T. Investigacion Formativa. Control de bioprocesos

Vista previa del material en texto

INSTRUMENTOS EMPLEADOS PARA EL CONTROL DE VARIABLES EN
PLANTAS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
INTRODUCCIÓN
El tratamiento de aguas residuales es un proceso crucial que desempeña un papel
fundamental en la protección de la salud pública, la conservación del medio ambiente y la
sostenibilidad de nuestros recursos hídricos. Implica la eliminación de contaminantes y
sustancias nocivas de las aguas residuales antes de devolverlas a las masas de agua naturales
o reutilizarlas para diversos fines. La eficiencia de las plantas de tratamiento de aguas
residuales (PTAR) depende en gran medida del mantenimiento de unas condiciones de
funcionamiento óptimas y del control de diversas variables a lo largo del proceso[1].
El tratamiento adecuado de las aguas residuales es de vital importancia por varias razones de
peso. En primer lugar, las aguas residuales tratadas inadecuadamente o no tratadas plantean
riesgos significativos para la salud tanto de los seres humanos como de los ecosistemas
acuáticos, ya que, pueden contener patógenos nocivos, bacterias, virus y contaminantes
químicos que pueden contaminar las fuentes de agua potable y provocar la propagación de
enfermedades transmitidas por el agua[1].
Por otro lado, las aguas residuales suelen contener una serie de contaminantes que pueden
tener efectos adversos en el medio ambiente. Nutrientes como el nitrógeno y el fósforo,
cuando se vierten en las masas de agua sin un tratamiento adecuado, pueden causar un
crecimiento excesivo de algas, lo que provoca el agotamiento del oxígeno y la degradación de
los ecosistemas acuáticos. Además, los productos químicos tóxicos y los metales pesados
presentes en las aguas residuales pueden acumularse en el medio ambiente, perjudicando a
los organismos acuáticos y alterando el equilibrio ecológico[1].
Para un tratamiento eficaz y de alta calidad de las aguas residuales, es esencial controlar
diversas variables a lo largo del proceso de tratamiento. Variables como los niveles de pH, el
contenido de oxígeno disuelto, la temperatura, la turbidez, entre otras, deben controlarse y
ajustarse cuidadosamente para mantener unas condiciones de funcionamiento óptimas. Si no
se controlan estas variables, se puede reducir la eficacia del tratamiento, comprometer los
resultados del tratamiento y provocar posibles infracciones de las normas reglamentarias.
Para lograrlo, las plantas de tratamiento de aguas residuales emplean una amplia gama de
instrumentos diseñados específicamente para supervisar y controlar estas variables con
precisión[2].
OBJETIVOS
Objetivo General
Analizar los instrumentos empleados para el control de variables en plantas de tratamientos
de aguas residuales.
Objetivos Específicos
● Reconocer la importancia de mantener condiciones óptimas para procesos de
tratamiento de aguas residuales eficientes y efectivos.
● Comprender el papel de cada instrumento en la medición de variables en el proceso de
tratamiento y su impacto en la eficiencia del tratamiento.
● Adquirir conocimientos sobre variables como el caudal, los niveles de pH, el
contenido de oxígeno, disuelto, la turbidez y la temperatura.
DESARROLLO
1. Caudalímetros
Los caudalímetros son instrumentos de medida utilizados para medir el caudal o flujo
de un líquido o gas en un sistema. Existen diferentes tipos de caudalímetros, como los
caudalímetros de engranajes, los caudalímetros Coriolis y los caudalímetros
electromagnéticos, entre otros. Los caudalímetros son utilizados en una amplia
variedad de aplicaciones, incluyendo procesos industriales, sistemas de suministro de
agua y sistemas de ventilación. La elección del caudalímetro adecuado dependerá de
las necesidades específicas del sistema en el que se va a utilizar.
Un caudalímetro se divide en dos partes claramente diferenciadas: el sensor y el
cabezal. En función de los diferentes tipos de caudalímetros, ambas partes tendrán
diseños diferentes.
El sensor se encuentra situado sobre la tubería donde se desplaza el fluido y es el
encargado de pasar los datos al cabezal. En función de su forma de medida, se dividen
en mecánicos o eléctricos. Si el flujómetro es de desplazamiento positivo, al sensor
que detecta el paso del líquido se le denomina cámara de medición. Mientras que se
denominará tubo de medición a los diferentes tipos de caudalímetros existentes.
La función del sensor es la de transmitir una señal eléctrica al cabezal proporcionando
un caudal (señal analógica) o un volumen (señal digital) del fluido que pasa por la
tubería o conducto. En el caso de algunos caudalímetros industriales y de los
contadores de agua, la información entre el cabezal y el sensor se produce de forma
mecánica a través de una transmisión mecánico-magnética.
El cabezal es el aparato que se encarga de analizar la información que le envía el
sensor, capaz de generar los datos necesarios para su interpretación. Pueden existir de
dos tipos:
Valores en pantalla: son los cabezales digitales, muestran diferentes datos como
volúmenes totales, parciales, caudal instantáneo, etc.
Salidas en forma de señales eléctricas: algunos ejemplos son los pulsos (señal
digital con intensidad proporcional al volumen que pasa por el aparato) o 4-20 mA
(señal analógica proporcional al caudal).
También hay cabezales que no disponen de pantalla, estos tienen una caja que
conectan las señales eléctricas a un PLC o a cualquier equipo capaz de interpretar los
datos.
Tipos de caudalímetros
Se distinguen varios tipos de caudalímetros, a continuación te explicamos algunas
características de cada uno de ellos:
● Caudalímetro Coriolis
El caudalímetro Coriolis, actualmente, se considera de los tipos de
caudalímetros más precisos y repetibles. Son ideales para cualquier aplicación
en los que la precisión alta es un factor clave para la calidad, seguridad e
ingresos consistentes de un producto.
Con frecuencia se utilizan en las aplicaciones de transferencia de custodia
debido a su excelente precisión en amplias condiciones y sus bajos requisitos
de mantenimiento.
El funcionamiento básico de los Caudalímetros Coriolis se basa en los
principios de la mecánica del movimiento. Es decir, el principio de las fuerzas
inerciales que se generan cuando una partícula en un cuerpo rotatorio se
mueve con respecto al cuerpo acercándose o alejándose del centro de rotación.
● Caudalímetro magnético
El caudalímetro electromagnético, representa el segundo segmento más grande
en el mercado de caudalímetros de precisión y probablemente asumirán el
puesto más alto sostenido por las tecnologías de medición de presión
diferencial tradicionales.
Los caudalímetros magnéticos son la mejor opción para medir el caudal
volumétrico de líquidos conductores, debido a su excelente desempeño de
medición en una amplia gama de condiciones de procesos.
Son unos de los caudalímetros más beneficiosos, ya que pueden medir fluidos
de manera bidireccional, y son efectivos para velocidades de caudal muy altas
y muy bajas, además de ser inmunes a cambios en las variables del proceso.
● Caudalímetro vortex
El Caudalímetro Vortex está basado en el principio de generación de vórtices.
Miden la velocidad del líquido con un principio de funcionamiento que se
denomina efecto Von Kármán, mediante el cual se afirma que cuando el
caudal pasa por un cuerpo escarpado, se genera un patrón repetitivo de
vórtices en remolino.
Un cuerpo que atraviese un fluido generará vórtices flujo abajo. Estos vórtices
se forman alternándose de un lado al otro causando diferentes presiones.
La velocidad de flujo es proporcional a la frecuencia de formación de los
vórtices. Se trata de equipos de bajo mantenimiento y buena precisión.
● Caudalímetro Rotámetro
El Caudalímetro Rotámetro es un instrumento que determina el caudal de
fluidos, líquidos o gases en tuberías. Se trata de un instrumento que trabaja
según el principio del cuerpo en suspensión.
En el tubo de medición de plástico cónico del rotámetro se encuentra un
cuerpo en suspensión que es levantado por la inercia del propio fluido. La
altura quealcanza el cuerpo en suspensión depende del caudal, por lo que si
aumenta el caudal, aumenta la resistencia del flujo. El cuerpo en suspensión
del rotámetro sube y aumenta la superficie entre el cuerpo en suspensión y el
tubo de vidrio. Con ello desciende la resistencia de flujo hasta que es idéntica
con la suma de la fuerza del peso del cuerpo en suspensión y la fuerza
ascensional.
El nivel como medida para el caudal se puede leer en una escala que ofrece el
rotámetro, siendo en l/h para agua o Nm³/h para aire.
● Caudalímetro de área variable o rotámetro
El rotámetro está compuesto por un flotador y por un tubo cónico. Es uno de
los más utilizados por su precio económico y por otros factores como su
sencillez de uso, rango amplio, baja caída de presión y salida lineal.
● Caudalímetro con pistón y muelles
Formados por un pistón unido a la base de un cono mediante muelles o
resortes. Son muy usados para mediciones con aceite y agua por su
simplicidad de uso y por la facilidad que tienen para transmitir señales
eléctricas. Son bastante económicos y una gran alternativa a los de área
variable para realizar mediciones de caudal y control.
● Caudalímetros ultrasónicos
También llamados doppler. Están indicados para mediciones de fluidos de
aguas residuales, cualquier tipo de fluidos sucios y en general, para aquellos
líquidos que puedan causar daños a los sensores convencionales. Para su
funcionamiento, emplea el efecto Doppler al reflejar una señal ultrasónica en
burbujas de gas o partículas en suspensión.
● Caudalímetro de gas másico
Compuestos por salidas analógicas que registran los datos y pantallas
integrales que las interpretan. Son utilizados para mediciones de caudales
mínimos y pruebas de fugas expresadas en mililitros por segundo.
● Caudalímetro de paletas
Son los más indicados para el agua o para líquidos con propiedades muy
parecidas a esta. En el caso de utilizarse para medición de otros fluidos, debe
realizarse una compatibilidad química que ajuste su medición.
● Caudalímetro de turbina
Es uno de los tipos de caudalímetros más precisos, teniendo una precisión
equivalente al 0,5 % de la lectura. Muy utilizado para fluidos limpios y para
viscosos de hasta 100 centistokes.
● Caudalímetro de desplazamiento positivo
Utilizados para el agua cuando es imposible mantener una sección recta, ya
que los otros medidores de agua detectarán excesivas turbulencias. También,
puede utilizarse para líquidos viscosos.
● Tubos pitot
Muy utilizados por presentar numerosas ventajas como su bajo coste, su bajo
mantenimiento, su baja pérdida de presión, una gran facilidad en su instalación
y una gran resistencia al desgaste.
● Caudalímetro Vortex
Una gran alternativa a los de turbina por su precio, su mantenimiento bajo y
un mínimo desgaste debido a su uso. Requieren un dimensionamiento previo a
su instalación.
● Caudalímetro magnético
Ideales para aguas residuales o para cualquier otro líquido viscoso conductor.
Pueden ser utilizados remotamente para la toma de datos y son totalmente
compactos.
● Anemómetros de medición del caudal del aire
Son los que miden caudales de aire en tuberías y conductos. Pueden ser de
montaje permanente o de paletas; son económicos y altamente resistentes.
Están compuestos por sondas sin partes móviles.
2. Sensores de nivel
Un sensor de nivel es un dispositivo utilizado para medir la altura de un material,
generalmente líquido, en un tanque, silo u otro recipiente. Los resultados de búsqueda
muestran información sobre diferentes tipos de sensores de nivel, incluyendo sensores
de nivel ultrasónico y sensores de nivel láser. También se mencionan diferentes
aplicaciones, como la medición de niveles en tanques de almacenamiento de agua y
petróleo, y se ofrecen guías para elegir el sensor de nivel adecuado para una
aplicación específica.
3. Medidores de pH
4. Medidores de oxígeno disuelto
5. Sensores de turbidez
Los sensores de turbidez se utilizan en plantas de tratamiento de aguas residuales para
medir la turbidez del agua, que es una medida de la cantidad de partículas suspendidas
y la claridad visual del agua. La turbidez es un indicador importante de la calidad del
agua y puede estar relacionada con la presencia de sólidos en suspensión, sedimentos,
materia orgánica y otros contaminantes.
El funcionamiento básico de un sensor de turbidez implica el uso de una fuente de luz
y un detector. La fuente de luz emite un haz de luz, generalmente de longitud de onda
específica, que atraviesa el agua en cuestión. A medida que la luz atraviesa el agua,
interactúa con las partículas suspendidas, dispersándose en diferentes direcciones. El
detector mide la cantidad de luz dispersada y genera una señal proporcional a la
turbidez del agua.
La medición de turbidez se utiliza en varias etapas o procesos dentro de una planta de
tratamiento de aguas residuales. Algunos de los puntos clave donde se utilizan los
sensores de turbidez son:
1. Entrada de aguas residuales: Se utiliza para medir la turbidez del agua
residual que ingresa a la planta, lo que proporciona información sobre el nivel
de contaminación y ayuda a determinar el grado de tratamiento necesario.
2. Proceso de coagulación y floculación: La adición de productos químicos de
coagulación y floculación ayuda a agrupar las partículas suspendidas en
flóculos más grandes. Los sensores de turbidez se utilizan para monitorear la
eficacia de este proceso, ya que una disminución en la turbidez indica una
reducción en la cantidad de partículas suspendidas.
3. Proceso de sedimentación: Después del proceso de coagulación y
floculación, el agua pasa a través de tanques de sedimentación donde las
partículas floculadas se asientan en el fondo. Los sensores de turbidez se
utilizan para controlar la claridad del agua en los tanques de sedimentación y
ajustar el tiempo de retención necesario.
4. Filtración: En algunos sistemas de tratamiento, se utiliza la filtración para
eliminar partículas suspendidas adicionales. Los sensores de turbidez se
emplean para monitorear la eficacia de los filtros y determinar cuándo deben
limpiarse o reemplazarse.
5. Control de calidad del efluente final: Antes de que el agua residual tratada
se descargue en cuerpos de agua receptores, se mide la turbidez para
asegurarse de que cumple con los estándares regulatorios y no afecte
negativamente al medio ambiente receptor.
En cada una de estas etapas, los sensores de turbidez proporcionan mediciones
continuas o periódicas de la turbidez del agua, lo que permite monitorear la eficacia
del tratamiento y realizar ajustes necesarios en tiempo real.
Es importante destacar que los sensores de turbidez son solo una herramienta para
evaluar la calidad del agua, y se utilizan junto con otros parámetros y técnicas de
análisis para obtener una evaluación completa y precisa.
6. Sensores de temperatura
Los sensores de temperatura se utilizan en plantas de tratamiento de aguas residuales
para medir la temperatura del agua en diferentes etapas del proceso de tratamiento. La
temperatura del agua es un parámetro importante, ya que puede influir en varios
procesos biológicos, químicos y físicos que ocurren en una planta de tratamiento.
El funcionamiento básico de un sensor de temperatura implica el uso de un termistor o
un termopar. Estos dispositivos detectan cambios en la temperatura y generan una
señal eléctrica proporcional a la temperatura medida. Esta señal se envía a un
registrador o controlador que muestra y registra los valores de temperatura.
La medición de temperatura se utiliza en varias etapas o procesos dentro de una planta
de tratamiento de aguas residuales. Algunos de los puntos clave donde se utilizan los
sensores de temperatura son:
1. Entrada de aguas residuales: Se mide la temperatura del agua residual que
ingresa a la planta para obtener información sobre las condiciones iniciales y
evaluar su impacto en los procesos de tratamiento.
2. Procesos biológicos: En las plantas de tratamiento biológico, como los
sistemas de lodos activados, los sensoresde temperatura se utilizan para
controlar y optimizar la actividad de los microorganismos que degradan los
contaminantes. La temperatura puede influir en la tasa de crecimiento y
actividad metabólica de los microorganismos, por lo que es importante
mantenerla dentro de rangos óptimos.
3. Desinfección: En la etapa de desinfección, como la cloración o la radiación
ultravioleta, la temperatura del agua puede afectar la eficacia del proceso. Los
sensores de temperatura se utilizan para monitorear la temperatura y garantizar
que esté dentro de los rangos requeridos para una desinfección efectiva.
4. Procesos de calentamiento o enfriamiento: En algunos casos, puede ser
necesario calentar o enfriar el agua durante el tratamiento. Los sensores de
temperatura se utilizan para controlar y ajustar los sistemas de calentamiento o
enfriamiento según sea necesario.
5. Control de calidad del efluente final: Antes de que el agua residual tratada
se descargue en cuerpos de agua receptores, se mide la temperatura para
garantizar que cumple con los estándares regulatorios y no cause impactos
negativos en el medio ambiente receptor.
En cada una de estas etapas, los sensores de temperatura proporcionan mediciones
precisas y en tiempo real de la temperatura del agua, lo que permite monitorear y
controlar los procesos de tratamiento para garantizar un funcionamiento óptimo.
Es importante destacar que la temperatura puede afectar otros parámetros y procesos
en una planta de tratamiento, por lo que la medición de la temperatura se realiza en
conjunto con otros análisis y monitoreo de parámetros para obtener una evaluación
completa de la calidad del agua.
7. Medidores de conductividad
Los medidores de conductividad se utilizan en plantas de tratamiento de aguas
residuales para medir la conductividad eléctrica del agua. La conductividad es una
propiedad que indica la capacidad de un material, en este caso el agua, para conducir
corriente eléctrica. En el contexto de las aguas residuales, la conductividad está
relacionada con la presencia de iones disueltos, como sales, minerales y otros
contaminantes.
El funcionamiento básico de un medidor de conductividad implica el uso de un par de
electrodos sumergibles en el agua. Estos electrodos generan una corriente eléctrica de
baja intensidad a través del agua y miden la resistencia que encuentra dicha corriente.
La resistencia está relacionada directamente con la conductividad del agua: cuanto
mayor sea la conductividad, menor será la resistencia y viceversa.
La medición de la conductividad se realiza en diferentes etapas o procesos dentro de
una planta de tratamiento de aguas residuales. Algunos de los puntos clave donde se
utilizan los medidores de conductividad son:
1. Entrada de aguas residuales: En esta etapa, se mide la conductividad del
agua residual que ingresa a la planta para determinar su nivel de
contaminación. Esto proporciona una línea de base para evaluar la eficacia del
tratamiento.
2. Proceso de coagulación y floculación: Los productos químicos de
coagulación se agregan al agua para agrupar partículas y contaminantes en
floculos más grandes. Los medidores de conductividad se utilizan para
controlar y ajustar la dosificación de estos productos químicos, ya que la
conductividad puede indicar la presencia de partículas suspendidas y otros
contaminantes.
3. Proceso de desinfección: Después de la etapa de tratamiento principal, el
agua residual tratada puede requerir desinfección para eliminar
microorganismos patógenos. La conductividad se utiliza para monitorear la
eficacia de los procesos de desinfección, ya que puede indicar la presencia de
sales o contaminantes que pueden interferir con el proceso.
4. Efluentes finales: Antes de que el agua residual tratada se descargue en
cuerpos de agua receptores, se mide la conductividad para asegurarse de que
cumpla con los estándares regulatorios y no cause impactos negativos en el
medio ambiente receptor.
En cada una de estas etapas, los medidores de conductividad proporcionan
información en tiempo real sobre la calidad del agua y permiten ajustar los procesos
de tratamiento para garantizar resultados óptimos.
Es importante destacar que los medidores de conductividad se utilizan junto con otros
parámetros y técnicas de análisis para una evaluación completa de la calidad del agua
en una planta de tratamiento de aguas residuales.
8. Sensores Redox (ORP)
Los sensores de Redox, también conocidos como sensores de Potencial de
Reducción-Oxidación (ORP, por sus siglas en inglés), se utilizan en plantas de
tratamiento de aguas residuales para medir el potencial de oxidación o reducción de
un sistema acuoso. El potencial ORP es una medida de la capacidad de un sistema
para ganar o perder electrones durante una reacción química, lo que está relacionado
con la presencia de especies químicas oxidantes o reductoras en el agua.
El funcionamiento de un sensor de Redox implica el uso de un electrodo de medición
sumergido en el agua. El electrodo tiene una punta sensible a los cambios de potencial
y genera una señal eléctrica proporcional al potencial ORP del agua. Esta señal se
envía a un medidor o controlador que muestra y registra los valores de potencial ORP.
La medición del potencial ORP se utiliza en varias etapas o procesos dentro de una
planta de tratamiento de aguas residuales. Algunos de los puntos clave donde se
utilizan los sensores de Redox son:
1. Procesos de desinfección: Los sensores de Redox se utilizan para controlar y
ajustar los procesos de desinfección, como la cloración o la desinfección por
ozono. El potencial ORP puede indicar la presencia de especies químicas
oxidantes, como el cloro libre, que son responsables de la desinfección del
agua. Monitorear y mantener un potencial ORP adecuado es fundamental para
garantizar una desinfección eficaz.
2. Procesos de reducción química: En ciertos procesos de tratamiento, como la
reducción de metales pesados o la eliminación de compuestos tóxicos, los
sensores de Redox se utilizan para monitorear el potencial de reducción en el
sistema. Esto ayuda a controlar la eficacia de los procesos químicos y a ajustar
la adición de agentes reductores según sea necesario.
3. Procesos de oxidación biológica: En plantas de tratamiento biológico, como
los sistemas de lodos activados, los sensores de Redox se utilizan para
monitorear el potencial de oxidación en el sistema. Esto ayuda a controlar y
optimizar la actividad de los microorganismos aeróbicos responsables de la
degradación de los contaminantes orgánicos.
4. Monitoreo de la calidad del efluente final: Antes de que el agua residual
tratada se descargue en cuerpos de agua receptores, se mide el potencial ORP
para asegurar que cumpla con los estándares regulatorios y no cause impactos
negativos en el medio ambiente receptor.
En cada una de estas etapas, los sensores de Redox proporcionan mediciones en
tiempo real del potencial ORP del agua, lo que permite monitorear y controlar los
procesos de tratamiento para garantizar un funcionamiento óptimo.
Es importante destacar que los sensores de Redox deben calibrarse y mantenerse
adecuadamente para asegurar mediciones precisas y confiables. Además, el potencial
ORP se utiliza en conjunto con otros parámetros y técnicas de análisis para obtener
una evaluación completa de la calidad del agua en una planta de tratamiento de aguas
residuales.
9. Detectores de nivel de Yodo
El yodo no es comúnmente utilizado en el tratamiento de aguas residuales debido a
sus propiedades químicas y porque su presencia en grandes cantidades puede ser
tóxica para el medio ambiente. No obstante, se ha utilizado en el pasado, similar al
cloro, para desinfectar continuamente el agua [17]. Además, un aumento en los niveles
de yodo en el agua residual puede afectar los procesos de tratamiento de lodos de una
forma negativa.
Para detectar y medir los niveles de yodo en las aguas residuales existen diferentes
tipos de dispositivos y equipos, algunos de los más comunes incluyen los fotómetros,medidores fotométricos y analizadores de cloro que también pueden medir yodo.
Estos dispositivos son ampliamente utilizados en el sector industrial y de tratamiento
de aguas residuales para garantizar que los niveles de yodo en las aguas residuales
cumplan con los estándares de calidad y sean seguros para su descarga en el medio
ambiente.
- Medidor fotométrico monofunción para iodo: El medidor fotométrico está
indicado para medir el yodo de las aguas residuales. Por su poder de
desinfección, el yodo es muy apreciado en otros sectores industriales como
alternativa al bromo y al cloro. El medidor fotométrico para determinación de
contenido de yodo puede emplearse en todo tipo de líquidos de consistencia
clara. Este aparato resulta fácil de manejar hasta a los usuarios no
experimentados. El medidor fotométrico de iodo opera con el método
colorimétrico por medio de la formación de un complejo cromático (color
rosa) [18]./
- Analizadores DPD: El método colorimétrico DPD está basado en la reacción
del dietil-p-fenilen-diamina (DPD) con halógenos activos. Esta reacción es un
enfoque analítico estándar para el análisis de cloro residual y otros oxidantes
de cloro y se basa en la formación de productos coloreados con DPD.
El método de cloro total (cloro libre disponible más cloraminas combinadas)
agrega yoduro de potasio a la reacción. Las cloraminas en la muestra oxidan
yoduro a yodo, que, junto con cualquier cloro libre disponible que a su vez
oxidan el indicador DPD para formar un color magenta a un pH de 5,1. Para
poder mantener el pH se agrega una solución tampón [19].
El instrumento de la Figura 18, coge cada cierto tiempo programables una
muestra de agua para realizar el análisis, y según el resultado obtenido dará la
orden de trabajo al dosificador [20]./
La Figura 19 muestra un kit analizador de tipo colorímetro de dos parámetros:
Cloro Libre/Bromo y Ph. Incluye 10 tabletas reactivas de cada parámetro, las
que al reaccionar cambian de color para ser contrastados contra un patrón de
colores incluido. Las tabletas DPD miden el nivel de cloro libre [21].
Asimismo, se encuentran sensores para la medición del nivel de yodos, los cuales
monitorizan de forma continua las zonas de separación y transición de las fases de
clarificación y sedimentación, para que pueda operar su proceso eficientemente. Las
instalaciones típicas se encuentran en los clarificadores primarios y secundarios de las
plantas de tratamiento de aguas residuales para medir el nivel de lodos/nivel de la
capa de lodos.
- Medición de nivel de lodos con sensores por ultrasonidos: Disponen de un
cristal piezoeléctrico contenido en una caja polimérica resistente. Al excitar el
cristal con una tensión eléctrica, se genera una señal de ultrasonidos. Las
ondas de ultrasonidos generadas se emiten hacia las zonas de separación de
fases. La variable medida es el tiempo que requiere la señal de ultrasonidos
emitida para llegar hasta las partículas de la zona de separación de fases y
regresar al receptor. El principio está contrastado y garantiza una medición de
nivel de lodos estable a largo plazo [22].
10. Densímetros de lodos
Los densímetros se utilizan en las plantas de tratamiento de aguas residuales para
medir la densidad de los lodos y controlar eficazmente su espesor. La medición de la
densidad es esencial para garantizar que los procesos de tratamiento se estén llevando
a cabo de manera adecuada. Los densímetros también se utilizan en la industria para
determinar la densidad de los líquidos residuales y la concentración de sustancias
disueltas [23].
Los densímetros se utilizan en el proceso de floculación, en el que los sólidos forman
grupos más grandes, o flóculos, para eliminarlos del agua. Este proceso puede ocurrir
espontáneamente o con la ayuda de agentes químicos. Es un método común de
tratamiento de aguas pluviales, tratamiento de aguas residuales y en la purificación de
agua potable. Uno de los requisitos para el agua tratada que sale de las plantas de
tratamiento de aguas residuales es la eliminación de sólidos en suspensión. Pequeñas
partículas sólidas afectan el color del agua y transportan impurezas a nuestras fuentes
naturales de agua, como los ríos y el océano.
Para este proceso se utilizan densímetros de lodos (Slurry Density Meter), que es una
categoría de instrumentos que permite medir la densidad de los lodos en tiempo real.
Además, este instrumento utiliza un sensor ultrasónico no intrusivo para medir la
densidad en tiempo real de los lodos minerales en niveles de alta densidad y en
tuberías muy grandes. Además, los SDM tienen un diseño robusto con sensores
fabricados con materiales muy resistentes a la abrasión, lo que los hace ideales para
condiciones de proceso duras [24].
Ñ/
11. Detectores de gas
El tratamiento de las aguas residuales implica inevitablemente la liberación de gases
malolientes, que pueden dividirse en tres categorías principales. Se trata de
compuestos que contienen azufre (como el sulfuro de hidrógeno, el metilmercaptano y
el sulfuro de metilo), compuestos que contienen nitrógeno (como el amoníaco, la
diamina y el metilindol) y compuestos formados por carbono, hidrógeno y oxígeno
(alcoholes de cadena corta, aldehídos, ácidos grasos, etc.) [25].
Los detectores de gas deben elegirse en función del entorno específico en el que
operan. El sector del agua suele implicar entornos húmedos y sucios, con múltiples
peligros de gases tóxicos e inflamables y el riesgo de agotamiento del oxígeno [26].
La eliminación de estos peligros de gas es prácticamente imposible, por lo que los
trabajadores deben depender de equipos fiables de detección de gas para protegerse.
La detección de gases puede proporcionarse tanto en fijo como en portátil [27].
Detectores de gas portátiles:
/
A) T4x detecta los cuatro peligros de gas más comunes, monóxido de carbono
(CO), sulfuro de hidrógeno (H2S), gases inflamables y agotamiento del
oxígeno (O2). Asimismo, permite detectar pentano, hexano y otros
hidrocarburos de cadena larga.
B) Detective+ permite el muestreo de niveles de gases altamente inflamables y de
dióxido de carbono, ya que está equipado con sensores infrarrojos. Además,
no se ve afectado por la intoxicación y tiene un tiempo de respuesta muy
rápido.
Detectores de gas fijos:/
A) Xgard Bright detecta gases inflamables y tóxicos y monitorización de oxígeno,
a la vez que proporciona facilidad de funcionamiento y costes de instalación
reducidos.
B) IRmax es un monitor de gas fijo por infrarrojos (IR) ultracompacto que ofrece
una detección rápida y a prueba de fallos de gases y vapores de hidrocarburos.
12. Medidores de presión
Incluye transmisores de presión, sensores, transductores y manómetros. Al igual que
los instrumentos de flujo, los instrumentos de presión generalmente se instalan en las
tuberías, bombas y depósitos de los sistemas de tratamiento de aguas residuales.
Algunos instrumentos de presión medirán el caudal y los niveles de fluidos además de
la presión, cumpliendo la función de un instrumento de flujo y presión. Al hacerlo,
ayudan a las instalaciones industriales a mantener niveles de presión seguros y evitar
fallas en los equipos.
● Tubos Bourdon: Pueden utilizarse en aplicaciones que requieren un rango de
presión de 0 a 35 000 kPa.
● Fuelle: En aplicaciones que requieren un rango de presión de 0 a 2000 kPa.
● Diafragmas: Se recomienda evitar utilizarlo en temperaturas extremas y la
ubicación debe ser lo más cercano al lugar de medición del proceso. Rango de
presión de 0 a 3500 kPa.
A continuación, se indican algunas etapas comunes del tratamiento de aguas
residuales en las que se utilizan instrumentos de medición de la presión:
● Estaciones de bombeo: Empleadas a menudo para elevar o transferir aguas
residuales desde niveles inferiores a niveles de tratamiento superiores. Los
instrumentos de medición de la presión se utilizan para controlar la presión en
las estaciones de bombeo, garantizando que las bombas funcionan dentro del
intervalo de presión deseado. Esto ayudaa mantener un rendimiento eficaz de
las bombas y a evitar su sobrecarga o infrautilización.
● Tanques de aireación: En los procesos de tratamiento biológico, como los
fangos activados o la aireación prolongada, los tanques de aireación
proporcionan oxígeno para apoyar la actividad microbiana. Los instrumentos
de medición de la presión se utilizan para controlar la presión del aire
suministrado a los tanques de aireación, garantizando una transferencia de
oxígeno adecuada y manteniendo los niveles óptimos de oxígeno necesarios
para una degradación eficaz de la materia orgánica.
● Unidades de filtración: Los procesos de filtración, como los filtros de arena o
los filtros de medios, se utilizan habitualmente en las plantas de tratamiento de
aguas residuales para la eliminación de sólidos en suspensión y partículas
finas. Se emplean instrumentos de medición de la presión para supervisar y
controlar la caída de presión a través de estos filtros. La caída de presión
indica el nivel de obstrucción o ensuciamiento de los medios filtrantes, lo que
permite realizar acciones de mantenimiento y limpieza a tiempo para mantener
la eficiencia de la filtración.
● Deshidratación de lodos: Los procesos de deshidratación de lodos, como
prensas de banda, centrifugadoras o filtros prensa, se utilizan para eliminar el
agua de los lodos generados durante el tratamiento. Los instrumentos de
medición de la presión se utilizan para controlar la presión dentro de estos
sistemas de deshidratación, garantizando un funcionamiento óptimo y una
eliminación eficaz de la humedad de los lodos.
● Descarga de efluentes: Empleados en la sección de descarga de efluentes
para controlar la presión de las aguas residuales tratadas a medida que se
descargan en la masa de agua receptora o se envían para su posterior
tratamiento o reutilización. Esto garantiza el cumplimiento de los requisitos
reglamentarios y la correcta distribución del efluente tratado.
13. Medidores de aceites y grasas
La expresión grasas y aceites es utilizada para referirse a aceites, grasas, ceras y otros
constituyentes similares encontrados en el agua residual. Debido a sus propiedades, la
presencia de grasas y aceites pueden causar muchas limitaciones en los sistemas de
recolección y en el tratamiento de aguas residuales.
● Analizadores InfraCal TOG/TPH: Estos instrumentos se utilizan en todo el
mundo para medir grasas y aceites en aguas residuales. Son instrumentos IR
de filtro fijo que pueden proporcionar resultados en menos de 10 minutos.
● Espectroscopía infrarroja: El análisis por infrarrojos de aceites y grasas se ha
utilizado en la industria petrolera y también puede utilizarse para medir los
grasas y aceites en las aguas residuales. Sin embargo, requiere un técnico y es
un proceso que requiere mucho tiempo y equipo.
Las mediciones de aceites y grasas en aguas residuales pueden realizarse en distintas
fases del proceso de tratamiento. Por ejemplo, las mediciones pueden realizarse en la
fase de entrada para determinar la cantidad de grasas y aceites que entra en la planta
de tratamiento. También se pueden realizar mediciones en la fase de efluente para
garantizar que el proceso de tratamiento ha eliminado eficazmente los aceites y grasas
de las aguas residuales antes de su vertido al medio ambiente. Además, las
mediciones se pueden hacer en varias etapas a lo largo del proceso de tratamiento para
controlar la eficacia del proceso de tratamiento y hacer los ajustes necesarios.
CONCLUSIONES
El tratamiento de aguas es un proceso fundamental para garantizar la disponibilidad de agua
limpia y segura para diversos usos, como consumo humano, agricultura e industria. En este
contexto, los instrumentos utilizados desempeñan un papel crucial en el monitoreo y control
de los diferentes parámetros y procesos involucrados en el tratamiento de aguas. Los
instrumentos empleados para el control de variables en plantas de tratamiento de aguas
residuales desempeñan un papel fundamental en garantizar el funcionamiento eficiente y
efectivo de estos sistemas. Para monitorear y regular una amplia gama de variables claves se
emplean diversos instrumentos y equipos, de lo cuales destacan, los caudalímetros, sensores
de nivel, medidores de pH, oxígeno disuelto y conductividad, sensores de turbidez,
temperatura y redox, detectores de nivel de yodo y gas, densímetros de lodos, analizadores de
sólidos y sensores de amoniaco. Estos instrumentos proporcionan datos en tiempo real que
ayudan a tomar decisiones informadas y a mantener el cumplimiento de los estándares
ambientales, de salud pública y una calidad de agua tratada óptima.
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
1. Castillo Reinoso AM, Guerra Huilca MJ. Diseño e implementación de un PTAR para
lodos activos a escala de laboratorio, Facultad de Ciencias ESPOCH. Escuela
Superior Politécnica de Chimborazo; 2014.
2. Agudelo Patiño JF, Alvear Daza AE. Estudio de la sedimentabilidad de los sólidos
presentes en el tratamiento primario del agua residual doméstica de la ciudad de Cali.
2015.
3. a
4. a
5. a
6. a
7. El equipo de marketing. Sensores para agua en una planta de tratamiento de aguas
servidas [Internet]. Venta de Equipos de Laboratorio | Sensores para Agua. 2023
[cited 2023 Jul 14]. Available from:
https://www.oz-peru.com/sensores-agua-una-planta-tratamiento-aguas-servidas/
8. Ramírez Jiménez DF. Sistema de medición y control de temperatura para un prototipo
de planta de tratamiento de aguas residuales. Investig Innov Ing [Internet].
2021;9(1):100–13. Available from:
https://dialnet.unirioja.es/descarga/articulo/7878759.pdf
9. Medidores de conductividad [Internet]. Carbotecnia.info. [cited 2023 Jul 14].
Available from:
https://www.carbotecnia.info/producto/medidor-de-conductividad-continuo-en-linea/
10. Sensores de redox en líquidos [Internet]. Endress.com. [cited 2023 Jul 14]. Available
from:
https://www.es.endress.com/es/instrumentacion-campo/analisis-agua-liquidos-industri
a/medidor-redox-sonda-potencial-redox
11.
12. a
13. a
14. .
15. .
16. .
17. Bacterias coliformes [Internet]. Psu.edu. [citado el 13 de julio de 2023]. Disponible
en: https://extension.psu.edu/bacterias-coliformes
https://www.oz-peru.com/sensores-agua-una-planta-tratamiento-aguas-servidas/
https://dialnet.unirioja.es/descarga/articulo/7878759.pdf
https://www.carbotecnia.info/producto/medidor-de-conductividad-continuo-en-linea/
https://www.es.endress.com/es/instrumentacion-campo/analisis-agua-liquidos-industria/medidor-redox-sonda-potencial-redox
https://www.es.endress.com/es/instrumentacion-campo/analisis-agua-liquidos-industria/medidor-redox-sonda-potencial-redox
https://extension.psu.edu/bacterias-coliformes
18. 18. Jose Garcia Dept Medidores. Medidor fotometrico de iodo [Internet]. PCE
Instruments Iberica S.L. 2023 [citado el 13 de julio de 2023]. Disponible en:
https://www.pce-iberica.es/medidor-detalles-tecnicos/instrumento-de-fotometrico/med
idor-fotometrico-monofuncion-iodo.htm
19. ECOCIENCIA [Internet]. Ecociencia. [citado el 13 de julio de 2023]. Disponible en:
https://ecociencia.com.pe/sensores-amperometricos-o-analizadores-dpd/
20. Analizador de cloro libre/total DPD, pH y temperatura en continuo por fotometría
[Internet]. Lozartratamientodeaguas.com. [citado el 13 de julio de 2023]. Disponible
en:
http://www.lozartratamientodeaguas.com/ver/es/ficha/PCA320CLPHT/analizador-de-
cloro-libre-total-dpd-ph-y-temperatura-en-continuo-por-fotometria
21. Test Analizador DPD 2 Parámetros [Internet]. Limpiafondos. [citado el 13 de julio de
2023]. Disponible en:
https://limpiafondos.cl/producto/test-analizador-astral-2-parametros-dpd/
22. Sensores para la medición de nivel de lodos [Internet]. Endress.com. [citado el 13 de
julio de 2023]. Disponible en:
https://www.es.endress.com/es/instrumentacion-campo/analisis-agua-liquidos-industri
a/transmisores-sensores-nivel-lodos
23. Los equipos de preparación y dosificación de polielectrolito implementan sistemas de
automatización de viscosidad en línea [Internet]. rheonics :: viscometer and densitymeter. rheonics; 2022 [citado el 13 de julio de 2023]. Disponible en:
https://es.rheonics.com/elemento-de-soluciones/equipos-de-preparaci%C3%B3n-y-do
sificaci%C3%B3n-de-polielectrolito-implementan-sistemas-de-automatizaci%C3%B3
n-de-viscosidad-en-l%C3%ADnea/
24. Medidor de Densidad de Lodos [Internet]. Rhosonics. Rhosonics Analítica; 2022
[citado el 13 de julio de 2023]. Disponible en:
https://rhosonics.com/es/products/slurry-density-meter/
25. Velomarketing E. La mayor planta de tratamiento de aguas residuales de Asia
[Internet]. Crowcon Detection Instruments Ltd. Instrumentos de detección Crowcon;
2021 [citado el 13 de julio de 2023]. Disponible en:
https://www.crowcon.com/es/resources/case-studies/asias-biggest-wastewater-treatme
nt-plant/
26. Payne L. Industria del agua y las aguas residuales [Internet]. Crowcon Detection
Instruments Ltd. Instrumentos de detección Crowcon; 2022 [citado el 13 de julio de
2023]. Disponible en:
https://www.crowcon.com/es/industries-and-applications/water-waste-water-industry/
27. Peligros del gas en las aguas residuales [Internet]. Crowcon Detection Instruments
Ltd. [citado el 13 de julio de 2023]. Disponible en:
https://www.crowcon.com/es/blog/gas-hazards-in-wastewater/
28.
https://www.pce-iberica.es/medidor-detalles-tecnicos/instrumento-de-fotometrico/medidor-fotometrico-monofuncion-iodo.htm
https://www.pce-iberica.es/medidor-detalles-tecnicos/instrumento-de-fotometrico/medidor-fotometrico-monofuncion-iodo.htm
https://www.pce-iberica.es/medidor-detalles-tecnicos/instrumento-de-fotometrico/medidor-fotometrico-monofuncion-iodo.htm
https://ecociencia.com.pe/sensores-amperometricos-o-analizadores-dpd/
https://ecociencia.com.pe/sensores-amperometricos-o-analizadores-dpd/
http://www.lozartratamientodeaguas.com/ver/es/ficha/PCA320CLPHT/analizador-de-cloro-libre-total-dpd-ph-y-temperatura-en-continuo-por-fotometria
http://www.lozartratamientodeaguas.com/ver/es/ficha/PCA320CLPHT/analizador-de-cloro-libre-total-dpd-ph-y-temperatura-en-continuo-por-fotometria
https://limpiafondos.cl/producto/test-analizador-astral-2-parametros-dpd/
https://www.es.endress.com/es/instrumentacion-campo/analisis-agua-liquidos-industria/transmisores-sensores-nivel-lodos
https://www.es.endress.com/es/instrumentacion-campo/analisis-agua-liquidos-industria/transmisores-sensores-nivel-lodos
https://www.es.endress.com/es/instrumentacion-campo/analisis-agua-liquidos-industria/transmisores-sensores-nivel-lodos
https://es.rheonics.com/elemento-de-soluciones/equipos-de-preparaci%C3%B3n-y-dosificaci%C3%B3n-de-polielectrolito-implementan-sistemas-de-automatizaci%C3%B3n-de-viscosidad-en-l%C3%ADnea/
https://es.rheonics.com/elemento-de-soluciones/equipos-de-preparaci%C3%B3n-y-dosificaci%C3%B3n-de-polielectrolito-implementan-sistemas-de-automatizaci%C3%B3n-de-viscosidad-en-l%C3%ADnea/
https://es.rheonics.com/elemento-de-soluciones/equipos-de-preparaci%C3%B3n-y-dosificaci%C3%B3n-de-polielectrolito-implementan-sistemas-de-automatizaci%C3%B3n-de-viscosidad-en-l%C3%ADnea/
https://rhosonics.com/es/products/slurry-density-meter/
https://www.crowcon.com/es/resources/case-studies/asias-biggest-wastewater-treatment-plant/
https://www.crowcon.com/es/resources/case-studies/asias-biggest-wastewater-treatment-plant/
https://www.crowcon.com/es/industries-and-applications/water-waste-water-industry/
https://www.crowcon.com/es/blog/gas-hazards-in-wastewater/