Tratamiento de aguas residuales, lodos y fangos
Antecedentes del caso de estudio de la planta de aguas residuales
Una estación depuradora de aguas residuales (en adelante EDAR) contactó recientemente con SACOME para buscar una solución al problema de bloqueo que se presentaba en un intercambiador espiral existente. Este intercambiador de calor estaba destinado al calentamiento de lodos o fangos para su posterior digestión anaeróbica en un digestor para la producción de biogás. El intercambiador de calor existente se obstruía con demasiada frecuencia, obligando a nuestro cliente a hacer frecuentes y costosas paradas de producción para llevar a cabo trabajos de limpieza.
Tras este primer contacto, nuestros técnicos hicieron varias visitas a las instalaciones de la EDAR para analizar de cerca el problema de nuestro cliente con el objetivo de poder ofrecer una solución adaptada a los requisitos del mismo.
La solución propuesta: intercambiadores de calor tubulares
Podemos encontrar diferentes geometrías de intercambiadores de calor en el mercado: placas, espirales o tubulares, por citar los más representativos. El funcionamiento de los intercambiadores de placas no es adecuado para el tratamiento de lodos, por lo que tradicionalmente las geometrías espirales y tubulares se han impuesto en los complejos de EDAR.
Si bien es cierto que los intercambiadores espirales son muy habituales en este sector, la búsqueda de un mejor rendimiento del digestor anaeróbico conlleva el procesado de lodos cada más complejos: más densos, más viscosos y con mayor contenido en sólidos y fibras. Bajo estas condiciones, un intercambiador de espiral puede tener problemas de obstrucción de los canales de paso interiores, lo que obliga a realizar frecuentes operaciones de limpieza, con la consecuente parada de producción.
Por tanto, la solución de SACOME se basa en la instalación de un intercambiador de calor tubular de nuestra Línea Industrial, diseñado especialmente para el tratamiento de lodos y fangos en estaciones depuradoras de aguas residuales.
Nuestros intercambiadores de calor tubulares son la solución a esta problemática ya que disponen de una sección de paso mucho mayor que los equipos espirales, lo que evita el riesgo de bloqueo y permite un funcionamiento continuado, minimizando el número de paradas de mantenimiento necesarias.
Descripción del proceso de la planta de tratamiento de aguas residuales
En esta EDAR se produce una gran cantidad de residuos orgánicos. Con el fin de reducir el volumen de los mismos, así como limitar la contaminación, estos residuos o lodos se envían a un dispositivo conocido como digestor anaeróbico. En este equipo se produce la degradación bioquímica de los lodos, gracias a la acción bacteriológica en un ambiente controlado de temperatura y en ausencia de oxígeno, y su transformación en biogás. La digestión anaeróbica de estos fangos permite, no sólo la reducción de vertidos, sino su valorización energética, pues el biogás es un gas con gran poder calorífico, debido a su composición rica en metano, tal y como podemos observar en el gráfico de barras.
Este biogás se almacena en un gasómetro donde, una vez sometido a tratamiento para la eliminación de compuestos contaminantes o corrosivos, se puede utilizar como combustible en motores especialmente preparados, que a su vez pueden accionar un alternador y generar energía eléctrica que puede ser vertida al tendido eléctrico.
- METANO 60% 60%
- DIÓXIDO DE CARBONO 30% 30%
- NITRÓGENO 5% 5%
- HIDRÓGENO 4% 4%
- OTROS GASES 1% 1%
El calentamiento de fangos previo al digestor: un proceso crítico
La temperatura de los lodos a la entrada del digestor anaeróbico es un parámetro clave, puesto que influye de manera significativa en el tiempo de retención necesario para el proceso de digestión necesario para que las bacterias puedan digerir la materia. Está demostrado que, en ambientes de 30 ºC se requieren unos 10 días para esta digestión mesofílica, en tanto que a 20 ºC se requieren unos 25 días. Teniendo en cuenta estos resultados, es evidente que adquiere una gran relevancia el controlar esta temperatura dentro de estrechos márgenes para así poder estabilizar adecuadamente los lodos que van al digestor.
El calentamiento de estos fangos o lodos se lleva a cabo en un intercambiador de calor, cuyo buen funcionamiento resultará clave para lograr una digestión eficiente.
Especificaciones de producto en la planta de tratamiento de aguas residuales
Debido a la variabilidad del contenido en sólidos de los lodos de una EDAR a otra, las propiedades térmicas de estos lodos, particularmente la viscosidad, pueden cambiar considerablemente.
Aparte de la viscosidad, las propiedades térmicas como la densidad, el calor específico y la conductividad térmica son parámetros que pueden afectar de manera significativa al diseño térmico del intercambiador de calor. En este proyecto las propiedades térmicas fueron acordadas con el cliente tomando en cuenta nuestras sugerencias, de acuerdo a nuestra base de datos de productos, en la cual tenemos las propiedades para lodos con diferentes valores de extracto seco.
Ensayos reológicos. Aunque no fue necesario en este caso, para fluidos tan variables como el que nos ocupa, SACOME ofrece la posibilidad de hacer ensayos reológicos a partir de una muestra de producto, para analizar estas propiedades térmicas, lo que supone una garantía de éxito en el dimensionamiento del intercambiador de calor tubular.
Diseño de los intercambiadores de calor tubulares
Para este proceso, debido al elevado porcentaje de sólidos en los lodos, nuestro Departamento Técnico propuso nuestro modelo de Intercambiador de Calor Tubular I-TF20-I, una solución ideal para evitar la obstrucción de los tubos debido a su geometría (intercambiador de calor de tubo en tubo).
A continuación, explicamos las principales características de la solución adoptada:
Diseño Monotubular
Nuestro intercambiador de calor tubular I-TF20-I consta de 2 tubos concéntricos en los cuales el agua que se emplea como medio calefactor circula por el espacio anular, en tanto que los lodos o fangos circulan por el tubo interior. A diferencia del tradicional intercambiador de calor multitubo, compuesto de un haz tubular de tubos de menor diámetro, en este modelo hay un único canal de paso.
Diseño Modular
Fácil desmontaje para trabajos de mantenimiento. Asimismo, al ser un diseño modular, resulta sencillo tanto desmontar las unidades para proceder a su limpieza por medios mecánicos como, si es preciso, añadir más módulos para ampliar la potencia térmica.
Capacidad de Proceso
Nuestros intercambiadores de calor tubulares pueden procesar un amplio rango de caudales. Asimismo, le damos la posibilidad al cliente de funcionar con varias líneas en paralelo, con el fin no sólo de incrementar la potencia térmica, sino también de poder funcionar con una sola línea mientras se realiza el mantenimiento de la otra, no parando en ningún momento la producción.
¿304 o 316L?
Debido a la aparición de precipitados de fosfato y amonio (estruvita), recomendamos utilizar aceros inoxidables 316L, que ofrecen mejor respuesta ante el riesgo de corrosión generalizada que el 304, debido al contenido en molibdeno y al bajo contenido en carbono.
Corrugación de los tubos
En cada intercambiador de calor tubular se dispuso un tubo interior con corrugación HARD con el fin de incrementar la turbulencia del producto, sin comprometer el incremento de caída de presión asociado a la corrugación de los intercambiadores de tubo corrugado.
Aislamiento
De acuerdo a las especificaciones del cliente, incluimos en nuestro alcance de suministro el aislamiento de los intercambiadores de calor tubulares con el fin de limitar las pérdidas de calor al ambiente. Los módulos se aislaron individualmente con 40 mm de lana mineral, cerrado con chapa de aluminio.
Instalación y puesta en marcha
El equipo fue instalado in situ por los operarios del cliente, contando con el asesoramiento de nuestros técnicos.
El proyecto en cifras
Caudal de proceso (m³/h de lodos)
Contenido en extracto seco de lodos (%)
Pérdida de carga de los lodos (bar)
Potencia Térmica (Kcal/h)
Espacio ocupado en planta (mm)