Caída de presión en la práctica: una mirada operacional para el dimensionamiento de su sistema de aireación
Pequeños detalles son importantes influenciadores que pueden determinar el resultado final de un gran proyecto. ¡Y si hablamos en dimensionamiento todo detalle importa en las especificaciones técnicas!
Este articulo no tiene la pretensión de ser una referencia técnica/académica, pero propondrá
una mirada más operacional con la finalidad de aumentar la percepción de la nocividad de la
perdida de carga o caída de presión para la eficiencia energética y operacional del sistema de
aireación de una PTAR.
No hay mejor forma de hacer la introducción del asunto “caída de presión” de que llamar la
atención para los pequeños detalles que estarán presentes e influenciaran directamente en el
dimensionamiento del sistema de aireación y que pueden, a largo plazo, traer deudas
significativas para el funcionamiento y su costo operacional.
Perdida de carga o caída de presión en los difusores
Haciendo un paralelo entre sistemas de aireación por aire difuso y perdida de carga, los difusores por sí solo, ya promueven una caída de presión. Eso se debe a los orificios que forman las burbujas finas, o sea, el aire encuentra resistencia en su pasaje allá en los difusores en el fondo del tanque o laguna de aireación.
Los difusores son, normalmente, los mayores responsables por generar caída de presión en el sistema. Pero más ala de los difusores, hay otros componentes como válvulas, conexiones y trechos de tuberías que provocan e incrementan de forma variada el valor total de la perdida de carga.
Los difusores deben tener un flujo de aire mínimo abajo de lo cual no deben ser operados y un flujo de aire máximo por encima del cual también no deben operar pues la eficiencia de la aireación disminuye rápidamente. El punto correcto del flujo de aire debe ser suficiente para distribuir uniformemente el aire a través del difusor y al mismo tiempo resultar en mínimo inflamiento de la superficie de la membrana, y así no permitir la infiltración del licor mixto y evitar los posibles problemas de incrustación.
El gráfico abajo demuestra la variación de caída de presión conforme el caudal de aire por difusor. Por lo tanto, cuando mayor el caudal de aire por difusor, mayor será la perdida de carga y el consumo de energía.
Ningún fabricante serio en el mundo recomendará operar con caudales de aire elevadas, no solamente por la cuestión energética, pero también por la reducción de la vida útil de las membranas de los difusores.
Actualmente existen diversos tipos de modelos de difusores, de diferentes materiales, formatos y tipos de perforación. Todos esos puntos se relacionan directamente con la perdida de carga que ellos pueden presentar.
Materiales constructivos de difusores de aire
Lo que es poco conocido es el hecho de que difusores visualmente muy parecidos (casi idénticos), presenten comportamientos completamente diferentes en relación a taza de transferencia de oxígeno (ese asunto será abordado en otra oportunidad) y la caída de presión.
¿Pero qué es lo que provoca esa diferencia de performance en componentes tan parecidos?
Básicamente, son dos los factores: composición del material y perforación de las membranas.
La mayor parte de las membranas actualmente vendida es en EPDM (ethylene propylene diene methylene). El caucho de etileno-propileno-dieno (EPDM), pertenece al grupo genérico de los “cauchos de etileno-propileno”, grupo que engloba dos variedades de caucho: los copolímeros y los terpolímeros.
El suceso de un compuesto de EPDM depende de investigación y la utilización de mayor porcentual de componentes adecuados a la aplicación. Membranas fabricadas con gran cantidad de aceites, presentarán problemas dimensionales em un corto espacio de tiempo con la perdida de ese material para el efluente o mismo para un determinado grupo de microrganismos.
Consultores e ingenieros de procesos de tratamiento con más experiencia entienden el asunto “caída de presión” como de extrema importancia y parte integrante del proceso decisorio para la implementación de un sistema de aireación de buen funcionamiento.
Planificación em el dimensionamiento del sistema de aireación
Mas allá de la caída de presión de los difusores, el dimensionamiento del sistema y sopladores debe llevar en cuenta otras particularidades como la velocidad adecuada de aplicación, diámetros, tipos de válvulas, conexiones y camino de la tubería de conexión que une sopladores al tanque de aireación o laguna aireada.
En la práctica, ateniéndose a la tubería de conexión o de distribución de aire, la atención debe estar orientada a la reducción de la caída de presión a lo largo del camino recorrido por el aire de la forma más sutil posible.
El dimensionamiento del sistema, así como el recorrido de la tubería de conexión debe ser pensado de forma a minimizar esa inevitable perdida y así también aumentar la eficiencia energética de una PTAR (Planta de Tratamiento de Aguas Residuales). Puede parecer simple, pero esa simplicidad puede traer óptimos resultados en el proceso tanto sobre el punto de vista de eficiencia de tratamiento, como también en la eficiencia energética.
El gráfico abajo ayuda a entender mejor ya que es muy importante para un dimensionamiento eficiente de la tubería de distribución de aire, una vez que la aireación adentro del proceso como un todo es aquel que consume mayor energía.
Fuente: U.S. Department of Energy – Processos Típicos de Uso de Energia de Estação de Tratamento de Águas Residuais
Resumiendo, la perdida de carga o caída de presión es la suma de la carga de elevación, carga de velocidad y carga de presión del aire adentro del camino de esa tubería. Esa pérdida está directamente vinculada a la velocidad del aire, largo da tubería, diámetro de la tubería y también las conexiones y válvulas presentes en ese camino.
Hechos sobre caída de presión o perdida de carga y dimensionamiento de su tubería:
- Cuánto menor la perdida de carga, menor el consumo de energía;
- Cuánto mayor el caudal de aire por difusor, mayor pérdida de carga;
- Cuánto mayor pérdida de carga, mayor la temperatura en la tubería y en el sistema;
- La profundidad del tanque debe ser tenida en cuenta en el dimensionamiento;
- Analice y optimice el camino a ser recorrido por la tubería de conexión;
- Perdida de Carga en los Difusores – monitore posibles incrustaciones en las membranas;
- Diámetro de la tubería. Encontrar un equilibrio entre costo x velocidad del aire en la tubería;
Fuentes: U.S. Department of Energy. Thermal Engeneering Org.
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