Aireación en EDAR: las soplantes para depuradoras

La aireación en una depuradora de aguas residuales es uno de los procesos más importantes para provocar la reducción de la contaminación en las aguas. Es muy importante conocer las las soplantes para depuradoras que encontramos en el mercado actual. Esta actividad, según diferentes estudios, representa el 44% del consumo eléctrico total de la EDAR. De ahí la importancia de acertar en la elección del equipo electromecánico adecuado.

Las máquinas que se emplean en los distintos procesos donde interviene un aporte de aire son soplantes y turbocompresores.

Selección de soplantes para depuradoras de aguas residuales

Los reactores biológicos del tratamiento secundario de aguas residuales es habitual que tengan una profundidad de 5m a 6m. Para inyectar aire en estas condiciones se requiere una contrapresión de 0.5 – 0.6 bar (g) en las soplantes de aireación. Además, la eficiencia de transferencia de oxígeno (OTE) en el tanque de aireación aumenta cuanto mayor es la altura de la columna de agua.

Las soplantes de tres lóbulos tradicionales son eficientes hasta que el nivel del agua en el tanque de aireación sea inferior a 4 m. Esto ofrece una resistencia de contrapresión de solo 0,45 bar (g) o inferior. Sin embargo, una vez que la presión cruza 0.5 bar (g), las soplantes de lóbulos gemelos y trilobulares comienzan a consumir alta potencia y contribuyen a un alto coste de energía para las EDAR.

Por lo tanto, se recomienda utilizar la tecnología de soplantes de tornillo rotativos para presiones superiores a 0,5 bar (g). Las soplantes de tornillo también son conocidas como como soplantes Roots. Tienen un promedio de eficiencia energética 30% mejor en comparación con la tecnología tradicional de lóbulo. Las soplantes de tornillo están diseñadas según las últimas tecnologías innovadoras que reducen el consumo de energía y disminuyen el impacto ambiental.

Las soplantes de tornillo son máquinas de acoplamiento directo, es decir, están accionadas por engranajes. Por eso, son más eficientes que las soplantes tradicionales accionadas por correa. Este aumento de eficiencia se debe a que las máquinas accionadas por correa tienen de un 5% a un 7% más de pérdidas de transmisión en comparación con las máquinas accionadas por engranajes.

Otra ventaja importante de las soplantes de tornillo exentas de aceite accionadas por engranajes es que tienen una amplia regulación. Esto permite una variación en función de la necesidad de oxigeno en el interior del reactor biológico.

Soplantes para depuradoras: la aireación de las aguas residuales

Soplante de lóbulos rotativos

Un par de rotores suministran un volumen fijo de aire en cada rotación. Las soplantes lobulares rotativos se basan en la compresión externa, de modo que el aire es comprimido por la contrapresión del sistema.

Las soplantes de lóbulos rotativos funcionan según el sistema roots. Este sistema consiste en instalar dos rotores trilobulares en paralelo que giran coordinados y en sentido opuesto en el interior de una cámara. El aire queda atrapado en los espacios entre los lóbulos y la cámara y es conducido a través de la cámara mediante el movimiento rotativo de los rotores hacia el escape. En la parte superior de la etapa de compresión tiene un silenciador con filtro de aspiración integrado. Una vez que el aire ha sido comprimido, dentro de la etapa, éste fluye hacia el silenciador de escape situado en la parte inferior de la misma. El accionamiento se realiza mediante un motor dotado de un sistema de transmisión por correas. Este sistema de correas permite ajustar la soplante a la velocidad requerida por el proceso.

Soplante de tornillo

El núcleo central de presurización de aire de las soplantes de tornillo se componen de émbolos rotativos de ejes gemelos, la compresión es interna, es decir, la compresión se realiza entre los ejes.

El aire se transporta desde la aspiración hasta la impulsión en el espacio formado entre los dos rotores helicoidales, comprimiendo el aire hasta su presión final en la impulsión, estos rotores están recubiertos de teflón y sincronizados mediante un juego de engranajes de sincronismo.

Este es un aspecto diferencial  respecto a las soplantes de lobulos rotativos, ya que la compresión en estas últimas es externa, es decir, la compresión tiene lugar entre el eje y la carcasa exterior.

Las soplantes de tornillo trabajan a velocidades superiores a las nominales del motor, mediante variadores de frecuencia y multiplicadores mecánicos, en comparación con las soplantes lobulares. Las soplantes de lóbulos rotativos trabajan a velocidades nominales del motor o inferiores, siendo el accionamiento mediante poleas conectadas con cadena cinemática o correas, que presentan mayores pérdidas.

Turbocompresores para aireación en EDARs

Fuente: AERZEN

Los turbocompresores son equipos electromecánicos para suministrar flujos de aire medios y altos normalmente entre 1200 m³/h y 16200 m³/h.

Suelen tener un control de frecuencia variable y están exentos de aceite en sus mecanismos interiores.

El motor es una parte fundamental en estos equipos. Presentan un motor síncrono de imanes permanentes (PMS). Los propulsores están fabricados de acero inoxidable para aumentar su resistencia y durabilidad.

Características de los rodamientos de lámina

• • Operación sin contacto y sin vibraciones
  • Sin componentes sujetos a desgaste
  • Absorbe incluso fluctuaciones extremas de presión
  • Desarrollo de la industria aeroespacial
  • Modo inactivo de bajo consumo

Ventajas de un equipo turbocompresor

• • Ahorro en el consumo de energía eléctrica de hasta el 30 %
  • Un nivel de eficiencia de hasta el 80 %
  • Costes de mantenimiento muy reducidos
  • Rango de control de la operación entre un 40 a un 100 %
  • Componentes individuales de alta eficiencia

Turbocompresor de levitación magnética

La principal característica de este turbocompresor es que funciona mediante levitación magnética.

Se denomina “levitación magnética” al fenómeno por el cual un material puede, literalmente, levitar 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.

Los cojinetes de inducción generan un campo magnético que hace levitar el único elemento móvil de la máquina. Dicho elemento consiste en un eje con la turbina de impulsión, el rotor del motor eléctrico y el ventilador de refrigeración de la máquina.

El caudal se regula mediante un variador de frecuencia incluido en el equipo que, al variar la velocidad, controla el volumen o la presión y, además, consigue un ahorro sustancial a bajas velocidades, ya que disminuye la potencia. Otro beneficio de usar un variador de frecuencia es que se ahorra energía porque el motor trabaja a la velocidad nominal para el volumen circulado.

Fuente: AERZEN

Turbocompresor de levitación neumática

Este tipo de equipos es similar. Estos equipos funcionan de la siguiente manera: el aire se aspira a través de un filtro mediante el giro del rodete del turbocompresor. El impulsor se acciona por el motor eléctrico de imanes permanentes de alta velocidad. La energía eléctrica se conecta al equipo con corriente alterna y se regula por el variador de frecuencia. Así alimentamos el motor específicamente diseñado para funcionar en velocidad variable.

Comparación entre turbocompresor de levitación magnética y soplante de lóbulos rotativos

La Revista Tecnología del agua en un artículo comparativo entre soplantes y turbocompresores de levitación magnética concluye: “los costes de funcionamiento del turbocompresor de levitación magnética son menores que los de la soplante de émbolos rotativos.

La mayor eficiencia energética es debida a que el mayor rango de presión de trabajo del turbocompresor implica que pequeñas variaciones de presión, como las producidas por aperturas y cierres de válvulas motorizadas, no conlleven un aumento de consumo energético tan importante como en las soplantes rotativas.

A su vez, la ausencia de rozamientos, gracias al sistema de rodamientos magnéticos y a la ausencia de pérdidas energéticas por correas de transmisión (5%), influye positivamente en una mayor eficiencia”.

Optimizar el funcionamiento de las soplantes para depuradoras

Los variadores de velocidad (VSD) o los variadores de frecuencia (VFD) que funcionan con el medidor de oxígeno disuelto (OD) ahorran más energía en comparación con las soplantes de velocidad fija. La reducción de ruido, monitorización remota, IoT han aumentado las ventajas con las soplantes de tornillo.

Es altamente recomendable utilizar el control de la soplante basado en retroalimentación del medidor de oxígeno disuelto (OD) que no solo asegura el proceso biológico efectivo en la EDAR sino que también ahorra costes de energía.

Este temas, y otros, son tratados más detalladamente en nuestros cursos de formación especializada.

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