3.3. DESARENADO

El desarenado tiene como objetivo eliminar partículas más pesadas que el agua, que no se hayan quedado retenidas en el desbaste, y que tienen un tamaño superior a 200 micras, sobre todo arenas pero también otras sustancias como cáscaras, semillas, etc. Con este proceso se consiguen proteger los equipos de procesos posteriores ante la abrasión, atascos y sobrecargas.

Existen tres tipos de desarenadores fundamentales: desarenadores de flujo horizontal, desarenadores de flujo vertical y desarenadores de flujo inducido.

Los desarenadores de flujo horizontal son utilizados en instalaciones de pequeñas poblaciones y consisten en un ensanchamiento del canal del pretratamiento de forma que se reduzca la velocidad de flujo y decanten las partículas. Debe diseñarse con un canal paralelo para proceder a su limpieza que se realiza manualmente. Suelen instalarse con un canal Parshall a la salida que permite al mismo tiempo mantener la velocidad constante y medir el caudal.

Los desarenadores de flujo vertical se diseñan mediante tanques que tienen una velocidad ascensional del agua tal que permite la decantación de las arenas pero no caen las partículas

orgánicas. Suelen ser depósitos tronco-colíndricos con alimentación tangencial.

Los desarenadores de flujo inducido son de tipo rectangulares

aireados. En estos equipos se inyecta aire por medio de grupos motosoplantes creando una corriente en espiral de manera que permite la decantación de las arenas y genera una corriente de fondo. Además el aire provoca la separación de las materias orgánicas. De esta forma, dado que el depósito está aireado y se favorece la separación de la materia orgánica, se reduce la producción de malos olores.

La separación de las arenas puede ser manual o por medio de hidrociclón, en plantas de pequeño tamaño. En plantas mayores se instalan sistemas de separación mediante tornillos de arquímedes o mediante clasificador alternativo de rastrillos o de vaivén. Éstos dos últimos lavan las arenas y vuelven a disminuir su contenido en materia orgánica.

El diseño del desarenador se realiza en base al análisis de los fenómenos de sedimentación de partículas granuladas no floculantes las cuales sedimentan independientemente unas de otras, no existiendo interacción significativa entre las más próximas. El estudio de las velocidades de sedimentación se puede realizar utilizando las fórmulas de Stokes (en régimen laminar), de Newton (en régimen turbulento) de Allen (en régimen transitorio). Deben aplicarse algunas correcciones para tener en cuenta:

-  La forma de las partículas (factor esfericidad)

-  La concentración de sólidos en suspensión

-  La velocidad de flujo horizontal

-  La temperatura del agua residual

En la práctica se pueden tomar como base los datos válidos en sedimentación libre para, partículas de arena de densidad 2,65, temperatura del agua de 15,5ºC y eliminación del 90%.

Diámetro de las partículas eliminadas

Velocidad de sedimentación

0,150 mm 40-50 m/h0,200 mm 65-75 m/h

0,250 mm 85-95 m/h0,300 mm 105-120 m/h

Si el peso de la arena es sustancialmente menor de 2,65 deben usarse velocidades de sedimentación inferiores a las expuestas en el cuadro anterior.

El diseño del desarenador será efectivo si además de lograr la extracción de las arenas descritas con suficiente rendimiento, consigue que éstas sean realmente elementos minerales, cuyo contenido en materia orgánica sea ínfimo. Para evitar que la materia orgánica de granulometría similar a la de las arenas sedimente con ellas se diseñan los desarenadores de forma que se asegure en ellos un  "barrido o limpieza de fondo". Este fenómeno, se explica por el hecho de que existe una velocidad crítica del flujo a través de la sección, por encima de la cual las partículas de un tamaño y una densidad determinadas, una vez sedimentadas, pueden de nuevo ser puestas en movimiento y reintroducidas en la corriente. Para partículas de 0,200 mm de diámetro y peso específico de 2,65 la velocidad crítica de barrido es 0,25 m/s, adoptándose en la práctica a efectos de diseño una velocidad de 0,30 m/s. Manteniendo esta velocidad, se consigue que las arenas extraídas tengan un contenido en materia orgánica menor del 5%.

Dos técnicas son la base de los procedimientos utilizados en la separación de arenas: La separación natural por decantación en canales o depósitos apropiados y la separación dinámica por procesos utilizando inyección de aire o efectos de separación centrífuga. La separación natural requiere una constancia absoluta en el paso del agua. El diseño más complejo corresponde al canal aireado:

El aire que se inyecta provoca una rotación al líquido (trayectoria horizontal) y crea una velocidad constante de barrido de fondo, perpendicular a la velocidad de paso, la cual puede entonces variar sin inconvenientes. El aire inyectado, además de su papel motor, favorece, por su efecto de agitación, la separación de la materia orgánica que puede quedar adherida a las partículas de arena.

Los difusores de aire se sitúan en uno de los laterales del tanque a una distancia entre 0,5 y 0,9 m sobre el suelo. Para el control hidráulico del elemento y para mejorar la eficacia en la eliminación de arenas se suelen usar deflectores tanto en la entrada como en la salida de agua.

La sección transversal del canal es semejante a la de los tanques de aireación de los fangos activos de circulación espiral con la excepción de que se incluye un canal de recogida de arenas de unos 0,9 m de profundidad, con paredes laterales muy inclinadas que se ubica a lo largo de un lateral del depósito, bajo los difusores de aire. La sección transversal de un desarenador aireado será:

Los parámetros de diseño más importantes son:

ParámetroValor

Intervalo ValorNo aireados

Carga hidráulica<70 m3/m2/hora (a Qmáx)

Velocidad horizontal0,24-0,40 0,3 m/s

Tiempo de retención 45-90 s 60s

Longitud20-25 veces la altura de la lámina de agua

CircularesCarga hidráulica <70 m3/m2/hora (a Qmáx)Velocidad periférica media 0,3 - 0,4 m/sTiempo de retención 0,5 -1 min (a Qmáx)

Aireados

Carga hidráulica<70 m3/m2/hora (a Qmáx)

Velocidad horizontal <0,15 m/seg

Tiempo de retención a caudal punta

2 - 5 min 3

Relación longitud anchura 3:1 a 5:1 4:1Profundidad 2 - 5 mRelación anchura-profundidad 1:1 a 5:1 1,5:1Longitud 7,5 a 20 mAnchura 2,5 a 7 m

Suministro de aire0,20-0,60 m3/min

0,5

Para diseñar el desarenador en primer lugar se determina el volumen unitario que se necesita de tanque teniendo en cuenta el caudal de tratamiento y el tiempo de retención establecido para conseguir los objetivos de eliminación de arenas.

Siendo:

V = Volumen unitario del tanque (m3)

Q = Caudal (m3/h)

Nº = Número de unidades

TR = Tiempo de retención (min)

Generalmente se calcula para el caudal punta horario, empleando un tiempo de retención de entre 2 y 5 minutos (valor indicativo 3 min).

A continuación se determina la superficie de desarenador necesaria en función de la carga superficial a la que se deba trabajar. Con estos datos se puede definir las dimensiones del desarenador

Siendo:

S = Superficie de la lámina de agua (m2)

Q = Caudal (m3/h)

Cs = Carga superficial (m3/m2/h) (Fórm.7) :

                                 

Después se determina la longitud del tanque definiendo una relación entre la anchura y la longitud y en función de la superficie calculada anteriormente.

               

Siendo:

L = Longitud del tanque (m)

Sl = Superficie lámina de agua (m2)

a = Relación largo/ancho

Para terminar de definir la geometría del tanque desarenador se calcula la altura recta y trapezoidal

                      

Hr = Altura recta (m)

St = Superficie transversal (m2)

A = Ancho desarenado-desengrasado (m)

Ht= Altura trapezoidal (m)

                          

      También es necesario calcular las necesidades de aire, que vendrán dadas por una expresión sobre la base del suministro necesario por unidad de superficie, dato que oscila entre 8 y 10 Nm3/h/m2. El caudal de aire necesario se calculará simplemente multiplicando el valor anterior por el número de unidades y la superficie transversal de cada una de ellas (Fórm.11).

            

Conocidos el número de canales a instalar, la geometría de los mismos, en concreto su longitud y el caudal de aire necesario, será preciso para completar el diseño de la instalación determinar el

número de difusores, que vendrá dado por el caudal de aire total entre el unitario por difusor, y la separación entre los mismos la cual responde tan solo a una distribución geométrica longitudinal a lo largo del tanque.

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