¿Qué alternativas existen para reducir los gastos económicos y energéticos en la depuración de aguas residuales? ¿Es recomendable actualizar los componentes y modelos obsoletos por nuevos? ¿Qué importancia tiene la tecnología de ventilación en el tratamiento de aguas residuales? Os mostramos cómo intervienen los soplantes para tratamiento de aguas
Estas y muchas más, son algunas de las preguntas que, día a día, se hacen los responsables de las plantas de tratamiento de aguas o EDAR (Estación Depuradora de Aguas Residuales).
En el proceso de depuración de aguas residuales, el consumo de energía puede llegar a suponer más del 60% del coste total de la electricidad. Por esta razón, se hace necesaria la implementación de mejoras en la eficiencia de los equipos para reducir dichos costes energéticos.
Hay que tener en cuenta que tales costes, asociados al aire comprimido, en algunos casos llegan a alcanzar hasta el 75% del coste total. De ahí que sea esencial el uso de equipos de aireación de última generación, como los soplantes o turbocompresores, que permitan reducir tanto la huella de carbono como los costes del ciclo de vida.
Tipos de soplantes para tratamiento de aguas residuales
Es común que los reactores biológicos de las estaciones de depuración de aguas residuales tengan una profundidad de 5 a 6 metros. Para suministrar el aire necesario en estas condiciones se requiere una contrapresión de 0.5 a 0.6 bar (g) en los equipos de aireación.
Además, cuanto más alto sea el nivel del agua, mayor será la eficiencia de transferencia de oxígeno (OTE) en el tanque de aireación.
Los soplantes de tres lóbulos son eficaces cuando la profundidad del agua es inferior a 4 metros, lo que se traduce en una resistencia de contrapresión de solo 0.45 bar (g) o menos.
Sin embargo, cuando la presión supera los 0.5 bar (g), los soplantes de lóbulos gemelos y trilobulares consumen mucha energía y contribuyen a un alto costo de funcionamiento de las estaciones de depuración de aguas residuales. Por lo tanto, es importante elegir el equipo de aireación adecuado para mejorar la eficiencia energética y reducir los costes de operación en estas instalaciones.
Es recomendable utilizar soplantes de tornillo rotativos en aplicaciones donde la contrapresión requerida supere los 0,5 bar (g). Estos soplantes, también conocidos como soplantes Roots, tienen una eficiencia energética promedio de alrededor del 30% mejor en comparación con la tecnología de lóbulos tradicional.
Los soplantes de tornillo están diseñados utilizando las últimas tecnologías innovadoras que reducen el consumo de energía y disminuyen el impacto ambiental. Estas máquinas de acoplamiento directo son más eficientes que los soplantes tradicionales accionados por correa debido a que tienen menos pérdidas de transmisión, lo que resulta en un aumento de eficiencia del 5% al 7%.
Además, los soplantes de tornillo exentos de aceite accionados por engranajes ofrecen una amplia regulación que permite variar la tasa de suministro de aire en función de la necesidad de oxígeno en el interior del reactor biológico. Esto los convierte en una opción ideal para estaciones de tratamiento de aguas residuales que requieren un alto nivel de eficiencia energética y regulación precisa.
Soplante de tornillo
El corazón de los soplantes de tornillo está compuesto por émbolos rotativos de ejes gemelos que realizan la compresión de aire internamente, es decir, entre los ejes.
El aire se transporta desde la aspiración hasta la impulsión a través del espacio formado entre los dos rotores helicoidales, comprimiéndolo hasta alcanzar su presión final en la impulsión.
Es importante destacar que estos rotores están recubiertos de teflón y sincronizados mediante un juego de engranajes de sincronismo, lo que supone una diferencia significativa en comparación con los soplantes de lóbulos rotativos, ya que en estos últimos la compresión es externa, entre el eje y la carcasa exterior.
Los soplantes de tornillo operan a velocidades superiores a las nominales del motor gracias al uso de variadores de frecuencia y multiplicadores mecánicos, lo que los diferencia de los soplantes de lóbulos rotativos que trabajan a velocidades nominales del motor o inferiores.
Estos últimos se accionan mediante poleas conectadas con cadena cinemática o correas, lo que conlleva mayores pérdidas.
Soplante de lóbulos rotativos
En los soplantes lobulares rotativos, un par de rotores giran para suministrar un volumen fijo de aire en cada rotación. A diferencia de los soplantes de tornillo, estos trabajan con la compresión externa, lo que significa que la presión del sistema comprime el aire.
Los soplantes de lóbulos rotativos emplean el sistema Roots, anteriormente citado, que consiste en dos rotores trilobulares que giran en paralelo y en sentido opuesto dentro de una cámara. El aire queda atrapado en los espacios entre los lóbulos y la cámara, y es transportado por el movimiento rotativo de los rotores hacia el escape.
En la parte superior de la etapa de compresión, hay un silenciador con filtro de aspiración integrado, y una vez que el aire ha sido comprimido, fluye hacia el silenciador de escape en la parte inferior.
El accionamiento de la soplante de lóbulos rotativos se realiza mediante un motor equipado con un sistema de transmisión por correas, que permite ajustar la velocidad a las necesidades del proceso.
Turbocompresores para aireación en EDARs
Los turbocompresores son dispositivos electromecánicos utilizados para suministrar flujos de aire medios y altos, generalmente entre 1200 m³/h y 16200 m³/h. Estos equipos suelen ser controlados mediante frecuencia variable y no tienen componentes internos de aceite.
El motor es un componente crítico en los turbocompresores y, por lo general, consta de un motor síncrono de imanes permanentes (PMS). Los propulsores están fabricados con acero inoxidable para garantizar una mayor resistencia y durabilidad.
Los rodamientos de lámina tienen características de operación sin contacto y sin vibraciones, lo que los hace ideales para aplicaciones de alta precisión.
Estos rodamientos no tienen componentes sujetos a desgaste, lo que aumenta su durabilidad y reduce los costos de mantenimiento.
Además, pueden absorber fluctuaciones extremas de presión, lo que los convierte en una opción segura y confiable en diversas industrias, incluyendo la aeroespacial.
Los equipos turbocompresores presentan un modo inactivo de bajo consumo, lo que reduce los costos de energía eléctrica y aumenta su eficiencia energética.
Además, estos equipos ofrecen un nivel de eficiencia de hasta el 80 % y un rango de control de la operación entre un 40 a un 100 %, lo que les permite adaptarse a diferentes necesidades y aplicaciones.
Los componentes individuales de alta eficiencia de los equipos turbocompresores contribuyen a una mayor eficiencia y reducción de costos de mantenimiento.
En general, los equipos turbocompresores ofrecen ventajas significativas en términos de eficiencia energética y costos de operación en comparación con otras opciones disponibles en el mercado.
Turbocompresor de levitación magnética
Este turbocompresor utiliza un sistema de levitación magnética, que permite que el eje de la máquina se mantenga en suspensión sin entrar en contacto con los cojinetes.
La velocidad del caudal se regula mediante un variador de frecuencia incorporado en el equipo, el cual controla tanto el volumen como la presión del aire, logrando un ahorro significativo de energía a bajas velocidades al disminuir la potencia necesaria.
Así mismo, el uso de variadores de frecuencia permite que el motor trabaje a su velocidad nominal para el volumen de aire circulado, lo que también contribuye a reducir el consumo energético.
Esta técnica de levitación magnética se logra mediante el uso de cojinetes de inducción que generan un campo magnético y evitan el rozamiento y desgaste del elemento móvil compuesto por el eje, la turbina de impulsión, el rotor del motor eléctrico y el ventilador de refrigeración.
Pero antes de nada, ¿qué es la levitación magnética en un turbocompresor?
La levitación magnética se logra gracias a la repulsión existente entre los polos iguales de dos imanes o bien debido a lo que se conoce como “Efecto Meissner”, que es una propiedad inherente a los superconductores.
La principal ventaja de la levitación magnética en los turbocompresores es que permite un funcionamiento sin fricción, lo que reduce el desgaste y la necesidad de mantenimiento de los componentes. Por no hablar de que este sistema permite una mayor eficiencia energética y una reducción del ruido y las vibraciones en la operación del equipo.
Turbocompresor de levitación neumática
Estos equipos presentan similitudes con respecto al equipo anteriormente mencionado.
Su funcionamiento consiste en que el aire es succionado mediante el movimiento del rodete del turbocompresor, el cual se activa gracias a un motor eléctrico de imanes permanentes de alta velocidad.
La alimentación eléctrica se realiza mediante corriente alterna y se controla a través de un variador de frecuencia. Así, el motor está diseñado específicamente para trabajar a diferentes velocidades.
Comparación entre turbocompresor de levitación magnética y soplante de lóbulos rotativos
La principal diferencia radica en que el turbocompresor de levitación magnética tiene costos de funcionamiento inferiores a los de la soplante de émbolos rotativos.
Esta mayor eficiencia energética se debe al amplio rango de presión de trabajo del turbocompresor, lo que implica que las pequeñas variaciones de presión, como las producidas por la apertura y cierre de válvulas motorizadas, no generan un aumento significativo en el consumo de energía como en los soplantes rotativos.
Por otro lado, la ausencia de fricción debido al sistema de rodamientos magnéticos y la eliminación de pérdidas energéticas por correas de transmisión (5%) contribuyen positivamente a una mayor eficiencia.
Sugerencias para la aireación de aguas residuales
El uso de variadores de velocidad (VSD) o variadores de frecuencia (VFD) en conjunto con medidores de oxígeno disuelto (OD) permite un mayor ahorro energético en comparación con los soplantes de velocidad fija. Igualmente, con el desarrollo de la tecnología, los soplantes de tornillo ofrecen ventajas adicionales, como reducción de ruido, monitoreo remoto y conectividad IoT.
Se recomienda altamente utilizar un sistema de control de soplantes basado en la retroalimentación del medidor de oxígeno disuelto (OD), ya que no solo asegura la eficacia del proceso biológico en la estación depuradora de aguas residuales, sino que también reduce significativamente los costos de energía.
Si llegados a este punto, tienes dudas sobre qué equipo debes elegir, recuerda que siempre puedes contactar con nuestro equipo de expertos, para que te asesoren con la solución que mejor se ajuste a las necesidades de tus servicios.
