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7.5. MEDIDORES EN DEPURADORAS
7.5.1. GENERALIDADES
La instrumentación de una planta tiene por objeto obtener la medida,
transmisión a distancia, el registro, el control, la totalización, etc. de
aquellos datos que sean de interés para el control de dicha planta.
A estas magnitudes tísicas y químicas se les denomina en instrumentación
''variables'' y entre ella, las más interesantes son: caudal, presión,
temperatura, nivel y características químicas. Estas últimas a las que
podíamos llamar medidas analíticas suelen ser: pH, cloro libre o residual,
oxígeno disuelto, potencial redox, conductividad y turbiedad.
Como va se ha señalado, los instrumentos de control que se instalan en una
planta. en relación con la misión que desempeñan y el lugar que ocupan,
pueden dividirse en dos grandes grupos: Primarios y Secundarios
Los Primarios están colocados en el punto en donde se desea medir la
variable, la miden y transforman esta medida en una señal de transmisión
que lleva el resultado de la medida a los aparatos secundarios. Los
instrumentos primarios son en general ciegos o como mucho dar una
indicación de la medida.
Sin embargo en algunos casos existen instrumentos para medida in situ de
una variable que pueden transformarla en una indicación, un registro, una
totalización o incluso una regulación.
Los instrumentos secundarios, que generalmente van colocados en panel,
son los que reciben la señal de los primarios, y suelen estar todos colocados
en la sala de control de forma que en todo momento el responsable de la
planta pueda leer en ellos los datos que necesite.
Los instrumentos primarios están normalmente diseñados y construidos
especialmente para poder cumplir con la misión (realización de la medida)
especial a la que están destinados. No ocurre así con los aparatos
secundarios que en muchas ocasiones son intercambiables ya que en
general reciben, desde los primarios, señales estandarizadas.
Estas señales que pueden ser neumáticas o eléctricas se han estandarizado
de forma que en casi todo el mundo las neumáticas oscilan siempre entre 3
y 15 psi y las eléctricas entre 4y 20 mA.
Estos dos tipos de señales, eléctricas y neumáticas, antes indicados. son los
normalmente usados en las plantas de tratamiento (actualmente se tiende a
que la instrumentación sea eléctrica) ya que las distancias entre primario y
secundario no suelen ser demasiado grandes. En caso de que estas
distancias sean grandes suelen utilizarse para el envío de las señales las
líneas telefónicas.
Además de los instrumentos que pueden incluirse en alguno de los dos
grupos antes citados existen otros cuya misión no es la de <<medir>>ni la
de <<informar>> (indicadores, registradores, etc.) que actúan como
auxiliares de los anteriores y que se conocen como instrumentos
operacionales. Dentro de este tercer grupo se pueden incluir los
<<convertidores>> de un tipo de señal en otro, extractores de raíz
cuadrada, sumadores, multiplicadores, etc.)
7.5.2. MEDIDAS NORMALMENTE REALIZADAS
Como ya se ha indicado anteriormente las variables que suelen medirse en
una planta de tratamiento de aguas son.
- Caudal
- Nivel
- Presión
- Temperatura
- Algunas determinaciones analíticas de variables químicas
7.5.3. MEDIDA DE CAUDAL
Las medidas de caudal en una depuradora suelen ser:
- Caudal de entrada a la planta
- Caudal de salida de la planta
- Caudal de fangos
- Caudal de aire
- Caudal de reactivos. Esta es una medida en la que normalmente no se
utilizan instrumentos de control ya que para la adición de reactivos se
utilizan distintos sistemas de dosificación, que tienen la presión suficiente
para asegurar la adición correcta de los mismos.
Al elegir un sistema de medición de caudal y por consiguiente un medidor,
se debe tener en cuenta:
- Si el agua va por canal abierto o por tubería
- Diámetro de la tubería
- Caudal en el momento del diseño y en el año horizonte
- Velocidad del agua
- Si el agua es limpia o va cargada de materias en suspensión
7.5.3.1. Medida de caudal en canales
Estas medidas se hacen normalmente en vertederos rectangulares o
triangulares en un Parshall. Los vertederos rectangulares están formados
con un tabique con la parte superior horizontal Si esta parte horizontal llega
de un extremo a otro del canal, se llama vertedero sin contracción y si es
más pequeña que el ancho del canal se llama vertedero con contracción.
El hueco por donde el aguase desborda puede ser rectangular o trapezoidal
y la relación caudal-altura del agua en el vertedero es normalmente una
potencia 3/2 de la altura, pudiéndose encontrar la fórmula aplicable en cada
caso en cualquier libro de hidráulica (p. e. Manual General URALITA
Tomo II: Obra Civil)
Los vertederos triangulares consisten en una abertura en el tabique que
tiene forma de V con un ángulo que suele ser de 30º, 60º, o 90º y la
relación caudal-altura en los mismos es una potencia de 5/2.
La utilización de vertederos en las medidas de caudal en plantas
depuradoras se lleva a efecto en muy pocos casos debido a la pérdida de
carga a que dar lugar por la diferencia de niveles necesaria entre antes y
después del vertedero y que impide, la mayor parte de las veces, al
proyectista de la planta el colocar en la misma medida de caudal en
vertederos ya que estas plantas suelen construirse en terrenos relativamente
llanos en los que no se dispone de suficiente diferencia de cota entre la
entrada y salida de la planta para permitirse el lujo de tener importantes
pérdidas de carga en cada uno de los procesos de la depuración.
la pérdida de carga en los Parshall es inferior a la que tiene lugar en el caso
de utilizar vertederos, sin embargo siempre el nivel del agua sufre una
disminución (el nivel del suelo a la salida del Parshall es inferior al de la
entrada) para evitar que el Parshall sea sumergido y así poder hacer la
medida con un sólo instrumento.
Uno de los sistemas utilizados para medir estos caudales consiste en un
flotador unido por un vástago al aparato primario. Las subidas y bajadas del
flotador (a causa de las variaciones de caudal son transformadas por el
primario en señales moduladas 3 15 psi o 4-20 mA (generalmente esta
última) y enviadas al secundario. Con frecuencia el aparato primario lleva
incorporado un indicador y está diseñado de forma que la señal de salida es
función lineal del caudal.
Por lo que respecta a la ubicación de los flotadores del primario, éstos
pueden colocarse en dos sitios:
- Dentro del canal, justo en el punto donde se desea medir la diferencia
de niveles y en este caso suelen tener forma de barquilla con la «proa»
orientada en contra de la corriente.
- En una pileta construida al lado del canal y comunicada por su parte
inferior con la zona del mismo, cuyo nivel se desea medir. En este caso los
flotadores suelen ser cilíndricos o esféricos
El otro sistema de medida de caudal en Parshall o en vertederos utiliza
ondas ultrasónicas y está basado en el mismo principio que el sonar.
El aparato de medida se coloca encima del punto en donde se quiere medir
el nivel del agua, envía ultrasonidos que se reflejan en la superficie del
agua volviendo al aparato receptor.
Realmente este aparato lo que mide es el tiempo que transcurre durante el
camino de ida y vuelta de los ultrasonidos de la distancia a recorrer y por
tanto de la altura de la capa de agua.
Hay limitaciones de distancia desde el sensor hasta el nivel del agua a nivel
mínimo, lo cual imita la utilizaci6n de este instrumento, más que para la
medida de caudales para la medida de niveles ya que la máxima distancia
desde el sensor al agua es del orden de 1,8 m.
Desde el sensor sale una señal lineal en µV que es llevada aun indicador-
amplificador, el cual la transforma en señal 4-20 mA. que puede ser llevada
a los aparatos de registro, totalización o control que existan en el panel
central.
7.5.3.2. Medida de caudal en tuberías
7.5.3.2.1 Medida de caudal por presión diferencial
Este es el tipo de medida que más frecuentemente se utiliza y en las que el
caudal es función cuadrática de la presión diferencial creada por el
elemento deprimógeno colocado en la tubería
La fórmula más simple en este caso podría ser la siguiente:
Q = K. h2
de donde:
Q: Caudal
h: Presión diferencial
K: Constante que depende de unidades de medida utilizadas, densidad,
relación de diámetro de tubería y diámetro del elemento deprimógeno, etc.
Por lo que respecta a la pérdida de carga producida en la tubería por la
presencia del elemento deprimógeno es siempre inferior a la presión
diferencial medida y depende del tipo de elemento deprimógeno y de la
relación entre el diámetro de éste y el de la tubería.
Los elementos deprimógenos utilizados para crear la presión diferencial a
medir son:
- El Venturi
- La placa de orificio
- El tubo pitot
Venturi
- Se utiliza en aguas limpias o poco cargadas de materia en
suspensión.
- La pérdida de carga que origina es pequeña.
- Precisa al colocarlo unos tramos rectos antes y después de él,
normalmente 12 diámetros aguas arriba y 8 diámetros aguas abajo
- Es caro de construcción y colocación
- Su precisión es mayor que la de la placa de orificio y sobre todo
que la de un Pitot, pero esta precisión de medida disminuye en la zona baja
de los caudales previstos a medir por él.
Es seguramente el método más utilizado hasta la fecha para medir caudales
de aguas, especialmente en plantas de tratamiento de aguas potables
Placa de orificio
Al igual que el Venturi necesita unos tramos rectos de tubería, 12 diámetros
antes y 8 diámetros después del punto en donde esté colocada.
- Esta basada en el mismo principio que el Venturi
- Es mucho más barata que el Venturi.
- No debe usarse cuando hay materias en suspensión. sobre todo
si éstas son abrasivas
- Da lugar a una pérdida de carga superior a la originada por un
Venturi (previstos ambos para la medida de una misma presión
diferencial).
Tubos Pitot
- Es más económico de construcción y de colocación que el tubo
Venturi.
- Tiene mucha menos precisión en la medida que los anteriores-
- También precisa de tramo recto, sólo antes del punto de instalación.
- No debe usarse con aguas que lleven materias en suspensión.
- La presión diferencial a que da lugar a efectos de medida es pequeña
ya que mide diferencias entre presión estática y presión dinámica.
- Hay que tener cuidado al colocarlo, ya que el agujero que recibe el
impacto de la corriente debe ir situado en un punto de velocidad media en
la tubería
- En general no debe usarse más que en casos en los que no se necesite
precisión en la medida.
- Una variante del Pitot es el tubo Annubar Este tiene varios agujeros,
lo cual permite una mejor medida de la presión dinámica, evitando así el
problema de su colocación en la tubería y lleva una cámara central que
interpola los valores de presión dinámica. La toma de presión estática está
orientada aguas abajo.
75.3.2.2. Instrumentos para medida de caudales por presión diferencial
Se pueden dividir en dos grupos:
1) Aquellos que realizan la medida e informan sobre ella y que van
colocados próximos al punto en donde está situado el elemento
deprimógeno que se llaman instrumentos colocados “in situ”
2) Aquellos que se llaman instrumentos primarios transmisores que miden
la presión diferencial y envían una señal proporcional a ella hacia los
instrumentos secundarios.
Como la presión a medir es relativamente pequeña. hay que cuidar que.
tanto las conexiones a tubería corno al elemento de control. estén
perfectamente hechas y que tengan una total estanqueidad. y por otra parte
que los tubos de conexión entre tuberías e instrumento no tengan
demasiada longitud.
En esto, aunque hay unas normas generales para su realización, conviene
siempre seguir las instrucciones del fabricante del instrumento.
Dentro del grupo 1) anteriormente descrito los instrumentos que más
frecuentemente se usaban, pero que actualmente están dejando de
utilizarse, están basados en un tubo en U lleno de mercurio con un flotador
en una de sus ramas Este flotador (metálico) suele ser seguido
exteriormente por un imán que a su vez mueve una serie de mecanismos
tales que pueden dar lugar a que el instrumento indique, registre, totalice e
incluso regule el caudal.
Este tipo de instrumentos no debe utilizarse en las medidas de caudal de
aguas potables pues existe el riesgo de que el mercurio pase a la tubería que
lleva el agua.
Hay otro tipo de instrumentos utilizados para medidas «in situ». Son las
Células Barton en los que el elemento medidor es un doble fuelle metálico
en lugar del tubo en U antes citado. Los movimientos de este fuelle
originados por las variaciones de la presión diferencial son aprovechados
para mediante mecanismos más o menos complicados poder indicar o
registrar el caudal.
En general con el aparato del tubo en U descrito en primer lugar se puede
conseguir transformar en lineal la función cuadrática que liga el caudal con
la presión diferencial, sin embargo en los del doble fuelle las escalas suelen
ser cuadráticas. con lo que la precisión en la medida de los caudales
correspondientes a la parte baja de la escala es inferior.
Dentro del grupo 2) es decir de los instrumentos primarios transmisores
están las células de presión diferencial (corrientemente conocidas por DP
Cell = Differencial Pressure Cell). que son las más utilizadas actualmente
para este tipo de medidas, y que los fabricantes construyen en las dos
versiones: Neumática y eléctrica, es decir en los que su señal de salida es
neumática y oscila entre 3 y 15 psi y los que su señal eléctrica de salida
oscila entre 4 y 20 mA.
En ambos casos la señal de salida es cuadrática y si los aparatos
secundarios que han de recibida necesitan una señal lineal, habrá que
instalar entre ambos un instrumento extractor de raíz cuadrada
- En general son instrumentos que funcionan muy bien.
- Son robustos y de muy fácil montaje-
- Pueden colocarse a la intemperie
77.5.3.2.3. Medidores de caudal magnéticos
Consisten en un carrete (generalmente del diámetro de la tubería en la que
se va a medir el caudal, con una bomba especial alrededor de dicho carrete)
La señal que transmiten se genera por inducción y es proporcional a la
velocidad del líquido que pasa por la tubería y por tanto por el “carrete”
que forma el medidor magnético y que va intercalado en la tubería y sujeto
por bridas.
Coma no produce ningún estrechamiento en la tubería por donde pasa el
agua no da lugar a pérdida de carga alguna, y por otra parte tampoco da
lugar a acumulación de las materias en suspensión, que lleve el agua
siendo, por tanto el medidor de caudal idóneo para aguas residuales.
La medida que realiza es de gran precisión, pero su precio es bastante
superior a cualquiera de los instrumentos reseñados anteriormente, y su
instalación debe ser realizada por un técnico que conozca muy bien este
tipo de medidor, ya que especialmente los modelos antiguos. que tenían
una alimentación con corriente alterna de 220 V eran muy sensibles a los
efectos de tendidos de corriente próximos, (ferrocarriles, alta tensión, etc.)
pero los actuales sólo usan media onda de la corriente alterna, eliminando
de esta forma interferencias, y produciendo una corriente pulsatoria que es
la que se utiliza para la medida.
Por último necesita un instrumento accesorio, que los fabricantes llaman
convertidor <<magnético-intensidad>>, para transformar la señal de salida
del magnético en la señal estándar 4-20 mA, que pueden recibir los
instrumentos secundarios. La señal de salida de los magnéticos es función
lineal del caudal.
Este convertidor va normalmente unido al medidor primario, y además de
dar la señal de salida 4-20 mA da impulsos, que pueden ser utilizados para
totalización.
Tanto las DP Cell como los magnéticos llevan en general un “ajuste del
alcance de la escala”, de forma que puede ajustarse el valor final de la
misma para que, si las circunstancias de caudal cambian, pueda variarse el
alcance de la escala para que esta no trabaje o trabaje lo menos posible en
su parte inferior, que es donde pueden producirse errores más importantes
En general y en plantas donde no hay fluctuaciones importantes de caudal,
el final de la escala debe fijarse de forma que sea un poco superior al
normal.
7.5.3.2.4. Otros
Para medida de caudales de aire o caudales pequeños de agua o reactivos
en general se utilizar los rotámetros.
Estos pueden colocarse en línea, con un diámetro igual o parecido al de la
tubería del fluido cuyo caudal se quiere medir, o en derivación para lo cual
se coloca una placa de orificio y el rotámetro que ha de medir el caudal.
Esta medida con rotámetros en derivación está basada en que la pérdida de
carga en la tubería principal ha de ser igual a la de la tubería de by pass, la
cual a su vez es igual a la suma de las pérdidas de carga de la placa de
orificio pequeña más la del rotámetro. Como el rotámetro es un
instrumento de pérdida de carga constante y caudal variable, se necesita la
placa de orificio pequeña para compensar las variaciones de pérdida de
carga en la placa grande.
Las medidas de caudal suelen realizarse principalmente a efectos
estadísticos es decir con objeto de conocer la cantidad de agua bruta que
llega a la planta y la cantidad de agua tratada que sale de la misma.
Para ello los instrumentos secundarios suelen constituir en registradores y
totalizadores que permiten:
- Los registradores poder conocer mejor a posteriori el caudal de agua
que pasó por la planta en cada momento.
- Los totalizadores. la cantidad total de agua tratada.
Estos instrumentos secundarios pueden ser reumáticos o electrónicos y
recibir señal 3-15 psi ó 4-20 mA, que es aprovechada para mover la pluma
del registrador o hacer saltar los dígitos del totalizador El procedimiento
para conseguir esto depende del fabricante de los instrumentos, ya que
existen multitud de tamaños y formas así como la posibilidad de obtener
registro y totalización en un solo instrumento o en instrumentos separados.
7.5.4. DOSIFICACIÓN DE REACTIVOS
7.5.4.1. Proporcional al caudal
Otra de las aplicaciones, de la medida del caudal, es poder conseguir
dosificaciones automáticas de reactivos proporcionales al caudal de agua a
tratar.
Entre los posibles reactivos a añadir al agua los más importantes son:
- Correctores de pH: generalmente cal
- Floculantes; Sulfato de alúmina, cloruro férrico, polielectrólito, etc.
- Cloro
Los aparatos dosificadores, suelen ser generalmente bombas dosificadoras
o dosificadoras de cloro-gas. Cualquiera de estos dosificadores pueden ser
actualmente fabricadas para recibir una seña 3-15 psi o 4-20 mA y dosificar
en función de ella. Por tanto si se les hace llegar la señal originada en el
caudalímetro, dosificarán en cada momento una cantidad de reactivo
proporcional al caudal que esté pasando en dicho momento, de forma que
(si se trata de una señal eléctrica) a 4 mA no dosifican nada, y a 20 mA la
cantidad necesaria de reactivos para el caudal máximo para el que esté
prevista la planta
Una instalación así realizada tiene el inconveniente de que la dosis a añadir
para tratar es siempre la misma y en el caso de que varía la calidad del agua
puede ser necesario tener que variar dicha dosis. Para ello se puede
intercalar en la línea de la señal que va desde el caudalímetro al dosificador
una estación de proporción, con la que se puede conseguir variar el valor de
la señal procedente del caudalímetro multiplicándola por un coeficiente
variable a voluntad.
Otro procedimiento de dosificar reactivos proporcionalmente al caudal, la
mayor parte de las veces más barato, (ya que en instalaciones grandes
siempre hay registradores y totalizadores) pero mucho menos aconsejable,
consiste en instalar el totalizador con predeterminación ajustable repetitiva
un tiempo prefijado.
Este tipo de dosificación intermitente hace que si bien la cantidad total de
reactivos añadidos sea correcta en relación con la cantidad total de agua a
tratar, una parte de este agua va en principio sin ningún reactivo y otra
parte de ella lleva un exceso de reactivos. Esto requiere por tanto que el
agua sea enviada posteriormente a la adición de reactivos a un depósito en
donde sufra un cierto tiempo de retención y en donde pueda mezclarse el
agua que llevaba un exceso de reactivos con la que no llevaba ninguno.
7.5.4.2. Dosificación automática para corregir el pH o adición de
reactivos independiente del caudal
Generalmente este tipo de dosificación se utiliza para corregir pH o Cl2
residual hasta llevarlos a los valores deseados.
Tómese como ejemplo una dosificación de Cl2 a un agua, que se quiere que
salga de la planta con 1 ppm de cloro residual.
Instrumentos necesarios
- Un analizador de cloro en agua cor señal de salida 4-20 mA.
- Un dosificador de cloro gas (o bomba dosificadora si se trata de
hipoclorito) capaz de dosificar cloro en función de una señal recibida de 4-
20 mA.
- Un controlador.
La toma de muestra para el analizador de Cl2 libre o residual se hace aguas
abajo del punto de inyección del cloro procedente del dosificador.
La señal procedente del analizador se envía al controlador al cual se le ha
fijado un punto de consigna, variable a voluntad, de acuerdo con el cloro
residual que se desee que tenga el agua Supóngase que se desea tener 1
ppm. El controlador compara La señal procedente del analizador con el
punto de consigna.
En el ejemplo:
- Si el cloro residual del agua es 1 ppm, mantiene fija la señal que va
del controlador al dosificador, para que éste a su vez mantenga la dosis que
está enviando al agua.
- Si el cloro residual del agua es inferior a 1 ppm (punto de consigna).
el controlador aumenta la señal que envía al dosificador. para que ésta a su
vez aumente la dosis.
- Si el cloro residual del agua es superior a 1 ppm, el controlador
disminuye su señal de salida y por tanto la dosis de cloro que se envía al
agua
En el caso de que se desease variar la dosis de cloro por m3 de agua a tratar
de forma que el coro residual final fuese superior o interior a 1 ppm
bastaría con cambiar el punto de consigna del controlador
Estos controladores se fabrican normalmente con tres bandas: Proporcional,
integral y derivada. La primera da lugar a la proporcionalidad entre las
señales de entrada y salida del controlador, y las dos últimas son utilizadas
para regular la velocidad de respuesta del sistema- en el caso que se
considera, con vistas a compensar la inercia de dicho sistema.
En el caso de una regulación de pH el sistema de control sería el mismo,
con la única diferencia que el instrumento de medida sería un pH-metro. y
que el dosificador enviaría al agua dosis de álcali o ácido en vez de cloro.
Por último también se cita el caso de dosificaciones proporcionales a dos
señales diferentes Existen en el mercado tanto cloradores como bombas
dosificadoras capaces de realizar este cometido, es decir dosificar en
función de dos señales diferentes. que les llegan al mismo tiempo.
Estas señales suelen ser: Una procedente del analizador (pH-metro o
analizador de cloro gas) y otra procedente del caudalímetro. De esta forma,
siguiendo con el ejemplo de cloro, la adición de este reactivo al agua se
verificaría automáticamente y en todo momento, proporcionalmente al
caudal y al cloro libre.
7.5.5. MEDIDAS DE TEMPERATURA
Las mediciones de temperatura del agua en depuradoras tienen su principal
aplicación en digestores y accesorios calefactores de los mismos.
En general las medidas de temperatura son realizadas por indicadores
colocados “in situ” o indicadores y registradores colocados en panel, y las
variaciones que sufren las temperaturas medidas, son escasas y siempre
relativamente próximas a la temperatura ambiente.
Para medidas “in situ” de temperaturas se utilizan aparatos que tienen un
bulbo y un capilar de líquido. La dilatación de este líquido por efecto de la
temperatura actúa como elemento de presión para mover el mecanismo que
da lugar a la indicación o al registro.
En este tipo de medidores, la distancia entre el bulbo y el instrumento
indicador no debe ser superiora 25 m.
Por lo que respecta a instrumentos eléctricos para medida de temperatura
existen dos tipos: Los termopares y los termómetros de resistencia,
pudiéndose conectar directamente cualquiera de ellos a los instrumentos
indicadores de que disponga la planta, tanto si estos instrumentos estar
cerca del punto de toma de la temperatura como sí están en un panel
relativamente alejado.
Los termopares prácticamente no tienen utilización en las depuradoras ya
que su rango de medida está por encima de 200ºC. La señal de salida es en
mV que o bien puede ser transformada en o bien puede ser enviada aun
receptor directo de mV.
Los termómetros de resistencia en cambio tienen su rango de medida por
de bajo de 200ºC y van acompañados de un transformador de ohmios a
mA.
Teniendo en cuenta el rango dentro del cual se mueven las temperaturas a
medir en una depuradora, lo indicado es utilizar termómetros de resistencia
que además tienen la ventaja de que no precisan compensación por
variación de la temperatura ambiente, y de que no necesitan cable de
compensación para su unión al elemento indicador.
El elemento de salida, al que normalmente se le llama sonda termométrica
consiste genéricamente en hilos de platino bobinados sobre vidrio, que se
instalan dentro de una funda metálica de la que salen bornas de conexión
Los instrumentos secundarios suelen basar su funcionamiento en un
circuito del puente de Wheastone, bien sea por desviación o bien por
equilibrio.
7.5.6. MEDIDAS DE PRESIÓN
En general se realizan pocas medidas de presiones en una depuradora.
Algunos puntos donde se realizan son: En las cúpulas de los digestores, en
gasómetros, en filtros utilizados en tratamientos terciarios y pare medir la
pérdida de carga en rejillas
Más frecuente es la medida de presiones antes y después de los filtros, con
objeto de conocer su pérdida de carga y por tanto el grado de colmatación
del filtro a efectos de prever el momento de su lavado.
En estos casos lo que suele hacerse es medir la presión diferencial, entre la
parte baja del agua del filtro justo encima de la capa de arena y la que tiene
el agua después de haber pasado dicha capa de arena, con una DP Cell que
al alcanzar un máximo de medida pone en marcha el proceso de lavado de
los filtros Este proceso, entrada de aire y agua a contracorriente, es
regulado normalmente con temporizadores.
En el caso de filtros abiertos de nivel constante la instalación en esencia
consiste en:
- Una DP Cell que mide el nivel del agua en el filtro (presión
diferencial entre parte baja del agua en el filtro y atmósfera) que envía su
señal a:
- Un controlador, cuyo punto de consigna es el nivel deseado. La señal
de salida 3-15 psi de este controlador va a:
- Una válvula automática que regula la salida del agua filtrada.
- Un manómetro con alarma situado en la línea de señal neumática que une
el controlador y a válvula
A medida que el filtro se va colmatando el nivel del agua en el mismo
tiende a subir y al ocurrir esto la señal de salida del controlador aumenta
para que se abra más a válvula automática de la tubería de salida del agua
filtrada.
Cuando la señal de salida del controlador ha alcanzado el límite máximo
prefijado, correspondiente al grado de colmatación máximo admisible, el
manómetro colocado en la línea controlador-válvula activa su alarma y
pone en marcha el proceso de lavado del filtro
Por lo que respecta a medidores de presión existe una gran variedad de
sistemas con sus correspondientes modelos diferentes según el fabricante
De los sistemas mecánicos de medida de presión, pueden utilizarse los
basados en el tubo Bourdon, que consiste en un tubo de forma semicircular
cerrado por un extremo.
Cuando se introduce un fluido en este tubo por su extremo abierto, dicho
tubo tiende a enderezarse, tanto más cuanto mayor sea la presión. El
movimiento de este tubo es el que se utiliza para que con mecanismos más
o menos complicados poder indicar, registrar o controlar la presión.
En general los tubos Bourdon se utilizan para medir presiones medias y
altas. En el caso de presiones bajas, utilizan otros elementos de
deformación elástica mecánica tales como fuelles y cápsulas.
Un problema muy frecuente en las medidas de presión es la corrosión o el
ataque. por parte de los fluidos cuya presión se desea medir, a los
instrumentos de medida de presión.
las soluciones a estos problemas son: la instalación de diafragmas
separadores que llevan un capilar lleno de líquido que sirve como vehículo
de transmisión y las purgas de aire o agua que descargan sobre el líquido
cuya presión se desea medir a la misma presión que tiene dicho líquido
7.5.7. MEDIDAS DE NIVEL
La más corriente se hace mediante flotadores unidos al aparato medidor por
cables, transformando el movimiento y por tanto la posición del flotador y
del cable en indicación o registro o control de nivel.
A veces estos flotadores no están siempre en la superficie del líquido sino
que están más o menos sumergidos y en ase caso se aprovecha la variación
de las fuerzas de flotación que actúan sobre él para tener una medida del
nivel, aún cuando estos últimos tienen menos aplicación ya que solo suelen
utilizarse en depósitos cerrados y cuando las variaciones de nivel son
pequeñas.
Otro sistema es el llamado “de burbujeo” que consiste en insuflar aire a
través de un tubo que llega hasta el fondo del depósito cuyo nivel se quiere
medir, de forma que el aire burbujee a través del líquido saliendo por la
parte inferior del tubo. En este caso, la presión del aire en el tubo será igual
al peso de la columna de líquido que hay en el depósito y por tanto
proporcional al nivel del líquido en todo momento.
Una medida de nivel por burbujeo es hecha por medio de un medidor de
presión o lo que es más frecuente por medio de una DP Cell, que compara
la presión del tubo con la atmosférica permitiendo indicar, registrar o
controlar el nivel del líquido en el depósito.
El control de este nivel, se hace por medio de un controlador (idéntico al
descrto en el caso de la dosificación de coro proporcionalmente al cloro
libre) al que se le fija como punto de consigna, el nivel deseado. La señal
de salida del controlador actúa sobre válvulas automáticas situadas en las
tuberías de entrada o salida del depósito.
Por supuesto que tanto flotadores, como tubos como cualquier elemento
medidor que haya de ponerse en contacto cor el líquido deben estar
construidos en material no atacable por dicho líquido.
Por último otra medición de nivel en depósitos puede hacerse acoplando
directamente una DP Cell a la pared del depósito cerca del fondo del
mismo. Dicha DP Cell recibirá por un lado la presión atmosférica y por el
otro también la presión atmosférica más el peso de la columna de líquido
que haya en cada momento.
Este sistema es también adaptable a la medida de niveles en depósitos a
presión conectando la DP Cell, por un lado cerca del tondo del depósito y
por el otro dentro del mismo depósito, pero por encima del nivel máximo.
Por último y a efectos de regulación más omeros grosera de niveles en los
dpósitos debemos citar las sondas o interruptores de nivel.
Estas sondas están basadas en el principio de capacidad eléctrica, y su
salida es un contacto abierto-cerrado que pone en marcha o para, las
bombas que alimentan o vacían de agua el depósito cuando el nivel del
agua en el mismo alcanza la altura en donde está situada la sonda.
Este es un procedimiento barato de regulaciones de nivel que en general no
tiene más aplicación que evitar que el depósito se vacíe del todo o se llene
excesivamente.
7.5.8. TRANSMISIÓN A DISTANCIA
En cualquier planta industrial y por tanto en las depuradoras. la tendencia
actual es la de centralizar todos los datos obtenidos de forma que el
responsable de la planta tenga a su disposición en un solo panel y en
cualquier momento, conocimiento de las variaciones que van sufriendo los
distintos parámetros que se han de medir o conocer en dicha planta. Otra
aplicación es cuando se quieren gestionar varias depuradoras desde un
punto central.
Esto tiene como consecuencia que todas las medidas (o al menos las más
importantes) deben ser transmitidas hasta el panel central, y por otra parte,
que aquellas acciones demando o corrección, puedan también llevarse a
efecto desde dicho panel.
Ya se ha indicado que el tipo de señal a utilizar, para conectar los
instrumentos de panel con los instrumentos de campo, puede ser neumática
o electrónica.
Existen partidarios de uno u otro sistema, si bien la tendencia actual se
dirige hacia la utilización de instrumentación electrónica.
Cada uno de los sistemas tiene sus ventajas sobre el otro, siendo las
principales:
- La instrumentación neumática es más barata de coste y más fácil de
entender por el personal no especialista.
- La electrónica es más barata de instalar (cables en lugar de tuberías)
puede enviar sus señales a mayor distancia y el entretenimiento suele ser
más rápido e incluso más barato. A veces basta con cambiar un circuito
impreso que normalmente siempre tiene el fabricante en stock.
7.5.9. MEDIDORES
Puede señalarse que existen otros instrumentos, utilizados en el control de
una planta. entre los cuales pueden hacerse dos grandes grupos:
Válvulas de control
Son válvulas motorizadas, fabricadas de forma que puedan recibir señales
moduladas y posicionarse de acuerdo con el valor de la señal recibida.
Aun cuando existen válvulas capaces de recibir la señal estándar eléctrica
4-20 mA, las más utilizadas para regulaciones de caudal son las provistas
de servomotores neumáticos, capaces de recibir la señal 3-15 psi, y
posicionarse de acuerdo con la señal recibida en cada momento.
Instrumentos analizadores
Además de los ya citados medidores de pH, Cl2 libre o residual en el agua,
existe una gran cantidad de instrumentos analizadores capaces de medir en
todo momento:
- Potencial redox
- Oxígeno disuelto
- Turbiedad
- Conductividad
- Dureza
- Sílice
- DQO
Dentro de este capítulo de instrumentos de análisis existe un grupo que
únicamente se utiliza para detectar la presencia de determinados productos
en el aire a efectos de alarmas. De éstos, el más importante por más
utilizado es el detector de cloro en a atmósfera.
7.6. INSTRUMENTACIÓN EN DEPURADORAS
Como tipo para ver la instrumentación de una depuradora, pueden
considerarse los elementos siguientes:
- Rejillas de desbaste.
- Desarenador.
- Tanque para la recogida de espumas y grasas.
- Posible pozo de aspiración de bombas.
- Decantador primario.
- Tanque de aireación. En dos variantes: aireación por difusores o por
turbinas.
- Decantador secundario.
- Tratamiento con cloro.
- Agua tratada.
- Tratamiento de fangos.
La instrumentación descrita a continuación podría considerarse como una
instrumentación normal ya que dicha instrumentación podría ser mucho
más complicada o sencilla según los deseos del proyectista de la planta.
7.6.1. REJILLAS DE DESBASTE
7.6.1.1. Medición de caudal
Antes de la llegada del agua a las rejillas de desbaste se coloca una
medición de caudal que normalmente se realiza en un parshall o con un
medidor magnético. Se instalarán medidores de pH y de OD.
Del medidor primario, es enviada la señal a:
- Un indicador totalizador.
- Un indicador registrador.
- Los dosificadores de reactivos en el caso de dosificación automática.
7.6.1.2. Rejillas
En las rejillas se mide la pérdida de carga que producen, la cual será
función del grado de colmatación de las mismas.
Para ello se mide el nivel del agua antes y después de la rejilla (un buen
sistema puede ser el burbujeo). las medidas de estos niveles se hacen legar
a una DP Cell cual envía una señal, que será función dele diferencia de
nivel a:
- Un indicador de diferencia de niveles (pérdida de carga).
- Una alarma que se accionará cuando la diferencia de niveles sea la
máxima admitida.
7.6.2. DESARENADOR
En el desarenador el único control que suele llevare es el de luces de parada
o marcha de la cinta de fondo del desarenador y del tornillo sin fin que saca
la arena.
7.6.3. TANQUE DE GRASAS Y ESPUMAS
En este tanque se lleva el control sobre el nivel del líquido en el mismo,
medido generalmente por burbujeo. Consiste en un transmisor y dos
alarmas, una por bajo nivel y otra por alto nivel.
Para los agitadores hay que prever un interruptor y una luz para
conocimiento de si están en marcha o parados.
7.6.4. POZO DE ASPIRACIÓN DE BOMBAS
En este pozo el control más importante a realizar es e nivel del agua dentro
de! mismo.
La medida de nivel puede hacerse por burbujeo y mediante un transmisor
DP Cell, enviar la señal a:
- Un indicador registrador.
- Un controlador.
- Tres alarmas:
- Una por nivel alto.
- Una por nivel bao.
- Una doble por nivel bajo. (Mínimo admisible)
Del controlador sale una señal a un divisor o restador de señales, siendo la
salida del mismo la que a través de un contacto para o pone en marcha la
bomba.
Sin embargo al restador de señales antes citado llega también la salida de la
doble alarma por bajo nivel, de tal forma que si se alcanzase este bajo
nivel, la bomba no podría ponerse en marcha aunque se lo ordenase el
controlador.
7.6.5. DECANTADOR PRIMARIO
En este decantador no suele haber más controles que:
- Un interruptor de parada y puesta en marcha de las paletas.
- Una luz para indicación de parada y puesta en marcha de las paletas.
- Un control manual de regulación de la velocidad de las paletas
7.6.6. TANQUES DE AIREACIÓN
7.6.6.1. Medición del caudal
Después de la eliminación de lodos, espumas, aceites, etc. es conveniente
medir el caudal que llega a los tanques de aireación, siendo de interés el
regular los caudales que llegan a cada tanque.
Para ello se ponen normalmente medidores de caudal magnéticos que a
través de un transmisor envían la señal de caudal a un controlador. Éste
comparando la señal recibida con el punto de consigna que se le haya fijado
abrirá o cerrará una válvula de control con objeto de mantener dicho
caudal.
7.5.5.2. Control según difusores o turbinas
El control dentro de las cámaras de aireación es distinto según que ésta se
lleve a efecto añadiendo el aire necesario a través de difusores colocados en
el fondo o por medio de turbinas puestas en la superficie.
Aire añadido a través de difusores
Existen dos lazos:
1) Uno de medición de caudales de aire consistente en: Un Venturi o placa
de orificio, un transmisor, un extractor de raíz cuadrada, un indicador-
registrador y un totalizador.
Del extractor de raíz cuadrada va la señal también a un controlador que
regula la apertura de una válvula instalada en la tubería del aire. Este
controlador tiene como punto de consigna una señal procedente del lazo de
análisis de oxígeno disuelto, de tal manera que si el oxígeno disuelto en el
agua baja, da ordena la válvula del aire de abrir más o viceversa.
2) Otro de medición de oxígeno disuelto consiste en:
- Un analizador.
- Un transmisor.
- Un indicador-registrador de O2 disuelto.
- Dos alarmas: una por baja concentración de O2 u otra por alta
- Un controlador que compara la señal del analizador con el punto de
consigna que se le haya fijado, de acuerdo con la concentración de O2
deseada.
La señal de salida de este controlador sirve como punto de consigna del
controlador antes citado del lazo de medición y regulación del caudal de
aire.
Aire añadido a través de turbinas
En el caso de la aportación de aire mediante turbinas, el control
fundamental al igual que en el caso anterior está basado en un análisis del
oxígeno disueno en cada momento consistiendo en:
- Un analizador.
- Un indicador.
- Un interruptor que está conectado a dos alarmas, una por baja y otra
por alta concentración de oxígeno disuelto en agua.
- Un interruptor que para o arranca los motores de los agitadores.
Aparte de estos cada registrador lleva un interruptor y una luz de
señalización para conocer si está andando o parado.
Concentración de MLSS en el reactor biológico
El control del MLSS puede hacerse por fotometría. El reactor biológico es
el corazón de la planta, si en algún escalón de la depuradora procede
automatizar, sin duda es en el reactor biológico, donde cualquier
subjetivismo debe evitarse.
La medición fotométrica puede pasarse a concentración de MLSS por
curvas de correlación. Esta medición actuaría sobre las bombas de
recirculación, manteniéndose así constante la concentración de MLSS en el
reactor.
La medición de OD actuara sobre las soplantes o aireadores para mantener
la concentración de OD entre 0,2y 20 ppm en los reactores biológicos.
7.6.7. DECANTADOR SECUNDARIO
En este decantador, al igual que en el primario, no hay más control que la
señalización de parada o marcha y los interruptores de las barredoras.
Pero deben añadirse otros controles que informen y actúen sobre la
recirculación de fangos a los tanques de aireación Si se dispone un depósito
donde almacenar los fangos, debemos instalar indicadores de nivel mínimo
y nivel máximo.
Para las distintas bombas de recirculación y de extracción de fangos, se
dispondrán luces indicadoras del estado de funcionamiento así como
interruptores, y temporizadores para las bombas de recirculación.
7.6.8 TRATAMIENTO CON CLORO
Con lo citado en el apartado de dosificadores, se puede entender la
regulación de la dosificación de cloro a la salida del agua de la planta.
El tiempo de contacto entre el agua y el cloro debo ser de media hora, es
decir, que la cámara de contacto tendrá las dimensiones necesarias para que
transcurra medie hora entre la adición del cloro al aguay el vertido al cauce
receptor. La toma demuestra para analizar el cloro que queda libre en la
misma se efectúa 5 minutos después de la dosificación.
Los aparatos necesarios, sin contar con los doradores son:
- Un analizador.
- Un transmisor.
- Un indicador-registrador.
- Unas alarmas por alto y bajo contenido en Cl2.
- Un controlador, que envía su seña de salida a los cloradores.
7.6.9. CONTROL DE AGUA TRATADA
En general al agua de salida de la planta se le hacen:
- Una medida de caudal, generalmente con un magnético o un parshall,
con indicación registro y totalización.
- Una medida de oxígeno disuelto con indicación y registro.
- Una medida de pH con indicación y registro.
7.6.10. TRATAMIENTO DE LODOS
La instrumentación del tratamiento de lodos, antes de la llegada de los
mismos al digestor no vale la pena describirla ya que tanto si se trata de
espesadores, de filtros de vacío o de cualquier otro sistema en general no se
necesitan más que luces piloto de puesta en marcha y parada de los
elementos móviles, por lo que se pasa directamente al control en el digestor
anaeróbico.
La instrumentación necesaria en este digestor deberá medir y controlar:
- Caudal de lodos que llega.
- Caudal, presión y análisis del metano que se desprende.
- Nivel dentro del digestor.
- Temperatura del digestor.
- Caudal de lodos digeridos.
- pH
7.6.10.1. Caudal de lodos de llegada
Se mide con:
- Un medidor magnético.
- Un transmisor.
- Un indicador-registrador.
- Un totalizador.
7.6.10.2. Metano desprendido
El caudal se mide por:
- Placa de orificio.
- Un transmisor de presión diferencial.
- Un indicador-totalizador
- La calidad se mide por:
- Un analizador.
- Un transmisor.
- Un indicador-registrador.
- La presión se mide por:
- Un elemento sensible a la presión.
- Un transmisor.
- Un indicador-registrador
7.6.10.3. Nivel dentro del digestor
Normalmente no hay regulación de nivel automática limitándose e control
a un transmisor y un indicador-registrador,
1.6.10.4. Temperatura en el digestor
Es una de las medidas más importantes a realizar y uno de los controles
más necesarios en el digestor.
Generalmente debe haber varios puntos de toma de temperatura y el control
se realiza con los siguientes instrumentos:
- Elemento sensible ala temperatura.
- Transmisor.
- Indicador-registrador.
- Indicador controlador que con su señal de salida regula la válvula
automática situada en la tubería de agua caliente que llega al cambiador de
calor.
- Válvula automática situada en la llegada del agua caliente al cambiador
de calor.
Aparte de esto, suelen colocarse indicadores para conocer la temperatura
en:
- Llegada del agua caliente al cambiador de calor.
- Salida del agua caliente del cambiador de calor.
- A veces en la llegada de lodos al cambiador de calor.
7.6.10.5. Caudal de lodos digeridos
A la salida de los lodos digeridos se suele medir el caudal de los mismos
mediante:
- Medidor magnético.
- Un indicador-registrador.
- Totalizador.
