya perdido todos sus cationes de sodio y por lo tanto su capacidad de 
intercambio. La resina, sin embargo, se puede regenerar ya que la reacción es 
reversible. Esto se obtiene poniéndola en contacto con una solución concentrada 
de una sal de sodio, cloruro de sodio por ejemplo, ya que esta intercambia los 
32 
 
cationes de calcio y magnesio por los de sodio. El proceso de suavización por 
intercambio iónico se efectúa en cuatro etapas, así: 
 
Agua dura se hace pasar por la resina hasta que esta haya perdido su poder de 
intercambio, la resina se lava en contracorriente haciéndola expandir lo suficiente 
para que libere cualquier solido suspendido que hubiere traído el agua cruda, La 
resina se regenera hasta recobrar su capacidad original y finalmente se lava para 
desalojar los productos de la regeneración. El efluente de la primera etapa será 
agua suavizada la cual se destinara al servicio requerido y el efluente de las otras 
etapas ira al desagüe. 
 
Las aplicaciones típicas de estos equipos son: 
 
- Suavización de aguas de reposición y alimento para calderas 
 
- Suavización de aguas de proceso especialmente las usadas en equipos para 
transferencia de calor 
 
- Suavización de aguas usadas en la industria de bebidas y productos alimenticios. 
 
- Suavización de aguas para municipalidades, cuando esta se justifique 
económicamente. 
 
4.9 NORMAS OFICIALES PARA LA CALIDAD DE AGUA EN COL OMBIA 
 
Los comités técnicos de ICONTEC son los organismos encargados de realizar el 
estudio de las normas. Están integrados por representantes del gobierno nacional 
y de los socios, clasificados en los grupos de producción, consumo e interés 
generales. 
 
Las siguientes normas, tienen por objeto establecer los requisitos físicos, químicos 
y microbiológicos que debe cumplir el agua potable en Colombia, esta norma se 
aplica al agua potable de cualquier sistema de abastecimiento. 
 
Se define como agua potable, aquella apta para el consumo humano y que cumple 
con los requisitos físicos, químicos y microbiológicos establecidos en la norma. 
 
4.9.1 Requisitos características físicas. Ver Anexo B, para poder distinguir las 
principales características físicas del agua potable, según la norma oficial para la 
calidad de agua en Colombia. 
 
33 
 
4.9.2 Requisitos características químicas. Ver Anexo B, para poder distinguir 
las principales características físicas del agua potable, según la norma oficial para 
la calidad de agua en Colombia. 
 
4.10 AUTOMATIZACIÓN 
 
La automatización es un sistema donde se trasfieren tareas de producción, 
realizadas habitualmente por operadores humanos a un conjunto de elementos 
tecnológicos. 
Un sistema automatizado consta de dos partes principales: 
 
Parte Operativa 
Parte Mando 
 
La Parte Operativa es la parte que actúa directamente sobre la máquina. Son los 
elementos que hacen que la máquina se mueva y realice la operación deseada. 
 
La Parte de Mando suele ser un autómata programable (tecnología programada), 
aunque hasta hace bien poco se utilizaban relés electromagnéticos, tarjetas 
electrónicas o módulos lógicos neumáticos (tecnología cableada). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
34 
 
5. OBJETIVOS 
 
5.1 OBJETIVO GENERAL 
• Diseñar un sistema Mecatrónico de planta de osmosis inversa, incluyendo 
todas las etapas de filtrado y tratamiento de agua, para la empresa DOBER 
OSMOTECH. 
 
5.2OBJETIVOS ESPECIFICOS 
• Identificar las necesidades y restricciones pertinentes para el proceso osmosis 
inversa para las plantas de DOBER OSMOTECH. 
• Desarrollar simulaciones de programación del control e interfaz (HMI) de la 
planta de osmosis inversa. 
• Generar conceptos de diseño que puedan suplir las necesidades establecidas. 
• Seleccionar los conceptos más adecuados, para el diseño de plantas de 
osmosis inversa. 
• Generar simulaciones del diseño seleccionado empleando alguna de las 
herramientas CAD (Solid edge, Solid Works, Working Model, etc.) 
• Generar un diseño detallado que incluya planos, manuales, especificaciones y 
componentes, que hacen parte del dispositivo. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
35 
 
6. PROCESO DE PLANEACION DEL PRODUCTO 
 
6.1 ESTUDIO DE MERCADO 
 
El principal objetivo del proyecto, es diseñar un sistema Mecatrónico capaz 
automatizar el proceso que realizan las plantas de osmosis inversa, incluyendo 
todas las etapas de tratamiento de agua preliminares a dicho proceso. 
 
Se desea innovar en el mercado nacional, con un producto de fácil manejo, 
completamente automatizado, con un sistema de control innovador y con una 
interfaz amigable para el operario de las plantas. 
 
6.2 SEGMENTO DE MERCADO 
 
Teniendo en cuenta que la segmentación del mercado se basa en un proceso que 
consiste en dividir el mercado total de un bien o servicio en varios grupos más 
pequeños e internamente homogéneos, y que uno de los elementos decisivos del 
éxito de una empresa es su capacidad de segmentar adecuadamente su mercado. 
Se tienen los siguientes mercados, en donde las plantas de osmosis inversa 
generarían un servicio y una utilidad. 
 
• DESALINIZACION DE AGUA DE MAR 
- Hoteles e industrias situadas cerca a mares 
- Barcos militares y comerciales de gama alta 
- Industrias de Agua Potable cerca al mar. 
 
• AGUA ULTRA PURA INDUSTRIAL 
- Procesos industriales de calderas, sistemas de vapor y baterías 
- Industrias de Alimentación 
- Industrias Farmacéuticas 
- Industrias cosméticas 
- Agua de enjuagado galvánico y electrónico 
- Industrias de vidrio 
 
• OTROS 
- Hospitales y laboratorios 
- Tratamiento de aguas residuales. 
 
 
 
36 
 
7. PLANTEAMIENTO DE LA MISION 
 
7.1 DESCRIPCION DEL PRODUCTO 
 
Sistema automatizado de planta de osmosis inversa, incluyendo las etapas de pre-
tratamiento de agua, las cuales son: 
 
- Filtro de sedimentos 
- Filtro de Arena 
- Filtro de carbón activado 
- Suavizador 
- Filtro membrana de osmosis inversa. 
 
La automatización se desarrolla por medio de algún tipo de controlador 
automático y la interfaz gráfica por un medio grafico digital, además, se estará 
constantemente realizando un censado de las variables más relevante en el 
proceso, tales como presión y nivel. 
 
7.2 PRINCIPALES OBJETIVOS DE MARKETING 
 
• Crear una plataforma de diseño normalizado para el desarrollo y la 
implementación de plantas de osmosis inversa completamente automatizadas. 
 
• Incursionar en el mercado nacional con plantas de osmosis inversa innovadoras 
y automáticas, que a su vez sean de fácil uso y mantenimiento. 
 
• Abrir campos de mercado para el desarrollo, tanto de plantas de osmosis 
inversa para desalinización de agua de mar, como para tratamientos de 
osmosis inversa para obtención de agua ultra pura a nivel industrial. 
 
• Plantas amigables con el medio ambiente. 
 
7.3 MERCADO PRIMARIO 
 
- Industrias que manejan el agua en sus procesos industriales, tales como 
alimentación de calderas y sistemas de vapor, industrias licoreras, industrias 
farmacéuticas. 
 
 
 
 
 
37 
 
7.4 MERCADO SECUNDARIO 
 
o Hoteles con generación de agua potable a partir de desalinización de agua de 
mar. 
o Tratamiento de aguas residuales. 
o Hospitales y laboratorios clínicos. 
 
7.5 PREMISAS Y RESTRICCIONES 
 
- Sistema con usos en modo manual y automático. 
- Interfaz gráfica para facilidad de manejo 
- Sensores que miden el nivel de agua a la entrada y salida para control del 
proceso. 
- Sistema de control programable en proceso de Osmosis inversa de la planta. 
- Sistemas de control robustos al ambiente industrial para garantizar su correcto 
control. 
- Uso de materiales seguros para el buen desarrollo del proceso. 
 
7.6 PARTES IMPLICADAS 
 
� Compradores y Usuarios 
 
� hoteles y barcos de gama alta 
� Industrias 
� laboratorios y clínicas 
 
� Distribuidores y Vendedores 
 
� Distribuidores de tanques de almacenamiento de agua 
� Distribuidores de electroválvulas y moto bombas 
� Vendedores de tuberías y accesorios similares 
� Distribuidores de membranas semipermeables 
� Distribuidores de resinas especiales para suavizador 
� Vendedores de lechos filtrantes 
� Vendedores de sistemas de control programables y afines 
� Programación de sistemas de control de la planta 
 
� Centro de servicio y mantenimiento. 
 
� Departamento legal. 
 
38 
 
8. LISTA DE NECESIDADES DEL CLIENTE 
 
Es necesario aclarar que el concepto de osmosis no es fácil de comprender en un 
medio común y corriente, por lo cual se realizó un análisis de las necesidades 
requeridas en las plantas de osmosis inversa teniendo en cuenta el punto los 
puntos de vista y los criterios de ingenieros químicos, técnicos en mantenimiento 
de plantas de agua e ingenieros usuarios de las plantas en industrias locales. 
 
 
Cuadro 1. Lista de las necesidades del cliente con su importancia 
# Necesidades imp. 
1 “Que el proceso se realice solo, sin intervención diaria de operarios” 5 
2 
“Que haya un medio gráfico en el cual pueda observar y entender el 
proceso” 4 
3 “Que pueda controlar el proceso en cualquier momento, a través de 
un medio grafico” 
5 
4 “que exista instrumentación necesaria para visualizar el caudal y los 
sólidos disueltos del agua tratada”. 
4 
5 “que exista instrumentación para el control del nivel de los tanque, para que no se desperdicie agua en el proceso” 4 
6 
“Que el material de los tanques sea adecuado y resistente para el 
proceso” 4 
7 “Que el material de las tuberías de agua sea adecuado y resistente para el proceso” 3 
8 “Que sea fácil de usar” 3 
9 “Que sea fácil de mantener” 2 
10 “Que se pueda usar de modo manual o automático” 4 
11 “Que el proceso cumpla con las normas de seguridad industrial” 3 
12 “Correcta instrumentación de tuberías, electroválvulas y 
motobombas para el buen funcionamiento del proceso” 
3 
13 “Un buen sistema de desagüe para la salida del agua sucia”. 2 
14 “Que exista un manual de instrucciones del funcionamiento de la plantas y del proceso de osmosis inversa ” 2 
15 “Que sea amigable con el medio ambiente” 3 
16 “Diseño atractivo y estético” 1 
17 “Que me genere un flujo del agua tratada de 13 GPM” 5 
18 “Que trabaje con la red eléctrica de la ciudad” 3 
 
La importancia dada a cada necesidad es del 1 al 5, siendo el 5 el valor máximo 
de importancia y 1 el mínimo. 
 
39 
 
9. METRICAS Y SUS UNIDADES 
 
Cuadro 2. Lista de necesidad, requerimiento y métri cas 
Necesidades Requerimientos Métrica imp. Unidad 
“Que el proceso se realice 
solo, sin intervención diaria 
de operarios” 
Proceso totalmente 
automatizado. 
% del 
proceso 
automátic
o 
0 
- 
100 
% 
“Que haya un medio gráfico 
en el cual pueda observar y 
entender el proceso” 
Interfaz hombre maquina 
(HMI) para visualización 
del proceso de Osmosis 
inversa en tiempo real. 
Numero 
de data 
panel a 
implement
ar 
1 
- 
5 
Data 
panel 
“Que pueda controlar el 
proceso en cualquier 
momento, a través de un 
medio grafico” 
Interfaz hombre máquina 
(HMI) para control del 
proceso de osmosis 
inversa. 
Numero 
de data 
panel a 
implement
ar 
1 
- 
5 
Data 
panel 
“que exista instrumentación 
necesaria para visualizar el 
caudal y los sólidos 
disueltos del agua tratada”. 
Instrumentación - caudal 
y solidos disueltos 
(TDS). 
Numero 
de 
sensores 
 
# sensores 
“que exista instrumentación 
para el control del nivel de 
los tanque,para que no se 
desperdicie agua en el 
proceso” 
Instrumentación 
sensores de Nivel. 
Numero 
de 
Sensores 
# Sensores 
“Que el material de los 
tanques sea adecuado y 
resistente para el proceso” 
Material de los 
contenedores propicio 
para el proceso de 
osmosis inversa. 
Materiales 
aptos para 
el proceso 
lista 
mate
riales 
(tanq
ues) 
Tipo de 
Material 
“Que el material de las 
tuberías de agua sea 
adecuado y resistente para 
el proceso” 
Material de las tuberías 
propicio para el proceso 
total de osmosis inversa. 
Materiales 
aptos para 
el proceso 
lista 
mate
riales 
(tube
ría) 
Tipo de 
Material 
 
“Que sea fácil de usar” 
Interfaz amigable con el 
usuario 
Que sea 
estético 
Subj. E-B-R-M 
“Que sea fácil de mantener” Arquitectura modular 
Numero 
partes 
# partes 
“Que se pueda usar de 
modo manual o automático” 
 
Sistema que permita el 
uso de modo manual o 
automático 
Modos de 
uso 
2 
Modos 
de uso 
40 
 
 
 
“Que el proceso cumpla con 
las normas de seguridad 
industrial” 
Cumplimiento de normas 
de seguridad industrial 
 
 
Normas 
seguridad 
Lista 
norm
as 
normas 
“Correcta instrumentación 
de tuberías, electroválvulas 
y motobombas para el buen 
funcionamiento del 
proceso” 
Instrumentación 
adecuada, según las 
especificaciones el 
proceso. 
 
Numero 
de 
instrument
os en el 
proceso 
# 
Instrume
ntos 
(tuberías, 
válvulas y 
bombas) 
Un buen sistema de 
desagüe para la salida del 
agua sucia”. 
Diseño de ubicación de 
las tuberías óptimo para 
el desagüe. 
N de 
partes 
tubería 
# 
Partes 
tuberías 
“Que exista un manual de 
instrucciones del 
funcionamiento de la 
plantas y del proceso de 
osmosis inversa ” 
Manual de 
funcionamiento de la 
planta. 
N de 
manuales 
1 manuales 
“Que sea amigable con el 
medio ambiente” 
Cumplimiento de las 
normas ambientales en 
Colombia 
Numero 
normas 
Lista 
norm
as. 
normas 
“Diseño atractivo y estético” 
Fachada llamativa y 
estética 
Que sea 
estético 
Subj. E-B-R-M 
“Que me genere un flujo del 
agua tratada de 13 GPM” 
Flujo de permeado de 13 
GPM Flujo 
13 GPM 
“Que trabaje con la red 
eléctrica de la ciudad” 
Funcionamiento con red 
electica publica Voltaje 
110 Voltios 
 
Cuadro 2 (Continuación) 
41 
 
10. Q.F.D 
 
10.1 NECESIDADES VS. REQUERIMIENTOS. 
 
Figura 7. Necesidades Vs. Requerimientos 
 
42 
 
10.2 RELACION DE LOS REQUERIMIENTOS. 
Figura 8. Relaciones de los diferentes requerimient os 
 
 
 
 
 
 
 
 
43 
 
10.3 NECESIDADES CON RESPECTO A LOS COMPETIDORES. 
Figura 9. Benchmarking de las necesidades 
 
A
N
A
LIS
IS
 D
E
 
C
O
M
P
E
T
E
N
C
IA
 
A
C
T
U
A
L 
P
R
O
D
U
C
TO
 
IH
M
 
A
M
P
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U
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IT
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LE
N
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C
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F
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TU
R
O
 
F
A
C
TO
R
 D
E
 
M
E
JO
R
A
 
IM
P
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A
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C
IA
 
(M
ax 10.9 
– 
 m
in 2.2 ) 
NECESIDAD 1 2.0 3.0 3.0 3.0 3.0 3.0 1.2 6.0 10.9 ///////////////////// 
NECESIDAD 2 2.0 1.0 2.0 1.0 1.0 3.0 1.2 4.8 8.7 /////////////////// 
NECESIDAD 3 2.0 1.0 3.0 2.0 2.0 3.0 1.2 6.0 10.9 ///////////////////// 
NECESIDAD 4 2.0 1.0 1.0 1.0 1.0 2.0 1.0 4.0 7.3 //////////////// 
NECESIDAD 5 3.0 3.0 3.0 3.0 3.0 2.0 0.8 3.2 5.8 /////////////// 
NECESIDAD 6 3.0 2.0 3.0 2.0 2.0 2.0 0.8 2.4 4.4 //////////// 
NECESIDAD 7 2.0 2.0 2.0 2.0 2.0 2.0 1.0 3.0 5.5 ////////////// 
NECESIDAD 8 2.0 2.0 1.0 1.0 1.0 2.0 1.0 2.0 3.6 ////// 
NECESIDAD 9 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 3.0 1.4 4.2 7.6 /////////////// 
NECESIDAD 10 3.0 3.0 3.0 3.0 3.0 3.0 1.0 4.0 7.3 /////////////// 
NECESIDAD 11 3.0 3.0 3.0 3.0 3.0 3.0 1.0 3.0 5.5 //////////// 
NECESIDAD 12 1.0 1.0 2.0 1.0 2.0 3.0 1.4 4.2 7.6 /////////////// 
NECESIDAD 13 2.0 1.0 2.0 2.0 2.0 2.0 1.0 2.0 3.6 ////// 
NECESIDAD 14 2.0 2.0 2.0 3.0 2.0 2.0 1.0 2.0 3.6 ////// 
NECESIDAD 15 2.0 2.0 2.0 2.0 2.0 2.0 1.0 3.0 5.5 /////////// 
NECESIDAD 16 2.0 2.0 3.0 2.0 2.0 3.0 1.2 1.2 2.2 //// 
NECESIDAD 17 3.0 3.0 3.0 3.0 3.0 3.0 0.8 3.0 3.6 /////// 
NECESIDAD 18 3.0 3.0 3.0 3.0 3.0 3.0 0.8 3.0 3.6 /////// 
 
44 
 
10.4 REQUERIMIENTOS CON RESPECTO A LOS COMPETIDORES. 
Figura 10. Benchmarking de los requerimientos 
 RE
Q
U
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N
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 1 
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 11 
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 12 
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 13 
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 14 
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 15 
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 16 
R
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IE
N
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 17 
R
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Q
U
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R
IM
IE
N
T
O
 18 
 
IMPORTANCIA DEL ‘COMO’ 
 292.7 
193.1 
397.1 
248.4 
119.3 
122.2 
212.0 
139.3 
363.3 
212.7 
288.0 
174.2 
109.1 
118.5 
245.5 
199.3 
139.3 
139.3 
PORCENTAJE IMPORTANCIA DEL 
‘COMO’ 
 8.5 
5.6 
11.6 
7.2 
3.5 
3.6 
6.2 
4.1 
10.6 
6.2 
8.4 
5.1 
3.2 
3.5 
7.1 
5.8 
4.2 
4.2 
PORCENTAJE DE IMPORTANCIA 
(MAX 11.6 
- 
MIN 3.2) 
 /////////////////// 
///////// 
////////////////////// 
///////////////// 
///// 
////// 
/////////// 
///////// 
/////////////////// 
/////////// 
///////////////// 
////////// 
////// 
/////// 
/////////////// 
/////////// 
///////// 
///////// 
ACTUAL PRODUCTO 2 2 1 2 3 3 2 2 1 2 3 1 2 2 2 2 2 2 
IMH 3 1 1 1 3 2 2 2 1 3 3 1 1 1 2 2 2 3 
AMPAC 3 1 2 1 3 3 3 3 1 3 3 2 2 2 2 3 3 2 
UNITEK 3 1 1 1 3 2 2 3 1 3 3 2 2 3 2 2 3 3 
LENNTECH 3 1 1 1 3 2 2 2 1 3 3 2 2 2 2 2 2 2 
45 
 
11. ANALISIS DE LAS NECESIDADES Y REQUERIMIENTOS 
Por medio de las tablas recopiladas en el proceso de QFD y a través de los datos 
estadísticos obtenidos, se puede realizar un estudio de las principales 
necesidades a implementar en el proyecto, así como una comparación detallada 
de las mayores fortalezas y debilidades de las empresas competidoras. 
Figura 11. Importancia dada a cada necesidad en QFD 
 
 
 
Figura 12. Porcentajes de los requerimientos de QFD 
 
46 
 
En la Figura 11. Se logra deducir que: 
 
- El Lograr un proceso completamente automatizado por medio de un sistema de 
control es muy importante para el proyecto. 
 
- La implementación de un medio físico que permita la visualización del proceso y 
el control de la salida de agua es importante. 
- El material, diseño y las especificaciones requeridas, se deben tener en cuenta 
para el desarrollo del proyecto. 
 
En la Figura 12. Se logra deducir qué: 
 
- Los requerimientos (1,3), un proceso totalmente automatizado e interfaz HMI 
son los que mayor peso promediado tiene, lo que hace que sea importante 
enfocarse más adelante el cómo desarrollar satisfactoriamente estos 
requerimientos. 
 
- Los requerimientos (2, 4, 9, 10) se enfocan principalmente en la misión de 
obtener y brindar información al usuario del proceso y de los resultados por 
medio de HMI, lo cual es importante tener en cuenta para el proyecto. 
 
 
- Igual que en las necesidades, el diseño a implementar y el material a utilizar, 
obtuvieron un promedio no muy alto, pero no quiere decir que dejen de ser 
importantes para la distribución en el mercado. 
Figura 13. Comparación de Benchmarking de las neces idades 
 
47 
 
Es importante mencionar que existen en el mercado mundial una gran cantidad de 
empresas dedicadas al desarrollo de plantas para el tratamiento de agua de 
osmosis inversa. 
 
Para poder realizar el Benchmarking, se tuvo en cuenta las principales empresas 
dedicadas al desarrollo de plantas de osmosis inversa, con la mejor tecnología 
utilizada actualmente, y que preferiblemente desarrollen plantas semi o 
completamente automatizadas, con el fin de lograr comparar las principalesfortalezas y debilidades, para de esta forma poder entrar en el mercado nacional 
con innovación y tecnología actual. 
 
Las principales plantas de osmosis inversa que se analizaron para el desarrollo de 
Benchmarking fueron: 
 
- IHM (Colombia). 
Empresa líder en Colombia y en el Grupo Andino en la fabricación de Motobombas 
y equipos de Presión, comercializamos motores, plantas de 
tratamiento de agua, plantas eléctricas y compresores de las más prestigiosas 
marcas del mundo. 
 
- AMPAC USA 1000 GPD. 
AMPAC-USA es una de las mejores empresas en Estados Unidos, en relación al 
desarrollo de plantas para tratamiento de agua, incluyendo plantas de osmosis 
inversa, y la AMPAC USA 1000 GPD es una de las plantas de osmosis inversa 
más vendidas por su automatización y capacidad de almacenamiento y producción 
de agua tratada. 
 
- UNITEK (Argentina). 
Compañía que desde 1993 desarrolla proyectos de ingeniería y produce sistemas 
de alta tecnología para el re-uso y tratamiento de aguas. Diseña, fabrica y 
comercializa equipos con una concepción tecnológica de última generación que 
permite optimizar las características físicas, químicas o microbiológicas del agua. 
 
- LENNTECH (Holanda). 
Proporciona todo tipo de soluciones a problemas de tratamiento de aguas, desde 
aplicaciones domésticas hasta proyectos llave en mano de plantas industriales de 
5000m3/día. 
 
En la siguiente figura (Figura 14). Se puede observar el total acumulado, de cada 
una de las plantas analizadas en el benchmarking, con respecto a la importancia 
de las necesidades, y se puede ver fácilmente, que AMPAC USA, es una 
competencia relevante a tener en cuenta para las características a desarrollar en 
el proyecto, ya que es la que mejor suple las necesidades de los usuarios, por lo 
cual este modelo de planta puede ser fuente de inspiración para el diseño de la 
planta final a desarrollar. 
48 
 
Figura 14. Porcentaje que las diferentes empresas l e dan a las necesidades 
 
 
 
Figura 15. Benchmarking de los requerimientos 
 
 
Por medio de la comparación del benchmarking de los requerimientos, se puede 
deducir, que la automatización, el material de los tanques y los modos de 
operación de la planta, son requerimientos vitales para el desarrollo de las plantas 
de osmosis inversa. 
 
Las plantas de osmosis inversa completamente automatizadas y con HMI no son 
un factor común en todas las plantas, lo que genera una gran ventaja a la hora de 
mostrar el producto a desarrollar. 
 
49 
 
12. GENERACION DE CONCEPTOS 
 
12.1 DESCOMPOSICION FUNCIONAL 
 
A través de las Figuras 16 y 17 se pretende dividir el proceso en funciones y sub 
funciones más simples, con el fin de lograr describir específicamente cual es la 
responsabilidad de cada elemento del producto para implementar la función 
principal. 
 
Figura 16. Caja negra del sistema 
 
 
 
 
La Figura 16 nos muestra la caja negra del sistema, en donde podemos ver una 
simplificación de lo que se desea hacer con la planta de osmosis inversa, en 
donde se trabajaran principalmente con energía eléctrica para alimentación de las 
plantas, tratamiento de agua por medio del proceso químico interno de cada etapa 
de filtración de las plantas y control del proceso por medio de señales internas o 
externas al proceso. 
 
12.2 SUBFUNCIONES 
 
La figura 16 es un esquema muy general del proceso de la planta de osmosis 
inversa, la cual no brinda la suficiente información para profundizar y descomponer 
el proceso en sub-funciones y sub-conceptos, que permitan entender de manera 
más detallada el sistema como tal. 
 
Por lo cual se realiza el siguiente gráfico, con el fin de descomponer el sistema en 
sub-funciones más detalladas, en otras palabras, mostrar el interior de la caja 
50 
 
negra, para entender como manipula el sistema las entradas y concibe las salidas 
deseadas. 
Figura 17. Descomposición funcional del sistema 
 
La línea bordeada significa la materia a utilizar para el proceso, en este caso 
agua a tratar, la línea punteada son la señales que recibe la planta para controlar 
el proceso de la planta y toda su instrumentación, y la línea delgada, es la 
energía que el proceso necesita para el desarrollo total de la planta y su 
funcionamiento. 
 
12.3 CONCEPTOS GENERADOS 
 
- Almacenar o aceptar Energía Externa 
 
• Combustión aire/combustible 
• Aire comprimido(Neumática) 
• Energía eléctrica tomada desde una pared 
• Energía eléctrica tomada desde una batería 
• Energía eléctrica inalámbrica (wiretricity) 
• Celdas solares 
51 
 
• Energía eólica 
• Energía hidráulica 
• Calentamiento de vapor 
 
- Convertir energía a señales de control 
 
• Controlador Lógico Programable (PLC) 
• Micro – Controladores Familia AT89, PIC. 
• PC Industrial 
 
- Determinar tiempos de cada etapa 
 
• Relés conectados a diagramas eléctricos 
• Contadores internos de PC 
• Contadores Internos de PLC 
• Contadores Internos de Micro – Controlador 
 
- Servo actuadores para flujo de agua de los tanques 
 
• Válvulas solenoides 
• Válvulas motorizadas 
• Válvulas de bola 
• Válvulas de apriete 
• Válvulas de mariposa 
 
- Extracción de agua 
 
• Motobombas Eléctricas 
 
- Almacenar agua de entrada y de salida 
 
• Tanques cilíndricos 
• Tanques Cuadrados 
 
- Sensor nivel 
 
• Sensores de flotador 
• Sensores resistivos de pulsador 
• Señores ultrasonido 
• Sensores por electrodos 
 
 
 
52 
 
- Sensor flujo rechazado y aceptado 
 
 Fluxómetros de pistón 
• Fluxómetro de paleta 
• Fluxómetro de elevación 
 
- Sensor TDS 
 
• TDS Digital 
 
- Mostrar Variables al usuario 
 
• Data Panel 
• PC 
• LCD 
53 
 
12.3.1 Alternativas de diseño 
Cuadro 3. Principales alternativas de diseño 
 
 
 
Co
nc.
Control 
proceso
Valvulas
impulsion de 
agua
Almacenam/ de 
agua
sensar nivel sensar flujo sensar TDS
Interfaz 
frafica
A
PLC motorizadas
motobomba 
electrica
Tanques cilindricos electrodos
flujometro de 
elevacion
 TDS Digital data - panel
B
Micro-
Procesador
solenoide
motobomba 
electrica
tanques cuadrados flotador
flujometro de 
piston
 TDS Digital LCD
C
PC -Industrial
valvula de 
bola
bomba manual taques cuadrados ultra - sonido
flujometro de 
paleta
 TDS Digital PC
D PLC motorizadas
motobomba 
electrica
tanque cilindricos resistivo
flujometro de 
paleta
 TDS Digital data - panel
E
Micro-
Procesador
solenoide
motobomba 
electrica
Tanques cilindricos resistivo
flujometro de 
elevacion
 TDS Digital LCD
F PC -Industrial motorizadas
motobomba 
electrica
tanque cuadrados flotador
flujometro de 
piston
 TDS Digital PC
G PLC
valvula de 
bola
bomba manual Tanques cilindricos flotador
flujometro de 
piston
 TDS Digital data - panel
H
Micro-
Procesador
valvula de 
bola
bomba manual tanques cuadrados ultra - sonido
flujometro de 
paleta
 TDS Digital LCD
I PC -Industrial soleniode bomba manual Tanques cilindricos resistivo
flujometro de 
elevacion
 TDS Digital PC
J PLC
valvula de 
apriete
motobomba 
electrica
tanques cuadrados ultra - sonido
flujometro de 
paleta
 TDS Digital data - panel
54 
 
Es importante aclarar que se presentan todo una serie de opciones para suplir las 
sub funciones individuales de las plantas, con el fin de analizar cual opción es la 
más adecuada para el desarrollo de cada función, pero esto no quiere decir que se 
vaya a tener en cuenta todas las opciones generadas, ya que se presentan 
opciones que no son viables para el desarrollo del concepto. 
 
En el cuadro 3 se presenta diferentes tipos de conceptos generados, siendo estos 
los más factibles para el desarrollo del diseño, y desarrollados a partir de la 
combinación de las diferentes sub funciones formadas anteriormente. Se podrían 
presentar muchas más combinaciones para la formación de conceptos, pero por 
medio de un análisis de viabilidad, se determinaron no viables a causa de las 
condiciones tecnológicas, de seguridad, confiabilidad, costos y experiencias 
pasadas. 
 
Se debe tener en cuenta que, la energíaexterna será implementada por la red 
eléctrica, y el transporte del agua de una etapa a otra se hará por medio de 
tuberías, esto se hace porque son restricciones de la empresa que se deben 
considerar a la hora de desarrollar el diseño. 
 
12.4 SELECCIÓN DE CONCEPTOS 
 
Para poder desarrollar la selección de conceptos, se optó por tamizar y evaluar los 
conceptos a través de un método estructurado de matriz de selección, con el fin de 
lograr generar un análisis del o los posibles conceptos viables a la hora del diseño 
del producto final. 
 
Se tomara como referencia las plantas de osmosis inversa desarrolladas 
actualmente por la empresa Ignacio Gómez IHM S.A, ya que es una empresa 
nacional con bastante experiencia y prestigio, y con plantas dotadas de una muy 
buena tecnología. 
Cuadro 4. Método estructurado de matriz de selecció n 
 
 
VARIANTES DE CONCEPTOS 
REF. A B C D E F G H I J 
“Que el proceso se realice solo, sin 
intervención diaria de operarios” 
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 
“Que haya un medio gráfico en el cual 
pueda observar y entender el proceso 
normal” 
+ 0 - 0 + - - 0 0 - 
0 
“Que pueda controlar el proceso en 
cualquier momento, a través de un 
medio grafico” 
+ 0 - + + + - - - + 
0 
55 
 
“que exista instrumentación necesaria 
para controlar caudal y presión del 
agua tratada” 
+ + + + + + + + + + 
0 
“Que el material de los tanques sea 
adecuado y resistente para el 
proceso” 
0 - - 0 0 - 0 - 0 - 
0 
“Que el material de las tuberías de 
agua sea adecuado y resistente para 
el proceso” 
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 
0 
“Que sea fácil de usar” + + 0 + + 0 + 0 0 - 0 
“Que sea fácil de mantener” - - - + - - 0 + 0 - 0 
“Que pueda observar por algún medio 
gráfico las presiones y caudales que 
interviene en el proceso de osmosis 
inversa” 
+ + + + + + + + + + 
0 
“Que se pueda usar de modo manual 
o automático” 
+ + + 0 0 + - - - + 0 
“Que el proceso cumpla con las 
normas de seguridad industrial” 
0 - - 0 0 - 0 - 0 - 0 
“Que tenga instrumentación, para el 
control de nivel en los tanques de 
agua de entrada (sin tratamiento) y de 
agua de salida (agua tratada)” 
+ + + + + + + + + + 
0 
“Que tenga un buen sistema de 
desagüe para la salida de agua del 
lavado de los tanques ” 
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 
0 
“Que exista un manual de 
instrucciones del funcionamiento de la 
plantas y del proceso de osmosis 
inversa ” 
+ + + + + + + + + + 
0 
“Que sea amigable con el medio 
ambiente” 
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 
“Que tenga un diseño atractivo y 
estético” 
+ 0 0 - + + 0 - + - 0 
POSITIVOS 9 6 5 7 8 7 5 5 5 6 
 
IGUALES 6 7 6 8 7 5 8 6 9 4 
NEGATIVOS 1 3 5 1 1 4 3 5 2 6 
TOTAL 8 3 0 6 7 3 2 0 3 0 
 
Cuadro 4 (continuación) 
56 
 
 
12.5 ANALISIS DE LOS RESULTADOS 
 
Por medio de la comparación de las diferentes variantes de concepto con respecto 
a las necesidades latentes en las plantas de osmosis inversa, se desarrolla una 
comparación de los conceptos en la Figura 18, con el fin de analizar más 
fácilmente las opciones de conceptos que más convienen para el diseño final. 
Figura 18. Comparación de la evaluación de concepto s 
 
 
 
A través del Figura 18, se puede observar fácilmente que los conceptos A y E, son 
las opciones más favorables para el proyecto de diseño de las plantas de osmosis 
inversa, por su completa automatización, su instrumentación a utilizar, sus medio 
de control, su formas de visualización de variables y por su armonía con respecto 
al medio ambiente y al usuario en general. 
 
Es necesario tener en cuenta que los dos conceptos, son muy similares a la hora 
de hablar de diseño físico e instrumentación requerida, pero tiene una variante con 
respecto a la forma de controlar el sistema. El concepto A usa un PLC y un Data 
panel, mientras que el concepto E, usa un Micro Controlador y un LCD, por lo 
tanto es importante estudiar más a fondo las dos opciones generadas, y ver cuál 
es el mejor diseño para la empresa, con respecto a su implementación, 
satisfacción de necesidades y costos generados. 
 
 
57 
 
12.6 SELECCIÓN DETALLADA DE CONCEPTOS 
 
Teniendo en cuenta las especificaciones del producto, las premisas y restricciones 
previamente estudiadas y las principales necesidades del cliente con respecto al 
diseño de las plantas de osmosis inversa, se podrá deducir cual es el mejor 
concepto, entre los dos más relevantes, para dicho diseño. A continuación se 
expondrá los ítems más importantes a tener en cuenta a la hora de la comparación 
entre conceptos. 
 
• Eficiencia 
• Costos 
• Control de tiempos 
• Mantenimiento 
• Dimensionado 
 
Cuadro 5. Selección detallada de conceptos 
 El peso de cada especificación esta dado de 1 a 3, siendo 3 el más importante y 1 el menos importante. 
Especificaciones Concepto A Concepto E 
Eficiencia 3 2 
Costos 2 3 
Control 3 3 
mantenimiento 3 1 
dimensionado 2 3 
total 13 12 
 
 
Teniendo en cuenta una de las principales premisas y restricciones de diseño, en 
cuanto a sistemas robustos que se desempeñen bien en áreas industriales, el 
concepto B no se factible a tener en cuenta, ya que los sistemas con micro-
controladores, no son sistemas aptos para trabajar en ambientes industriales 
pesados. 
 
El concepto A, es un concepto bien fundamentado a la hora de hablar de 
instrumentación, control, automatización y eficiencia, es importante aclarar que los 
costos con respecto al concepto B son más elevados, pero tiene un sistema de 
control robusto, que permite el fácil mantenimiento y el correcto funcionamiento en 
áreas industriales, y esto conlleva a que la inversión sea fácilmente recuperable. 
 
 
 
 
58 
 
13. TIPO DE ARQUITECTURA 
 
 
En el cuadro 6 se presentan los principales elementos físicos que conforman las 
plantas de tratamiento de agua de osmosis inversa, con sus respectivos 
elementos funcionales, los cuales se deducen del concepto A generado y 
seleccionado en la etapa de generación de conceptos. 
De igual manera Por términos de economía, simplicidad, reutilización y 
actualización, se cree conveniente la implementación de una arquitectura modular, 
que permita obtener los componentes sin mayor problema y que de la facilidad de 
mantenimiento y recambio de piezas, por parte del usuario. 
 
13.1 ARQUITECTURA DEL PRODUCTO 
Cuadro 6. Arquitectura del producto 
ARQUITECTURA DEL PRODUCTO 
D
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O
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 P
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IA
 L
T
D
A
. 
ALIMENTACION 
ELECTRICA 
RED ELECTRICA 110Vac - (60Hz) 
CONTROL Y 
VISUALIZACION DE 
VARIABLES 
PLC 
DATA PANEL 
SENSORES 
NIVEL 
TDS 
CAUDAL 
ALMACENAMIENTO Y 
PRODUCCION 
TANQUES 
ARENA 
CARBON 
SUAVIZADOR 
SALMUERA 
AGUA TRATADA 
AGUA SIN TRATAR 
TUBERIAS 
COLECTORES 
SISTEMA DE 
FITLTROS 
LECHOS 
ARENA 
CARBON ACTIVADO 
RESINA 
SISTEMA DE 
OSMOSIS INVERSA 
TANQUES 
MEMBRANA SEMIPERMEABLE 
SERVOACTUADOR 
MOTOBOMBAS 
ELECTRO-VALVULAS 
OTROS VALVULAS E INTERRUPTORES 
 
 
 
 
 
 
59 
 
13.2 ARQUITECTURA ELECTRONICA 
 
Por medio de la arquitectura electrónica del concepto seleccionado, se puede 
observar de forma detallada las funciones que tiene cada uno de los componentes 
electrónicos en la planta de tratamiento de agua de osmosis inversa, y se puede 
visualizar la arquitectura electrónica, fundamentalmente en tres etapas. La etapa 
de control por medio del PLC, la etapa de la visualización de variables por medio 
del data Panel y la etapa de instrumentación que permite el desarrollo del proceso 
y define la información a controlar. 
 
Figura 19. Arquitectura electrónica 
 
 
13.3 ARQUITECTURA MECANICA 
 
De igual manera como existe una arquitectura de control y automatización 
electrónica, existe una arquitectura mecánica, que tiene vital importancia en el 
proceso de tratamiento de agua, ya que en ella se tienen en cuenta factores tales 
como la mecánica de fluidos, la resistencia de losmateriales de los tanques, la 
60 
 
capacidad de almacenamiento de cada tanque y el respaldo ingenieril de que la 
planta física general cumpla con el proceso de manera correcta. 
 
En la arquitectura mecánica, se observa los principales factores que determinan la 
producción de agua tratada y el medio físico necesario para el cumplimiento de 
dicha meta. 
Figura 20. Arquitectura Mecánica 
 
 
13.4 PROCESO QUIMICO 
 
Las plantas de tratamiento de agua de osmosis inversa, generalmente trabajan 
con unas etapas de filtración que anteceden al proceso de osmosis inversa como 
tal, esto se realiza con el fin de garantizar los mejores resultados con lo 
concerniente a la purificación del agua. 
Para poder diseñar y automatizar una planta de tratamiento de agua de osmosis 
inversa con todas sus etapas de filtración, se debe tener en cuenta el factor físico-
químico, el cual nos permite entender detalladamente el proceso de tratamiento 
del agua. 
 
Las herramientas tecnológicas, ya sea electrónicas o mecánicas, están al servicio 
del proceso químico que afecta al agua, por lo tanto el diseño de la planta de 
61 
 
tratamiento de agua de osmosis inversa, nace de la comprensión total de dicho 
proceso. 
 
Figura 21. Proceso químico de pre-tratamiento de ag ua 
 
 
 
13.5 FUNCIONALIDAD DE CADA ELEMENTO FISICO 
Cuadro 7. Funcionalidad y relación de elementos fís icos 
ELEMENTO FISICO ELEMENTO FUNCIONAL 
Red eléctrica 110 Vac , 60Hz. Provee la energía eléctrica del sistema 
PLC 
Elemento encargado de procesar y controlar el ciclo de 
tratamiento de la planta 
Data panel 
Medio físico que permite la visualización e interacción con 
las variables de la planta 
Electro - Válvulas Permiten el paso controlado del agua a tratar a través de 
unos estímulos eléctricos en determinado tiempo 
Motobombas 
Generan presión en el proceso para el constante fluido del 
agua 
Sensores Suministran información externa del proceso 
Tanques de almacenamiento 
y tratamiento 
Almacenan, procesan y protegen el agua, para el correcto 
funcionamiento del tratamiento 
Tuberías Medio físico encargado de transportar el agua de una etapa de tratamiento a la otra o hacia el exterior 
 
 
62 
 
13.6 INTERACCION ENTRE MODULOS 
 
A través de las figuras N° 19, 20 y 21 se desea dar una idea clara del 
funcionamiento de cada una de los elementos físicos, con sus respectivas 
funciones, y por medio de la Figura 22 se pretende explicar más 
generalizadamente cada uno de las interacciones de los elementos para el 
desarrollo del proceso total de tratamiento de agua por osmosis inversa. 
Figura 22. Interacción entre módulos de elementos f ísicos 
 
 
 
Es posible observar en la figura 22, como en la interacción entre módulos es de 
vital importancia para el completo desarrollo del proceso de tratamiento de agua. 
La parte de control, constituida por el PLC, los sensores y la interfaz gráfica, 
brindan los tiempos y las acciones necesarias a las electroválvulas para 
desarrollar el proceso de cada etapa de tratamiento correctamente; La parte de 
servo actuadores, constituida por las electroválvulas y motobombas, son la 
implementación instrumental que permite el traspaso físico del agua a tratar de 
una etapa de tratamiento a otra según el controlador; Y por último esta la 
implementación física y del procesos como tal, constituida por los tanques, las 
tuberías, la red eléctrica y la membrana semipermeable, conjunto que permite 
manejar e implementar las variable y el proceso total. 
63 
 
14. PROTOTIPADO 
 
El proceso del prototipado, es una etapa muy importante en el proyecto, ya que se 
busca dar a conocer la apariencia final del producto, además de su nivel de 
funcionalidad, esteticidad y practicidad. 
Figura 23. Diferentes prototipos a desarrollar 
 
 
En la figura 23 se puede ver 3 prototipos a desarrollar, un prototipo físico-parcial 
con el cual se desea brindar una aproximación visual del producto, con el fin de 
comunicar una posible apariencia física final y poder integrar los diferentes 
subsistemas desarrollados; y un prototipo parcial-analítico con el que se desea 
mostrar el nivel de funcionalidad de la planta en términos de programación y 
automatización, y un prototipo físico completo, con el cual se desea tomar como 
piloto de prueba del PLC y del HMI, con el fin de verificar el correcto 
funcionamiento del control y la automatización de la planta. 
 
14.1 CONSIDERACIONES DE DISEÑO 
 
A través del software informático Solid Edge y sus herramientas de diseño CAD-
CAE se implementa un prototipo físico parcial en 3D de cada uno de los tanques 
que conforman toda la planta de osmosis inversa, los cuales son: 
Tanques de almacenamiento del agua, tanque de pre filtro de arena, tanque de 
pre filtro de carbón, tanque suavizador con su respectivo depósito de salmuera y 
la planta de osmosis inversa. 
 
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Es importante aclarar que las medidas de las plantas de osmosis inversa, se 
desarrollan según el pedido de la producción deseado del cliente, por lo tanto las 
medidas y materiales de cada tanque son variables. 
 
A continuación se procede a analizar la forma como se deduce las medidas de los 
tanques, por medio de ecuaciones matemáticas, consideraciones de diseño y 
especificaciones del cliente. 
 
14.1.1 Especificaciones para el diseño de la planta . 
Cuadro 8. Especificaciones para el desarrollo del d iseño 
ESPECIFICACIONES DE DISEÑO 
ESPECIFICACION VALOR UNIDAD 
CAUDAL PRETRATAMIENTO (Q) 20 GPM Galones por minuto 
DUREZA AGUA CRUDA 60 PPM Partes por millón 
RATA VELOCIDAD FILTRO DE ARENA 3 - 5 GPM/FT^2 Galones por minuto/pie cuadrado 
RATA VELOCIDAD FILTRO DE 
CARBON 
8 GPM/FT^2 Galones por minuto/pie cuadrado 
VELOCIDAD DE FLUIDO EN LA 
TUBERIA PVC 
3,28 Ft/Seg Pies/segundo 
VELOCIDAD DE FLUIDO TUBERIA 
ACERO 
7 Ft/Seg - 10 
Ft/Seg. Pies/segundo 
ALTURA CONSTANTE DE LECHOS 3 Ft Pies 
TIEMPO DE REGENERACION RESINA 7 Días 
MATERIAL TUBERIAS PVC 
FUENTE DEL AGUA ACUEDUCTO 
 
En el cuadro 8 se puede ver una serie de especificaciones muy relevantes para el 
desarrollo del diseño del prototipo 3D, con las cuales se permite hacer un estudio 
de ingeniería detallado. 
 
Es importante tener en cuenta que el caudal, el material de las tuberías y la fuente 
de agua son especificaciones dadas por el cliente, además la dureza y el tiempo 
de regeneración de la resina son valores comunes en los tipos de agua de 
acueducto, y por ultimo las ratas de velocidades de los filtros, la velocidad 
constante de la tubería PVC y la altura del lecho son consideraciones de la 
empresa con las cuales las plantas han trabajado correctamente. 
 
Se debe considerar a la hora del diseño, que los tanques deben ser como mínimo 
50% más altos que la altura del lecho. Con el fin de dar espacio a los medios de 
distribución del agua de entrada (colectores). 
 
En el siguiente cuadro se desea mostrar una pequeña lista de los materiales más 
usados a la hora del desarrollo de las plantas de tratamiento de agua. 
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Cuadro 9. Materiales más usados para los tanques de la planta 
MATERIAL COSTOS RENDIMIENTO DIMENSIONADO 
PVC bajo Bajas presiones Dimensionadle 
ACERO AL CARBON Medio Altas presiones Dimensionadle 
ACERO INOXIDABLE Alto Altas presiones Dimensionadle 
FIBRA DE VIDRIO medio Medias presiones estándar 
 
Nota: es importante tener en cuenta que los tanques de fibra de vidrio, tienen 
medidas estándar, lo cual no permite un diseño personalizado según los datos 
obtenidos a través del estudio de dimensiones, y los tanques de PVC no son 
viables a la hora de hablar de altas presiones, por lo tanto se tendrá en cuenta a 
la hora del diseño de manufactura solamente la cotización de los precios de acero 
inoxidable y acero al carbón. 
14.1.2 Ecuaciones matemáticas a tener en cuenta. A la hora del diseño de la 
planta de tratamiento de agua de osmosis inversa, se hace necesario tener un 
conocimiento mínimo de algunas herramientas matemáticas básicas, para