sistem as de aireación - Centro de Investigación y Desarrollo

E. Ronzano y J. L. Dapena
SISTEM AS D E AIR EAC IÓ N
ASPECTOS COMUNES A LOS DIVERSOS SISTEMAS
Clasificación
La Figura 11.1 muestra una posible clasificación de los sistemas de aeración, ya que se
encuentran prácticamente todos los existentes, excepto dos que son un poco especiales y
de aplicación restringida: las rejillas INKA y los difusores móviles. Posiblemente faltará
algún sistema, pero seguramente será de muy poca utilización.
Definiciones
Recordamos las siguientes definiciones:
- Capacidad de oxigenación: CO. «Es la masa de oxígeno disuelta por hora y por m3 de
depósito, en condiciones normalizadas»:
kg O2/h · m3
- Aporte especifico bruto: AEB o ASB. «Es la masa de oxígeno disuelta por kW · h
eléctrico consumido» (medida en contador de energía):
kg O2/kW · h
- Rendimiento de oxigenación: RO (sólo para los sistemas de inyección de aire). «Es el
tanto por ciento de la masa de oxígeno efectivamente disuelta, con relación a la masa de
oxigeno inyectada por el sistema de aire».
Energía de compresión del aire
El rendimiento de oxigenación RO, nos permite comparar distintos sistemas de
inyección de aire para una misma profundidad de depósitos. Para compararlos a
profundidades diferentes, o con aeradores mecánicos, debemos utilizar el concepto de
aporte especifico bruto.
Sin embargo, las necesidades de energía, para una misma presión y caudal, dependen
del rendimiento del compresor y del motor.
En una compresión isotérmica, la energía en Wh necesaria para comprimir 1 N · m3 de
aire, desde una presión de 10,33 m C.A a la presión p' en m C.A, es:
E (Wh) = 68 (log (10,33 + P') - 1,014) · 1 / (Rc · Rm) o (69)
E (Wh) = 68 (log ((10,33 + P')/10,33) ) · 1 / (Rc · Rm) (69 bis)
Siendo:
- log: logaritmo decimal.
- P': presión relativa de compresión en m C.A.
- Rc: rendimiento isotérmico de la compresión.
- Rm: rendimiento del motor a 3/4 de su carga.
- E: energía eléctrica consumida en Wh.
El rendimiento isotérmico de compresión puede variar:
- Desde un mínimo del 50%, para una máquina pequeña tipo ROOTS de 100 N m3/h.
- Hasta un máximo del 70%, para un ROOTS de 6.000 / 7.000 Nm3/h, o un
turbocompresor del mismo caudal o superior.
El rendimiento de un motor a 3/4 de carga varía asimismo:
- Desde el 92%, para una potencia de 30 kW.
- Hasta el 94%, para 100 kW o superior.
Debido a que los sistemas de inyección de aire se utilizan principalmente en medias y
grandes instalaciones, podemos suponer que se utilizan máquinas de gran caudal, con
un rendimiento de compresión del 70% y del motor del 94%, es decir, un rendimiento
global:
r = 0,70 · 0,94 = 0,65 = 65 %
La ecuación anterior, 69, la podemos escribir:
E (Wh) = 105 [log (10,33 + P') - 1,014] (70)
También podemos considerar que la pérdida de carga media entre la aspiración de los
compresores y la difusión es del orden de 0,70 m C.A, y además, que el plano superior
de los difusores se sitúa normalmente a 0,20 m por encima del fondo. Si llamamos P a
la profundidad del depósito en metros, podemos escribir:
E (Wh) = 105 (log (10,83 + P) - 1,014) (70 a)
En el caso de compresores pequeños, con un rendimiento de compresión del 50%, del
motor del 92% y global del 46%, la ecuación 70a sería:
E (Wh) = 148 (log (10,83 + P) - 1,014) (70 b)
A la energía de compresión de 1 Nm3 de aire se le denomina ESC, Energía Especifica
de Compresión, expresándose en Wh/Nm3.
Aproximadamente un Nm3 de aire contiene 300 g de oxigeno, para un rendimiento de
oxigenación RO; 1 kg de oxígeno necesita el suministro de un volumen de aire de:
1.000 / (3 · RO) =333/RO
En este caso, el aporte específico bruto, ASB, se expresa por:
ASB (kg O2/kW · h) = 3 RO/ESC (71)
En la Tabla 11.1 y Figura 11.2, indicamos el valor de la energía específica de
compresión para los dos rendimientos globales considerados anteriormente (65 % y
46%), y diversas profundidades de los tanques.
Figura 11.2. Energía especifica de compresión: ESC.
Comparación de los sistemas en condiciones reales de funcionamiento
La medida del aporte específico bruto de oxígeno siempre se efectúa en agua limpia.
Para pasar de este valor al que se obtendrá en el licor mixto, se debe aplicar un factor
alfa que varía, además de con las características del licor, con las del sistema propio de
oxigenación. Los valores utilizados para alfa figuran en la Tabla 4.5.
Para comparar sistemas de aeración no pertenecientes a una misma familia, el aporte
específico bruto, ASB, debe corregirse con el factor alfa.
A modo de ejemplo, comparamos, en la Tabla 11.2, los difusores estáticos y porosos:
Tabla 11.2
Se observa claramente que es indispensable tener en cuenta el factor alfa en la
comparación de cualquier sistema de aportación de aire.
Estudio de diversos sistemas
Veremos en primer lugar los sistemas menos difundidos y, a continuación, y con más
detalle, los tres procedimientos más utilizados:
- Aeradores de superficie Tentos.
- Difusores estáticos.
- Difusores porosos.
SISTEMAS DE MENOR UTILIZACIÓN
Aeradores mecánicos de eje horizontal
A. DESCRIPCIÓN Y UTILIZACIÓN
Estos aparatos se clasifican en dos familias, según su tamaño: cepillos o brochas y
rotores Mamut.
Los cepillos tienen relativamente poco diámetro, del orden de 0,70 m, y se utilizan, casi
exclusivamente, en los canales de oxidación, con profundidades de 1,0 y 1,8 m. Han
tenido un gran desarrollo, sobre todo en Alemania y Países Bajos, pero últimamente
parece que disminuye su implantación.
Existen otros aeradores de eje horizontal como, por ejemplo, los discos ORVAL.
Consisten en una serie de discos planos provistos de unos salientes perpendiculares al
plano del disco. Se unen una serie de discos mediante un eje horizontal. Los
rendimientos de todos estos sistemas son similares.
Los rotores Mamut se utilizan en grandes y medias instalaciones; su diámetro es del
orden de 3 a 3,60 m, y equipan canales de grandes dimensiones. Su desarrollo
geográfico coincide con el de los cepillos.
B. VENTAJAS E INCONVENIENTES
Podemos comparar estos aparatos con los aeradores de superficie lentos, que son los
más parecidos a estas familias.
a) Aporte especifico bruto. Es del mismo orden, pero varía en sentido inverso en
función de la potencia específica; cuando ésta aumenta, el ASB de los aeradores
mecánicos de eje horizontal disminuye, y viceversa. Por esta causa, este tipo de aparatos
se adapta mal a los tratamientos con cargas volumétricas altas. El valor óptimo de su
rendimiento se encuentra comprendido, para potencias específicas, entre 10 y 30 W/m3
para los cepillos y de 20 a 35 W/m3 para los rotores (Ref. L5).
b) Agitación. Para las mismas potencias específicas, las velocidades de fondo son
idénticas.
c) Aerosoles. Los primitivos cepillos presentaban muchos problemas desde el punto de
vista de los aerosoles, pero actualmente, con su carenado, se pueden reducir los
aerosoles al mismo nivel que los aeradores mecánicos lentos.
d) Tanques de aeración. Debido a la limitación de su profundidad (3,60 m máximo) y
de su anchura, los aeradores mecánicos, de eje horizontal, no proporcionan la misma
flexibilidad que los aeradores de superficie lentos.
e) Aporte especifico bruto. Se pueden considerar los siguientes valores:
- Cepillos:
de 1,3 a 1,6kg O2/kW · h con medias de 1,4kg O2/kW · h.
- Rotores:
de 1,4 a 1,9kg O2/kW · h con medias de 1,6kg O2/kW · h.
Aeradores de superficie rápidos
A. DESCRIPCIÓN Y UTILIZACIÓN
Un aerador rápido está formado por una hélice instalada en una chimenea corta, en el
centro de un flotador circular relativamente plano. La hélice se arrastra directamente
con un motor situado encima, a una velocidad de 750, 1.000 ó 1.500 r/m, es decir, sin
mecanismo reductor de velocidad.
Este aparato se utiliza poco con fangos activados, pero equipa el 90% de las lagunas
aeradas. También se utilizan bastante para airear y homogeneizar los depósitos tampón
de las aguas residuales, especialmente cuando son de nivel variable.
B. VENTAJAS E INCONVENIENTES
Como con los cepillos y rotores, comparamos estos aparatos con los aeradores
superficiales lentos.
a) Ventajas
· Menor costo; especialmente si los comparamos con un aerador lento, provisto de
flotadores.
· Facilidad de instalación.
· Flexibilidad de utilización: cambio rápido de un aparato por otro.
b) Inconvenientes
Su mayor inconveniente es que el ASB es del orden de 1 kg O2/kW · h, frente al 1,5 de
los aeradores lentos.
Esto significa que, para un mismo aporte de oxígeno, el consumo de energía es un 50%
superior. La razón de esta diferencia reside en que las velocidades periféricas, del orden
de 3 a 6 veces más altas que en los aeradores lentos (comprendidas entre 3 y 5 m/s), son
desfavorables para el ASB.
- La capacidad de agitación es inferior debido a su mal rendimiento como bomba y a la
alta velocidad periférica. En lagunas, generalmente de tipo facultativo, este
inconveniente no es importante.
- La alta velocidad periférica «maltrata» los flóculos de los fangos activados, pero esto
tampoco es un inconveniente para las lagunas, ya que funcionan con altas
concentraciones de flóculos dispersos no aglomerados, y no se les exige una garantía
muy restrictiva en cuanto a las MS del efluente.
Turbinas de fondo con inyección de aire
A. DESCRIPCIÓN Y UTILIZACIÓN
En el fondo y en el centro de un depósito de aeración de sección horizontal, cuadrada o
circular, se inyecta aire algunos decímetros por debajo de una turbina de flujo radial o
axial. Esta turbina tiene una doble función:
- Producir la agitación, independientemente de la oxigenación.
- Mejorar el rendimiento de oxigenación: por «rotura» mecánica de las burbujas y por la
producción de un flujo descendente que alargue la trayectoria de éstas.
En otro sistema, ligeramente diferente, una hélice de flujo axial se instala en una
chimenea de gran diámetro apoyándola en el fondo del depósito con unos pies soportes,
y alimentándola por la superficie a través de grandes orificios.
La inyección del aire se realiza por debajo de la hélice, que a su vez produce un flujo
descendente del líquido.
B. VENTAJAS E INCONVENIENTES
a) Ventajas
- La más importante es la separación de las dos funciones de agitación y de oxigenación.
De esta manera, la agitación es constante y la oxigenación puede variar entre cualquier
valor, según las necesidades de oxigenación, e incluso hacerse nula en el caso de un
reactor anóxico.
- No se presentan problemas con las heladas, ni de formación de aerosoles.
- Pueden equipar depósitos profundos, no teniendo influencia la relación ladoprofundidad.
- Buena agitación.
- Insensibles a la obstrucción química o biológica.
Figura 11.3. Turbina rápida.
Figura 11.4. Cepillos.
b) Inconvenientes
- Demasiado equipamiento: se necesita a la vez un sistema de inyección de aire y una
aeración mecánica. Por lo tanto, costos de instalación y mantenimiento relativamente
altos.
- Aporte específico bruto de oxigeno bastante bajo, del orden de 1 kg O2/kW · h
(aeradores de superficie lentos: 1,5).
c) Utilización
- Las ventajas mencionadas sólo presentan interés en el tratamiento de algunas aguas
industriales especiales: cargas muy variables, riesgos de precipitados y, en
consecuencia, fangos activados muy pesados (por ejemplo precipitación de sulfatos).
Cañas, orificios y «spargers»
A. DESCRIPCIÓN
Las cañas consisten en tubos verticales que distribuyen el aire por su parte inferior; los
orificios son tubos horizontales perforados.
Además, existe una serie de dispositivos muy variados que distribuyen el aire por
orificios, clapetas, ranuras, etc. Para este tipo, utilizaremos el nombre americano de
spargers. En la Figura 11.6 se representan tres tipos:
a) De lámina vibrante.
b) De clapeta.
c) De fondo en dientes de sierra.
Todos estos sistemas dan resultados del mismo orden, con un rendimiento máximo del
9%, para una profundidad de 4 m. La banda de varia-ción es del 5,5 al 9%, lo que
supone los ASB siguientes:
- Con rendimiento global 65%: 1,0 a 1,6kg O2/kW ·h.
- Con rendimiento global 46%: 0,7 a 1,1 kg O2/kW · h.
B. VENTAJAS E INCONVENIENTES
a) Ventajas
- Bajo costo.
- Gran variación de caudal.
- Inatascables.
Figura 11.5. Rendimiento de disolución de oxígeno. Cañas y «Spargers».
Figura 11.6. Spurgers~.
Figura 11.7. Difusores estáticos.
b) Inconvenientes
- ASB insuficiente, sobre todo en las pequeñas instalaciones con bajos rendimientos de
compresión.
C. UTILIZACIÓN
En algunos tanques de preaeración que utilizan caudales muy variables y a veces
elevados (incluso desarenadores), reactores mixtos anóxicos y en pequeñas instalaciones
en las que la fiabilidad del sistema de aeración predomina sobre los demás criterios.
Eyectores
A. DESCRIPCIÓN
Consiste en un inyector de agua combinado con un dispositivo tipo Venturi que produce
la aspiración del aire. El inyector y el Venturi se unen mediante una cámara anular que
recibe aire. El licor bombeado dentro del depósito de aeración se introduce a presión en
el eyector a través del inyector, en la cámara se produce una depresión que aspira aire
por encima de la superficie del tanque y el aire se mezcla con el licor en el Venturi (Fig.
11.8).
Cuando el eyector se coloca a una profundidad inferior a 2-2,5 m, la depresión
provocada por el Venturi es suficiente para aspirar el aire atmosférico; para inmersiones
superiores, la depresión es insuficiente y el aire debe suministrarse a presión.
Figura 11.8. Eyectores.
B. EYECTORES ATMOSFÉRICOS
a) Ventajas
- Bajo costo.
- Instalación sencilla.
- Sin problemas de ruidos y aerosoles.
- Sin problemas de obstrucción química o biológica.
b) Inconvenientes
- ASB muy bajo, del orden de 0,6 a 0,8 kg O2/kW · h.
- Riesgo de atascamiento, funcionando con agua bruta.
c) Utilización
Su simplicidad hace atractivo al eyector, cuando los gastos de energía no son
preponderantes.
C. EYECTORES A PRESIÓN
a) Ventajas
- No producen aerosoles.
- Pueden funcionar con depósitos profundos.
- Sin riesgos de atascamiento.
- Los ASB son buenos para profundidades de 5 a 8 m, del orden de 2,3 a 2,7 kg O2/kW ·
h. Las curvas M, de la Figura 11.9, proceden de una documentación comercial; la zona
B está realizada por un organismo independiente (Ref. L7).
b) Inconvenientes
- Para obtener valores altos de ASB, se deben optimizar las proporciones de aire y licor.
En la práctica esto no es posible, y el caudal de licor se mantiene constante, variándose
el de aire.
- Necesidad de dos tipos de equipos, bombas y compresores, y por lo tanto, costo
relativamente elevado de instalación y de mantenimiento.
- Algún riesgo de atascamiento por cuerpos extraños.
- Capacidad de agitación poco conocida.
- Mal conocidos, también, los efectos de las altas velocidades de inyección del licor
sobre los flóculos de los fangos activados.
Figura 11.9. Eyectores. Aportes específicos brutos de 3 aparatos.
e) Utilización
Es un procedimiento cuyo desarrollo puede ser importante, aunque su utilización se
haya limitado a pequeñas plantas de aguas residuales urbanas y a algunas aguas
residuales industriales, sobre todo en el caso de utilización de oxígeno puro que ya se
encuentra a presión y no son necesarios compresores.
También, aunque fuera del marco de este estudio, se utilizan como sistema de
oxigenación en el tratamiento aerobio termófilo de los fangos, con excelentes
resultados.
Bombas de aeración en depresión
A. DESCRIPCIÓN
Una hélice de eje vertical se arrastra directamente por un motor sumergido; el eje está
encerrado en un cuerpo comunicado con la atmósfera, mediante una tubería vertical
(Fig. 11.10).
La rotación de la hélice provoca una depresión cerca del eje, y, por lo tanto, una
aspiración de aire exterior. Este último y el licor bombeado salen íntimamente
mezclados por el fondo.
B. VENTAJAS E INCONVENIENTES
a) Ventajas
- Bajo costo e instalación sencilla.
- Prácticamente sin ruidos ni producción de aerosoles.
- Sin problemas de obstrucción química o biológica.
- Producción de burbujas muy finas.
b) Inconvenientes
- ASB bajo, del orden de 0,8kg O2/kW · h.
- Riesgos de atascamiento con fibras.
- Profundidad limitada a 3 m.
c) Utilización
Las ventajas e inconvenientes son similares a los de los eyectores atmosféricos. Sus
campos de aplicación son los mismos: oxigenación de pequeños depósitos con poca
aportación de oxígeno.
Chorros de aeración
A. DESCRIPCIÓN
Una bomba impulsa el licor a un colector horizontal provisto de orificios. Los chorros
que salen producen en la superficie del licor una oxigenación y un movimiento
horizontal (Fig. 11.11).
La bomba de alimentación de los chorros también puede utilizarse para la recirculación
de fangos.
Figura 11.10. Bombas de aeración en depresión.
Figura 11.11. Bombas: chorros de aeración.
B. VENTAJAS E INCONVENIENTES
a) Ventajas
- Las mismas que las bombas de aeración.
b) Inconvenientes
- ASB bajo, del orden de 0,8 kg O2/kW · h.
- Riesgos de atascamiento y profundidad limitada.
c) Utilización
- La misma que las bombas de aeración.
Sistemas especiales
A. DIFUSORES MÓVILES
En un depósito circular se instala un puente giratorio, que soporta, próximo al fondo, un
sistema de inyección de aire generalmente de tipo poroso. El movimiento de rotación
obliga a las burbujas a subir a la superficie con una cierta pendiente, la cual aumenta el
tiempo de contacto, y, por lo tanto, el rendimiento de oxigenación. A partir de cierto
tamaño, una parte de los difusores suele ser móvil y la restante fija.
Un sistema de rasquetas impide la formación de depósitos, incluso a bajos caudales de
aire.
Las dos ventajas principales: mejora del ASB y sistema de rasquetas. Éstas se consiguen
a expensas de un costo muy alto, pensable únicamente en tanques de diámetro pequeño.
B. REJAS DE DIFUSIÓN INKA
Este sistema, de origen sueco, comenzó a desarrollarse en los años cincuenta en los
países nórdicos y en Alemania. Actualmente parece un procedimiento abandonado.
El canal de aeración se divide en dos secciones desiguales, mediante una pared que deja
un paso libre en el fondo y en la superficie. En la sección más estrecha, cuya anchura es
de 1,50 m, una reja cubre toda la superficie dividiéndola en elementos de 1 m de
longitud. Una reja se compone de un tubo central de longitud 1 m, sobre el cual se
ramifican, por los dos lados, 15 tubos de distribución perforados, cada uno con 60
orificios de 2,4 mm de diámetro. El conjunto se instala a una profundidad de 0,80 m y
se alimenta con aire a través de una red principal de tuberías.
Las dificultades encontradas fueron:
- Atascamiento de los orificios, que en algunas ocasiones tuvieron que aumentarse hasta
4 mm de diámetro.
- Dificultad de equirrepartición del aire, debido a la baja presión, ya que, por razones de
economía, se limita la pérdida de carga.
- La baja inmersión también proporciona bajos rendimientos de oxigenación, por lo que
son necesarios grandes caudales de aire y, por lo tanto, utilización de grandes conductos
que incluso se reemplazan por canales de hormigón.
- Costo prohibitivo de instalación.
Las ventajas son las mismas que las de las burbujas medias, pero con una mejora
importante en el aporte específico bruto, que es del orden de 1,5 a 1,9kg O2/kW· h.
AERADORES DE SUPERFICIE LENTOS
Descripción
Los aeradores de superficie lentos están formados por un rotor de eje vertical similar a
la turbina o rueda de una bomba de gran caudal y baja altura (de 0,30 a 0,50 m). Su
velocidad periférica es baja: de 4 a 6 m/s.
Pueden ser de rueda abierta y, en este caso, casi siempre de flujo radial o cerrados,
siempre de flujo radial.
El aerador de flujo radial consta de un plato sobre el cual se fijan unas palas (en los de
flujo axial las palas se fijan directamente al eje).
En los aeradores cerrados o de canales, las palas quedan encerradas en un cuerpo,
formando canales que guían el líquido eyectado.
Instalación
Los aeradores lentos se instalan, generalmente, en un soporte fijo que puede ser una
pasarela o una plataforma. Los pilares soportes deben situarse a una distancia suficiente
del aerador para no perturbar la salida del líquido de la turbina.
Debajo del aerador es muy recomendable la colocación de un tranquilizador antivórtice.
Este dispositivo realiza dos funciones:
- Suprime la rotación del licor en el punto de alimentación del rotor, y de esta forma se
atenúan las variaciones de potencia absorbida debidas a esta rotación. Una velocidad de
rotación de 2 r/m en la alimentación de un rotor que gira a 40-50 r/m, produce una
reducción de la potencia absorbida del orden del 10%.
- Orienta el flujo aspirado, facilitando la alimentación homogénea de todas las palas,
produciéndose una gran estabilidad de la potencia absorbida.
Figura 11.12. Turbinas lentas.
Una chimenea de aspiración sólo es necesaria cuando la profundidad del depósito es
superior al lado o al diámetro.
Los aeradores lentos pueden montarse en una plataforma flotante para su utilización en
los depósitos de nivel variable. A pesar de que su ASB es superior en más del 50% al de
los aeradores rápidos, los aeradores lentos se utilizan poco en lagunas, ya que su precio
es considerablemente mayor.
Aporte específico bruto
Un estudio muy completo de Cemagref (Ref. LS) determinó el ASB de 143 conjuntos
de «aerador lento-depósito de aeración». Los resultados fueron:
- ASB medio, de todos los conjuntos probados: 1,47 kg O2/kW · h.
- El 90% de los resultados queda comprendido entre 1,2 y 1,9 kg O2/kW · h.
Hemos mencionado el conjunto o par: aerador-depósito, y no solamente el aerador,
puesto que el depósito influye considerablemente en el ASB, tanto por parte de la
potencia específica como de la geometría del tanque.
Un mismo aparato, instalado en dos depósitos diferentes, puede dar ASB notablemente
distintos. Posteriormente comprobaremos la influencia de diversos parámetros del
tanque de aeración sobre el ASB.
Mecanismos de oxigenación de los aeradores lentos
Existe una teoría, relativamente reciente (1976, Ref. 33, 37 y L2), que propone un doble
mecanismo sobre la forma en que realizan la oxigenación los aeradores rápidos y lentos,
de eje vertical. Esta hipótesis nos permite conocer mejor los fenómenos físicos de la
disolución de oxígeno y, sobre todo, las relaciones entre ASB y potencia absorbida.
Esta teoría supone dos mecanismos diferentes de oxigenación:
- La mayor parte se produce por la proyección de un caudal bombeado Qp que sale a la
velocidad Vp sobre la superficie del agua. Para aeradores homotéticos, el caudal
depende de la potencia, puesto que el rendimiento es constante. La velocidad de
eyección depende de la velocidad periférica que, aproximadamente, también es
constante para un mismo tipo de aparato.
Por lo tanto, esta fracción de oxígeno disuelto, que es la más importante, depende
únicamente de la potencia del aerador y de sus características constructivas, no teniendo
ninguna influencia la forma de la cuba.
En menor parte, se produce una oxigenación sobre toda la superficie del depósito debida
a la renovación constante del licor sobre dicha superficie y a la agitación. Esta
renovación en superficie es función únicamente del caudal bombeado y, por lo tanto, de
la potencia del aparato. La intensidad de la agitación superficial depende de la potencia
por unidad de superficie.
Podemos decir que esta segunda oxigenación es proporcional a:
caudal · agitación = potencia · potencia/superficie
Como la primera oxigenación es únicamente función de la potencia P, podemos
escribir:
Aportación de oxígeno = A · P + B · P2/S (S superficie)
Para obtener el aporte especifico bruto ASB, dividimos los dos miembros de la ecuación
anterior por P:
ASB = C + D · P/S
Si llamamos W a la potencia específica por m3 de depósito:
ASB = C + D ·W · p (72)
ASB = aporte especifico bruto en kg O2/kW · h.
W · p = P/S (p = profundidad).
C = constante que corresponde al ASB extrapolado para W = 0.
D = constante, pendiente de la recta.
Los resultados experimentales han confirmado esta teoría:
· La constante C, es decir ASB para W nulo, se conoce desde hace bastante tiempo (Ref.
26, 37 y L5). La Figura 11.13 representa algunos valores; cada aerador tiene su propia
constante.
· En lagunas con bajas potencias específicas, de 2 a 4 W/m2, el ASB es prácticamente
constante y del orden del 80% del correspondiente a un depósito de la misma
profundidad que la laguna, pero con una potencia específica de 30 W/m3.
· Cuando W varía, para una profundidad constante, se tiene la relación aproximada: ASB
= constante + W · 10-2.
· Desgraciadamente, cuando p varía con W constante, no se conoce bien la variación de
ASB. Los estudios sobre esta cuestión sólo tienen en cuenta el factor k
(profundidad/lado). Se puede admitir con ciertas reservas que: ASB = Conste + k (para
W = coste).
Figura 11.13. Aeradores de superficie.
Influencia de algunos factores sobre la aportación específica
Varios factores afectan al aporte específico bruto de los aeradores lentos:
- Algunos comienzan a conocerse más o menos correctamente: potencia específica y
forma de la cuba (relación profundidad/lado).
- Otros los conocemos solamente por la tendencia observada en una serie de valores
poco coherentes: velocidad periférica, diámetro e inmersión.
- Y, finalmente, existen otros de los que no se conoce su influencia:
distancia del borde exterior del aerador a los muros del depósito.
Se han efectuado tentativas de modelación matemática (Ref. 35 y 37), pero no presentan
interés práctico, puesto que solamente tienen en cuenta las características constructivas
del aparato aerador propiamente dicho, y se olvidan de la influencia del depósito.
El problema es muy complejo, puesto que los parámetros influyen entre sí: la influencia
de la inmersión sobre el ASB depende a su vez de la velocidad de rotación, la influencia
de la velocidad de rotación depende de la forma de la cuba, etc.
La complejidad procede realmente del hecho de que los aeradores no trabajan en un
único fluido, como los agitadores sumergidos, sino que funcionan en la superficie de
separación aire-agua.
De esta manera, por ejemplo, una turbina sumergida tiene una potencia absorbida que
varía con el cubo de la velocidad; en un aerador superficial, la potencia varía con un
exponente de 2,4 a 2,8 según la inmersión.
A. POTENCIA ESPECÍFICA Y FORMA DE LA CUBA
Con la teoría anteriormente expuesta, el ASB depende exclusivamente de W·p, es decir,
de la potencia específica por unidad de superficie, y no del volumen. La forma sólo se
tiene en cuenta por el término p (profundidad).
Como fórmula estándar, que representa los resultados medios de diversos aeradores
lentos, podemos utilizar:
ASB = 1,20 + 2,5 W · p 10-3 (73)
- Por ejemplo, para un depósito de 4 m de profundidad, con una potencia específica W =
30 W/m3, tendríamos:
ASB = 1,50 kg O2/kW · h
Este valor es prácticamente el medio obtenido por Cemagref (1,47 kg O2/kW · h), como
indicábamos en la página 254.
- En una laguna con W = 3 W/m3 y p = 2,0 m, obtendríamos:
ASB = l,22 kg O2/kW · h
Este valor coincide con el 80 % del anterior, tal como se expresaba en el capítulo
anterior (pág. 255).
B. VELOCIDAD PERIFÉRICA
Generalmente, para un mismo modelo de aerador, la velocidad perifé-rica se mantiene
igual para todos los tamaños. Se utilizan valores entre 4 y 6 m/s, siendo la velocidad
más usual 5,0 m/s.
El estudio de Cemagref (Ref. L-5) propone, aproximadamente:
ASB1/ASB2 = (Vp1/Vp2)-K (74)
Figura 11.14. Aeradores superficiales: Aporte especifico bruto ASB.
con:
K = 0,28 (depósitos prismáticos).
K = 0,47 (depósitos cilíndricos).
Fórmula válida para: 4,2 m/s < Vp < 6,2m/s.
Si disminuimos la velocidad periférica de 6 a 4 m/s, el ASB aumenta un 12% en
depósitos paralepipédicos y un 21 % en los cilíndricos.
Roustan (Ref. 35) da para K el valor 0,86, el cual parece muy exagerado.
Sin embargo, como la utilización de velocidades altas supone una economía, tanto en el
aerador como en el reductor, algunos fabricantes sacrifican el aporte específico para
obtener precios de venta más bajos.
C. DIÁMETRO
En un mismo modelo de aerador, los diámetros grandes son desfavorables al ASB, pero
la influencia no es muy acusada.
Según Zlokarnik (Ref. 37), la variación puede cuantificarse por:
ASB1/ASB2 = (d1/d2)-0,115 (75)
(d1 y d2 diámetro de los aeradores)
De acuerdo con esta ecuación, un aerador de 2 m de diámetro tendría un aporte
específico bruto un 8 % inferior al de otro aparato homotético de 1,0 m de diámetro.
D. INMERSIÓN
Dentro de los límites recomendados por el constructor, la inmersión tiene muy poco
efecto sobre el aporte específico.
E. DISPOSITIVOS ANTIVÓRTICE
Con estos dispositivos se aumenta, de una forma sensiblemente igual, el aporte total de
oxigeno y la potencia absorbida; por tanto, el ASB se mantiene constante.
Ventajas e inconvenientes. Campo de utilización
Los aeradores de superficie son de utilización sencilla y mantenimiento fácil, pudiendo
alcanzar una larga vida, siempre que se haya elegido un reductor de calidad y que esté
bien dimensionado. Recordemos que el reductor es el corazón del aerador.
Con estos aparatos no hay problemas de atascamiento, salvo en algunos modelos
cerrados, y pueden utilizarse tanto con agua bruta como con agua decantada, e incluso
en estabilización aerobia de fangos.
Comparado con los sistemas porosos de difusión de aire, el costo de la instalación,
incluida la obra civil, es inferior (del 25 al 40%), pero el consumo de energía es superior
(del 20 al 40%).
Desde el punto de vista de impacto ambiental, los aeradores superficiales tienen dos
inconvenientes:
- Ruido: producido por el motorreductor y la agitación del agua. Una cubierta parcial
del depósito y el encapotado del motorreductor reducen notablemente el problema.
- Aerosoles: la producción de aerosoles es un inconveniente grave, puesto que pueden
contener gérmenes patógenos. La cobertura de la zona activa del aerador también puede
reducir las emisiones de aerosoles.
Comparados con los sistemas de difusión de aire, con los aeradores superficiales no se
consigue una variación continua de la aportación de oxígeno, ya que prácticamente
funcionan siempre a todo o nada. La variación de velocidad supone un sobrecosto
importante que penaliza enormemente la economía obtenida a velocidad constante.
En lagunas, comparados con los aeradores rápidos, se utilizan muy poco, a pesar de que
el ASB es claramente ventajoso: 1,5 contra 1,0 kg O2/ kW · h, pero no se compensa el
costo de inversión, que es prácticamente el doble.
En la actualidad, los aeradores de superficie lentos constituyen el sistema más utilizado,
tanto en pequeñas como en medianas instalaciones. En las grandes, el sistema de
inyección de aire es más utilizado, pero un porcentaje notable de éstas también se
equipa con aeradores superficiales.
DIFUSORES ESTÁTICOS
Un difusor estático (Fig. 11.7) se compone de un tubo vertical, generalmente de material
plástico, abierto en cada extremo y con una altura de 1,5 a 2,0 m. Normalmente se
apoya en el fondo del depósito mediante 3 ó 4 pies de 0,3 a 0,5 m de altura.
El aire se distribuye a través de una serie de hileras paralelas de tubos, que pasan por
debajo de los difusores, convenientemente soportados. Para garantizar la
equirrepartición del aire se disponen orificios calibrados en la generatriz inferior de los
tubos.
Para mejorar el contacto aire-agua, facilitar la disolución del oxigeno y, por lo tanto,
aumentar el rendimiento, se recurre a varios artificios:
- Una hélice interior, simple o doble.
- Un conjunto de tabiques alternados.
- Un sombrero que cubre la parte superior del tubo y obliga al flujo ascendente de aire a
descender y aumentar su recorrido.
Instalación
Generalmente los difusores se implantan equidistantes, según una malla cuadrada de 1,2
a 4,5 m de lado; pero también pueden disponerse en distribución lateral.
Mecanismos de oxigenación
Un estudio comparativo de tres difusores estáticos, realizado por el Centro Experimental
de Colombes (Ref. L-7), demostró claramente que el rendimiento de oxigenación es
proporcional a la altura de agua disponible por encima de la parte superior del difusor.
De este hecho, se puede emitir la hipótesis siguiente acerca del mecanismo de
oxigenación de estos difusores:
- El tubo sólo sirve para asegurar una buena mezcla aire-agua, y la disolución del
oxígeno dentro del tubo es prácticamente nula, debido al escaso tiempo de contacto
disponible (del orden de 1 segundo).
- La disolución del oxígeno se realiza, únicamente, entre la salida del tubo y la
superficie del agua.
Por consiguiente, cuanto mayor sea la profundidad del agua, menor será la influencia
relativa de la altura del tubo (sin disolución de oxígeno) y mayor será el aporte
específico. Para los difusores D y P de la Figura 11.15, pasar de 4 a 8 m de profundidad
mejora el ASB en un 50%.
Rendimiento de oxigenación y aporte específico bruto
El rendimiento de oxigenación puede considerarse proporcional a la profundidad del
depósito, disminuida en la altura del aparato.
Los rendimientos son interesantes a partir de profundidades de 6 m.
Las curvas D y P de la Figura 11.15 son representativas de la mayoría de los tubos
difusores. Podemos considerar, para el RO y ASB, la banda de variación siguiente:
Factores que afectan al rendimiento de disolución de oxígeno
A. PROFUNDIDAD
Ya hemos visto la influencia de la profundidad al explicar el mecanismo de disolución
del oxígeno.
Figura 11.15. Difusores estáticos. Rendimiento de oxigenación y aportación
específica bruta. (Datos de la Ref L7, rendimiento de compr. 65%.)
B. CAUDAL UNITARIO DE AIRE
La influencia del caudal unitario depende del tipo de difusor, pero no es importante en
ningún caso; para caudales extremos, que pueden oscilar entre 1 y 4, la diferencia de
rendimiento es inferior al 10%.
Para los dos aparatos del estudio (Ref. L-7), mencionados anteriormente, el rendimiento
es constante para caudales de aire de 40 a 80 m3/h. Entre 20 y 40 m3/h, el rendimiento
baja ligeramente (menos del 10%). Para estos caudales se llega a observar visualmente
que la nube de burbujas es menos homogénea que a caudales superiores. El tercer
aparato del estudio mostró una disminución del 5 % en las mismas condiciones que los
anteriores.
En otro estudio (Ref. 38), la disminución del rendimiento fue del 3 al 4%, para caudales
entre 80 y 20 m3/h, con profundidades de 4,5 a 6,0 m. Curiosamente, para 3,0 m, la
disminución fue del 20%.
C. CAUDAL TOTAL DE AIRE
Dentro de los límites de los caudales nominales, no se ha encontrado ninguna influencia
de la densidad de aparatos.
Ventajas-inconvenientes. Campos de utilización
Comparados con los difusores porosos, los difusores estáticos:
- No presentan problemas de obstrucción química o biológica.
- Tienen el inconveniente de que su ASB es inferior (Tabla 11.3):
Tabla 11.3
- Los gastos de instalación son del mismo orden en ambos sistemas. Los difusores
porosos necesitan una buena estabilidad en el agua residual para que no se produzcan en
el tanque de aeración depósitos de carbonatos y sulfatos; además requieren una
alimentación eléctrica muy fiable. En consecuencia, se deben utilizar difusores
estáticos, en lugar de porosos, en los siguientes casos:
· Cuando hay riesgos de desequilibrio calco-carbónico, debido a una alta alcalinidad en
el agua.
· Si se realiza una neutralización previa del agua con hidróxido cálcico, a causa de una
acidez sulfúrica.
· La acometida eléctrica no es fiable.
Los dos primeros casos sólo los encontraremos en aguas residuales con un alto
contenido de aguas industriales: lecherías, tenerías, industria química, etc. El tercer caso
puede afectar a las pequeñas o medianas instalaciones, las cuales disponen de una única
acometida eléctrica sin posibilidad de doble alimentación.
DIFUSORES POROSOS
Los difusores porosos pueden clasificarse según la forma y el material de fabricación:
A. FORMA
Existen dos grandes grupos o familias: planos y tubulares.
De forma plana son los domos y los discos. En su origen, la primera forma utilizada
fueron las placas porosas, pero actualmente han desaparecido del mercado.
De forma tubular tenemos: los tubos porosos.
B. MATERIALES
El material del difusor puede ser: mineral, plástico, mixto y elástico.
· Mineral: Este material es idéntico o muy parecido al utilizado en las muelas abrasivas.
Está formado por granos de corindón, unidos por un cemento cerámico vitrificado a alta
temperatura (aproximadamente 1.300º C). Este material puede considerarse
perfectamente inerte frente a los productos químicos que pueden contener las aguas
residuales, y también frente al ataque bacteriano.
· Plástico: Los primeros difusores de material plástico tuvieron graves problemas de
disgregación en los tanques de aeración, incluso en algunas semanas. Actualmente, la
calidad ha mejorado considerablemente, pero su fiabilidad no puede compararse con la
de los difusores porosos minerales.
· Mixto: Consisten en granos de corindón aglomerados con cemento plástico. Su inercia,
respecto al ataque químico, es similar a la de los minerales.
· Elástico: Es una nueva generación de difusores porosos consistentes en una base de
soporte con un orificio calibrado que alimenta una lámina de goma con micro-orificios
por los que se distribuye el aire. Existe numerosa documentación comercial que asimila
los rendimientos de estos difusores al de los difusores cerámicos, con la ventaja de
reducir los problemas de atascamiento.
Atascamiento
Los difusores porosos deben considerarse como filtros finos, puesto que el tamaño de
los poros es de 100 a 200 micras. Por lo tanto, pueden atascarse si no se toman las
debidas precauciones, tanto desde el punto de vista de instalación como de explotación.
A continuación pasaremos revista a:
- Cómo se atasca un difusor y cómo se reduce este atascamiento.
- Cómo se puede desatascar un difusor poroso.
- Cuál es la vida de un difusor poroso.
A. ATASCAMIENTO DE UN DIFUSOR POROSO
Un difusor puede atascarse de dos formas: por el interior y por el exterior.
a) Por el interior, el atascamiento puede ser a su vez físico o biológico:
- Físico: Producido por el polvo contenido en el aire comprimido, puede reducirse con
una buena instalación de filtración del aire. Se recomienda un contenido máximo de 15
mg de MS por 1.000 m3 de aire; con un caudal por difusor de 2,4 m3/h, representa,
durante los 10 años de vida normal de un difusor cerámico, un peso de materia sólida
retenida de aproximadamente 3 g.
También debe evitarse la contaminación del aire después de la filtración, para lo que:
· La cámara de los filtros debe protegerse contra la formación de polvo, debido al
hormigón, con revestimientos plásticos adecuados, y, por supuesto, lo mismo cuando el
canal de aspiración e impulsión principal se ejecute de hormigón armado.
· Los conductos de aire no deben oxidarse, y se utilizarán materiales como: acero
inoxidable, acero galvanizado o plástico.
- Biológico: El atascamiento interior también puede producirse por el crecimiento de
microorganismos en las paradas del suministro de aire. En este caso, la presión baja
bastante rápidamente en la red de tuberías, y el agua penetra en las mismas después de
filtrarse en los difusores porosos. Una vez en el interior, el agua, aunque esté bien
filtrada, todavía contiene suficientes materias orgánicas disueltas para producir, en
presencia del aire residual que permanece en los tubos, un rápido crecimiento de
microorganismos. Cuando se restablece el suministro y no se han previsto purgas
automáticas de las tuberías, el agua contenida en las mismas vuelve a refiltrarse, de
dentro hacia fuera, a través de los difusores; pero en esta segunda filtración, el agua
contendrá una cierta cantidad de materias sintetizadas y, por lo tanto, puede producirse
atascamiento en el interior del difusor. El único remedio para evitar estos problemas
consiste en evacuar el agua contenida en el interior de la red de tuberías sumergidas, a
través de un sistema de purgas automáticas.
b) Por el exterior, el atascamiento puede ser mineral u orgánico.
- Mineral: Puede producirse por diversos motivos: depósitos de carbonatos, cuando el
agua es muy alcalina y el tratamiento biológico produzca un desequilibrio calcocarbónico, por destrucción de ácidos volátiles o por el stripping del gas carbónico;
también por precipitación de sulfatos, después de una neutralización con cal de una
acidez de origen sulfúrico, y si la precipitación previa a la etapa biológica no es
completa, que es el caso más frecuente. Pueden igualmente depositarse sales de hierro
por destrucción de algunos compuestos orgánicos.
- Orgánico: En las paradas de la impulsión de aire; ya hemos mencionado que se
produce entrada de agua a la red de tuberías a través de los difusores, que actúan como
filtros. Esta filtración deposita, sobre la superficie exterior de los porosos, una capa de
material principalmente orgánica. Normalmente, estos depósitos se eliminan al volver a
poner en marcha la aeración, pero, por seguridad, se recomienda:
- Disminuir en lo posible las interrupciones de suministro de aire. En algunas
instalaciones se dispone un compresor de poco caudal, arrastrado por un motor térmico,
para asegurar un suministro mínimo de aire y evitar que entre agua a la red sumergida
de tuberías.
- Efectuar, después de una parada, un suministro de aire al caudal máximo posible,
durante un tiempo igual al de parada con un mínimo de 20 minutos. Por parada del
suministro de aire debe entenderse la parada de todos los compresores, aunque sea
durante un periodo muy corto, superior a un minuto.
c) Problemas particulares. Aceite y silenciadores.
- Aceite: El aire comprimido debe estar perfectamente exento de aceite. Con
compresores centrífugos no existe problema alguno; los compresores tipo ROOTS
deben ser del modelo «exento de aceite», bien por triple prensaestopas o mediante
juntas-laberinto. No pueden utilizarse compresores de paletas.
- Silenciadores: El material absorbente de los silenciadores está formado muchas veces
por lana de vidrio; este producto debe proscribirse, sobre todo en los compresores
ROOT, ya que se producen roturas de la lana en pequeños trozos, los cuales pasan a la
red de aire hasta llegar a los difusores porosos. Es mejor utilizar otro tipo de absorbente
que no produzca estos problemas y, preferentemente, utilizar silenciadores
independientes de los compresores, antes de los filtros de la red general.
B. LIMPIEZA DE LOS DIFUSORES
a) Difusores de plástico: Este tipo de difusor no posee la resistencia mecánica y química
suficiente para poder realizar un desatascamiento eficaz. La única solución es su
sustitución, que no es demasiado costosa, debido al precio relativamente bajo de estos
equipos.
b) Difusores minerales: Estos difusores pueden limpiarse y desatascarse según dos
métodos que han dado buenos resultados, y sobre los cuales se tiene suficiente
experiencia.
- Método térmico: En este método se procede a la cocción de los difusores a una
temperatura de 1.250º C con una precisión de ± l0º C. De esta forma se calcinan tanto
las materias orgánicas como las minerales. Se presenta el problema de conseguir la alta
temperatura y la precisión en la misma, lo que obliga a utilizar hornos especiales, de los
empleados por los propios fabricantes de difusores o de materiales cerámicos. Después
de un buen cepillado del polvo resultante de la calcinación, los difusores quedan en las
mismas condiciones que los nuevos y recuperan la permeabilidad de origen.
- Método mixto: Este método fue desarrollado y empleado a gran escala por los servicios
técnicos municipales de París. Consiste en independizar la limpieza de las materias
orgánicas de las materias minerales.
Las materias orgánicas se calcinan en un horno a una temperatura de 650º C, sin
necesidad de una gran precisión, lo cual es fácil de conseguir con un horno económico y
de fácil utilización. A continuación, las materias minerales parásitas se eliminan por
inmersión en un tanque de ácido clorhídrico al l0%-20%, durante 1 a 2 días. Después de
un lavado final en varias etapas, los difusores recuperan la permeabilidad inicial, la cual
se controla en un banco de pruebas.
c) Difusores mixtos. Su resistencia mecánica es suficiente para poder utilizar un chorro
de agua a alta presión, para eliminar la materia orgánica. El atascamiento mineral puede
eliminarse en baños ácidos, siempre después de un ensayo previo de laboratorio; este
tratamiento también ayuda a eliminar el resto de materia orgánica que pueda subsistir.
En ningún caso se logran resultados equivalentes al método térmico o mixto, utilizado
con difusores minerales.
d) Difusores de lámina elástica. Dado lo reciente de este tipo de difusores, hay poca
experiencia sobre su vida útil o limpiezas necesarias. Pero en cualquier caso será un
problema de mejorar el tipo de goma con la que se fabrican las láminas, ya que la
concepción del difusor es la idónea para resistir a posibles atascamientos biológicos o
depósitos minerales.
C. VIDA DE LOS DIFUSORES POROSOS
Tomando todas las precauciones que hemos indicado, tanto de instalación como de
mantenimiento, los difusores cerámicos o minerales pueden funcionar 10 años, con un
aumento de la pérdida de carga, desde la puesta en marcha inicial, de 200 a 300 mm
C.A, lo cual es aceptable.
Con difusores de plástico o mixtos, no puede contarse con una vida superior a 5 años.
Poco se puede decir realmente sobre la vida media de los difusores de lámina elástica
debido a la escasa experiencia existente por el momento, aunque se estima superior a los
cuatro años.
Rendimiento de oxigenación
Los rendimientos de oxigenación varían mucho de un tipo de difusor a otro. Cuanto más
finos son los poros, mejor rendimiento de oxigenación, pero más riesgos de
atascamiento, y viceversa. El tamaño del poro debe responder a un compromiso entre el
rendimiento de oxigenación y el riesgo de atascamiento.
Con una inmersión de 4,0 m, los rendimientos varían, al caudal máximo recomendado,
del 15 al 20%. Pueden obtenerse mejores rendimientos, pero el riesgo de atascamiento
es muy elevado.
Instalación
a) Los tubos se instalan normalmente en bandas de 1 m de ancho, a lo largo de una
pared del depósito. La profundidad del tanque es igual al ancho o ligeramente inferior, y
está comprendida entre 3 y 6 m (Fig. 11.17).
b) Los domos y discos pueden montarse con dos disposiciones:
- En inyección lateral, con simple o doble flujo (Fig. 9.16).
- Con reparto uniforme sobre el fondo, siguiendo normalmente una distribución en
malla cuadrada, con una separación entre las tuberías igual a la de los difusores en una
misma línea. A veces, por razones económicas, la separación entre líneas es mayor que
la de los difusores en su línea.
Figura 11.16. Difusores porosos.
Comparando los dos sistemas:
- Desde el punto de vista de la agitación, hemos visto, en el Capítulo 9, pág. 211, que la
inyección lateral, con el mismo caudal, proporciona velocidades de fondo superiores a
las de la distribución uniforme.
- Respecto a la oxigenación, veremos posteriormente que la distribución sobre el fondo
proporciona un rendimiento de un 10 a un 20% superior al de la inyección lateral.
Una disposición nunca es mejor que otra, en valor absoluto, sino que puede estar mejor
adaptada a las condiciones de funcionamiento. Por lo tanto, debemos utilizar una
inyección lateral cuando la capacidad de oxigenación necesaria es baja y el criterio de
diseño es la agitación; mientras que para altas capacidades de oxigenación, para las
cuales la agitación no es problema, es preferible una distribución uniforme. Otra razón
suplementaria para la elección es que una fuerte capacidad de oxigenación conlleva una
alta densidad de difusores, los cuales se adaptan mejor a la distribución uniforme.
Por el contrario, una baja necesidad de oxigenación no permite una distúbución
uniforme, puesto que la distancia entre los difusores sería demasiado elevada.
Figura 11.17. Difusores de tubos porosos.
En un mismo depósito de aeración, pueden utilizarse los dos sistemas:
- En cabeza de la cuba de aeración se necesita una alta capacidad de oxigenación; por lo
tanto, utilizaremos la distribución uniforme.
- Aguas abajo se necesita poca oxigenación y, por consiguiente, adoptaremos una
inyección lateral.
Factores que afectan al rendimiento de oxigenación
A) INMERSIÓN
A caudal de aire constante, o aproximadamente a capacidad de oxigenación constante,
el rendimiento de oxigenación es proporcional a la inmersión, con un exponente que
oscila entre 0,76 y 1,0, según el tipo de difusor y el caudal de aire (Ref. L-7: 0,85 y 1,0;
Ref. 40: 0,76 y 0,82).
Pero como la energía de compresión es proporcional al logaritmo de la presión absoluta
y, por lo tanto, crece más lentamente que la inmersión, se produce un efecto de
compensación que proporciona aportes específicos brutos casi constantes o ligeramente
crecientes con la inmersión.
B) CAUDAL UNITARIO DE AIRE
Dentro de los límites normales de caudal, cuando éste aumenta, el rendimiento baja.
Entre los caudales extremos, el rendimiento puede disminuir de un 5 a un 20% (Ref. L7, 41 y 42).
C) CAUDAL TOTAL DE AIRE
Para un caudal de aire por difusor constante, al aumentar el número de difusores
aumenta el caudal total de aire y ligeramente el rendimiento (Ref. 41).
D) INYECCIÓN LATERAL Y DISTRIBUCIÓN UNIFORME
Entre una distribución uniforme y una inyección lateral, la diferencia del rendimiento de
oxigenación es del orden de un 10 a un 20% a favor del primer sistema (Ref. 41, 42 y
15).
Ventajas e inconvenientes. Campo de utilización
La comparación entre difusores estáticos y porosos se ha presentado en el la Tabla 11.3.
También se han definido las condiciones de utilización que impiden el empleo de
difusores porosos.
Al contrario que con difusores estáticos, el aporte específico bruto de oxígeno es
prácticamente constante; se utilizan profundidades comprendidas entre 3 y 8 m, que, en
el caso de sistemas extraibles, sc reduce a 6 m por razones prácticas.
Como todos los sistemas de inyección de aire, los difusores porosos se utilizan,
principalmente, en las medias y grandes instalaciones, quedando limitada su utilización
sólo por problemas especiales de atascamiento, aunque hoy en día con los difusores de
lámina elástica este criterio está cambiando.
Pérdida de carga
En caso de duda, y como mínimo dos veces por año, debe verificarse la pérdida de carga
de los difusores a tres caudales: mínimo, medio y máximo.
La medida de presión a la salida de los compresores es insuficiente por no tener
precisión adecuada, además de que el nivel de agua en los depósitos influye sobre la
medida. Recomendamos la utilización de un sistema similar al de la Figura 11.18, ya
que es fácil de instalar, preciso y fiable.
.
Figura 11.18. Dispositivo de niedida de la pérdida de
carga de los difusores porosos.