SISTEMAS DE AERACIÓNTÉCNICAS APLICABLES AL DISEÑO Y
GESTIÓN
XXXIII CURSO SOBRE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES Y EXPLOTACIÓN DE ESTACIONES DEPURADORASY EXPLOTACIÓN DE ESTACIONES DEPURADORAS
Ian Trillo FoxIan Trillo Fox
ASESORíA TÉCNICA Y CONTROL SAASESORíA TÉCNICA Y CONTROL, SAPtge. Cooperativa 1 1º2º
Sant Cugat del Vallés, 08192 Barcelona@[email protected]
CEDEX, 18 de Noviembre 2015
CONTENIDO DE LA PRESENTACIÓN
1 Introducción1. Introducción2. Demanda de Oxígeno de los Procesos de Tratamiento
Biológico3 T f i d O í3. Transferencia de Oxígeno4. Tipos de Aeradores I5. Tipos de Aeradores II (Difusores Porosos Finos)6. Dimensionamiento de un Sistema de Aeración7. Central de Producción de Aire8 Control de Sistemas de Aeración8. Control de Sistemas de Aeración 9. Medida de la Transferencia de Oxígeno en
Condiciones Standard10 Medida de la Transferencia de Oxígeno en10. Medida de la Transferencia de Oxígeno en
Condiciones de Campo
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Á
1. INTRODUCCIÓN1. INTRODUCCIÓN
PRINCIPIOS BÁSICOSAGENTESELIMINACIÓN CONTAMINANTES AGENTES• SUSTRATO• MICROORGANISMOS
ELIMINACIÓN CONTAMINANTES
– Orgánicos (C)
Inorgánicos (N y P) • ACEPTOR DE ELECTRONES– Inorgánicos (N y P)
PROCESOS
• CATABÓLICOS: El sustrato es transformado en productos estables y energía (Fuente de energía)
• ANABÓLICOS: El sustrato se utiliza para la síntesis celular (Fuente de carbono)
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celular (Fuente de carbono)
1. INTRODUCCIÓN1. INTRODUCCIÓN
Clasificación de los Microorganismos según sus Fuentes de Carbono y Energíasegún sus Fuentes de Carbono y Energía
PROCESO F CARBONO F ENERGIA ACEPTORPROCESO F. CARBONO F. ENERGIA ACEPTOR e-
ELIMINACIÓN C Heterótrofos DQO DQO O2Heterótrofos DQO DQO O2
NITRIFICACIÓN NH4 NOx- CO2
NH4 NO2-
O2 Autótrofos NO2
DESNITRIFICACIÓNNOx- N2 DQO DQO NO3- x 2Heterótrofos
DQO DQO NO3
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1. INTRODUCCIÓN1. INTRODUCCIÓN
Modelo de Utilización de Energía y Oxígeno por Microorganismos Heterótrofos
ACEPTOR ELECTRONES
O2RESPIRACIÓN
CO2, H2O, NH4, ...FUENTE DE
PRODUCTOS RESPIRACIÓN RESIDUO INERTE
CO2, H2O, NH4, ...
CPRODUCCIÓN
CARBONO Y ENERGIA
BIOMASA
Ags (ENERGIA)
SÍNTESISPRODUCCIÓN
NETA BIOMASA
NUTRIENTES
BIOMASA
METABOLISMO ENDOGENO Ags (ENERGIA)
N, P, S, etc
O2
ACEPTOR ELECTRONES MANTENIMIENTO
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O2
2. DEMANDA DE O2 DE LOS T. BIOLÓGICOS2. DEMANDA DE O2 DE LOS T. BIOLÓGICOS
Utilización de Sustrato para Crecimiento Celular
BiBiomasa
YHET1 DQO
YHET
1-YHET
CO2 + H2O + energíaAceptor e
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CO2 + H2O + energíaAceptor e-
2. DEMANDA DE O2 DE LOS T. BIOLÓGICOS2. DEMANDA DE O2 DE LOS T. BIOLÓGICOS
PROCESO AEROBIO
BiBiomasa
YHET1 DQO
YHET
1-YHET
O CO2 + H2O + energía
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O2 CO2 + H2O + energía
2. DEMANDA DE O2 DE LOS T. BIOLÓGICOS2. DEMANDA DE O2 DE LOS T. BIOLÓGICOS
PROCESO ANÓXICO
Biomasa
1 DQOYHET
1-YHET
NNO
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N2NO3 CO2 + H2O + energía
2. DEMANDA DE O2 DE LOS T. BIOLÓGICOS2. DEMANDA DE O2 DE LOS T. BIOLÓGICOS
METODOS DE CALCULO DE LA DEMANDA DE OXIGENO DE LA MATERIA CARBONOSADE OXIGENO DE LA MATERIA CARBONOSA
• Métodos empíricos
• Utilización de modelosUtilización de modelos
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2. DEMANDA DE O2 DE LOS T. BIOLÓGICOS2. DEMANDA DE O2 DE LOS T. BIOLÓGICOS
MÉTODOS EMPÍRICOS
* Utilización de ratios (Kg O2/ Kg DBO5 elim.) derivados de la experiencia
Ejemplo: Curva MOP-8 (WPCF)
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2. DEMANDA DE O2 DE LOS T. BIOLÓGICOS2. DEMANDA DE O2 DE LOS T. BIOLÓGICOS
UTILIZACIÓN DE MODELOS
Clásicos
Sofisticados* UCT* ATV* WRC
Sofisticados
ACTIVATED SLUDGE WRC* Otros MODELS (ASM)
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2. DEMANDA DE O2 DE LOS T. BIOLÓGICOS2. DEMANDA DE O2 DE LOS T. BIOLÓGICOS
FORMULACIÓN GENERAL CLÁSICA
McCARTY: Concepto Estequiométrico
La fracción de sustrato(DQO) no convertiday) La fracción de sustrato(DQO) no convertida en biomasa es equivalente al oxígeno utilizado.
ECKENFELDER: Concepto EmpíricocCar
ty
ECKENFELDER: Concepto Empírico
Kg O2 /dia = a •( Kg DBOe) + b • (X • V)
der-
Mc
Síntesis Respiración Endógena
a :Coeficiente de Síntesis (estequiométrico)kenf
eld
( q )
b :Coeficiente de Respiración Endógena (cinético dependiente de la temperatura)(
Eck
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p p )b(Tº) ≈ b(20º)·1.07^(T-20)
2. DEMANDA DE O2 DE LOS T. BIOLÓGICOS2. DEMANDA DE O2 DE LOS T. BIOLÓGICOS
Coeficientes de la Demanda de Oxígeno
E k f ldCarga másica a b20ºC
Eckenfelder
(Kg/DBO5/d/KgSSLM) (KgO2/KgDBO5e) d-1
1,0 0,50 0,1360 7 0 50 0 1310,7 0,50 0,1310,5 0,50 0,1230 4 0 53 0 1170,4 0,53 0,1170,3 0,55 0,1080 2 0 59 0 0920,2 0,59 0,0920,1 0,65 0,066
0 05 0 66 0 040
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0,05 0,66 0,040
2. DEMANDA DE O2 DE LOS T. BIOLÓGICOS2. DEMANDA DE O2 DE LOS T. BIOLÓGICOS
Demanda Específica de Oxígeno
(ATV-DVWK-A131E)(kgO2/kgDBO5)(DQO/DBO5
2. DEMANDA DE O2 DE LOS T. BIOLÓGICOS2. DEMANDA DE O2 DE LOS T. BIOLÓGICOS
DEMANDA DE OXIGENO DE LA MATERIA NITROGENADANITROGENADA
ÓA ) NITRIFICACIÓNDemanda estequiométrica de oxígeno4 60 K O / K N NO f d4,60 Kg O2 / Kg N – NO3 formado
B ) DESNITRIFICACIÓNB ) DESNITRIFICACIÓN“Aporte” estequiométrico de oxígeno2 86 Kg O2 / Kg N – NO3 eliminado2,86 Kg O2 / Kg N NO3 eliminado
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2. DEMANDA DE O2 DE LOS T. BIOLÓGICOS2. DEMANDA DE O2 DE LOS T. BIOLÓGICOS
DEMANDA TOTAL DE OXIGENOFORMULACIÓN CONVENCIONAL
DEMANDA CARBONOSADEMANDA CARBONOSA
++
DEMANDA NITRIFICACIÓNDEMANDA NITRIFICACIÓN
-
APORTE DESNITRIFICACIÓN
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APORTE DESNITRIFICACIÓN
2. DEMANDA DE O2 DE LOS T. BIOLÓGICOS2. DEMANDA DE O2 DE LOS T. BIOLÓGICOS
DEMANDA TOTAL DE OXIGENOFORMULACIÓN REAL
DEMANDA CARBONOSADEMANDA CARBONOSA
--
CONSUMO DESNITRIFICACIÓNCONSUMO DESNITRIFICACIÓN
++
DEMANDA NITRIFICACIÓN
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DEMANDA NITRIFICACIÓN
2. DEMANDA DE O2 DE LOS T. BIOLÓGICOS2. DEMANDA DE O2 DE LOS T. BIOLÓGICOS
DIFERENCIA CONCEPTUAL DEL CALCULO
FORMULACIÓN CONVENCIONAL
D Carbonosa: kgDQOelim x kgO2/kgDQOelimD. Carbonosa: kgDQOelim x kgO2/kgDQOelim
D. Nitrogenada: 4.60kgO2 x kgNO3formado-(2.86 x kg NO3elim.)
FORMULACIÓN REALO U C Ó
D. Carbonosa: kgDQOelim x kgO2/kgDQOelim –(2.86 xkg NO3elim.)
D. Nitrogenada:4.60kgO2 x kgNO3formado
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2. DEMANDA DE O2 DE LOS T. BIOLÓGICOS2. DEMANDA DE O2 DE LOS T. BIOLÓGICOS
CÁLCULO DE LA DEMANDA DE OXIGENO
CANTIDAD
– Utilización de los métodos indicados previamente. Todos proporcionan resultados similares.
VARIABILIDAD
– TEMPORAL• Estacional
Di i• Diaria
– ESPACIAL: Distribución en el reactor
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2. DEMANDA DE O2 DE LOS T. BIOLÓGICOS2. DEMANDA DE O2 DE LOS T. BIOLÓGICOS
V.TEMPORAL: DEMANDA PUNTA HORARIA
(Método Simplificado)Demanda Carbonosa Punta (DCP):
• Síntesis = (Demanda Diaria Síntesis) • FS/24F = Coef Punta Q • Coef Punta DBOFs = Coef.Punta Q • Coef.Punta DBO5
• Respiración Endógena = (Demanda diaria Respiración endógena)/24
(DCP) = (DD Síntesis •Fs + DD Resp.Endog)/24(Factor Punta Global F = DCP 24/DD)(Factor Punta Global FC = DCP • 24/DD)
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2. DEMANDA DE O2 DE LOS T. BIOLÓGICOS2. DEMANDA DE O2 DE LOS T. BIOLÓGICOS
V.TEMPORAL: DEMANDA PUNTA HORARIA
(Método Simplificado)
Demanda Nitrogenada Punta
• Nitrificación: (Demanda Diaria Nitrificación) • FN/24FN=Coef.punta Q•Coef.punta NTK5N p p 5
• Desnitrificación: (Demanda Diaria Desnitrificación) • FC/24( ) C
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2. DEMANDA DE O2 DE LOS T. BIOLÓGICOS2. DEMANDA DE O2 DE LOS T. BIOLÓGICOS
V. TEMPORAL:DEMANDA PUNTA HORARIA
(Método Simplificado ATV-DVWK-A131E)
FACTORES PUNTA
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2. DEMANDA DE O2 DE LOS T. BIOLÓGICOS2. DEMANDA DE O2 DE LOS T. BIOLÓGICOS
DEMANDA PUNTA HORARIA
(Modelo Avanzado de Simulación)
PERFIL HORARIO DE DQO y NTK
1600018000
kg DQO/h kg NTK/h
8000100001200014000
kg/h
0200040006000
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
HORA
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23Establecimiento de la variación horaria de carga contaminante
2. DEMANDA DE O2 DE LOS T. BIOLÓGICOS2. DEMANDA DE O2 DE LOS T. BIOLÓGICOS
DEMANDA PUNTA HORARIA
(Modelo Avanzado de Simulación)
PERFIL HORARIO AOR (kgO2/h)
90 00
100.00
oxic 2 oxic 3 oxic 4 oxic 5
60 00
70.0080.0090.00
O2/
h
30.0040.00
50.00
60.00
kgO
20.001 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
HORA
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2. DEMANDA DE O2 DE LOS T. BIOLÓGICOS2. DEMANDA DE O2 DE LOS T. BIOLÓGICOS
INFLUENCIA DE LA TEMPERATURA
Demanda Carbonosa
• SÍNTESIS• SÍNTESIS– Tiene base estequiométrica. No le afecta la temperatura.
• RESPIRACIÓN ENDÓGENA– Aumenta con TºC (1,070)( , )
– b(Tº) ≈ b(20º)x1.07^(T-20)
Normalmente el aumento suele ser compensado por– Normalmente el aumento suele ser compensado por
reducción de la concentración de SSLM del reactor
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2. DEMANDA DE O2 DE LOS T. BIOLÓGICOS2. DEMANDA DE O2 DE LOS T. BIOLÓGICOS
INFLUENCIA DE LA TEMPERATURADemanda NitrogenadaDemanda Nitrogenada
• NITRIFICACIÓN– Tiene base estequiométrica. No le afecta la temperatura.
• DESNITRIFICACIÓN
Igual que la nitrificación– Igual que la nitrificación
Una Gestión adecuada de la Planta permite que la Demanda de OxígenoUna Gestión adecuada de la Planta permite que la Demanda de Oxígeno sea prácticamente Estable a lo largo del Año, independientemente de la Temperatura
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Excepción: Estacionalidad en cuanto a Caudales y Cargas Contaminantes.
2. DEMANDA DE O2 DE LOS T. BIOLÓGICOS2. DEMANDA DE O2 DE LOS T. BIOLÓGICOS
VARIACION ESPACIAL DE LA DEMANDA
Influencia de la Configuración del Reactor
(kgO
2/h)
Reactor Mezcla CompletaO
xíge
no (
man
da d
e
Reactor Flujo Pistón
Distancia a la Cabeza del Reactor
Dem
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2. DEMANDA DE O2 DE LOS T. BIOLÓGICOS2. DEMANDA DE O2 DE LOS T. BIOLÓGICOS
FRACCIONAMIENTO DQO DEL AGUA RESIDUAL
TOTAL
BIODEGRADABLE NO BIODEGRADABLE
RAPIDAMENTE BIODEG
BIOMASA HETEROTROFA
SOLUBLE INERTE
PARTICULADA INERTE
LENTAMENTE BIODEG
METABOLIZACIÓN MUY RÁPIDA HIDRÓLISIS
EFLUENTE FANGO
(Ss) (Xbh) (Si) (Xi)(Xs)
METABOLIZACIÓN
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2. DEMANDA DE O2 DE LOS T. BIOLÓGICOS2. DEMANDA DE O2 DE LOS T. BIOLÓGICOS
CONFIGURACION CONVENCIONAL
Influente Oxic 1 Oxic 2 Oxic 3 Decantador EffluenteMixer10Influente Oxic 1 Oxic 2 Oxic 3 Decantador Effluente
Two way splitter9
Mixer10
o ay sp tte 9
Purga
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Ó
2. DEMANDA DE O2 DE LOS T. BIOLÓGICOS2. DEMANDA DE O2 DE LOS T. BIOLÓGICOS
VARIACIÓN ESPACIAL DE LA DEMANDASin Zona Anóxica
DEMANDA MEDIA DE OXIGENO OURTotal oxygen uptake rate Carbonaceous OUR Nitrogenous OUR
70656055
mgO
2/l/h
) 50454035
OU
R (m
3530252015
Oxic 1 Oxic 2 Oxic 3
151050
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30HORA
Oxic 1 Oxic 2 Oxic 3
2. DEMANDA DE O2 DE LOS T. BIOLÓGICOS2. DEMANDA DE O2 DE LOS T. BIOLÓGICOS
CONFIGURACIÓN LE-MOD
I fl t i 2 i 3 d t d Effl ti 1 i 4Influente oxic 2 oxic 3 decantador Effluenteanoxic1 oxic 4
purga
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2. DEMANDA DE O2 DE LOS T. BIOLÓGICOS2. DEMANDA DE O2 DE LOS T. BIOLÓGICOS
VARIACIÓN ESPACIAL DE LA DEMANDAConfiguración LE-MODg
DEMANDA MEDIA DE OXIGENO OURTotal oxygen uptake rate Carbonaceous OUR Nitrogenous OUR
70
65
60
55
O2/
l/h)
55
50
45
40
OU
R (m
g 3530
25
2020
15
10
5
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32Oxic 2 Oxic 3 Oxic 4
0
2. DEMANDA DE O2 DE LOS T. BIOLÓGICOS2. DEMANDA DE O2 DE LOS T. BIOLÓGICOS
COMPARACIÓN MÉTODOS DE CÁLCULO
Cálculo de la Distribución de la D. Oxígeno
DEMANDA Ud ZONA 1 ZONA 2 ZONA 3 TOTALSISTEMA TRADICIONAL
CARBONOSA kgO2/h 106.00 46.00 42.00 194.00(C) % 54.64 23.71 21.65 100.00( )NITROGENADA kgO2/h 43.70 33.25 18.05 95.00(NIT) % 46.00 35.00 19.00 100.00DESNITRIFICACION kgO2/h 15.33 15.33 15.33 46.00(-DN) % 33.33 33.33 33.33 100.00
k O2/h 134 37 63 92 44 72 243 00TOTAL kgO2/h 134.37 63.92 44.72 243.00C+(NIT-DN) % 55.29 26.30 18.40 100.00
SISTEMA REALCARBONOSA kgO2/h 60.00 46.00 42.00 148.00(C-DN) % 40 54 31 08 28 38 100 00(C-DN) % 40.54 31.08 28.38 100.00NITROGENADA kgO2/h 43.70 33.25 18.05 95.00(NIT) % 46.00 35.00 19.00 100.00TOTAL kgO2/h 103.70 79.25 60.05 243.00(C-DN)+NIT % 42.67 32.61 24.71 100.00
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( )
3. TRANSFERENCIA DE OXÍGENO3. TRANSFERENCIA DE OXÍGENO
SISTEMAS AERACIÓN
Transferencia de Oxígeno
•Objetivo básico del Sistema de Aeración:Transferir oxígeno desde una fase gaseosa a la fase acuosa (licor mezcla).
•Fase Gaseosa:Aire ambiente o burbujasOxígeno puro (o gas con elevado porcentaje de oxígeno)
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3. TRANSFERENCIA DE OXÍGENO3. TRANSFERENCIA DE OXÍGENO
TIPOS DE SISTEMAS DE AERACION
• Superficiales:pTransferencia de oxígeno desde el aire ambiente a presión atmosférica
• Subsuperficiales o Sumergidos: p gTransferencia de oxígeno desde el aire de burbujas a presión superior a la atmosférica
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3. TRANSFERENCIA DE OXÍGENO3. TRANSFERENCIA DE OXÍGENO
TASA DE TRANSFERENCIA DE OXIGENO
ECUACIÓN GENERAL DE LA TRANSFERENCIAECUACIÓN GENERAL DE LA TRANSFERENCIA
CCKladC *(
OTR: Tasa de Transferencia de Oxígeno de un Sistema de
CCKladt
(
gAeración (Kg O2 /h)
OTR= Kla • (C * C) • VOTR= Kla • (C -C) • V
Kla Valores característicos del medio acuoso delKla Valores característicos del medio acuoso, delC* Sistema de Aeración y de las condiciones
ambientalesV V l d l t
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36V Volumen del reactor
3. TRANSFERENCIA DE OXÍGENO3. TRANSFERENCIA DE OXÍGENO
TASA DE TRANSFERENCIA DE OXIGENO
• VALOR NECESARIO PARA EL CÁLCULO :La OTR en Condiciones de ProcesoLa OTR en Condiciones de Proceso
• IMPOSIBILIDAD DEL FABRICANTE PARAS S S OSUMINISTRAR ESE VALORVariabilidad de Características del Licor Mezcla y de las Condiciones Ambientaleslas Condiciones Ambientales
• SOLUCIÓN DE COMPROMISO:Proporcionar el valor en condiciones normalizadas
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3. TRANSFERENCIA DE OXÍGENO3. TRANSFERENCIA DE OXÍGENO
MEDIDA DE LA TRANSFERENCIA DE OXIGENO EN CONDICIONES NORMALIZADASOXIGENO EN CONDICIONES NORMALIZADAS
OBJETO:OBJETO:• Unificar condiciones Establecer base• Unificar procedimientos de comparación objetiva
NORMATIVA• Americana ASCE 2-91
• Alemana ATV Normativa • Austriaca ÖNORM Europea• Francesa CEMAGREF
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3. TRANSFERENCIA DE OXÍGENO3. TRANSFERENCIA DE OXÍGENO
CARACTERÍSTICAS BÁSICAS DE LOS ENSAYOS
Norma ASCE (ASCE/EWRI 2-06)
Condiciones de Referencia:Condiciones de Referencia:• Agua de ensayo: Agua limpia (Potable)
• Condiciones ambientales:P t 1 t– Patm = 1 atm
– Temperatura = 20ºC (=1,024)
• Oxígeno disuelto: OD=0
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3. TRANSFERENCIA DE OXÍGENO3. TRANSFERENCIA DE OXÍGENO
VALORES MEDIDOS EN ENSAYO NORMALIZADO DE CUANTIFICACION DE LA TRANSFERENCIA DE O2DE CUANTIFICACION DE LA TRANSFERENCIA DE O2
• Los ensayos permiten medir:
C * (C * a 20º C) ( sistemas s mergidos)– C 20 (C a 20º C) ( sistemas sumergidos)– KLa20 (KLa a 20º C)
• SOTRCW =Tasa de Transferencia en Condiciones Normalizadas
SOTRcw= KLa20• C*20 • V (KgO2/h)
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3. TRANSFERENCIA DE OXÍGENO3. TRANSFERENCIA DE OXÍGENO
EXPRESIONES DE LA EFICIENCIA DE UN SISTEMA DE AERACION
AERACIÓN SUPERFICIALAERACIÓN SUPERFICIAL
SOTR T id d d t f iSOTRCW Tasa o capacidad de transferencia (Kg O2/h)
SAEcw Eficiencia de aeración (Kg O2/Kwhab)
PabsorbidaSOTRSAE CWCW
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3. TRANSFERENCIA DE OXÍGENO3. TRANSFERENCIA DE OXÍGENO
AERACIÓN SUMERGIDA
• SOTRCW (Kg O2/h) o (grO2/h/m)
• SOTECW Eficiencia de Transferencia (%)
100)/(2770)/(
)/(100. 3322
SmKgOhSmQ
hKgOSOTRinKgO
transfKgOSOTE CWCW )/(277,0)/(. 22 SmKgOhSmQinKgO
• SAECW (KgO2/Kwhab)
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3. TRANSFERENCIA DE OXÍGENO3. TRANSFERENCIA DE OXÍGENO
TRANSFERENCIA DE OXIGENO EN CONDICIONES DE CAMPO
Condiciones de Campo son las que se presentan en un reactor en las circunstancias especificas de trabajoun reactor en las circunstancias especificas de trabajo.
Son función de los siguientes parametros:Son función de los siguientes parametros:• Parámetros físicos ambientales • Parámetros físicos del licor mezclaParámetros físicos del licor mezcla• Parámetros del reactor
X =
CORRECCIONES
TRANSFERENCIA CONDICIONES
NORMALIZADAS
TRANSFERENCIA CONDICIONES DE
CAMPO
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3. TRANSFERENCIA DE OXÍGENO3. TRANSFERENCIA DE OXÍGENO
PARAMETROS QUE DEFINEN LAS CONDICIONES DE CAMPO
• Parámetros Físicos Ambientales– Temperatura
– Presión atmosférica• Parámetros Físicos del Licor Mezcla
– Temperatura– Temperatura– Oxígeno disuelto– Constituyentes específicos
• Parámetros del Reactor– Tipo de proceso– Carga de trabajoCarga de trabajo– Geometría – Configuración hidráulica
Ti d i t d ió
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– Tipo de sistema de aeración
3. TRANSFERENCIA DE OXÍGENO3. TRANSFERENCIA DE OXÍGENO
Factores que influyen sobre la Transferencia de Oxígeno en Condiciones de Campo
Factor de corrección Refleja la influencia de Sobre Expresión
Características del agua )(pwaKLaK de proceso
Características del agua de proceso (Salinidad)
)(cwaKL
)()(
)()(
*
*
*
*
cwCpwC
cwCpwC s
*
*
C
C
aK L
de p oceso (Sa dad)
Temperatura del agua de proceso
)()( cwCcwC s
)()(
20
)20(
pwaKpwaK
L
TLT aK L
SC
Temperatura del agua de proceso *
20
*
20*
* )()()(
S
STT
CpwC
pwCpwC
*
*
SC
C
Presión atmosférica (Tablas)** SCC
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45F
Colmatación/ Deterioro del difusor )(FREAL aK L
3. TRANSFERENCIA DE OXÍGENO3. TRANSFERENCIA DE OXÍGENO
MEDIDA DE LA TRANSFERENCIA DE OXIGENO EN CONDICIONES DE CAMPOOXIGENO EN CONDICIONES DE CAMPO
• SOTRcw= KLa20• C*20 • V (KgO2/h)
• OTRcw= KLaT• C T* • V (KgO2/h)
SOTRC
CCβαFOTR **
)(TPW
2020 CPW
20
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3. TRANSFERENCIA DE OXÍGENO3. TRANSFERENCIA DE OXÍGENO
CARACTERÍSTICAS BÁSICAS DEL ENSAYO Norma ASCE (ANSI/EWRI 2-06)( )
Condiciones de Referencia:• Agua de ensayo: Agua limpia (Potable)• Condiciones ambientales:
– Patm = 1 atm– Temperatura = 20ºC (=1,024)
O í di lt OD 0• Oxígeno disuelto: OD=0
*
1*20
*20)20(
CCCFFg T
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47
3. TRANSFERENCIA DE OXÍGENO3. TRANSFERENCIA DE OXÍGENO
VARIACION ESPACIAL DE F y OUR
OURF F
OUR OUR
L
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48
3. TRANSFERENCIA DE OXÍGENO3. TRANSFERENCIA DE OXÍGENO
Valores Característicos de los Coeficientes y F de la Transferencia de Oxígeno en y F de la Transferencia de Oxígeno en Condiciones de Campo
Configuración FactorSistema de aeración
reactor Factor Superficial Subsuperficial con difusores porosos finos
0 7Mezcla completa
0,7
F 0,55
Flujo Pistón 0,6-1,0
F 0 25-0 70
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F 0,25-0,70
3. TRANSFERENCIA DE OXÍGENO3. TRANSFERENCIA DE OXÍGENO
RESUMEN DE PROBLEMAS/ERRORES TIPICOS RELACIONADOS CON EL DISEÑOTIPICOS RELACIONADOS CON EL DISEÑO
DE SISTEMAS DE AERACION
1. Demanda de oxígenog
2 T f i d í2. Transferencia de oxígeno
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50
3. TRANSFERENCIA DE OXÍGENO3. TRANSFERENCIA DE OXÍGENO
1. Demanda de Oxígeno
• Cuantificación:No tener en cuenta el incremento de la demanda de• No tener en cuenta el incremento de la demanda de respiración endógena al aumentar la temperatura (puede compensarse bajando los SSLM (SRT) si el sistema lo
)permite)• Evaluación inadecuada de Factores de Punta
• Variación Espacial:• No tenerla en cuenta o en grado insuficiente
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51
3. TRANSFERENCIA DE OXÍGENO3. TRANSFERENCIA DE OXÍGENO
2. Transferencia de Oxígeno• Factor (F)
• Utilizar valores muy altos• No considerar variación espacial cuando no haya mezcla No considerar variación espacial cuando no haya mezcla
completa
• Temperatura• Temperatura• No influye en el intervalo normal de temperaturas. El cálculo
puede hacerse para las condiciones de demanda máxima
• Valor Saturación OD• Utilizar siempre valores a presión atmosféricaUtilizar siempre valores a presión atmosférica• Es inexacto en aeración sumergida (difusores)
ASESORIA TÉCNICA Y CONTROL, S.A.
52
4. AERADORES TIPO I4. AERADORES TIPO I
AERADORES TIPO I
• SUPERFICIALES– EJE VERTICAL Y FLUJO ASCENDENTE
T bi d b j l id d• Turbinas de baja velocidad• Turbinas de alta velocidad
– EJE HORIZONTAL• Superficiales (ROTORES• Sumergidos (DISCOS)• Sumergidos (DISCOS)
• DE ASPIRACIÓN CON ROTOR SUMERGIDO
• EYECTORES
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53
4. AERADORES TIPO I4. AERADORES TIPO I
AERADORES DE EJE VERTICAL Y FLUJO ASCENDENTEASCENDENTE
ASESORIA TÉCNICA Y CONTROL, S.A.
54
4. AERADORES TIPO I4. AERADORES TIPO I
AERADORES DE EJE HORIZONTAL (Rotores)
ASESORIA TÉCNICA Y CONTROL, S.A.
55
4. AERADORES TIPO I4. AERADORES TIPO I
AERADORES DE ASPIRACIÓN Y ROTOR SUMERGIDO
ASESORIA TÉCNICA Y CONTROL, S.A.
56
4. AERADORES TIPO I4. AERADORES TIPO I
AERADORES DE INSUFLACIÓN Y ROTOR SUMERGIDOSUMERGIDO
ASESORIA TÉCNICA Y CONTROL, S.A.
57
4. AERADORES TIPO I4. AERADORES TIPO I
EYECTORES
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58
4. AERADORES TIPO I4. AERADORES TIPO I
VALORES TÍPICOS DE LA EFICIENCIA DE AERACIÓN DE AERADORES SUPERFICIALES (M&E)
AGUA LIMPIA CAMPOSAEcw (Kg O2/ kWh) AEpw (Kg O2/kWh)
TIPO DE AERADOREFICIENCIA DE AERACIÓN
SAEcw (Kg O2/ kWh) AEpw (Kg O2/kWh)Eje vertical de flujo ascendente y baja velocidadEje vertical de flujo ascendente y alta
1,20 - 3,0 0,7 - 1,4
Eje vertical de flujo ascendente y alta velocidad
Eje vertical de flujo descendente
1,20 - 2,8
1,20 - 2,4
0,7 - 1,3
0,6 - 1,2
Aspirante de impulsor sumergido
Eyector
1,20 - 2,4
1 20 2 4 0 7 1 1
0,7 - 1,1
Eyector
Rotor de eje horizontal
1,20 - 2,4
0,9 - 2,2
0,7 - 1,1
0,5 - 1,1
ASESORIA TÉCNICA Y CONTROL, S.A.
59
5. AERADORES TIPO II (Difusores)5. AERADORES TIPO II (Difusores)
DIFUSORES POROSOS FINOS
• Utilización: Mayoritaria en plantas de tamaño medio y grande
• Materiales* Cerámico* Plástico Poroso * Membranas Perforadas (materiales diversos)
• Tipología* Domos (cerámicos) Domos (cerámicos)* Discos* Tubos
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60* Placas de Aeración
5. AERADORES TIPO II (Difusores)5. AERADORES TIPO II (Difusores)
DIFUSORES POROSOS FINOS• CerámicosCerámicos• Gran resistencia mecánica• Gran duración• Susceptible a colmatación • No admite uso intermitente (no apta en zonas facultativas)
• Membranas• Susceptibles a agresiones del medio.
Vid útil li it d (5 7 ñ )• Vida útil limitada (5-7 años)• Menor tendencia a la colmatación • Admite uso intermitente (apta en zonas facultativas)
TENDENCIA GENERALIZADA A LA UTILIZACION DE MEMBRANAS
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61
5. AERADORES TIPO II (Difusores)5. AERADORES TIPO II (Difusores)
DIFUSOR DE DISCO
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62
5. AERADORES TIPO II (Difusores)5. AERADORES TIPO II (Difusores)
DIFUSOR DE TUBO
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63
5. AERADORES TIPO II (Difusores)5. AERADORES TIPO II (Difusores)
PLACAS DE AERACIÓN
ASESORIA TÉCNICA Y CONTROL, S.A.
64
5. AERADORES TIPO II (Difusores)5. AERADORES TIPO II (Difusores)
REPRESENTACION ESQUEMATICA DE UN SISTEMA DE DIFUSORES POROSOS FINOSSISTEMA DE DIFUSORES POROSOS FINOS
ASESORIA TÉCNICA Y CONTROL, S.A.
65
5. AERADORES TIPO II (Difusores)5. AERADORES TIPO II (Difusores)
REALIZACION FISICA DE UN SISTEMA DE DIFUSORES POROSOS FINOS
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66
5. AERADORES TIPO II (Difusores)5. AERADORES TIPO II (Difusores)
CARACTERISTICAS TÍPICAS
Eficiencia de Transferencia en función del Caudal, Sumergencia y Densidad de Difusores
ASESORIA TÉCNICA Y CONTROL, S.A.
67
5. AERADORES TIPO II (Difusores)5. AERADORES TIPO II (Difusores)
CARACTERISTICAS TÍPICAS
Pérdidas de Carga del Difusor en función del Caudal de aire
ASESORIA TÉCNICA Y CONTROL, S.A.
68
5. AERADORES TIPO II (Difusores)5. AERADORES TIPO II (Difusores)
FACTORES QUE INFLUYEN SOBRE LA TRANSFERENCIATRANSFERENCIA
Tipo de DifusorProceso Tipo de Difusor– Tamaño de
Burbuja
Proceso– SRT
(nitrificación)– Selectores
Configuración del ReactorAsociados al Agua
de Proceso– Densidad– Caudal aire/ difusor
Disposición– Tensoactivos– Temperatura
– Disposición– Sumergencia– Condiciones hidráulicas
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69– ¿VHORIZONTAL?
5. AERADORES TIPO II (Difusores)5. AERADORES TIPO II (Difusores)
EFECTO DE LA DENSIDAD DE DIFUSORES SOBRE LA SOTECW (Distr Uniforme)SOBRE LA SOTECW (Distr. Uniforme)
ASESORIA TÉCNICA Y CONTROL, S.A.
70
5. AERADORES TIPO II (Difusores)5. AERADORES TIPO II (Difusores)
EFECTO DEL CAUDAL DE AIRE Y LA SUMERGENCIA SOBRE SOTEcwSUMERGENCIA SOBRE SOTEcw
ASESORIA TÉCNICA Y CONTROL, S.A.
71
5. AERADORES TIPO II (Difusores)5. AERADORES TIPO II (Difusores)
EFECTO DE LA SUMERGENCIA SOBRE SAEcw
ASESORIA TÉCNICA Y CONTROL, S.A.
72
6. DIMENSIONAMIENTO SIST. AERACIÓN6. DIMENSIONAMIENTO SIST. AERACIÓN
SISTEMAS DE AERACIÓN:METODOLOGÍA DE CÁLCULO
Cálculo Proceso
Volumen Reactor Demanda de O2
Dimensionamiento y e s o a e to yconfiguración del reactor
Variación espacialFactores de Transferencia
Selección DifusorEstablecimiento
Parámetros
Cálculo sistema de
Factores operativos
Configuración parrillas
aeración
ASESORIA TÉCNICA Y CONTROL, S.A.
73Dimensionamiento del
sistema
6. DIMENSIONAMIENTO SIST. AERACIÓN6. DIMENSIONAMIENTO SIST. AERACIÓN
DEMANDA PUNTA HORARIA
(Modelo Avanzado de Simulación)
Influente Anoxic 1 Oxic 2 Oxic 3 Decantador EffluenteOxic 4 Oxic 5Influente Anoxic 1 Oxic 2 Oxic 3 Decantador EffluenteOxic 4 Oxic 5
Purga
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74
6. DIMENSIONAMIENTO SIST. AERACIÓN6. DIMENSIONAMIENTO SIST. AERACIÓN
DEMANDA PUNTA HORARIA
(Modelo Avanzado de Simulación)
ASESORIA TÉCNICA Y CONTROL, S.A.
75
6. DIMENSIONAMIENTO SIST. AERACIÓN6. DIMENSIONAMIENTO SIST. AERACIÓN
DEMANDA PUNTA HORARIA
(Modelo Avanzado de Simulación)
ASESORIA TÉCNICA Y CONTROL, S.A.
76
6. DIMENSIONAMIENTO SIST. AERACIÓN6. DIMENSIONAMIENTO SIST. AERACIÓN
DEMANDA PUNTA HORARIA
PERFIL HORARIO AOR (kgO2/h)
(Modelo Avanzado de Simulación)
( g )
100.00
oxic 2 oxic 3 oxic 4 oxic 5
70.0080.0090.00
2/h
30 0040.0050.00
60.00
kgO
2
20.00
30.00
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
HORA
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77
6. DIMENSIONAMIENTO SIST. AERACIÓN6. DIMENSIONAMIENTO SIST. AERACIÓN
DEMANDA PUNTA HORARIA
(Modelo Avanzado de Simulación)
PERFIL HORARIO Q TOTAL aire (Nm3/h)
oxic 2 oxic 3 oxic 4 oxic 5
2200
2700
3200
1200
1700
2200
Sm3/
h
700
1200
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
ASESORIA TÉCNICA Y CONTROL, S.A.
78
HORA
6. DIMENSIONAMIENTO SIST. AERACIÓN6. DIMENSIONAMIENTO SIST. AERACIÓN
DEMANDA PUNTA HORARIA
(Modelo Avanzado de Simulación)
PERFIL HORARIO Q aire/difusor (Nm3/h)
oxic 2 oxic 3 oxic 4 oxic 5
4.50
5.00
5.50
h
3.00
3.50
4.00
Sm3/
h
2.00
2.50
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
HORA
ASESORIA TÉCNICA Y CONTROL, S.A.
79
HORA
6. DIMENSIONAMIENTO SIST. AERACIÓN6. DIMENSIONAMIENTO SIST. AERACIÓN
DEMANDA PUNTA HORARIA
(Modelo Avanzado de Simulación)
PERFIL HORARIO SOTE (%)PERFIL HORARIO SOTE (%)
34 00
oxic 2 oxic 3 oxic 4 oxic 5
32.5033.0033.5034.00
31.0031.5032.00%
30.0030.50
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
HORA
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80
HORA
6. DIMENSIONAMIENTO SIST. AERACIÓN6. DIMENSIONAMIENTO SIST. AERACIÓN
SENSIBILIDAD DISEÑO SISTEMAS AERACIÓN
(Ejemplo: Configuración A2O)
Raw influent ANA AX 1 AX 2
AER2-3 AER2-2 AX 3
PST
PS
AER3-1 AER3-2 AER3-3 FST Effluent
Purga
Ri
Purga
WAS
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81
6. DIMENSIONAMIENTO SIST. AERACIÓN6. DIMENSIONAMIENTO SIST. AERACIÓN
SENSIBILIDAD DISEÑO SISTEMAS AERACIÓN
Factores que influyen sobre la Aeración– AlfaF (F)– Profundidad del tanque– Temperatura,presión,salinidad– Densidad de difusores– Qaire/difusor
ASESORIA TÉCNICA Y CONTROL, S.A.
82
6. 6. DIMENSIONAMIENTODIMENSIONAMIENTO SISTSIST. . AERACIÓNAERACIÓN
SENSIBILIDAD DISEÑO SISTEMAS AERACIÓN:
- Valores de α (Reactor AER2‐2)Valores de α (Reactor AER2 2)
Cambiar de 0.5 a 0.4….
y continuar la simulación
ASESORIA TÉCNICA Y CONTROL, S.A.
83
6. 6. DIMENSIONAMIENTODIMENSIONAMIENTO SISTSIST. . AERACIÓNAERACIÓN
SENSIBILIDAD DISEÑO SISTEMAS AERACIÓN:
- Cambio Valores de α (de 0 5 a 0 4)Cambio Valores de α (de 0,5 a 0,4)
Incremento caudal de airecaudal de aire
Reducciónde α
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84
6. 6. DIMENSIONAMIENTODIMENSIONAMIENTO SISTSIST. . AERACIÓNAERACIÓN
SENSIBILIDAD DISEÑO SISTEMAS AERACIÓN:
- Aumento de la Profundidad Reactor (de 4 5 a 5 0 mts)Aumento de la Profundidad Reactor (de 4,5 a 5,0 mts)
Disminucióncaudal de aire
Incremento de profundidad del reactor
ASESORIA TÉCNICA Y CONTROL, S.A.
85
6. 6. DIMENSIONAMIENTODIMENSIONAMIENTO SISTSIST. . AERACIÓNAERACIÓN
SENSIBILIDAD DISEÑO SISTEMAS AERACIÓN:
- Limitación del Qmáx en un Reactor:Limitación del Qmáx en un Reactor:
Limitar el caudal máximo al AER2-2 a
11.000 m3/hr
ASESORIA TÉCNICA Y CONTROL, S.A.
86
6. 6. DIMENSIONAMIENTODIMENSIONAMIENTO SISTSIST. . AERACIÓNAERACIÓN
SENSIBILIDAD DISEÑO SISTEMAS AERACIÓN:
- Limitación del Qmáx en un Reactor:Limitación del Qmáx en un Reactor:
Disminución OD
Limitación del caudal de aire
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87
caudal de aire
6. 6. DIMENSIONAMIENTODIMENSIONAMIENTO SISTSIST. . AERACIÓNAERACIÓN
SENSIBILIDAD DISEÑO SISTEMAS AERACIÓN:
- Limitación del Qmáx en un Reactor:Limitación del Qmáx en un Reactor:
Disminución OTR
IncrementoIncremento OTR
Limitación del caudal de aire
ASESORIA TÉCNICA Y CONTROL, S.A.
88
7. CENTRAL DE AIRE7. CENTRAL DE AIRE
FUNCIÓN: SUMINISTRAR AIRE AL SISTEMA DE AERACIÓNSUMINISTRAR AIRE AL SISTEMA DE AERACIÓN
TIPOS DE COMPRESORES:
– Soplantes de Desplazamiento Positivo (PD)
– Compresores Centrífugos de Una Etapa
Compresores Centrífugos Multietapa– Compresores Centrífugos Multietapa
– Turbocompresores
ASESORIA TÉCNICA Y CONTROL, S.A.
89
p
7. CENTRAL DE AIRE7. CENTRAL DE AIRE
SOPLANTES DESPLAZAMIENTO POSITIVO
C d l C t t V l id d C t t• Caudal Constante a Velocidad Constante• La presió varía en función de la Curva del Sistema• Uso de Variadores de Frecuencia para Regular Caudal• Caudal Mínimo Limitado por Temperatura Motor y Soplante
ASESORIA TÉCNICA Y CONTROL, S.A.
90
7. CENTRAL DE AIRE7. CENTRAL DE AIRE
SOPLANTES DESPLAZAMIENTO POSITIVO•Tipología más Común: Lóbulo Rotativo tipo Roots
•Nuevos Compresores de Tornillo: + Eficiencia?Nuevos Compresores de Tornillo: + Eficiencia?
•La eficiencia de los Compresores de Tornillo cae notablemente a presiones fuera del rango óptimo.
ASESORIA TÉCNICA Y CONTROL, S.A.
91•Ambos tipos tienen menor eficiencia a caudales bajos
7. CENTRAL DE AIRE7. CENTRAL DE AIRE
SOPLANTES DESPLAZAMIENTO POSITIVO
57e
323742475257
stat
nt P
ress
ure
PerformanceDesign
1217222732
1000 2000 3000 4000 5000BH
P @
Con
s Design
1212
1000 2000 3000 4000 5000
BLOWER SPEED (RPM)
612
812
1012
1212
CFM Performance
Design
12
212
412
1000 2000 3000 4000 5000
I Design
ASESORIA TÉCNICA Y CONTROL, S.A.
92BLOWER SPEED (RPM)
7. CENTRAL DE AIRE7. CENTRAL DE AIRE
COMPRESORES CENTRÍFUGOS DE UNA ETAPA•Caudal y Presión Variables, Alta Eficiencia
•El control de los Álabes de Entrada y el Difusor de Salida permite regular el caudal y ampliar la parte inferior del rango de funcionamiento
•Permite la combinación con Variadores de Frecuencia
ASESORIA TÉCNICA Y CONTROL, S.A.
93
7. CENTRAL DE AIRE7. CENTRAL DE AIRE
COMPRESORES CENTRÍFUGOS DE UNA ETAPAControl Álabes Entrada (IGV)
110
90
100
110
MAX IGV OPENING
% P
OW
ER60
70
80REDUCED IGV OPEN ING
120120
100 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110% MASS FLOW RATE
50
40
100
110
120
SURE
100
110
120
SURE FR IC TION LOSSES
MAX IGV OPENING
REDUCED IGV OPENING
70
80
90
% G
AUG
E PR
ES
70
80
90
% G
AUG
E PR
ES
STATIC PRESSU RE
ASESORIA TÉCNICA Y CONTROL, S.A.
94100 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110
% MASS FLOW RATE
60
50100 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110
% MASS FLOW RATE
60
50
7. CENTRAL DE AIRE7. CENTRAL DE AIRE
COMPRESORES CENTRÍFUGOS DE UNA ETAPA
Control Difusor Salida (VDV)
90
100
110
MAX DDV OPENING
% P
OW
ER
60
70
80
MIN DDV OPENING
120120
100 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110% MASS FLOW RATE
50
40
100
110
120SU
RE
100
110
120SU
RE FR ICTION LOSSES
MAX DD V OPENINGMIN DDV OPENING
70
80
90
% G
AUG
E PR
ESS
70
80
90
% G
AUG
E PR
ESS
STATIC PRESSURE
ASESORIA TÉCNICA Y CONTROL, S.A.
95100 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110
% MASS FLOW RATE
60
50100 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110
% MASS FLOW RATE
60
50
7. CENTRAL DE AIRE7. CENTRAL DE AIRE
COMPRESORES CENTRÍFUGOS MULTIETAPA•Caudal Variable a Presiones y Condiciones de Aspiración D t i dDeterminadas
•Control de Caudal más habitual por regulación válvula admisión
•La combinación con VF mejora la Eficiencia y permite ampliar j y p pel rango inferior defuncionamiento
ASESORIA TÉCNICA Y CONTROL, S.A.
96
7. CENTRAL DE AIRE7. CENTRAL DE AIRE
COMPRESORES CENTRÍFUGOS MULTIETAPAControl Álabes de Entrada (IGV)
90
100
110
AVER AGE TEMP
NO CONTROLHIGH TEMP 100 F
NO CONTR OL
AVERAGE TEMP 61 FINLET THROTTLED
% P
OW
ER
60
70
80
AVERAGE TEMPREDU CED SPEED 57 3 H
120120
100 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110% MASS FLOW RATE
50
40
AVERAGE TEMPINLET THROTTLED NO CONTROL
AVERAGE TEMP 61 F
REDU CED SPEED 57.3 Hz
90
100
110
GE
PRES
SURE
90
100
110
GE
PRES
SURE AVERAGE TEMP
REDUCED SPEED 57.3 Hz
60
70
80
% G
AUG
60
70
80
% G
AUG
SYSTEM CURVE
NO CONTROLHIGH TEMP 100 F
ASESORIA TÉCNICA Y CONTROL, S.A.
97
100 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110% MASS FLOW RATE
50100 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110
% MASS FLOW RATE
50
7. CENTRAL DE AIRE7. CENTRAL DE AIRE
TURBOCOMPRESORES
•Caudal Variable a Presiones Determinadas – Curva característica similar a los C.C. Multietapa
•Control de Caudal con VF InternosControl de Caudal con VF Internos
•Diseñados para proporcionar una Eficiencia Elevada
ASESORIA TÉCNICA Y CONTROL, S.A.
98
7. CENTRAL DE AIRE7. CENTRAL DE AIRE
TURBOCOMPRESORES
•Tipos de Rodamientos•Magnéticos•Aire
•Control Combinado: Vel.Variable y Control Alabes y Difusor
ASESORIA TÉCNICA Y CONTROL, S.A.
99
7. CENTRAL DE AIRE7. CENTRAL DE AIRE
CURVAS CARACTERÍSTICAS
120120
110
120
110
120
CENTRIFUGAL BLOWERCHARACTERISTIC CURVE
90
100
RES
SUR
E
90
100
RES
SUR
E
FRICTION LOSSESSYSTEM CURVE WITH
CHARACTERISTIC CURVE
80
% G
AU
GE
P
80
% G
AU
GE
P
STATIC PRESSURE
60
70
%
60
70
%
PD BLOWER
100 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110% MASS FLOW RATE
50100 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110
% MASS FLOW RATE
50
ASESORIA TÉCNICA Y CONTROL, S.A.
100
7. CENTRAL DE AIRE7. CENTRAL DE AIRE
CURVAS CARACTERÍSTICAS - TURBOCOMPRESORES
ASESORIA TÉCNICA Y CONTROL, S.A.
101
7. CENTRAL DE AIRE7. CENTRAL DE AIRE
CRITERIOS DE DISEÑO Y CONTROL• Dimensionar Central de Aire en todo el Rango
Operativo NO SÓLO Caudal Máximo!Operativo, NO SÓLO Caudal Máximo!
• La mayoría de los compresores permiten un rango de C d l 2 1 El di ñ d l C t l d i d b íCaudales 2:1 El diseño de la Central de aire deberíacontemplar una relación 5:1 respecto al caudal máximode diseño.
• La Estrategia de Control Influye en la Eficiencia:
- Válvula Admisión - Eficiencia- Álabes Entrada
- Difusor SalidaDifusor Salida- Álabes+Difusor- Velocidad Variable + Eficiencia
ASESORIA TÉCNICA Y CONTROL, S.A.
102
8. CONTROL SIST. AERACIÓN8. CONTROL SIST. AERACIÓN
CONTROL DE SISTEMAS DE AERACIÓN
El Si t d A ió d Bi ló i dEl Sistema de Aeración de un proceso Biológico de fangos activados se caracteriza por:– Ser el elemento básico para el funcionamiento del proceso y la p p y
obtencion de la calidad del efluente– Constituir una de las unidades de obra (equipos electromecánicos)
de mayor coste de inversión de la plantade mayor coste de inversión de la planta– Generar el mayor consumo energético de la planta y uno de los
mayores costes de explotación de la misma
• La Calidad del Efluente depende de la capacidad del sistema para cubrir la demanda de oxigeno del proceso.N id d d ti i i d l i t d t t l• Necesidad de optimizacion del sistema de aporte y control.
• El Consumo Energético del sistema de aeración > 50% del consumo energético total de la EDAR
ASESORIA TÉCNICA Y CONTROL, S.A.
103• Necesidad de Optimización Energética
8. CONTROL SIST. AERACIÓN8. CONTROL SIST. AERACIÓN
OBJETIVOS DEL SISTEMA
1 Satisfacer la Demanda de Oxígeno del1- Satisfacer la Demanda de Oxígeno del Proceso de Tratamiento
2- Conseguir (1) del modo más económico
ASESORIA TÉCNICA Y CONTROL, S.A.
104
8. CONTROL SIST. AERACIÓN8. CONTROL SIST. AERACIÓN
DEMANDA DE OXÍGENO Y PARÁMETROS TRANSFERENCIA OXIGENO
- Variable en el Tiempo
- Variable en el Espacio (excepto en mezcla completa)( p p )
- Variable según el ProcesoVariable según el Proceso
ASESORIA TÉCNICA Y CONTROL, S.A.
105
8. CONTROL SIST. AERACIÓN8. CONTROL SIST. AERACIÓN
ADECUACION DE LA TRANSFERENCIA A LA DEMANDADEMANDA
- Satisfacción de la Demanda
- Introducción Elementos de Control- SensoresSensores- Actuadores- Software de control
¿Estrategia de Control?
ASESORIA TÉCNICA Y CONTROL, S.A.
106
8. CONTROL SIST. AERACIÓN8. CONTROL SIST. AERACIÓN
PARAMETROS DE CONTROL
SITUACION IDEAL
1. Conocimiento de la Demanda de Oxígeno
2. Conocimiento de los Parámetros de Transferencia
3. Aporte del Aire Necesario
LIMITACIONES TECNOLÓGICASLIMITACIONES TECNOLÓGICAS
¿SOLUCIÓN?
ASESORIA TÉCNICA Y CONTROL, S.A.
107
8. CONTROL SIST. AERACIÓN8. CONTROL SIST. AERACIÓN
PARÁMETROS DE CONTROLSITUACIÓN PRÁCTICA
VARIABLE DE CONTROL: Oxígeno DisueltoVARIABLE DE CONTROL: Oxígeno DisueltoFUNCIÓN
- Indicador cualitativo de la actividad biológica- Indicador cualitativo de la actividad biológica
INCONVENIENTESINCONVENIENTES- Sólo es un indicador. No aporta información
cuantitativa de la Demanda de Oxígeno- Inercia del Sistema y Tiempo de Respuesta- No tiene en cuenta las características del Sistema
d A t d O í
ASESORIA TÉCNICA Y CONTROL, S.A.108
de Aporte de Oxígeno
CONTROL POR OXÍGENO DISUELTO8. CONTROL SIST. AERACIÓN8. CONTROL SIST. AERACIÓN
CONTROL POR OXÍGENO DISUELTO
SISTEMAS UTILIZADOS
- CARACTERÍSTICA BÁSICA COMÚN: Control FEEDBACK (Ensayo y error)
TIPOS DE SISTEMAS- TIPOS DE SISTEMAS- Oxigeno Disuelto directamente (Control Directo)
- Oxigeno Disuelto+Presión (Control en Cascada)
Oxigeno Disuelto+Caudal Aire (Control en Cascada)- Oxigeno Disuelto+Caudal Aire (Control en Cascada)
ASESORIA TÉCNICA Y CONTROL, S.A.
109
8. CONTROL SIST. AERACIÓN8. CONTROL SIST. AERACIÓN
OXÍGENO DISUELTO: VARIABLE DE CONTROL
PRINCIPIO DE APLICACIÓNEstablecimiento de Objetivos (Consignas)- Establecimiento de Objetivos (Consignas)
- Si OD > Consigna: Reducir el Aporte de Oxígeno
Si OD < Consigna: Aumentar el Aporte de Oxígeno- Si OD < Consigna: Aumentar el Aporte de Oxígeno
¿Cuánto?- Relaciones Tabuladas
- Relaciones Empíricas Ensayo y Error
- Análisis de las Variaciones de OD
(PI, PIDs,..)
ASESORIA TÉCNICA Y CONTROL, S.A.
110
CONTROL POR OXÍGENO DISUELTO8. CONTROL SIST. AERACIÓN8. CONTROL SIST. AERACIÓN
CONTROL POR OXÍGENO DISUELTO
NUEVAS TENDENCIAS DE CONTROL:
- Sistemas de Lógica DifusaS s e as de óg ca usa- Sistemas de Control con Lazo de Amonio- Sistemas de Control de Presión Variable- Sistemas de Control ‘Expertos’- Sistemas de Control ‘Predictivos’
GESTIÓN DE CONSIGNAS!¡GESTIÓN DE CONSIGNAS!NO SIEMPRE CONTROL
ASESORIA TÉCNICA Y CONTROL, S.A.
111
8. CONTROL SIST. AERACIÓN8. CONTROL SIST. AERACIÓN
CONTROL DIRECTO POR OXÍGENO DISUELTO
ESQUEMA DE FUNCIONAMIENTO
TANQUE DE AERACION
ASESORIA TÉCNICA Y CONTROL, S.A.
112
8. CONTROL SIST. AERACIÓN8. CONTROL SIST. AERACIÓN
CONTROL DIRECTO POR OXÍGENO DISUELTO
LIMITACIONES- Lento (Inercia del Proceso)
Ensayo y Error- Ensayo y Error- Reacción a Desviaciones- Grandes Desviaciones en Zonas de Menor G a des es ac o es e o as de e o
Demanda
L j d l it ió id l- Lejos de la situación ideal.- Puede ser suficiente para satisfacer las
demandas, pero de forma poco económica, p p- Problemas si el compresor no es de DP
SOLUCIÓN?
ASESORIA TÉCNICA Y CONTROL, S.A.113
¿SOLUCIÓN?
8. CONTROL SIST. AERACIÓN8. CONTROL SIST. AERACIÓN
CONTROL DIRECTO POR OXÍGENO DISUELTO
VARIACIÓN ESPACIAL DE LA DEMANDA
ALTERNATIVAS:
- Configuración del Sistema - (Modulacion Parrillas de Aeracion)
- Instalar Elementos de RegulaciónVál l M l- Válvulas Manuales
- Válvulas Motorizadas
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114
8. CONTROL SIST. AERACIÓN8. CONTROL SIST. AERACIÓN
CONTROL DIRECTO POR OXÍGENO DISUELTO
VARIACIÓN ESPACIAL DE LA DEMANDA
VENTAJA: Mejor ajuste al perfil de demanda
INCONVENIENTE:INCONVENIENTE: Cada zona tiene ahora su propia banda de fluctuación en función de cómo varíe el perfil de la demandap
¿ESTRATEGIA DE CONTROL?
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115
8. CONTROL SIST. AERACIÓN8. CONTROL SIST. AERACIÓN
CONTROL DIRECTO POR OXÍGENO DISUELTO
VARIACIÓN ESPACIAL DE LA DEMANDAElementos de Regulación
- Parámetro Control Aporte de Oxígeno: - Oxígeno Disuelto en cada Zona (Sensores)
- Mecanismo de Control- Accionamiento de Válvulas (Actuadores)
- Criterios de Control
- Si OD > Consigna: Reducir el Aporte de Oxígeno
- Si OD < Consigna: Aumentar el Aporte de Oxígeno
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116
8. CONTROL SIST. AERACIÓN8. CONTROL SIST. AERACIÓN
CONTROL DIRECTO POR OXÍGENO DISUELTO
PROBLEMAS
a) Cuantificación y Control de las Acciones ) yCorrectoras
b) Influencia de unas Acciones correctoras sobre Otras
c) Control de la Central de Aire
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117
8. CONTROL SIST. AERACIÓN8. CONTROL SIST. AERACIÓN
CONTROL POR O2 DISUELTO + PRESIÓN
PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO
• La variable de control es el Oxígeno Disuelto y la variable• La variable de control es el Oxígeno Disuelto y la variable manipulada la Presión de Aire en la red
• El control de la Central de Aire se aborda de manera que la Presión de Aire en la red se mantenga dentro de un intervalo de valores prefijado.
• Si la Presión en la Red de Distribución de Aire es suficientemente elevada, la modificación de un elemento de ,regulación no altera significativamente las condiciones de funcionamiento de los restantes elementos de regulación.
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118
8. CONTROL SIST. AERACIÓN8. CONTROL SIST. AERACIÓN
CONTROL POR O2 DISUELTO + PRESIÓN
CONTROL DE LA CENTRAL DE AIRE• Establecimiento de Presiones Máxima y MínimaEstablecimiento de Presiones Máxima y Mínima
de Trabajo
• Si P línea= P máxima, se modifican las condiciones de funcionamiento de la central de aire para aportar menos caudalaire para aportar menos caudal
• Si P línea= P mínima se aumenta el aporte de• Si P línea= P mínima, se aumenta el aporte de aire al sistema
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119
8. CONTROL SIST. AERACIÓN8. CONTROL SIST. AERACIÓN
CONTROL POR O2 DISUELTO + PRESIÓN
ESQUEMA DE FUNCIONAMIENTO
ASESORIA TÉCNICA Y CONTROL, S.A.
120
8. CONTROL SIST. AERACIÓN8. CONTROL SIST. AERACIÓN
CONTROL POR O2 DISUELTO + PRESION
EVOLUCIÓN DE OD Y PRESION0 565 6
0.545
0.555
0.565
5
5.5
6
0.515
0.525
0.535
3.5
4
4.5
0 485
0.495
0.505
2
2.5
3
0.465
0.475
0.485
0 5 10 15 20 25 301
1.5
2
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121
0 5 10 15 20 25 30
8. CONTROL SIST. AERACIÓN8. CONTROL SIST. AERACIÓN
CONTROL POR O2 DISUELTO + PRESIÓN
LIMITACIONEST b j P ió l d M C t E éti• Trabajo a Presión elevada: Mayor Coste Energético (Variación Automática de Consignas)
• Control Acciones Correctoras: Tipo de Válvulas
• Tiempo de Respuesta
• Reacción a Exceso de Caudal• Reacción a Exceso de Caudal
• Doble Aplicación Criterios Empíricos(OD y P)
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122
8. CONTROL SIST. AERACIÓN8. CONTROL SIST. AERACIÓN
CONTROL POR O2 DISUELTO + PRESIÓN
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123
8. CONTROL SIST. AERACIÓN8. CONTROL SIST. AERACIÓN
CONTROL POR O2 DISUELTO + CAUDAL
PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO
• La variable de control es el oxigeno disuelto y la• La variable de control es el oxigeno disuelto y la variable manipulada el caudal de aire.
• La medida de los caudales aportados a cada zona permite cuantificar las acciones
tcorrectoras.
El control de la central de aire puede abordarse• El control de la central de aire puede abordarse directamente como la suma neta de las medidas correctoras en cada zona
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124
8. CONTROL SIST. AERACIÓN8. CONTROL SIST. AERACIÓN
CONTROL POR O2 DISUELTO + CAUDAL
ESQUEMA DE FUNCIONAMIENTO
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125
8. CONTROL SIST. AERACIÓN8. CONTROL SIST. AERACIÓN
CONTROL POR O2 DISUELTO + CAUDAL
EVOLUCIÓN DE OD Y PRESIÓN0.565 6
0.54
4 5
5
5.5
TANQUE AERACION
0.49
0.515
3.5
4
4.5
0 44
0.465
2
2.5
3
0.415
0.44
0 5 10 15 20 25 301
1.5
ASESORIA TÉCNICA Y CONTROL, S.A.
126
0 5 10 15 20 25 30
8. CONTROL SIST. AERACIÓN8. CONTROL SIST. AERACIÓN
CONTROL POR O2 DISUELTO + CAUDAL
VENTAJAS• Trabajo a Presión más baja: Ahorro Energético
• Control Acciones Correctoras: • Independiente del Tipo de Válvulas• Instrumentación (Medida de Caudal)
• Una sola Aplicación Criterios Empíricos• Mayor Rapidez (Cuantificación Cambios)• Ahorro Energético
ASESORIA TÉCNICA Y CONTROL, S.A.
127
8. CONTROL SIST. AERACIÓN8. CONTROL SIST. AERACIÓN
CONTROL POR O2 DISUELTO + CAUDAL
EDAR DE VIC (Barcelona)
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128
8. CONTROL SIST. AERACIÓN8. CONTROL SIST. AERACIÓN
CONTROL POR O2 DISUELTO + CAUDALEDAR DE VIC (Barcelona)
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129
8. CONTROL SIST. AERACIÓN8. CONTROL SIST. AERACIÓN
CONTROL POR O2 DISUELTO (Presión ó Caudal)
LIMITACIONES
1. No intervienen los Parámetros de Transferencia
2. No se conoce la Demanda de Oxígenog
El aporte de oxígeno no se puede abordar de forma determinista es necesario invertir tiempo en ladeterminista, es necesario invertir tiempo en la aplicación de métodos empíricos basados en
algoritmos de ensayo y error.
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130
8. CONTROL SIST. AERACIÓN8. CONTROL SIST. AERACIÓN
SISTEMA DE CONTROL ON-LINESITUACION IDEAL
Control FEEDFORWARD-FEEDBACK1. Conocimiento (medida en tiempo real) de la
Demanda de Oxígenog
2. Conocimiento (medida en tiempo real) de los
Parámetros de TransferenciaParámetros de Transferencia
3. Aporte del Aire Necesario
LIMITACIONES TECNOLÓGICAS
¿SOLUCIÓN?
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131
8. CONTROL SIST. AERACIÓN8. CONTROL SIST. AERACIÓN
METODO DE ANALISIS OFF-GAS
- Desarrollada en 1983 por Dave Redmon y William Boyle en Milwaukee (Estados Unidos)y ( )
- Principio aplicadoMedida de la variación relativa del contenido de oxígeno del aire suministrado y del saliente del tanque de aeración(OFF GAS) Permite medir eltanque de aeración(OFF-GAS). Permite medir el rendimiento de transferencia de oxígeno de un sistema de aeración en condiciones de proceso.
100(%)2
22
ENTRANTEmasaO
SALIENTEmasaOENTRANTEmasaOOTE pw
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132
2
8. CONTROL SIST. AERACIÓN8. CONTROL SIST. AERACIÓN
Que se obtiene?Información instantánea y localizada de los Parámetros de Transferencia de oxígeno que afectan al sistema de aeración estudiado
SOTEODCβFOTE*
)(T
2020 SOTE
CβαFOTE *
)(TPW
20
2020
Información necessaria- OTEOTE
- Analizador del Contenido de Oxígeno del aire saliente del reactor y del aire ambiente
- QaireQ- Caudalímetro
- OD - Sonda de Oxígeno
Comunes a Sistemas Anteriores
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133
Sonda de Oxígeno
8. CONTROL SIST. AERACIÓN8. CONTROL SIST. AERACIÓN
ESTRATEGIA DE CONTROLPara cada zona de control:
- Medida de OTEMedida de OTE- Medida Caudal Aire- Determinación Demanda de Oxígeno- Determinación de la Cantidad de Oxígeno a aportar- Determinación del Caudal de Aire necesario (Qi)- Regulación de Caudal
Para la Central de Aire:Para la Central de Aire:- Qtotal = Qi
Mayor estabilidad-En la satisfacción de las demandas de oxígeno
EFECTOS EN EL PROCESO
g-En el mantenimiento de los setpoints
Ahorro EnergéticoAjuste a la demanda de oxígeno
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134
-Ajuste a la demanda de oxígeno-La mayor estabilidad permite utilizar setpoints más bajos
8. CONTROL SIST. AERACIÓN8. CONTROL SIST. AERACIÓN
VENTAJAS DEL SISTEMA- Conocimiento instantáneo de la Demanda de Oxígeno g
y su Distribución - Conocimiento instantáneo de las Características de
Transferencia del Sistema y su DistribuciónTransferencia del Sistema y su Distribución - Permite la Cuantificación del aporte de aire necesario- Elimina los procedimientos iterativos (Ensayo y Error)p ( y y )- El off-gas es un producto final del proceso. La
información obtenida permite conocer qué ocurre con el proceso en tiempo real eliminando el efecto de lael proceso en tiempo real, eliminando el efecto de la inercia del proceso
INCONVENIENTES DEL SISTEMA- Mayor coste de inversion
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135
Mayor coste de inversion
8. CONTROL SIST. AERACIÓN8. CONTROL SIST. AERACIÓN
INSTRUMENTACIÓN DE ANÁLISIS
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136
8. CONTROL SIST. AERACIÓN8. CONTROL SIST. AERACIÓN
ASESORIA TÉCNICA Y CONTROL, S.A.
137
8. CONTROL SIST. AERACIÓN8. CONTROL SIST. AERACIÓN
•
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138
8. CONTROL SIST. AERACIÓN8. CONTROL SIST. AERACIÓN
ASESORIA TÉCNICA Y CONTROL, S.A.
139
8. CONTROL SIST. AERACIÓN8. CONTROL SIST. AERACIÓN
ASESORIA TÉCNICA Y CONTROL, S.A.
140
9. MEDIDA DE LA TRANSFERENCIA DE OXÍGENO9. MEDIDA DE LA TRANSFERENCIA DE OXÍGENO
MEDIDA DE LA TRANSFERENCIA DE OXIGENO EN CONDICIONES NORMALIZADASOXIGENO EN CONDICIONES NORMALIZADAS
OBJETO:OBJETO:• Unificar condiciones Establecer base de
comparación objetiva• Unificar procedimientos
NORMATIVANORMATIVA• Americana ASCE 2-91
Alemana ATV Normativa• Alemana ATV Normativa • Austriaca ÖNORM Europea• Francesa CEMAGREF
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141
• Francesa CEMAGREF
9. MEDIDA DE LA TRANSFERENCIA DE OXÍGENO9. MEDIDA DE LA TRANSFERENCIA DE OXÍGENO
CARACTERÍSTICAS BÁSICAS DE LOS ENSAYOS
Norma ASCE (ASCE/EWRI 2-06)
Condiciones de Referencia:• Agua de ensayo: Agua limpia (Potable)
C di i bi t l• Condiciones ambientales:– Patm = 1 atm– Temperatura = 20ºC (=1,024)Temperatura 20 C ( 1,024)
• Oxígeno disuelto: OD=0
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142
9. MEDIDA DE LA TRANSFERENCIA DE OXÍGENO9. MEDIDA DE LA TRANSFERENCIA DE OXÍGENO
VALORES MEDIDOS EN EL ENSAYO NORMALIZADO DE CUANTIFICACION DE LA TRANSFERENCIA DE
OXIGENO
L it di• Los ensayos permiten medir:
– C*20 (C* a 20º C) ( sistemas sumergidos) 20 ( ) ( g )– KLa20 (KLa a 20º C)
SOTR T d T f i C di i• SOTRCW =Tasa de Transferencia en Condiciones Normalizadas
SOTRcw= KLa20• C*20 • V (KgO2/h)
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143
9. MEDIDA DE LA TRANSFERENCIA DE OXÍGENO9. MEDIDA DE LA TRANSFERENCIA DE OXÍGENO
PROCEDIMIENTO DE ENSAYO
1. Obtener datos experimentales de la relación OD v/s tiempo
2. Ajuste datos experimentales a curva teórica Obtención: Kteórica Obtención: KLa
CsCCo
3 Cál l t f i d í3. Cálculo transferencia de oxígeno:
VCKSOTR
ASESORIA TÉCNICA Y CONTROL, S.A.144
VCsKSOTR La 2020
9. MEDIDA DE LA TRANSFERENCIA DE OXÍGENO9. MEDIDA DE LA TRANSFERENCIA DE OXÍGENO
EJEMPLO REAL CURVA DE AJUSTESONDA #2
14.0
Conc. Valor Ajuste
12.0
8.0
10.0
mg/
l)
4.0
6.0
OD
(m
2.0
ASESORIA TÉCNICA Y CONTROL, S.A.
145
0.00.0 5.0 10.0 15.0 20.0 25.0
TIEMPO (min)
9. MEDIDA DE LA TRANSFERENCIA DE OXÍGENO9. MEDIDA DE LA TRANSFERENCIA DE OXÍGENO
TIPOS DE ENSAYO
• ESCALA REAL (FULL SCALE)
• ESCALA INDUSTRIAL (SHOP TEST)
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146
9. MEDIDA DE LA TRANSFERENCIA DE OXÍGENO9. MEDIDA DE LA TRANSFERENCIA DE OXÍGENO
ENSAYOS A ESCALA REAL• Aplicable a todo tipo de Sistemas de Aeración• Aplicable a configuraciones especiales
– Mixtos (Canal oxidación).
VENTAJASI t l ió R l ( A i d f t d l )
( )
• Instalación Real ( Ausencia de factores de escala)
INCONVENIENTES• Control Ensayos (precisión)• Coste Elevado
Di ibilid d• Disponibilidad agua• Proporciona Resultados Globales, no distingue Zonas• Incumplimiento Garantías: Coste y Planificación
ASESORIA TÉCNICA Y CONTROL, S.A.
147
• Incumplimiento Garantías: Coste y Planificación
9. MEDIDA DE LA TRANSFERENCIA DE OXÍGENO9. MEDIDA DE LA TRANSFERENCIA DE OXÍGENO
ASESORIA TÉCNICA Y CONTROL, S.A.
148
9. MEDIDA DE LA TRANSFERENCIA DE OXÍGENO9. MEDIDA DE LA TRANSFERENCIA DE OXÍGENO
ASESORIA TÉCNICA Y CONTROL, S.A.
149
9. MEDIDA DE LA TRANSFERENCIA DE OXÍGENO9. MEDIDA DE LA TRANSFERENCIA DE OXÍGENO
ASESORIA TÉCNICA Y CONTROL, S.A.
150
9. MEDIDA DE LA TRANSFERENCIA DE OXÍGENO9. MEDIDA DE LA TRANSFERENCIA DE OXÍGENO
ASESORIA TÉCNICA Y CONTROL, S.A.
151
9. MEDIDA DE LA TRANSFERENCIA DE OXÍGENO9. MEDIDA DE LA TRANSFERENCIA DE OXÍGENO
ASESORIA TÉCNICA Y CONTROL, S.A.
152
9. MEDIDA DE LA TRANSFERENCIA DE OXÍGENO9. MEDIDA DE LA TRANSFERENCIA DE OXÍGENO
ENSAYOS A ESCALA INDUSTRIAL• Aplicable Buena representación Sistema Realp p
-Geometrica-Hidraulica
• No aplicable
VENTAJAS
• No aplicableSistemas Mixtos (Aeración+Vehiculadores)
VENTAJASPermite realizar ensayos individuales por zonas• Coste menor• Ensayos antes de la instalación de los equipos• Menor volumen : Fuente y calidad del aguaINCONVENIENTESINCONVENIENTES• Relación entre equipos ensayados y equipos instalados
¿Necesidad ensayos adicionales?¿Control de calidad?
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153
¿Control de calidad?
9. MEDIDA DE LA TRANSFERENCIA DE OXÍGENO9. MEDIDA DE LA TRANSFERENCIA DE OXÍGENO
ASESORIA TÉCNICA Y CONTROL, S.A.
154
9. MEDIDA DE LA TRANSFERENCIA DE OXÍGENO9. MEDIDA DE LA TRANSFERENCIA DE OXÍGENO
ASESORIA TÉCNICA Y CONTROL, S.A.
155
10. ENSAYOS TRANSFERENCIA CONDS CAMPO10. ENSAYOS TRANSFERENCIA CONDS CAMPO
MEDIDA DE LA TRANSFERENCIA DE OXIGENO EN CONDICIONES DE CAMPO
OBJETO:Información sobre el funcionamiento de un sistema existente:• Información sobre el funcionamiento de un sistema existente:
-Explotación -Mantenimiento-Reposición (Capacidad)
• Relación con parámetros de transferencia• Relación con parámetros de transferencia -Incertidumbres de diseño
SOTR
CCCβαFOTR *
*)(T
PW
20
2020
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156
10. ENSAYOS TRANSFERENCIA CONDS CAMPO10. ENSAYOS TRANSFERENCIA CONDS CAMPO
MEDIDA DE LA TRANSFERENCIA DE OXIGENO EN CONDICIONES DE CAMPO
METODOS DISPONIBLES
• Non Steady StatetCVVRVCCKQCCiQ xfLaf
)(
• Steady-State
t
0)( VRVCCKQCCiQxfLaf
• Trazadores
• Off-Gas
ASESORIA TÉCNICA Y CONTROL, S.A.
157
10. ENSAYOS TRANSFERENCIA CONDS CAMPO10. ENSAYOS TRANSFERENCIA CONDS CAMPO
METODO DE ANALISIS OFF-GAS
Principio AplicadoMedida de la variación relativa del contenido de oxígeno del aire suministrado gy del saliente del tanque (OFF-GAS)
100(%) 22 SALIENTEmasaOENTRANTEmasaOOTE 100(%)2
22 ENTRANTEmasaO
OTE pw
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10. ENSAYOS TRANSFERENCIA CONDS CAMPO10. ENSAYOS TRANSFERENCIA CONDS CAMPO
METODO DE ANALISIS OFF-GAS
PARAMETROS MEDIDOS
Eficiencia(%) OTE SOTEEficiencia(%) OTEPW SOTEPW
(F) PWSOTE(F)
OUR Tasa de consumo de O2 (Respirometria). CW
PW
SOTESOTE
2 ( p )Medida del consumo real de O2en el tanquey su variación espacial
Caudal del aire Medida del caudal de aire alimentado a cada parrilla del sistema de difusores(verificacion)
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159
10. ENSAYOS TRANSFERENCIA CONDS CAMPO10. ENSAYOS TRANSFERENCIA CONDS CAMPO
ESQUEMA DE APLICACION DEL METODO OFF GAS CON CAMPANAMETODO OFF-GAS CON CAMPANA
ASESORIA TÉCNICA Y CONTROL, S.A.
160
10. ENSAYOS TRANSFERENCIA CONDS CAMPO10. ENSAYOS TRANSFERENCIA CONDS CAMPO
METODO OFF-GAS CON CAMPANA
ASESORIA TÉCNICA Y CONTROL, S.A.
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10. ENSAYOS TRANSFERENCIA CONDS CAMPO10. ENSAYOS TRANSFERENCIA CONDS CAMPO
ESQUEMA DE APLICACION DEL METODO OFF-GAS EN COLUMNA
ASESORIA TÉCNICA Y CONTROL, S.A.
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10. ENSAYOS TRANSFERENCIA CONDS CAMPO10. ENSAYOS TRANSFERENCIA CONDS CAMPO
ENSAYOS METODO OFF-GAS CON COLUMNA
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163
11. Optimización Energética11. Optimización Energética
Distribución del consumo energético por equipos o procesos *
% Consumo Kwh/d% Consumo Kwh/d
0,13
0,04
Bombeo Fangos Primarios
Decantación Primaria
% Consumo Kwh/d
0,52
0,25
0,19
0,17
0,16
Bombeo Fangos en Exceso
Desarenador‐Desgrasador
Espesador Fangos
Tamizado Pretratamiento
Varios
1 12
1,07
0,81
0,68
0,52
0,52
Bombeo Entrada
Tamizado Fangos
Bombeo Fangos a Digestión
Decantación Secundaria
Desodorización
Bombeo Fangos en Exceso
4,42
2,73
2,67
1,57
1,12
Agitadores Biológico
Recirculación Fangos
Agitación Digestión Fangos
Agua Servicios
Bombeo Entrada
68,12
8,26
6,55
0,00 10,00 20,00 30,00 40,00 50,00 60,00 70,00 80,00
Aeración Biológico
Deshidratación de Fangos
Gas y Calefacción Digestión
ASESORIA TÉCNICA Y CONTROL, S.A.
164
11. 11. OptimizaciónOptimización EnergéticaEnergética -- ReducciónReducción ConsumosConsumos
Optimización Consumos Energéticos:p g
A i A i d l Di ñ•Acciones Asociadas al Diseño
•Acciones Asociadas a Explotación
•Acciones Asociadas a Mantenimiento
ASESORIA TÉCNICA Y CONTROL, S.A.
165
11.1 11.1 Acciones asociadas Diseño EDARAcciones asociadas Diseño EDAR
A. Selección adecuada Equipos Aporte Oxígeno
A.1 Selección adecuada Equipos Producción Aireq p
o N id d
seño
ec
uado • Necesidades máximas aire
Nº d id• Capacidad suficiente
Di
inad • Nº reducido equipos gran capacidad
• Más económico
Baja flexibilidad Sobredimensiónamientoj
ASESORIA TÉCNICA Y CONTROL, S.A.
166Baja eficiencia
energética
11.1 11.1 Acciones asociadas Diseño EDARAcciones asociadas Diseño EDAR
A. Selección adecuada Equipos Aporte Oxígeno
A.1 Selección adecuada Equipos Producción Aireq pcu
ado
• Ajustar la producción a la demanda del proceso
ño a
dec
• Ahorro energético asociado a la flexibilidad
• Instalación de máquinas más eficientes
Dis
eñ
Soplantes Velocidad Fija
Soplantes + Var. Frecuencia
Soplantes Doble Velocidad + RendimientoSoplantes Var. Frecuencia
TURBOCOMPRESORES
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167
11.1 11.1 Acciones asociadas diseño EDARAcciones asociadas diseño EDAR
A.2 Diseño generoso Sistema de Aeración (Difusores)
C t í ti DifCaracterísticas Difusores:
• A Menor Caudal Mayor Eficiencica• A Menor Caudal, Mayor Eficiencica
• A Mayor Densidad, Mayor Eficiencia
• A Mayor Caudal, Mayor Pérdida Carga
ASESORIA TÉCNICA Y CONTROL, S.A.
168
11.1 11.1 Acciones asociadas diseño EDARAcciones asociadas diseño EDAR
A.2 Diseño generoso Sistema de Aeración (Difusores)Adoptar densidades de difusores altas implica mayor coste de inversión pero se
t d d i étitraduce en un menor consumo de aire y consumo energético
16 % DD 21 % DD
15.0
18.0
21.0
hab·
eq) 17% ahorro
6.0
9.0
12.0
ro (%
kW
h/h
0.0
3.0
1 5 10 15 20 25
Aho
rr
Anys
*(Comparativa respecto una situación de referencia con un 10,5% DD por una EDAR de 265.000 hab-eq con
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169
( p p , p q
un diseño punta de 5 Nm3/difusor)
11.1 11.1 Acciones asociadas diseño EDARAcciones asociadas diseño EDAR
A.3 Selección adecuada del sistema de control de la instalación de suministro de aire
OBJETIVOS
• Control aporte aire a reactores biológicos No suele ser Problemático
No suele Conseguirse• Aporte eficiente
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170
11.1 11.1 Acciones asociadas diseño EDARAcciones asociadas diseño EDAR
A.3 Selección adecuada del sistema de control de la instalación de suministro de aire
Mayoría EDARs operan con sistema controlcontrol
EVITAREVITAR Sobrecostes
• Adecuada determinación necesidades proceso
Cambiar Sist. Rígidos (C. Fija) por Sist. Evolucionados (C. variables)
• Adecuada gestión central y distribución aire
Control con C Presión menos eficiente que Control por Caudal
ASESORIA TÉCNICA Y CONTROL, S.A.
171
Control con C.Presión menos eficiente que Control por Caudal
11.2 11.2 Acciones asociadas explotación EDARAcciones asociadas explotación EDAR
A.2 Modificar las Consignas de OD en los Tanques de Aeración
Reactor OD OTR Qaire Consumo AE DiferenciaReactor OD OTR Qaire Consumo AE Diferenciamg/l kgO2/h Nm3/h kWh/d kgO2/kWh %
Oxic 1 2 216 7028Oxic 2 2 150 4349Oxic 3 1 83 1841
T t l 449 13218 6223 1 73 0 00Total 449 13218 6223 1,73 0,00Oxic 1 1 196 5353Oxic 2 2 164 4753Oxic 3 1 86 1926
Total 446 12032 5664 1,89 -8,98Oxic 1 1 196 5887Oxic 2 1,5 157 4706Oxic 3 1 92 2255
Total 445 12848 5520 1,93 -11,30
ASESORIA TÉCNICA Y CONTROL, S.A.
172
11.3 11.3 MantenimientoMantenimiento
Difusores como Elementos vivos La exposición al medio de trabajo (Licor Mezcla)
incide sobre propiedades de los materiales, dimensiones y tamaño de los poros de los difusores,dimensiones y tamaño de los poros de los difusores, afectando a su rendimiento.
La acumulación de materiales/depósitos en la superficie y poros de los difusores puede afectar susuperficie y poros de los difusores puede afectar surendimiento.
La colmatación, envejecimiento y deterioro de los difusores producen pérdidas en sus característicasfuncionales que pueden suponer un problema de capacidad, operatividad o económico para el proceso
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173
11.3 11.3 MantenimientoMantenimiento
Medición de parámetros físicos y operacionales de membranas individuales con objeto de determinar:
Pérdida de Rendimiento de los Difusores debido a la colmatación o deterioro de las mebranascolmatación o deterioro de las mebranas.
Evaluación de la eficacia de procedimientos de limpieza de difusores y grado de recuperación del
di i t d l irendimiento de los mismos Identificacíon de pérdidas de rendimientos
recuperables (Colmatación) y permanentes (Deterioro) p ( ) y p ( ) Evaluación de necesidades de
Mantenimiento/Sustitución de Difusores Evaluación de vida útil en Servicio Análisis de Costes de Limpieza/Reposición
ASESORIA TÉCNICA Y CONTROL, S.A.
174
11.3 11.3 MantenimientoMantenimiento
El Estado de los Difusores influye en la Eficiencia del Sistema por dos MecanismosEficiencia del Sistema por dos Mecanismos
Fouling (Colmatación) Envejecimiento
∆P ∆ E ∆P ∆ E
S
∆P ∆ E- ∆OTE ∆ E
Se puede paliar con la aplicación sistemática de protocolos de limpieza y
mantenimiento
Se puede paliar con un analisis continuo de las características
físicas y funcionales.
ASESORIA TÉCNICA Y CONTROL, S.A.
175
mantenimiento
OLD MEMBRANE
NEW MEMBRANE
ASESORIA TÉCNICA Y CONTROL, S.A.
176
ASESORIA TÉCNICA Y CONTROL, S.A.
177
ASESORIA TÉCNICA Y CONTROL, S.A.
178