En esta guía: 1. Demanda de oxígeno · 2. Condiciones estándar · 3. Caudal de aire · 4. Cantidad de difusores · 5. Soplador · Disco o tubo
La aireación consume entre la mitad y dos tercios de la energía de una planta de lodos activados. Por eso, dimensionar bien los difusores no es un detalle: un sistema subdimensionado no alcanza el oxígeno disuelto necesario, y uno sobredimensionado desperdicia energía del soplador durante toda la vida útil de la planta. Este es el método, en cinco pasos.
1. Calcular la demanda de oxígeno real (AOR)
La demanda real de oxígeno (AOR, actual oxygen requirement) es el oxígeno que la biomasa consume en condiciones de proceso. Depende de la carga orgánica que se remueve (DBO o DQO) y, si hay nitrificación, del nitrógeno amoniacal que se oxida: cada kilo de N-NH₄ nitrificado demanda unos 4,57 kg de O₂. Se expresa en kg O₂/día y debe calcularse para la carga máxima, no solo la media.
2. Pasar a condiciones estándar (SOR)
Los fabricantes informan el rendimiento de los difusores en agua limpia, a 20 °C y a nivel del mar. Para comparar, la AOR se convierte en demanda estándar (SOR) corrigiendo por:
- Factor alfa (α): cuánto reduce el agua residual la transferencia respecto del agua limpia. En burbuja fina es sensiblemente menor que 1, y baja con grasas y tensioactivos.
- Temperatura del líquido.
- Altitud de la planta: a mayor altura, menor presión atmosférica y menor saturación de oxígeno.
- Oxígeno disuelto de operación: normalmente 2 mg/L en el reactor.
En burbuja fina, la SOR resulta habitualmente el doble de la AOR, o algo más.
3. Calcular el caudal de aire
Con la SOR y la eficiencia de transferencia del difusor se obtiene el caudal de aire:
Caudal de aire (Nm³/h) = SOR (g O₂/h) ÷ (SSOTE × sumergencia)
Donde SSOTE es la transferencia específica del difusor (g O₂ por Nm³ de aire y por metro de sumergencia) y la sumergencia es la profundidad del difusor en metros. Nuestros discos y tubos difusores de burbuja fina alcanzan hasta 25 g O₂/Nm³·m. Por eso conviene tanques profundos: cada metro adicional de sumergencia aumenta el oxígeno transferido por cada metro cúbico de aire.
Ejemplo. Una planta con SOR de 1.000 kg O₂/día (41,7 kg/h) y difusores a 4,3 m de sumergencia. Con 25 g O₂/Nm³·m, cada Nm³ de aire transfiere 107,5 g de O₂. El caudal necesario es 41.700 ÷ 107,5 = 388 Nm³/h.
4. Definir la cantidad y distribución de difusores
El caudal total se divide por el caudal de diseño por difusor. Cada modelo tiene un rango recomendado: por debajo, la distribución del aire se vuelve despareja; por encima, la burbuja crece y la eficiencia cae. Trabajar en la zona baja del rango mejora la transferencia y reduce la pérdida de carga, a cambio de más difusores.
Dos controles finales:
- Mezcla mínima: el caudal de aire debe mantener los sólidos en suspensión aun con baja carga. Si la demanda de oxígeno es baja y el tanque es grande, la mezcla puede definir el caudal, no el oxígeno. En ese caso conviene evaluar agitadores sumergibles.
- Distribución: la grilla debe cubrir el fondo de forma pareja, sin zonas muertas, con los difusores nivelados para que todos reciban el mismo caudal.
5. Seleccionar el soplador
La presión de descarga del soplador es la suma de la sumergencia, la pérdida de carga del difusor y la de las tuberías, más un margen. El caudal se corrige por altitud y temperatura de aspiración, porque el soplador mueve volumen y el aire de altura es menos denso. Para caudales medios, los sopladores lobulares llegan a 360 m³/min y 315 kW. Para plantas grandes con demanda variable, los turbo blowers ofrecen mayor eficiencia energética.
Disco o tubo
Los discos se prefieren en tanques de fondo plano con grilla completa y buscan la máxima eficiencia por difusor. Los tubos instalan más superficie de membrana por conexión, lo que reduce el costo de instalación en tanques grandes. Ambos se fabrican con cuerpo de polipropileno reforzado y membrana de EPDM, silicona o poliuretano, para tuberías de 2″ a 6″.
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