Prototipo de una Planta de Tratamiento de Aguas Residuales

CAPITULO I: INTRODUCINLas aguas residuales son aquellas que ya han sido usadas. En ellas se encuentran suspendidas ciertas sustancias procedentes del propio uso que se ha hecho del agua limpia. Tratar las aguas residuales es una forma muy importante de cuidar nuestro medio ambiente. Existen muchas razones por las que ello es una prioridad importante: 1. Cuidar el hbitat de las especies. 2. Calidad de vida y actividades recreativas. 3. La salud. Dentro del ciclo de aprovechamiento del agua en viviendas y fabricas, el control de la calidad de las aguas impone, sobre las comunidades organizadas, la obligacin de buscar aguas naturales de calidad adecuada. Dentro del ciclo de evacuacin, obliga a las ciudades, pueblos e industrias a retornar a la fuente de suministro comn, los afluentes de aguas usadas y aguas residuales de calidad aceptable. El control de la calidad de las aguas, como parte de la administracin de los recursos hidrulicos necesita un apoyo publico y tecnolgico que normalmente se obtiene solo en una sociedad bien disciplinada e industrialmente madura. En coordinacin con el control de la calidad, adems, debe existir una informacin adecuada sobre la naturaleza y capacidad de las fuentes naturales de agua -su hidrologa y geologa, y algo que es aun de mayor importancia, su calidad fsica, qumica y biolgica. EL CICLO DEL AGUA. El ciclo hidrolgico se define como la secuencia de fenmenos por medio de los cuales el agua pasa de la superficie terrestre, en la fase de vapor, a la atmsfera y regresa en sus fases lquida y slida. La transferencia de agua desde la superficie de la Tierra hacia la atmsfera, en forma de vapor de agua, se debe a la evaporacin directa, a la transpiracin por las plantas y animales y por sublimacin (paso directo del agua slida a vapor de agua).

La problemtica que existe hoy en da en relacin a la correcta utilizacin del agua, que , de no encontrar alternativas para la solucin de este problema, no nicamente ser algo de lo cual esta generacin se tendr que preocupar, sino que ser algo a heredar a las generaciones venideras . "Un ro", segn lo expresa el magistrado Oliver Wendel Holmes -y a esto puede agregarse, en realidad, un lago, un manantial, o un pozo- "es, mas que una amenidad, un tesoro".

CAPITULO IIPLANTAS DE TRATAMIENETO DE AGUAS RESIDUALESPLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES. Es la instalacin donde se reciben las aguas residuales generadas por las actividades diarias de la ciudad (comercial, domstica, industrial y de servicios) para que stas sean tratadas como proteccin de la salud y el medio ambiente y puedan rehusarse en actividades y/o en servicios que no requieran calidad de agua potable. El origen de las aguas residuales proviene de las siguientes fuentes: - Domstico - Lluvias - Comercial - Industrial Como protegen el agua las plantas de tratamiento. 1. Remueven los slidos. 2. Reducen la Materia Orgnica y los Contaminantes. 3. Restauran el Oxgeno. Quienes operan y trabajan en una planta tratadora. - Gerente. - Laboratorio. - Mantenimiento. - Operadores. COMO OPERA UNA PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES. Generalmente, el tratamiento de aguas residuales requiere de tres pasos: Tratamiento primario. Las aguas residuales que entran en una depuradora contienen materiales que podran atascar o daar las bombas y la maquinaria. Estos materiales se eliminan por medio de enrejados o barras verticales, y se queman o se entierran tras ser recogidos manual o mecnicamente. El agua residual pasa a continuacin a travs de una trituradora, donde las hojas y otros materiales orgnicos son triturados para facilitar su posterior procesamiento y eliminacin. Tratamiento secundario. Una vez eliminados de un 40 a un 60% de los slidos en suspensin y reducida de un 20 a un 40% la DBO5 por medios fsicos en el tratamiento primario, el tratamiento secundario reduce la cantidad de materia orgnica en el agua. Por lo general, los procesos microbianos empleados son aerbicos, es decir, los microorganismos actan en presencia de oxgeno disuelto. Tratamiento terciario. Si el agua que ha de recibir el vertido requiere un grado de tratamiento mayor que el que puede aportar el proceso secundario, o si el afluente va a reutilizarse, es necesario un tratamiento avanzado de las aguas residuales. El tratamiento terciario, o de tercera fase, suele emplearse para eliminar el fsforo, podra incluir pasos adicionales para mejorar la calidad del afluente eliminando los contaminantes recalcitrantes. Hay procesos que permiten eliminar ms de un 99% de los slidos en suspensin y reducir la DBO5

en similar medida. Los slidos disueltos se reducen por medio de procesos como la smosis inversa y la electrodilisis. CUALES SON LOS RETOS DE UNA PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES. - NUTRIENTES: Transformar los nutrientes dainos en sustancias menos nocivas. - QUIMICOS TOXICOS: Eliminar los qumicos txicos provenientes de la industria. - FILTRACION DE AGUA. - CAMBIOS EN EL FLUJO DE AGUA. Clases de reactores. 1) reactor de flujo intermitente, llamado reactor batch o de cochada; 2) reactor de flujo de pistn, conocido como reactor de flujo tubular; 3) reactor de mezcla completa, conocido como reactor de tanque agitado con flujo continuo; 4) reactores de mezcla completa conectados en serie; 5) reactor de lecho empacado; 6) reactor de lecho fluidizado; 7) reactor de manto de lodos con flujo ascendente. CONSIDERACIONES PARA EL DISEO DE UNA PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES. Los pasos involucrados en el proceso de anlisis y diseo de plantas de tratamiento bien sean grandes o pequeas son: 1) estudios de caracterizacin y conduccin del caudal de las aguas residuales a tratar, 2) eleccin preliminar de procesos, 3) realizacin de estudios a nivel laboratorio y planta piloto, 4) elaboracin de alternativas de diagramas de flujo de tratamiento, 5) definicin de los criterios de diseo, 6) distribucin fsica de los elementos de la planta de tratamiento, 7) preparacin de perfiles hidrulicos, 8) elaboracin del balance de slidos, 9) realizacin de planos de construccin, especificaciones y documentos para licitacin y 10) estimacin de costos de ingeniera.

CAPITULO IIIMEDICIONES DE NIVEL,

FLUJO Y pHDEFINICIN DE pH. El agua y las soluciones acuosas, se pueden considerar consistentes de partculas cargadas (iones) y partculas no cargadas (molculas). Los iones pueden ser positivos o negativos. En cualquier caso, es sabido que las cargas positivas y negativas deben estar en igual cantidad, de modo que la solucin no presente carga neta. Un cido es una sustancia que cuando se coloca en agua pura incrementa la concentracin de iones hidronio +H; una base es una sustancia que incrementara la concentracin de iones -OH, en el agua. Un cido se define como una sustancia que cede protones y una base como una sustancia que acepta protones. Si una solucin de agua pura se disocia en hidrgeno ionizado ( protones H+ ) e hidroxilos ( OH- ), se podr observar que el hidrgeno varia normalmente en concentraciones que van desde 1,0 molar hasta 10 molar. Naturalmente, es mas fcil referirse al logaritmo base diez de tales concentraciones, generando as la escala "pH" pH, trmino que indica la concentracin de iones hidrgeno en una disolucin. Se trata de una medida de la acidez de la disolucin. El trmino (del francs pouvoir hydrogne, 'poder del hidrgeno') se define como el logaritmo de la concentracin de iones H+ (protones) cambiado de signo: pH = -log [H+], donde [H+] es la concentracin de iones H+ en moles por litro. Debido a que los iones H+ se asocian con las molculas de agua para formar iones hidronio, (H3O+), el pH tambin se expresa a menudo en trminos de concentracin de iones hidronio. POTENCAL HIDRULICO. En realidad, el agua se mueve en los puntos en los que tiene mas energa hacia aquellos en los que tiene menor energa. Esa energa se denomina potencial hidrulico y se aprecia que queda reflejada precisamente por la altura de la columna de agua en ese punto. La energa total de una unidad de volumen de agua ser la suma de la energa potencial (debida a su posicin en el espacio), la energa cintica (debida a su velocidad), la energa de presin (como la energa que almacena un muelle cuando esta comprimido). Considerese un volumen unidad de agua de densidad d en un punto de espacio situado a una altura z respecto de un nivel de referencia (figura 3.2). Sobre ese volumen existe una columna de agua de altura w.

Energa potencial = masa * gravedad * altura =d*g*z La presin que soporta ese volumen unitario seria el peso de la columna de agua dividido por la superficie. Peso = masa*g = volumend*g = baso * altura*d*g = 1*w*d*g Energa de presin = (Peso/Superficie)= (w*d*g)/1 Energa total por unidad de volumen = d*g*z+w*d*g Dividiendo por la densidad (d), quedara la energa total por unidad de masa: Energa total por unidad de masa = g*z+w*g = (z+w)*g = h*g = h*g La energa total por unidad de masa se denomina potencial hidrulico, y es igual a la altura de la columna de agua (respecto del nivel de referencia considerado) multiplicada por la aceleracin de la gravedad. Como g es prcticamente constante, h refleja exactamente el potencial hidrulico . MEDIDOR DE FLUJO. Los medidores de presin diferencial se utilizan ampliamente en aplicaciones y laboratorios industriales por su sencillez, confiabilidad, robustez y bajo costo. Su funcionamiento se basa en el principio de que, cuando hay una obstruccin en un ducto o tubo, aparece un diferencial de presin a travs de la obstruccin. Esta cada de presin se correlaciona con la descarga mediante una calibracin, y despus se utiliza la curva de presin-descarga para determinar la descarga leyendo la presin diferencial. La figura 3.5 representa un medidor de placa de orificio delgada, se considera como un medidor de presin diferencial representativo. Considerese que hay un flujo estable en un ducto circular que se topa con el orificio restrictor cuya rea es A0, y sale como un chorro corriente abajo. . Despus de la restriccin, las lneas de corriente convergen para formar un rea de flujo mnimo Ac, denominada vena contracta. Se colocan derivaciones de presin en dos posiciones: corriente arriba de la restriccin en la regin de flujo no perturbado (punto 1) y corriente abajo en algn punto cercano a la vena contracta (punto 2).

CAPITULO IVAUTOMATIZACIN DE UNA PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALDESEn la actualidad las plantas de tratamiento de aguas residuales demandan una automatizacin total del proceso, es decir, muestrear en un determinado intervalo de tiempo las variables que intervienen en el sistema; para determinar tiempos y movimientos a ejecutar para un funcionamiento ptimo de la planta. Para llevar a cabo dichos tiempos y movimientos es necesario implementar sensores, actuadores, dispositivos de control, circuitos de potencia, etc. Estos mismos se requieren para la automatizacin de un proceso tan delicado como el tratamiento de aguas residuales, ya que estas pueden ser reutilizadas para uso agrcola o industrial. En la figura 4.1 se observa el diagrama de flujo de una planta de tratamiento a gran escala, en este prototipo nicamente se consideran para la automatizacin cuatro etapas: 4.2 Estacin de bombeo. 4.3 Tanque de igualacin y neutralizacin. 4.4 Reactor de bacterias. 4.5 Clorinador Se anexan dos etapas mas, trampa de grasas y lampara de rayos UV, aunque nicamente se tratan de forma ilustrativa en esta propuesta, pero en un diseo a mayor escala estas etapas se tienen que considerar. TRAMPA DE GRASAS:

ESTACION DE BOMBEO:

TANQUE DE IGUALACION Y NEUTRALIZACION:

REACTOR DE BACTERIAS:

CLORINADOR:

LAMPARA DE RAYOS UV:

Una vez explicado el proceso de automatizacin de cada una de las etapas de la planta de tratamiento, se discretizan las seales de los transductores que intervienen en dichas etapas. Un mtodo muy utilizado para discretizar las seales es, emplear un convertidor anlogo-digital (ADC), una ves digitalizadas estas seales son procesadas por una tarjeta de adquisicin de datos a una computadora, la cual se encarga de representar grficamente las seales. La computadora puede ser conectada a un dispositivo de control (PLD, microcontrolador, PLC, etc.). En esta propuesta la computadora se utiliza como un elemento grfico en la interpretacin de las variables.

AUTOMATIZACIN DE LA PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES POR MEDIO DE UNA LGICA PROGRAMABLE.La lgica programable, como el nombre implica, es una familia de componentes que contienen conjuntos de elementos lgicos (AND, OR, NOT, LATCH, FLIP-FLOP) que pueden configurarse en cualquier funcin lgica que el usuario desee y que el componente soporte. Hay varias clases de dispositivos lgicos programables: ASICs, FPGAs, PLAs, PROMs, PALs, GALs, y PLDs complejos. Para nuestro prototipo se utilizo un GAL como dispositivo de control. Para la programacin del gal se utilizo un programa llamado OPAL con el cual se introducen formulas de multiplicaciones y sumas para obtener las funciones del circuito deseadas que luego se introducen en la programacin del gal en formato .EQN A continuacion se muestra el programa del GAL, para nuestro prototipo: Donde: ;Control de La planta de Tratamiento. A es igual a la seal de nivel bajo de la cisterna. CHIP PLC GAL16V8 1 A B D F H J L M GND 11 12 Z N K I G E 19 VCC EQUATIONS Z =Z*A+B E =Z*D G =F*Z*E I =G*H K =G*J N =N*M+L B es igual a la seal de nivel Alto de la cisterna. Z es igual a la seal de control para la bomba. D es la seal de control para la activacin del Motor. E es igual a la seal de activacin del Motor. G es igual a una seal permisiva interna. H es igual a una seal de control para dosificacin de sosa. J es igual a una seal de control para dosificacin de cido. I es igual a una seal de activacin del dosificador de sosa. K es igual una seal de activacin del dosificador de cido

CAPITULO VSISTEMAS DE POTENCIA ELECTRONICOSFUENTES DE VOLTAJE AJUSTABLES. Por qu es necesaria la regulacin del voltaje?, una fuente de alimentacin no regulada tiene dos caractersticas indeseables: al aumentar el consumo de corriente en la carga, el voltaje de dc disminuye mientras que el voltaje de rizo aumenta. Para atenuar estas desventajas se aade una seccin de regulacin de voltaje a la fuente no regulada. La fuente de alimentacin as obtenida se clasifica como fuente regulada de voltaje. Reguladores de voltaje ajustables de tres terminales positivo (LM317HV) y negativo (LM337HV). Se necesita lo siguiente: (1) voltajes regulados que sean variables para usarlos como fuentes en los laboratorios o alguna aplicacin especifica; (2) voltajes que no estn disponibles como reguladores estndares de voltaje fijo; (3) un voltaje ajustable de mucha precisin; (4) ofrecer un precio mas bajo a los usuarios que desean contar con una gran cantidad de un determinado tipo de regulador integrado para obtener varios voltajes regulados de salida. Las necesidades anteriores dieron lugar al desarrollo de las familias LM117 y LM337 de reguladores positivos y negativos ajustables de tres terminales, respectivamente. Son excelentes dispositivos que cuentan con todos los circuitos de proteccin interna descritos al hablar acerca en los temas anteriores. Caractersticas del LM 317HVK El LM 317HVK proporcionara una salida de corriente regula hasta de 1.5 A, siempre que haya disipacin de potencia de mas de 15 W. (encapsulado TO-3) Esto significa que debe estar aislado elctricamente de un gran disipador de calor, como el chasis de metal de la fuente de alimentacin, normalmente atornillado a este. El LM 317 requiere de una cada de voltaje mnima a travs de sus terminales de entrada y salida, ya que de lo contrario deja de regular. Por lo tanto, el limite superior Vo es de 3 V por abajo del voltaje mnimo de entrada de la fuente no regulada. Temas Extras Sobre Los Reguladores de Voltaje.

EL OPTOACOPLADOR. Un optoacoplador es un componente formado por la unin de un diodo LED y un fototransistor acoplados a travs de un medio conductor de luz. Todos estos elementos se encuentran dentro de un encapsulado que por lo general es del tipo DIP, que se explicara mas adelante. Cuanta mayor intensidad atraviesa el fotodiodo, mayor ser la cantidad de fotones emitidos y, por tanto, mayor ser la corriente que recorra el fototransistor. Se trata de una manera de transmitir una seal de un circuito elctrico a otro. Obsrvese que no existe comunicacin elctrica entre los dos circuitos, es decir existe un trasiego de informacin pero no existe una conexin elctrica: la conexin es ptica.

Esquema de un optoacoplador

Esquema constructivo de un optoacoplador

Funcionamiento del optoacoplador. La seal de entrada es aplicada al fotoemisor y la salida es tomada del fotoreceptor. Los optoacopladores son capaces de convertir una seal elctrica en una seal luminosa modulada y volver a convertirla en una seal elctrica. La gran ventaja de un optoacoplador reside en el aislamiento elctrico que puede establecerse entre los circuitos de entrada y salida.Los fotoemisores que se emplean en los optoacopladores de potencia son diodos que emiten rayos Diagrama infrarrojos (IRED) y los fotoreceptores pueden ser tiristores o transistores. Cuando aparece una tensin sobre los terminales del diodo IRED, este emite un esquemtico de un optoacoplador. haz de rayos infrarrojo que transmite a travs de una pequea guia-ondas de plstico o cristal hacia el fotoreceptor. La energa luminosa que incide sobre el fotoreceptor hace que este genere una tensin elctrica a su salida. Este responde a las seales de entrada, que podran ser pulsos de tensin. Temas Extras Sobre Los Reguladores de Voltaje.

Teora y Operacin de los Triacs. Un triac es un dispositivo de tres terminales utilizado para controlar el valor promedio de la corriente que fluye por una carga. Un triac es diferente de un SCR en que puede conducir corriente en una cualquiera de las dos direcciones cuando es llevado a CONDUCCION. Cuando el triac es BLOQUEADO, no puede fluir corriente entre sus terminales principales independiente de la polaridad de la fuente externa aplicada. Por tanto, el triac acta como un interruptor abierto. Cuando el triac es llevado a CONDUCCION, presenta una resistencia muy baja al paso de la corriente en el camino de una terminal principal a la otra, donde el sentido del flujo depende de la polaridad de la fuente externa aplicada. Cuando el voltaje es ms positivo en MT2, la corriente fluye de MT2 a MT1. Cuando el voltaje es mas positivo en MT1, la corriente fluye de MT1 a MT2. En cualquier caso el triac acta como un interruptor cerrado

Temas Extras Sobre Los Tiristores