¿Cómo mejorar la EFICIENCIA de las EDAR? - Lucas Sánchez Ros

¿Cómo mejorar la EFICIENCIA de las EDAR?

13/01/2019

¿Cómo mejorar la EFICIENCIA de las EDAR?


Lucas Sánchez Ros

Lucas Sánchez Ros

  • Desarrollo de negocio en Lynx Simulations


 
"La situación de las EDAR en España, deja patente que existe un margen de mejora considerable en nuestras instalaciones"
 
La situación de las EDAR en España, deja patente que existe un margen de mejora considerable en nuestras instalaciones. Destaca el desarrollo desigual del tratamiento de aguas en función de las políticas autonómicas aplicadas. Por un lado tenemos el ejemplo de la Región de Murcia donde la tecnología aplicada al tratamiento de aguas es de primer nivel y se reutiliza más del 80% de agua tratada; mientras que en el otro extremo de la balanza se sitúan las regiones con abundancia de agua apenas hacen uso del agua tratada.
 
Los motivos que nos han llevado a este punto son de sobra conocidos por la comunidad de AGUASRESIDUALES.INFO: falta de inversión, ausencia de compromiso político, depuradoras anticuadas, etc. Conviene que todos los actores involucrados se conciencien para aportar lo máximo posible de cara al progreso de nuestros conocimientos en el tratamiento de aguas.
 
Por mi parte, a través de la actividad empresarial de Lynx Simulations he presenciado cómo se están dando los primeros pasos en el uso de la simulación numérica en el modelado y la mejora de plantas de tratamiento de aguas. Nuestro granito de arena va encaminado a aplicar esta herramienta a nuestro bien más preciado.
 
La CFD es una rama de la simulación numérica que permite simular el comportamiento del fluido con una resolución que nos proporciona una comprensión profunda de los fenómenos en estudio. Se trata de una herramienta con capacidad para obtener una cantidad de información sobre el efluente que va más allá de los métodos de modelado tradicionales o los prototipos físicos.
 
Tampoco quiero dar la sensación de que la CFD es el Santo Grial del diseño de EDAR o desaladoras. Se trata de una herramienta de gran utilidad que ha de conjugarse con la experiencia, el modelado tradicional y la validación de las simulaciones a través de datos experimentales. Lo que nos ofrece la CFD es la oportunidad de mejorar la eficiencia y funcionamiento de nuestras instalaciones al mismo tiempo que reducimos los costes de construcción y explotación, con el añadido de que podemos entender en profundidad qué ocurre dentro de nuestro sistema.
 
La mejor muestra de las posibilidades de la CFD es poner un ejemplo. En este caso se simuló un reactor UV valorando la desinfección de la bacteria E. coli a la salida del canal. El objetivo del proyecto es comprobar el efecto que provocan unas guías de direccionamiento del flujo en la entrada del canal.
 
Con las geometrías de la planta y los parámetros de entrada del efluente se procedió con la simulaciones de dos casos: el primero la instalación con guías y el segundo sin dichas guías.
 
Las simulaciones muestran como la inclusión de guías provoca un cambio en el comportamiento del flujo (ver figura 1). En concreto, se elimina la componente rotacional del flujo, haciendo que las velocidades se vuelvan heterogéneas. Es decir, hay una parte del fluido que pasa más rápido por las lámparas UV y recibe una cantidad de radiación menor cuando el objetivo es el contrario, maximizar la radiación que recibe el fluido para asegurar su desinfección.
 
 

Figura 1: Vectores de velocidad en una sección del canal UV sin guía (izquierda) y con guía (derecha)
 
 
En la figura 2 se puede ver una nube de partículas fluida tomada en el mismo instante de tiempo para ambos casos. Es fácil observar como en el canal sin guías las partículas atraviesan el mismo a una velocidad similar, formando un grupo compacto con dosis de radiación similares. Por contra, las guías provocan que la nube de partículas se extienda a lo largo del canal y aumente la proporción de flujo con dosis de radiación baja.
 
 
 
Figura 2: Nube de partículas en el canal sin guía (izquierda) y con guía (derecha)
 
 
La simulación nos permite comprobar cómo, pese a que ambas configuraciones cumplen sobradamente con los requisitos legales, la omisión de las guías provoca una mejora de la eficiencia de un orden logarítmico en comparación a la configuración con guías (3.2-Log vs 2.3-Log).
 
En las siguientes figuras se muestran los resultados:
 
 
 
Figura 3: Distribución de las dosis adsorbidas por el caudal 
 
 
 
Figura 4: Resultados de la simulación
 
 
En este ejemplo, la interpretación de los resultados nos indica que el número de lámparas está sobredimensionado de forma considerable. En simulaciones posteriores podemos probar distintas configuraciones de lámparas y reducir el número de las mismas sin caer en riesgos significativos. El coste de la simulación justifica el consiguiente ahorro de consumo eléctrico y de adquisición de las lámparas al mismo tiempo que ganamos un valioso conocimiento del funcionamiento del sistema, lo que nos ayuda a mejorar las tareas de operación y mantenimiento de la planta.
 
Con esta metodología hemos llevado a cabo simulaciones de sistemas que tienen un impacto considerable en el correcto funcionamiento de la planta y en la partida de gastos de operación y mantenimiento: sistemas de aireación en reactores biológicos, optimización de la potencia de agitadores de flujo, flujo en reactores MBR, etc.
 
El mayor obstáculo para la implementación de la CFD en el sector de tratamiento de aguas son los altos costes de licencia de los softwares comerciales y la alta cualificación que requieren los técnicos dedicados a simulación.
 
Debemos tener en cuenta que la CFD no deja de ser una herramienta tan válida como el operador que la utiliza. Para interpretar correctamente los resultados de las simulaciones es necesario conocer el tipo de problema que se está tratando, si sabemos lo que estamos buscando la CFD nos va a facilitar mucho nuestra tarea.
 
Como es natural cuando surge una nueva tecnología, su introducción en la industria requiere un tiempo de adaptación. La CFD es una herramienta madura e imprescindible en sectores como la aeronáutica o la automoción que poco a poco se está abriendo camino en el tratamiento de aguas. En veinte años es posible que sea un estándar del sector, utilizado habitualmente para probar soluciones novedosas y optimizar los diseños de las instalaciones. De esta forma avanzaremos en nuestro camino para gestionar de forma eficiente uno de nuestro recursos esenciales, el agua.
 
 
Lucas Sánchez Ros
 

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17/01/2019
javier Martuinez Carruesco escribió:
Muybinteresante a la hora de diseñar plantas mas conomicas y fiables.