Gestión y diseño de EDAR con hojas de cálculo. Historias de otro tiempo - Héctor Rey Gosálbez

Gestión y diseño de EDAR con hojas de cálculo. Historias de otro tiempo

10/06/2018

Gestión y diseño de EDAR con hojas de cálculo. Historias de otro tiempo


Héctor Rey Gosálbez

Héctor Rey Gosálbez

  • Ingeniero Químico
  • Especialista de proceso en la empresa Prointec
  • Responsable del Área de Modelado y Simulación en EDAR del Aula Bioindicación Gonzalo Cuesta


 
Utilizar hojas de cálculo para tomar decisiones en nuestra planta puede ser correcto, o no tanto. Lo fue, pero quizás hoy ya no. Me justifico. 
 
Al igual que un carro tirado de un caballo te puede llevar de un lugar a otro, su velocidad y seguridad no es comparable a la que ofrece hoy (casi) cualquier automóvil.
 
Hace 100 años ese carro y ese caballo suponían la herramienta de transporte predominante, ideal para muchos de entonces (en realidad no había otra). Y es que aunque el 31 de octubre del año 1900 se matriculó el primer vehículo de España en Palma de Mallorca, quince años después apenas seguían existiendo coches en España (menos de 8.000 matriculaciones desde 1900 al 1915), ya que resultaban un producto de lujo inaccesible, a la vez que incomprensible de funcionamiento y manejo para la gran mayoría. Por una razón u otra, ese carro y ese caballo seguían haciendo la misma función que ese limitado primerizo automóvil, y casi nadie se cuestionaba cambiarlo.
 
Sin embargo en los quince siguientes años (1916-1930) el lanzamiento de vehículos pensados para la clase media permite pasar de 8.000 vehículos a 151.500 vehículos matriculados, haciendo ver a muchos que ese carro y caballo empezaban a pertenecer a otra época. 
 


¿Mi hoja de cálculo me lleva a dónde quiero?

 
En realidad, te puede llevar en ocasiones hasta destinos equivocados, y te darás cuenta de ello cuando no puedas subir de 1.500 ppm de SSLM en tu reactor y estés incumpliendo vertido de nitrógeno, mientras que tu hoja de cálculo te reitera que deberías estar en 4.000 ppm y con un efluente listo para embotellar y servir en un restaurante con estrella Michelin.
 
Hace 20 años ciertas herramientas de diseño y optimización de EDAR resultaban, además de caras, difícilmente manejables y uso exclusivo de universidades y centros de investigación (vaya, como el automóvil de hace 100 años), y la herramienta de trabajo para nuestra planta era la hoja de cálculo (esto me recuerda al carro tirado por un caballo que ya nadie usa hoy en día…). Actualmente ciertas modernas herramientas empiezan a sustituir a la hoja de cálculo, y no por capricho, sino porque su accesibilidad, profundidad y fiabilidad en sus predicciones ha superado a las prestaciones de las hojas de cálculo.
 


¿Por qué me limita la hoja de cálculo?

 
Una de las grandes limitaciones que le encuentro a la hoja de cálculo es que resulta habitual suponer el importante valor los sólidos en suspensión del licor mezcla (SSLM), como un valor a introducir por el usuario en una celda de la hoja de cálculo, como si de un parámetro operacional se tratara, al mismo nivel que un caudal de bombeo de recirculación o consigna de aireación.
 
Pero la realidad es que el operador de planta no puede establecer en el SCADA el valor deseado de los SSLM, si no que dicho valor será una consecuencia de lo que le esté entrando (caudal y concentraciones del afluente y retornos a cabecera), de cómo se esté operando (consignas de operación de bombeos de recirculaciones y purgas, consignas de aireación, etc.), temperatura del licor mezcla, volumen de reactor, etc…Es decir, la realidad de la planta en explotación es que el valor de los SSLM es una consecuencia de otra serie de factores, algunos de ellos manipulables por el jefe de planta (consignas de operación) y otros no (afluentes).
 
Pero para la hoja de cálculo el valor de los SSLM los decide el usuario, y me he encontrado con diseños que suponen valores de trabajo de SSLM que posteriormente resultan, y por mucho, imposibles de alcanzar para las cargas contaminantes de entrada, con el consecuente mal diseño de la planta e incumplimiento de los límites de vertido.
 
Otras inexactitudes de las hojas de cálculo es el no poder usar un influente dinámico de cargas contaminantes (vaya, como en el día a día de toda planta) y reflejar únicamente el comportamiento de la planta ante escenarios estacionarios. En fin, podríamos entrar en más detalle y seguir encontrando limitaciones, pero demos un paso adelante y busquemos alternativas viables. Modelado y simulación, dinámica de fluidos computacional y análisis estadístico multivariable. Dicho así prácticamente estoy atropellando con palabras ininteligibles al lector, así que tratemos de hacerlo entendible, al menos el concepto de “modelado y simulación” en este artículo, y los otros dos para otros que vendrán en futuras entregas.
 


Solución factible amigable

 
Modelado y simulación de EDAR: posiblemente sea la temática que suene más familiar de las tres indicadas. Para entendernos, se trata de la expresión matemática de los fenómenos habituales que ocurren y tenemos asimilados dentro del tratamiento secundario de la planta. No se trata por tanto de introducir fenómenos diferentes a los que ya conocemos que rigen los procesos de nitrificación y desnitrificación, si no de alcanzar un equilibrio que permita simplificarlos, calibrarlos y otorgar fiabilidad a los resultados obtenidos, de manera que un usuario sea capaz por sí mismo de plantear su escenario de explotación y optimizarlo.
 
Para ello, si bien es recomendable conocer la teoría de los Modelos de Fangos Activados (ASM1 y ASM2d principalmente), los diferentes simuladores existentes, tanto comerciales como gratuitos, integran en mayor y menor medida respectivamente, tanto dichos modelos matemáticos ya implementados y preparados para ser resueltos por métodos numéricos, como librerías de bloques de procesos complementarios (secuenciales, formación de biopelículas, filtración por membranas, sedimentación, sistemas de control, etc.). Con este tipo de herramientas es posible trabajar con escenarios de influente dinámico (mira por dónde, como en la vida real…) y con un modelo calibrado, diferenciando nuestra depuradora de la del vecino mediante una caracterización acorde a su afluente, y regulando con exactitud el rendimiento del reactor biológico, pudiendo ser superior o inferior al estándar esperable indicado por la bibliografía, para cada uno de los procesos implicados.
 
Es decir, mediante el uso de datos experimentales de la explotación y parámetros de operación aplicados, calibramos el modelo correspondiente a nuestra planta para un periodo de tiempo conocido del pasado, aumentando el grado de fiabilidad de las predicciones realizadas por el modelo, y por tanto reduciendo los habituales márgenes de seguridad que aplicamos a nuestros diseños con hoja de cálculo, con la ventaja que supondrá en la disminución de costes ofertado por nuestra parte y aumento de competitividad.
 
¿Y todo esto lo puedo hacer yo mismo? Ante esta consecuente pregunta por parte del lector, la respuesta es claramente sí, pero mejor en buena compañía durante la primera etapa de aprendizaje, y partiendo de un primer uso de software libre antes de la toma de decisión de la adquisición de algún software comercial.
 
 
Si al lector le apetece introducirse en el campo del modelado y simulación, de la mano del software libre LynxASM, puede consultar el contenido formativo de nuestros siguientes cursos ONLINE pinchando en los siguientes enlaces:
 

 

Héctor Rey Gosálbez

 


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