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Manual TécnicoFILTRACIÓN DE ARENA

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03

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Manual Filtración Manual Filtración Manual Filtración Manual Filtración Ref.Edición controlada: 07/2002

ÍNDICE

• INTRODUCCIÓN........................................................................................1

• FILTROS DE ARENA .................................................................................8

• TIPOS DE FILTROS...................................................................................8

• SÓLIDOS PRESENTES EN EL AGUA.......................................................9

• FILTRACIÓN MONOCAPA-MULTICAPA ...................................................13

• MECANISMOS DE RETENCIÓN DE PARTÍCULAS ..................................17

• CICLO FILTRACIÓN-LAVADO...................................................................20

• DISTRIBUCIÓN PARTÍCULAS...................................................................22

• FUERZAS DESCOESIVAS ........................................................................25

• ALTURA DE LECHO FILTRANTE-PRESIÓN DE LAVADO........................26

• SELECCIÓN DE UN CABEZAL DE FILTRACIÓN......................................28

• CABEZALES DE FILTRACIÓN ARENA .....................................................31

• MODELOS FILTROS ARENA ....................................................................36

• CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS-CONDICIONES DE OPERACIÓN .........41

• VÁLVULAS DE LAVADO DE FILTROS......................................................43

• RECOMENDACIONES DE INSTALACIÓN Y PUESTA EN MARCHA........48

• COMPROBACIONES DE FUNCIONAMIENTO ..........................................49

• RECOMENDACIONES DE MANTENIMIENTO ..........................................50

• GUÍA DE PROBLEMAS..............................................................................51

Manual Filtración Manual Filtración Manual Filtración Manual Filtración Ref.Edición controlada: 07/2002 1

INTRODUCCIÓNINTRODUCCIÓNINTRODUCCIÓNINTRODUCCIÓN El agua es una sustancia fundamental para la vida y es el componente de la superficie de la tierra que más abunda. La molécula de agua está formada por dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno, adoptando una forma en “V” que le confiere un momento dipolar. Esto da lugar a la posibilidad de que se formen puentes de hidrógeno entre las moléculas. Entonces, el agua líquida es una asociación de moléculas de H2O en continuo movimiento (entrelazadas por puentes de hidrógeno). La molécula de agua es bipolar, tiene una separación de cargas debido a su asimetría, y esto le confiere una de sus principales propiedades, la capacidad de disolver compuestos.

CONJUNTO DE DOS MOLÉCULAS HCONJUNTO DE DOS MOLÉCULAS HCONJUNTO DE DOS MOLÉCULAS HCONJUNTO DE DOS MOLÉCULAS H2222O AGUA UNIDAS MEDIANTE O AGUA UNIDAS MEDIANTE O AGUA UNIDAS MEDIANTE O AGUA UNIDAS MEDIANTE UN PUENTE DE HIDRÓGENOUN PUENTE DE HIDRÓGENOUN PUENTE DE HIDRÓGENOUN PUENTE DE HIDRÓGENO

El agua se presenta en tres fases según la presión y temperatura a la que se encuentra:

• Fase sólida • Fase líquida • Fase vapor

El agua está sometida al denominado “Ciclo Hidrológico”, que consiste en una serie de cambios de fase (líquido, gas, sólido), cambios de características físicas, químicas y microbiológicas y cambios de emplazamiento físico (mares, ríos, nubes, glaciares, agua subterránea,…), cuyo efecto es la renovación periódica del agua presente en océanos, litosfera y atmósfera.

+

Hidrógeno Oxígeno

δδδδ -

δδδδ + DIAGRAMA DE FASES DEL AGUADIAGRAMA DE FASES DEL AGUADIAGRAMA DE FASES DEL AGUADIAGRAMA DE FASES DEL AGUA


En este ciclo, a las moléculas de agua se le añaden en su seno otras substancias: • Se disuelven gases de la atmósfera (CO2,

O2,…) y arrastra partículas en suspensión presentes en ella.

• Se disuelven sales de la corteza terrestre (cuarcitas, granitos, rocas evaporíticas).

• Hay arrastre de partículas orgánicas e inorgánicas.

• Se produce un crecimiento materia viva (bacterias, algas,….)

De esta manera en cualquier tipo de agua tenemos otras sustancias (impurezas) que forman parte de las características físico-químicas del agua en particular. Estas impurezas están en mayor o menor proporción según el ciclo al que se ha visto sometida el agua, por lo que su uso para un fin determinado (consumo humano, riego agrícola, aplicaciones industriales,…) conlleva un tratamiento para adecuarla a los parámetros establecidos o legislados del uso en cuestión.

Las impurezas y tratamientos para eliminarlas son múltiples. Estos tratamientos suelen ser complementarios entre sí, de manera que para adecuar un agua con múltiples impurezas, es necesario combinar diferentes tratamientos (algunas técnicas de tratamiento necesitan de otras de pretratamiento para que sean utilizables).


ESTADOESTADOESTADOESTADO TIPO DE IMPUREZATIPO DE IMPUREZATIPO DE IMPUREZATIPO DE IMPUREZA TRATAMIENTOTRATAMIENTOTRATAMIENTOTRATAMIENTO

Pretratamiento físico/químico

Intercambio iónico

Osmosis inversa DDDD SALES INORGÁNICAS DISUELTASSALES INORGÁNICAS DISUELTASSALES INORGÁNICAS DISUELTASSALES INORGÁNICAS DISUELTAS

Electrodiálisis

Floculación/sedimentación -Filtración

Ultrafiltración

Osmosis inversa DDDD MATERIA ORGÁNICA DISUELTAMATERIA ORGÁNICA DISUELTAMATERIA ORGÁNICA DISUELTAMATERIA ORGÁNICA DISUELTA

Oxidación (ozonización, cloración,…)

Floculación - filtración SSSS COLOIDES ORGANICA E INORGANICACOLOIDES ORGANICA E INORGANICACOLOIDES ORGANICA E INORGANICACOLOIDES ORGANICA E INORGANICA

Ultrafiltración

Tamizado

Sedimentación SSSS MATERIA INORGÁNICA EN MATERIA INORGÁNICA EN MATERIA INORGÁNICA EN MATERIA INORGÁNICA EN

SUSPENSIÓNSUSPENSIÓNSUSPENSIÓNSUSPENSIÓN Filtración

Sedimentación

Filtración SSSS MATERIA ORGÁNICA EN SUSPENSIÓNMATERIA ORGÁNICA EN SUSPENSIÓNMATERIA ORGÁNICA EN SUSPENSIÓNMATERIA ORGÁNICA EN SUSPENSIÓN

Tratamientos Biológicos

Desinfección BBBB MICROORGANISMOSMICROORGANISMOSMICROORGANISMOSMICROORGANISMOS

Microfiltración

Tamices

Rejas BBBB ORGANISMOS VIVOS SUPERIORESORGANISMOS VIVOS SUPERIORESORGANISMOS VIVOS SUPERIORESORGANISMOS VIVOS SUPERIORES

Filtración

Desgasificación térmica o mecánica

Carbón activo GGGG GASESGASESGASESGASES

Hidracina

D = Disuelto B = Biológico S = Suspensión G = Gases La principal técnica utilizada según se desprende de esta tabla, es la filtración física (las técnicas de membrana necesitan generalmente un tratamiento previo de filtración).

Y esto es así porque en la mayor parte de los casos el tipo de impureza que necesitamos eliminar son las partículas en suspensión.


Los sólidos presentes en el agua pueden estar en dos formas diferentes: - DisueltosDisueltosDisueltosDisueltos. (TDS total de sólidos disueltos)No

crean turbidez al agua. Son sales orgánicas o inorgánicas disueltas en el agua.

Se mide en unidades de concentración, miligramos por litro (mg/lt.) que es equivalente a ppm (partes por millón)

- En suspensión. En suspensión. En suspensión. En suspensión. Se dividen en dos clases:

• Los microsólidos. Son los que crean la mayor parte de la turbidez al agua.

Los sólidos en suspensión (TSS total de sólidos en suspensión) se miden en unidades de concentración, miligramos por litro que es equivalente a ppm (partes por millón).

La turbidez de un agua está causada por la presencia de materias diversas en suspensión, arcillas, limos, coloides orgánicos, plancton y otros organismos microscópicos. Estas partículas suelen tener desde dimensiones coloidales (10 nm – 1 micra) hasta diámetros del orden de 100 micras. No hay que confundir entonces turbidez con TSS ya que son medidas diferentes (turbidez mide la interacción luz-partículas y TSS mide el peso de esas partículas en un volumen determinado de líquido) de los sólidos (no solubles) presentes en el agua. La turbidez se mide en FTUFTUFTUFTU (Unidades de Turbidez a la Formacina) la cual es idéntica al NTUNTUNTUNTU (Unidad Nefelométrica de Turbidez). Se mide la luz dispersada por las partículas en suspensión de una muestra por la que de hace pasar un rayo luminoso. A mayor turbidez, mayor dispersión de la luz.

Hay 3 categorías partículas que crean turbidez:

o Minerales. Provienen de la erosión del

suelo y las rocas.

o Partículas orgánicas (materia orgánica, microorganismos)

o Partículas filamentosas (amiantos)

Las partículas minerales se dividen a su vez en función del tamaño en:

o Arcillas (1- 10 micras - sedimentación

de horas a días) o Limos (10 – 50 micras - sedimentación

de 10 minutos a 1 hora) o Arena fina (20 – 50 micras –

sedimentación de 10 a 60 seg.)

Tanto las arcillas como limos vienen asociados con restos orgánicos e hidróxidos de hierro, aluminio,…

• Los macrosólidos. Son sólidos de tamaños

grandes (mayores de 100 micras. Pueden ser orgánicos (materia orgánica u organismos vivos) o inorgánicos.

En los espectros de filtración siguientes se puede ver la relación que existe entre el tamaño de los sólidos y la técnica de filtración necesaria para eliminarlos del agua.


El objetivo de este manual es la filtración física de sólidos en suspensión mediante lechos filtrantes.

• FILTRACIÓN DE ARENA


FILTRACIÓN ARENA Un filtro es un dispositivo que separa una sustancia de otra. Por lo tanto la filtración es un proceso de separación física. La filtración de lecho filtrante (filtración con minerales) es un proceso de retención de partículas en el cual se separa la materia sólida del líquido como consecuencia de fenómenos diversos.

SEPARACIÓN SÓLIDO-LÍQUIDO

FLUIDO ATRATAR

FLUIDOCLARIFICADO

SOLIDORECHAZO

FILTRO

El objetivo en este proceso es recuperar el agua libre de sólidos para poderla utilizar en el proceso al que va destinada. Los sólidos rechazados son eliminados del sistema con una pequeña cantidad de agua. De esta forma obtenemos un efluente libre de sólidos y otro con gran concentración de partículas

TIPOS DE FILTROS Existen muchos tipos de filtros de arena diferentes pero se pueden dividir en dos grupos: • Filtros abiertosFiltros abiertosFiltros abiertosFiltros abiertos

Son filtros que están abiertos a la atmósfera, dentro de este grupo podemos hacer una subdivisión en:

a) Filtros lentos Trabajan a presión atmosférica y a velocidades máximas de 10 m3/día por m2 de superficie.

b) Filtros rápidos

Trabajan a presión atmosférica y a velocidades de 5 a 20 m/h.

• Filtros a presiónFiltros a presiónFiltros a presiónFiltros a presión

Son recipientes cerrados metálicos ó plásticos en cuyo interior se colocan materiales filtrantes a través de los cuales se vehicula a presión el agua bruta que queremos clarificar. En este grupo de filtros podemos hacer muchas clasificaciones diferentes, y un mismo filtro puede pertenecer a mas de un grupo diferente.

Las principales clasificaciones son:

a) Según la posición del filtro:

- Horizontales. Son cilindros cerrados a presión dispuestos en posición horizontal.

- Verticales. Son cilindros cerrados a presión dispuestos en posición vertical.

b) Según el tipo de lavado.

- Filtros lavados por agua. Son equipos en los

que para el proceso de regeneración del lecho de filtración se utiliza solo agua.

- Filtros lavados por agua y aire. Son equipos en los que en el proceso de lavado se utiliza agua y aire en diferentes secuencias del proceso.

c) Según el tipo de material filtrante.

- Filtros monocapa. Son equipos que llevan

un lecho de filtración de un material determinado (Sílice, basalto, antracita, granate,…).

- Filtros multicapa. Son equipos que incorporan varios lechos de filtración de materiales, granulometría y densidades diferentes.


En este documento sólo tratamos los filtros a presión verticales monocapa, aunque la mayoría de conceptos son aplicables a todos los filtros de lecho mineral. SÓLIDOS PRESENTES EN EL AGUA El objetivo de un filtro de arena es clarificar el agua según el uso al que van destinadas, dependiendo de las características de las partículas a eliminar y cantidad de las mismas deberemos diseñar la planta de filtración adecuada. Las partículas de un agua bruta pueden tener naturalezas muy variadas, sin ser una lista exhaustiva, las principales son:

- Arenas gruesas - Arenas finas - Limos - Materia orgánica en suspensión - Microorganismos - Organismos vivos superiores

El tipo de partículas que queremos separar del agua es el principal dato para diseñar un sistema de filtración. Si las partículas que lleva el agua tienen diferente naturaleza es obvio que tengamos que realizar una filtración en serie con diferentes técnicas, de manera que en cada paso eliminaremos parte de los sólidos que lleva el agua bruta. Podemos hacer una clasificación de estas partículas en orgánicas e inorgánicas como se puede ver en el siguiente gráfico.

ORGANICA-INORGANICA

LIMOS

Regaber 2/00 Filtración 4

ARENASFINAS

ARENASGRUESAS

MATERIAORGANICA ENSUSPENSIÓN

MICROORGANISMOS

ORGANISMOSVIVOS

SUPERIORES

Las dos características principales de las partículas son tamaño y densidad. Analizando estos parámetros podemos marcar los límites de los filtros de arena a presión. 1.1.1.1. Tamaño partícula

Los sólidos que lleva el agua presentan una granulometría variable, que puede ir desde algunos centímetros (sólidos gruesos hasta tamaños inferiores a una micra (partículas coloidales. Las partículas se pueden clasificar según su tamaño en macropartículas y micropartículas: a) macropartículasa) macropartículasa) macropartículasa) macropartículas

Un filtro de arena tiene un límite de tamaño de partícula que puede llegar al equipo, este límite está en aquel en que se obturen los pasos mas pequeños del equipo (normalmente son los pasos de las válvulas) o bien que impidan por su tamaño el cambio de posición correcto de las válvulas de tres vías. Por ello es necesario que previamente al filtro se eliminen estas macropartículas.


Básicamente, los procesos utilizados son:

- Sedimentación Donde se aprovecha la fuerza de la gravedad y

las diferencias de densidades entre el medio y las partículas suspendidas, para que se depositen en el fondo del tanque sedimentador. La velocidad de sedimentación es el parámetro necesario para dimensionar este equipo.

- Rejillas de desbaste Es un mecanismo puramente físico de

intercepción de la partícula por una malla gruesa de un paso determinado ( de unos pocos centímetros hasta un milímetro.. El tamaño de estas rejas dependerá de los sólidos que transporte el agua a filtrar.

Hay que tener en cuenta que estas macropartículas también darán problemas en el sistema de bombeo. Es necesario hacer un desbaste antes de las bombas de impulsión. b) micropartículasb) micropartículasb) micropartículasb) micropartículas Las partículas de pequeño tamaño pasarán a través de los poros formados en la arena, según el tamaño que tengan, la carga superficial de las mismas, y los parámetros de diseño del filtro. Partículas coloidales Las partículas muy pequeñas (coloidales) pueden tardar días, años ó no llegar a decantar nunca, a menos que se les ayude por medio de reactivos químicos (coagulantes y/o floculantes) que consigan agrupar las finas partículas coloidales en partículas de mayor tamaño.

Un coloide se puede definir como una partícula sólida mantenida en suspensión a causa de :

- Su tamaño extremadamente pequeño - Su gran relación superficie / volumen - Su estado de hidratación - Su carga superficial

Estas partículas coloidales son frecuentemente responsables del color, turbidez y DBO de numerosas aguas. Para separar los coloides en suspensión en una solución, es necesario desestabilizarlos mediante procesos de coagulación – floculación y posteriormente eliminarlos por filtración.

Coagulación: La función de la coagulación es la de eliminar o superar aquellos factores que promueven la estabilidad de la dispersión coloidal. (Ej. de coagulantes: sulfato de alúmina, cloruro férrico,…) Floculación: Es el proceso mediante el cual se consigue que las partículas previamente desestabilizadas entren en contacto entre sí, puedan juntarse y obtener formaciones de mayor tamaño. La principal causa de estabilización de un coloide es su carga superficial. Las partículas pequeñas de arcilla, arena o limo poseen en su superficie una carga negativa superficial. Que hace que las partículas se repelan entre sí. Estas fuerzas de repulsión evitan que las partículas se agrupen, y se mantienen en constante movimiento, tanto mas cuanto menor es su tamaño. Algunos coagulantes se dispersan en el agua produciendo iones con carga de signo contrario a la de los sólidos a coagular, neutralizándolas y permitiendo que actúen las fuerzas de atracción molecular y que las partículas se agrupen.


PARTÍCULACOLOIDAL

ELECTRONEGATIVA

++

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

++

+

+

CAPA DIFUSA

CAPA COMPACTA

PARTÍCULA COLOIDAL ESTABILIZADA. La carga superficial impideel contacto entre partículas.

_

__ _

__

_

_

Al3++ _

__ _

__

_Al3+

Al3+

Al3+

Al3+Al3+Al3+

Al3+ _Al3+

coagulante

Coloide con cargasuperficial negativa

Coloide neutralizado

COAGULACIÓN COLOIDE

FLÓCULO

SUSPENSIÓNCOLOIDAL

+ FLOCULANTE

Polímero

Los floculantes están formados por polímeros compuestos por moléculas orgánicas de alto peso molecular. Estas moléculas actúan como puentes entre las partículas formando flóculos.


Los flóculos que se forman suelen ser bastante lábiles, con lo que es necesario filtrar a bajas velocidades (<10 m/h) para una óptima retención. El proceso de coagulación – floculación depende en gran medida del pH del medio, hay un valor de pH en el que estos procesos son los más favorables, y se crea un flóculo de buen tamaño y máxima densidad, si nos desplazamos fuera del máximo de esta curva, el rendimiento es menor. La concentración de algunos polielectrolitos (floculantes) también es determinante, un exceso de producto puede desestabilizar el flóculo formado. Alguno productos químicos utilizados como coagulantes funcionan al mismo tiempo como floculantes y viceversa. La microfloculación es un proceso en el que se realiza la inyección de los productos químicos inmediatamente antes de la llegada a los filtros, los flóculos formados son de tamaño pequeño. En este tipo de tratamiento es absolutamente necesario asegurar una correcta mezcla de los productos químicos con el agua. En definitiva, el rendimiento de los coagulantes y floculantes depende de:

- Tiempo de contacto (grado de adsorción) - Agitación durante y después de la

dosificación - pH del medio. - Concentración del producto químico.

En cada caso debe hacerse un estudio de coagulación-floculación para determinar qué productos y en que condiciones deben ser aplicados (concentración, pH)

2.2.2.2. Densidad de las partículas La densidad de la arena sílice SiO2 es de unos 2,5 gr/cm3. La densidad de la antracita es de aproximadamente 1,5 gr/cm3. Aquellas partículas que lleve el agua bruta con tamaños y densidades similares al material de filtración, quedarán retenidas dentro del filtro y no se eliminarán con el contralavado. Esto significa que no podemos filtrar partículas de arena con un filtro de arena, ya que lo que estaremos haciendo es acumular la arena dentro de filtro. Con el tiempo iremos variando la granulometría del filtro de arena según el tamaño de partículas que vayan llegando. Es indispensable eliminar las partículas de elevada densidad antes de llegar al filtro, ya sea con una decantación ó con un hidrociclón. Las partículas que tienen baja densidad y además tienen facilidad en disgregarse (flóculos) deben vehiculares con el máximo cuidado evitando en lo que se pueda puntos de turbulencia excesiva. En la filtración requieren velocidades de paso bajas para evitar la rotura del flóculo . 3.3.3.3. Cantidad de partículas No existe un valor exacto de total de sólidos en suspensión máximo para el influente de un filtro de arena. A mayor cantidad de sólidos, menor es el tiempo antes de la colmatación del filtro. La cantidad de sólidos que puede aceptar un filtro de arena se puede aumentar disminuyendo la velocidad de filtración. Un valor límite a partir del cual es necesario poner decantadores o una prefiltración de desbaste puede ser 250 ppm.


FILTRACIÓN MONOCAPA - MULTICAPA La diferencia entre un filtro a presión vertical monocapa y multicapa radica en el número de minerales filtrantes que se utilizan para componer el lecho de filtración. En un filtro monocapa se utiliza un solo tipo de mineral filtrante :

- Sílice.Sílice.Sílice.Sílice. SiO2 99,5%. Densidad = 2,65 gr/cm3

- Antracita.Antracita.Antracita.Antracita. C 90%. Densidad = 1,5 gr/cm3 - Calcita.Calcita.Calcita.Calcita. CaCO3 99%. Densidad = 2,7 gr/cm3 - Granate.Granate.Granate.Granate. Hierro Aluminio Silicato R3R2(SiO4)3 R3 = Fe 2+, Mn2+ o Ca2+ R2 = Al, Fe3+, Cr3+, o Ti Densidad = 4 – 4,2 gr/cm3 - Mineral óxido manganeso.Mineral óxido manganeso.Mineral óxido manganeso.Mineral óxido manganeso. MnO2 80% Densidad = 3,5 – 4 gr/cm3 - Basalto.Basalto.Basalto.Basalto. SiO2 53% + óxidos Fe, Al, Ca, Mg.

En un filtro multicapa se combinan mas de un mineral filtrante. Esta combinación no puede ser cualquiera, los minerales tienen que tener granulometría y densidades diferentes. Las capas de mineral se deben poner (contando desde arriba) de mayor a menor granulometría y de menor a mayor densidad. O sea el mineral de mayor densidad y menor granulometría estará en el fondo del filtro, y el mineral de menor densidad y mayor granulometría estará arriba. El objetivo de esta colocación de minerales es que las partículas a retener de gran tamaño se queden en la capa filtrante superior y las de menor tamaño pasen hasta la siguiente capa de filtración donde quedan retenidas.

La diferencia de densidades es necesaria para que en el contralavado el mineral de gran tamaño y baja densidad se mantengan en la capa superior, y el mineral de pequeño tamaño y alta densidad conserve su posición en la parte inferior del filtro. Si se coloca mineral filtrante de la misma densidad y distinta granulometría colocado tal como se describe arriba, los sucesivos contralavados provocarían una inversión de posición, o sea, los granos de tamaño pequeño se colocarían en la posición superior. El tamaño de poro más pequeño lo da el mineral con granulometría más pequeña, con lo que si comparamos el tamaño de partícula retenida por un filtro monocapa y uno bicapa, que tengan en su capa inferior el mismo mineral filtrante con la misma granulometría, nos encontraremos con resultados similares. Lo que si que mejorará, será el tiempo entre contralavados. El tiempo entre lavados será mayor para un filtro bicapa que para uno monocapa.

TIPOS DE FILTROS

MONOCAPA

Sílice

Zona deExpansión

0.5 - 1

0,15-0,3

BICAPA

Sílice

Antracita

Zona deExpansión

0.5 - 0.3

0.5

0.3 - 0.5

MULTICAPA

Sílice

Antracita

Granate

Zona deExpansión

0.5

0.5

0.3

0.2


La granulometría de los minerales se puede variar en todos los filtros, pero en los de mas de una capa debe guardar una relación tamaño-densidad determinada para disminuir al máximo la interfase entre materiales, de no ser así todo el lecho queda mezclado. Si la interfase es amplia se pierde el efecto deseado. La granulometría de los minerales debe ser lo mas uniforme posible, ya que en los contralavados las partículas más pequeñas (menor peso) se colocan en la parte superior del lecho de arena.

1

Altura del lecho de arena

Tamaño grano

DIAGRAMA DE ESTRATIFICACIÓN DEL LECHO DESPUÉSDE UN CONTRALAVADO PARA FILTROS MONOCAPA,BICAPA Y TRICAPA

monocapa bicapa tricapa

interfase

Las pendientes serán tanto mas verticales cuanto mayor sea launiformidad de los minerales

Un filtro de arena monocapa se compone de un tanque metálico con una entrada y salida de agua, un lecho de arena y unas bocas de acceso al filtro (boca de llenado y boca de servicio). El filtro tiene en el interior, después de la boca de entrada, una placa de distribución o deflector que sirve para distribuir el agua sobre el lecho de arena y evitar que la arena fugue del filtro en el lavado. En el fondo se encuentra una base o brazos de crepinas para recoger el agua filtrada y distribuir el agua de contralavado uniformemente en el lecho de arena.

TIPOS DE GRANULOMETRIA

MONOCAPA BICAPA MULTICAPA

SÍLICE 0.6 - 1.2 1.0 - 2

ANTRACITA 1.0 - .2

SÍLICE 0.6 - 1.2

ANTRACITA 1.0 - 2

SÍLICE 0.6 - 1.2

GRANATE 0.3 - 0.6

Lecho filtrante

Placa de distribución - deflector

Crepinas

Boca servicio

Boca llenadoENTRADA

SALIDA

Cámara de expansión

H

h


Las crepinimportanperfectamzonas oslavado de La principcrepinas agua. El agua, coarena serserá muc Un lavadcantidad El lecho del tipo de Un factocámara d
FILTRO CON PLACA CRFILTRO CON PLACA CRFILTRO CON PLACA CRFILTRO CON PLACA CREEEEPINASPINASPINASPINAS
as de distribución de agua son una parte te del filtro. Es necesario que estén ente distribuidas evitando la creación de

curas donde no se produzca un correcto la arena.

al diferencia entre un filtro con placa de y con brazos está en la distribución del filtro con placa distribuye mucho mejor el n lo que el ensuciamiento del lecho de á más uniforme y la limpieza del mismo ho mas efectiva.

o defectuoso de la arena provoca gran de problemas en el lecho de filtración.

e arena tiene una altura H variable según filtros (ver sección altura de lecho).

r importante en el diseño del filtro es la e expansión h, que es el espacio que

da entrdeflectodetermmineral

• Parexpdeproinscaude

• Par

comtot

FILTRO CON BRAZOS FIFILTRO CON BRAZOS FIFILTRO CON BRAZOS FIFILTRO CON BRAZOS FILLLLTRANTESTRANTESTRANTESTRANTES

e la superficie de la arena y la base del r, esta tiene que tener una altura

inada que depende de la densidad del filtrante.

a arena sílice la altura de la cámara de ansión debe ser como mínimo de un 15%

la altura total del lecho de arena. Esta porción sube hasta el 30% en las talaciones en que está previsto un gran dal de contralavado (Ej. filtros con altura

lecho de mas de 1m,…)

a los filtros de antracita debemos tener o mínimo una altura libre del 50% del

al de altura del lecho de antracita.


Si no se respeta la altura mínima de esta cámara de expansión se producen dos problemas:

1) Exceso de choque entre la arena y el deflector con gran formación de partículas pequeñas de arena (finos).

2) Fuga de arena por el colector de drenaje.

Una causa frecuente de fuga de arena de un filtro es la de una velocidad excesiva de lavado. El caudal de agua debe ser suficiente para la buena limpieza de la arena y no demasiado alto para evitar los dos problemas antes descritos. La velocidad de lavado debe estar entre 20 y 50 m/h. Arena silícea El material más utilizado como lecho para la filtración del agua, es la arena silícea. Las características que definen una arena desde el punto de vista de su uso como lecho de filtración son los siguientes: a) Granulometría

La granulometría de la arena representa los porcentajes en peso de los granos de arena que pasan a través de las mallas de unos tamices normalizados. Es importante que sea de tamaño superior al tamaño de paso de la ranura de las crepinas.

b) Talla efectiva

La talla efectiva se obtiene a partir de la curva granulométrica. Es el tamaño de malla que corresponde a un paso del 10%.

c) Coeficiente de uniformidad.

Es un coeficiente que mide el grado de uniformidad en el tamaño de granos. Se obtiene del cociente entre el tamaño de malla que corresponde al 60% de paso y el que corresponde al 10%.

10% malla Tamaño

60% malla Tamaño dUniformidaC. =

Cuando se trabaja con una sola capa filtrante es importante que el coeficiente sea menor de 1,8. Con filtros multicapa, también es importante que el coeficiente de uniformidad sea lo menor posible (máximo 1,5) para evitar que la clasificación hidráulica debida al lavado haga que la interfase sea muy amplia. d) Pérdida por ataque ácido Es la pérdida de material cuando está expuesto a un medio ácido. Un buen medio filtrante no debe tener una pérdida mayor del 4% después de someterlo a un tratamiento de HCl al 20% durante 24 h e) Friabilidad Mide la pérdida de material por rotura del mismo (formación de finos). Un material muy friable se caracteriza por romperse fácilmente produciendo gran cantidad de finos. La friabilidad se expresa como pérdida en % después de 750 golpes y 1500 golpes. En función de eso se clasifica el material: 750 golpes 1500 golpes • Muy bueno 6-10% 15-20% • Bueno 10-15% 20-25% • Mediocre 15-20% 25-35%

f) Densidad real

Es el peso del mineral por unidad de volumen del propio material.

g) Densidad aparente (densidad de paquete)

Es el peso del material por unidad de volumen (mineral + aire + humedad)


MECANISMOS DE RETENCIÓN DE PARTÍCULAS

Los mecanismos que actúan en la retención de partículas dentro de los filtros con minerales no se conocen a ciencia cierta, pero los principales que se cree que contribuyen a la separación de partículas se identifican y describen a continuación:

MECANISMOMECANISMOMECANISMOMECANISMO DESCRIPCIÓNDESCRIPCIÓNDESCRIPCIÓNDESCRIPCIÓN

INTERCEPCIÓN

a) mecánica

b) probabilidad de

contacto

Las partículas de mayor tamaño que el espacio intersticial (poro) que se forma en el medio filtrante quedan retenidas mecánicamente. A medida que quedan retenidas las partículas se van creando poros de menor tamaño que el inicial reteniendo partículas menores. Partículas menores que el poro de paso quedan retenidas por probabilidad, si el grano de mineral filtrante está en el camino de la partícula. Muchas partículas que se mueven a lo largo de las líneas de corriente quedan retenidas cuando entran en contacto con la superficie del medio.

SEDIMENTACIÓN

Algunas partículas pueden experimentar sedimentación dentro del filtro siempre que el régimen de paso a través del filtro sea de baja turbulencia.

IMPACTO

Las partículas mecánicas no pueden seguir las líneas de corriente a través del filtro, y quedan retenidas por impacto sobre el mineral filtrante.

ADHESIÓN

Las partículas impulsadas por el agua quedan retenidas por adhesión sobre la superficie del medio u otras partículas retenidas previamente de manera que se crea una acumulación de las mismas que rodea el mineral filtrante y disminuye el tamaño de poro inicial y disminuye el tamaño de partícula retenida por interceptación mecánica. Esta masa amorfa de partículas puede romperse (efecto avalanchaefecto avalanchaefecto avalanchaefecto avalancha) desplazándose a una zona mas profunda del filtro, quedar retenida a su vez y así sucesivamente hasta que puede llegar a fugar del medio causando una brusca aparición de turbidez en el efluente. Esto ocurre debido a la fuerza del flujo de agua y a la diferencias de presión que se producen entre la entrada y la salida del filtro. A mayor diferencia, mayor probabilidad de aparición de este efecto.


ADSORCIÓN QUÍMICA

a) enlace

b) interacción química

ADSORCIÓN FÍSICA

a) Fuerza electrostática

b) Fuerza electrocinética

c) Fuerza Van der Waals

FLOCULACIÓN

Partículas de la misma naturaleza pueden chocar entre sí y juntarse produciéndose un fenómeno de floculación debido principalmente a los cambios de velocidad que se producen en el paso a través del sistema de filtración y a la diferencia de velocidades entre partículas de diferente tamaño. Ese proceso crea partículas de mayor tamaño que quedan retenidas gracias a los fenómenos descritos anteriormente. Asimismo los flóculos formados pueden romperse en aglomeraciones de partículas de menor tamaño si se está operando a una velocidad excesiva y pasar a través del filtro.

PRECIPITACIÓN

DE SALES

Las características físico-químicas del agua pueden modificar el rendimiento del filtro al precipitar sales de diferente tipo sobre la superficie del mineral de filtración. Esta precipitación varía el tamaño de los granos de mineral (con lo que varía el tamaño del espacio intersticial) y la naturaleza de la superficie del elemento filtrante.

CRECIMIENTO

BIOLÓGICO

El crecimiento biológico en el interior del filtro sobre los granos irá reduciendo el tamaño del poro con lo que inicialmente puede aumentar el rendimiento del filtro, pero inmediatamente se crearán masas de granos de mineral unidos por biomasa casi impermeables, formando grandes zonas apelmazadas creando la rotura del lecho de filtración, formación de vías de paso preferenciales y una disminución en la cantidad de partículas retenidas.

Una vez la partícula se ha puesto en contacto con la superficie del medio filtrante o con otras partículas retenidas por el filtro, se producen fenómenos de adsorción física , química o ambas al mismo tiempo que son las responsables de mantener la partícula retenida en ese punto.


Las fuerzas que gobiernan todos estos mecanismos se pueden resumir en cuatro:

- Fuerzas de gravitación - Fuerzas de atracción de masas. - Fuerzas eléctricas. - Fuerzas centrífugas.

La actuación de todas estas fuerzas depende de diferentes factores: 1)1)1)1) Tipo de partículas Tipo de partículas Tipo de partículas Tipo de partículas

La naturaleza de las partículas afectará a las fuerzas electrostáticas que se generan entre la partícula a filtrar y el grano de mineral.

2)2)2)2) Tamaño de las partículas Tamaño de las partículas Tamaño de las partículas Tamaño de las partículas El espacio intersticial que queda entre los

granos de arena tiene un paso determinado, si es inferior al tamaño de las partículas, estas quedarán retenidas.

3) Granulometría del mineral fi3) Granulometría del mineral fi3) Granulometría del mineral fi3) Granulometría del mineral filllltrantetrantetrantetrante La granulometría determina el paso máximo a través del filtro, A mayor granulometría mayor serán los intersticios creados. Dentro de este apartado es fundamental el coeficiente de uniformidad, cuanto mas uniforme sea la arena habrá una mejor distribución del agua sobre unos poros con una dispersión de tamaños mínima.

4) Velocidad de paso del agua a través 4) Velocidad de paso del agua a través 4) Velocidad de paso del agua a través 4) Velocidad de paso del agua a través del filtrodel filtrodel filtrodel filtro Velocidades de paso de agua elevadas disminuyen las fuerzas cohesivas y aumentan las fuerzas descohesivas. La filtración será tanto mejor cuanta menor sea la velocidad de paso de agua a través del filtro. En procesos de filtración de agua potable se recomienda utilizar velocidades de filtración para los filtros de arena a presión inferiores a 15 m/h ( la mayoría de fabricantes suelen utilizar velocidades inferiores a 10 m/h). En filtración para riego agrícola o filtración para piscinas se suelen dimensionar los equipos con velocidades de 30 m/h y más.

FUERZAS FÍSICAS

Fuerza centrífuga

Fuerzaseléctricas

Fuerzas degravitación

Atracciónde masas

F2 Fuerzas eléctricas, atracción de Van der Waals

Fc Fuerzas centrífugas

Mg Fuerzas gravitación

F1 Atracción de masas

Flujo agua

Mineral filtración


CICLO FILTRACIÓN LAVADO Los filtros de arena son equipos con los que se obtiene gran calidad de filtrado debido a sus excelentes propiedades para retener partículas, pero de la misma manera que se retienen estas partículas, es necesario eliminarlas del filtro. Las fuerzas que han actuado para retener las partículas son de naturaleza variada y debemos asegurarnos que utilizamos suficiente energía para desprenderlas de sus puntos de unión con el material filtrante. Si no se consigue esto, el lecho de arena se irá ensuciando hasta la total colmatación del mismo y la consiguiente creación de vías de paso preferenciales a través de las cuales pasará el agua junto con las partículas que queríamos retener, en este punto la eficacia de la filtración será de un 0% En un filtro de arena es tan importante el proceso de filtración como el proceso de lavado. En el diseño de un cabezal de filtración hay que considerar los dos procesos, lavado y limpieza con las velocidades de paso de agua y presiones correctas. En un ciclo de filtración – lavado correctos, el filtro mantiene constante la capacidad de retención de partículas, en cada lavado se recupera la capacidad inicial de filtración. El tiempo entre lavados es similar.

2

Pérdida de carga (m.c.a.)

Tiempo (h)

El lavado recupera lacapacidad de filtracióninicial

1

2

3

4

5

1 2 3 4 5 6 7 8

t1 t2

t1 ≈ t2 el tiempo entre lavados essimilar

CONTRALAVADO CORRECTO

CURVA FILTRACIÓN TEÓRICA

Si en el ciclo de filtración – lavado se producen lavados deficientes, inicialmente el filtro hará un ciclo de filtración correcto, pero al realizar un lavado deficiente, no se recuperará la capacidad de filtración inicial, se disminuirá el tiempo entre lavados, así irá disminuyendo la cantidad de partículas retenidas antes de crear la pérdida de carga deseada hasta que se llegue a la colmatación completa.

1


Tiempo (h)

Filtro colapsado.El lavado no recuperael estado inicial

1

2

3

4

5

1 2 3 4 5 6 7 8

t1 t2 t3

t1>t2>t3 el tiempo entre lavados disminuye

CONTRALAVADO DEFICIENTE

CURVA FILTRACIÓN DE UN FILTRO CON LAVADO DEFICIENTE

Una vez ocurrido este proceso tenemos tres opciones para recuperar el correcto funcionamiento del equipo:

1) Realizar una serie de lavados con la presión y caudal de agua correctos.

2) Si con la primera opción no solucionamos el

problema de colmatación, o sea, que el aspecto del mineral se asemeje al inicial y que el ciclo de filtración – lavado sea constante, se puede hacer una limpieza de la arena con productos químicos (hipoclorito sódico, ácidos, bases,…). Este proceso se realiza abriendo el filtro, mantener agua hasta el nivel de la arena, añadir el producto necesario y provocar una agitación de la mezcla durante el tiempo prescrito.


En este proceso es muy importante verificar la resistencia química de los materiales del filtro en contacto con el producto utilizado.

3) La última opción es el cambio del lecho de filtración por uno de nuevo.

La curva de filtración de un filtro con un contralavado correcto difiere de la presentada anteriormente, ya que la pérdida de carga aumenta linealmente con una pendiente determinada hasta que llega un momento que aumenta exponencialmente hasta alcanzar la pérdida de carga máxima prevista.

3


Tiempo (h)1

2

3

4

5

1 2 3 4 5 6 7 8

FUNCIONAMIENTO REAL

tc

tc = tiempo de contralavado

La pérdida de carga no es lineal, al finaldel ciclo aumenta de forma exponencial

CURVA DE FILTRACIÓN REAL


DISTRIBUCIÓN PARTÍCULAS Las partículas de un agua bruta cualquiera tienen una distribución en forma de campana. La distribución de partículas a salida del proceso de filtración continúa teniendo una forma en campana pero desplazada a la izquierda y más aplanada, esto significa que eliminamos partículas en todos los rangos de tamaño desde los mas pequeños a los mas grandes en diferente proporción dependiendo de las fuerzas que estén actuando dentro del filtro y la naturaleza y tamaño de las partículas a filtrar. Con esto vemos que con un filtro de arena no podemos definir un punto de corte determinado, no podemos definir un tamaño de partícula a partir de la cual todas las demás de mayor tamaño quedan retenidas. En la siguiente gráfica (fig 4) vemos la distribución de partículas de un agua antes y después de filtrar. La línea inferior se separa inmediatamente de la superior, esta separación será tanto mas acusada cuanta menor sea la velocidad de filtración, se está favoreciendo la actuación de las fuerzas cohesivas y disminuyendo el impacto de las descohesivas (efecto avalancha,…)

4

Distribución partículas agua bruta

Distribución partículas agua filtrada

Tamañopartícula(micras)

ppm (mg/l)

50

60

40

20

30

10

40 60 80 100 120 140 160 18020

Máximo 65 micrasMáximo 50 micras

DISTRIBUCIÓN DE PARTÍCULAS EN EL AGUA ANTES Y DESPUÉS DE FILTRAR

En esta gráfica en concreto se aprecia que el máximo de la curva se desplaza de partículas con tamaño de 65 µ a partículas con tamaño de 50µ y con una cantidad en ppm inferior a la inicial. Así vemos que un filtro de arena rebaja el máximo del tamaño de partícula en el efluente y el % de total de partículas en todos los tamaños. Esta gráfica es diferente no solo para diferentes tipos de agua (con partículas de diferente naturaleza y tamaño como es lógico) sino también para un mismo tipo de agua va variando la gráfica según:

- la velocidad de diseño del filtro ( a mayor

velocidad mas próximas estarán las curvas sobre todo en micrajes pequeños).

- la granulometría de la carga filtrante ( a

mayor granulometría mas próximas estarán las curvas)

- e incluso con el tiempo (según el estado de

colmatación del lecho de filtración la distribución de partículas a la salida variará)

La conclusión es que no podemos asegurar un grado de filtración en un filtro de arena. Si intentamos definir cual es el espacio intersticial (espacio libre entre los granos de mineral filtrante) que se forma dentro de un lecho de arena vemos que ese espacio depende de la granulometría de la misma, a medida que aumenta el tamaño de las partículas de arena aumenta el espacio que queda entre ellas. Tenemos en definitiva una dispersión de tamaño de poros que vendrá determinado por la distribución granulométrica del mineral de filtración utilizado.


Si analizamos el supuesto en que todas las partículas sean esféricas y del mismo tamaño encontraremos el espacio intersticial mínimo que queda entre las partículas (los granos de arena no son esféricos, tienen diferentes formas, con lo cual en la realidad los espacios intersticiales son mayores que lo descrito seguidamente) . En la siguiente gráfica podemos ver el espacio libre que queda entre los granos de arena para este supuesto y para diferentes granulometrías. Según vemos:

- Para una granulometría de 0,6 mm el espacio libre es de 90µ.

- Para una granulometría de 0,8 mm el espacio

libre es de 125µ. - Para una granulometría de 1 mm el espacio libre

es de 150µ.

Este espacio se modifica al retener partículas, entonces el espacio entre el grano de arena y la partícula retenida es menor.

Si hacemos una relación rápida entre la granulometría de la arena y el espacio intersticial, vemos que el espacio libre es aproximadamente 6,5 veces inferior al tamaño de los granos. ¿Significa esto que podemos utilizar este espacio libre entre granos para marcar el punto de corte de un filtro de arena? No. Hemos visto antes que este espacio intersticial define solo uno de los mecanismos que actúan dentro del filtro, pero es el único mecanismo que no depende de la velocidad de filtración, el espacio libre será el mismo sea cual sea la velocidad de filtración, no así para todos los otros mecanismos en los cuales el tiempo de contacto es fundamental. Entonces casi podemos asegurar que un filtro de arena con una granulometría del lecho de 0,8 mm no deja pasar partículas mayores de 125µ (sin mencionar las partículas retenidas inferiores a ese tamaño).

FILTRACIÓN DE ARENA - GRADO FILTRACIÓN

0,125mm

0,8 mm

0,125 mm

0,050 mm

0,025mmIntersticio

= 0,6 mm

= 1 mm

= 0,09 mm

= 0,150 mm

Granulometría


LA DISTRIBUCIÓN DEL ESPACIO INTELA DISTRIBUCIÓN DEL ESPACIO INTELA DISTRIBUCIÓN DEL ESPACIO INTELA DISTRIBUCIÓN DEL ESPACIO INTERRRRTICIAL TICIAL TICIAL TICIAL DEPENDE DE LA GRANULOMDEPENDE DE LA GRANULOMDEPENDE DE LA GRANULOMDEPENDE DE LA GRANULOMEEEETRÍATRÍATRÍATRÍA

Esto es correcto siempre y cuando el filtro funcione correctamente y cada uno de los lavados recupere la capacidad inicial de filtración. Si no es así se produce una colmatación del lecho y la formación de vías de paso preferenciales en el lecho a través de las cuales pasan las partículas y la retención es nula.

Agua bruta

Agua bruta

Vías de pasopreferenciales

Rotura del lecho de filtración


FUERZAS DESCOHESIVAS Aglomeración arena:Aglomeración arena:Aglomeración arena:Aglomeración arena: Las vías de paso preferenciales se producen al cohesionarse un conjunto de granos de arena, esta cohesión puede ser debida a:

- Las partículas que están reteniendo. Si no se van eliminando del filtro en cada lavado se forman masas de granos de arena unidos casi impermeables al agua.

- Formación de biomasa debido a un

crecimiento microbiológico dentro del lecho. - Precipitación de sales (CaCO3, CaSO4,…) u

óxidos metálicos de hierro ó manganeso. Estas vías de paso preferenciales son pasos de agua libres, tanto para el proceso de filtración como para el lavado, el agua tiende a ir por el lugar mas fácil (menor contrapresión), entonces continuos lavados de este equipo colmatado no conseguirán una recuperación del lecho. Efecto avalancha por impacto:Efecto avalancha por impacto:Efecto avalancha por impacto:Efecto avalancha por impacto: Se llama efecto avalancha al desprendimiento de aglomerados de partículas previamente adheridos al grano de arena. Este efecto se produce al chocar una nueva partícula del agua bruta sobre una masa de partículas retenidas en un punto determinado. La energía cinética de la nueva partícula es superior a las fuerzas que están cohesionando esa masa, la rompe, disgrega y la desplaza a zonas mas profundas del lecho de filtración. Esto se puede producir sucesivamente hasta que las partículas se fugan con el efluente. En ese punto se dice que ha habido una perforación del lecho. Este efecto aumenta al aumentar la velocidad de filtración (las partículas llegan con mayor energía cinética).

Efecto avalancha por gradiente de presión:Efecto avalancha por gradiente de presión:Efecto avalancha por gradiente de presión:Efecto avalancha por gradiente de presión: Dentro del lecho de filtración, al ir reteniendo partículas se va produciendo un gradiente de presión con el tiempo. De esta manera a medida que aumenta la pérdida de carga entre la entrada y salida del filtro, la zona donde se concentran las partículas retenidas está a una presión superior que la zona inmediatamente adyacente en la dirección de la filtración (la pérdida de carga de un filtro crece con el tiempo, y crece de forma exponencial). Ver Fig. Esta diferencia de presiones puede ser suficiente como para vencer las fuerzas cohesivas que mantienen los sólidos adheridos a los granos de arena. Entonces se produce una rotura de esa masa y un paso de partículas a una zona mas profunda. Este efecto es tanto menor cuanta menor es la pérdida de carga permitida al equipo de filtración. Fig.

Altura del lecho de arena

Diferencialde presión

15cm

21

1 Curva de diferencia de presión con arena limpia

2 Curva de diferencia de presión con pérdida de carga debido apartículas retenidas en el lecho

PÉRDIDA DE CARGA A TRAVÉS DE UN LECHO DE ARENA

lecho arena


Efecto Paro-Arranque bombas Este efecto no tiene nada que ver con el filtro en sí, sino con las bombas de impulsión de agua bruta. Los paros y arranques de bomba provocan sobrepresiones que son recibidas por la carga de filtración, con lo que se crean fuerzas de corte que pueden disgregar la masa de partículas retenidas dentro del filtro y pasar a niveles inferiores del lecho. Es conveniente minimizar las paradas en los procesos de filtración, ya que el agua que sale del filtro inmediatamente después de una parada es de peor calidad que el agua en el proceso de filtración continuo. ALTURA DEL LECHO FILTRANTE – PRESIÓN DE LAVADO Es importante definir la altura necesaria del lecho filtrante para conseguir una filtración óptima. Según los estudios realizados se obtiene un 95% de retención de las partículas en los primeros 10-15 cm de lecho, esto quiere decir que prácticamente todo lo demás actúa de coeficiente de seguridad y de soporte. Esto es así porque las partículas retenidas en ese espacio ya nos dan una pérdida de carga suficiente para provocar el lavado del filtro. Esta pérdida de carga (diferencia de presión entre la entrada y la salida) se establece en unos 5 metros de columna de agua. Con este concepto, el diseño de lechos filtrantes de alturas de 40 cm es suficiente para obtener resultados iguales a filtros con alturas de lecho de 1 metro. La ventaja de utilizar este tipo de lechos es su facilidad en la limpieza. Es bastante más fácil levantar y dejar limpio un lecho de arena de 0,5 m que uno de 1 metro. La energía del agua de lavado para desprender las partículas retenidas es inferior, y esto se traduce no en caudal y presión, sino en el tiempo de contralavado.

Los tiempos de contralavado de los filtros con una altura de lecho de unos 0,5 metros no superan los 5 minutos (pérdida de carga aceptada 5 m.c.a.),

para los filtros con mayor altura, de 0,8 a 1,5 metros, el tiempo de lavado es superior a 30

minutos (pérdida de carga aceptada 10 m.c.a.).

Agua bruta

Agua filtrada

H = 15 cm

Las partículas quedan retenidas aproximadamente en los primeros 15cm de profundidad del lecho

RETENCIÓN DE PARTÍCULAS EN UN LECHO MINERAL Para filtros de arena que se diseñen con este concepto, un contralavado con agua a una presión mínima de 2,5 bar será suficiente para eliminar todas las partículas retenidas.


La presión de lavado de un filtro es igual a la presión del agua de contralavado (la que proviene de los demás filtros o de una fuente de agua externa) menos la pérdida de carga de la válvula de tres vías y colector de drenaje: ApnearrEsdeen Pamaprlevlim UtcmcolimCCCCCCCC

P lavadoP lavadoP lavadoP lavado = P agua filtradaP agua filtradaP agua filtradaP agua filtrada −−−− Pérdida carga Pérdida carga Pérdida carga Pérdida carga válvulaválvulaválvulaválvula −−−− Pérdida carga drenajePérdida carga drenajePérdida carga drenajePérdida carga drenaje

arte de una presión mínima de lavado se cesita una velocidad de agua suficiente para ancar la materia adherida del mineral filtrante.

ta velocidad de agua no es un valor fijo, depende l tipo de partículas retenidas, y está comprendida tre unos valores de 25 a 50 m/h.

ra filtros con alturas de lecho de 1 metro o yores es crítico mantener una relación caudal

esión lo mas estricta posible ya que es más difícil antar toda la carga de mineral para su correcta pieza.

ilizando equipos con alturas de lecho de unos 50 y pérdidas de carga máxima de 5 m.c.a. se

mbina una excelente filtración con la facilidad de pieza de un lecho de estas características. IÓN DE UN CABEZAL DE FILTRIÓN DE UN CABEZAL DE FILTRIÓN DE UN CABEZAL DE FILTRIÓN DE UN CABEZAL DE FILTRAAAACIÓCIÓCIÓCIÓ


SELECCIÓN DE UN CABEZAL DE FILTRACIÓN Para seleccionar un cabezal de filtración adecuado debemos tener en cuenta una serie de factores: 1. Caudal a filtrar. Velocidad de

filtración – Superficie de filtración Estos tres factores están relacionados. Al aumentar el caudal de agua deseado, si queremos mantener la velocidad de paso debemos aumentar la superficie de filtración ( y consecuentemente el número de filtros a instalar).

Una vez fijada la velocidad de paso a través del filtro (según la calidad de agua que queramos obtener: a menor velocidad mayor calidad), dividiendo el caudal que se necesita por la velocidad de filtración, obtendremos la superficie de filtración necesaria:

SSSS (m2) = QQQQ (m3/h) //// VVVV (m/h)

Con la superficie de filtración que se necesita podemos calcular el número de filtros dividiendo la superficie total por la superficie unitaria del filtro:

NNNN(número filtros) = S= S= S= STTTT (superficie total) / SSSSFFFF (superficie unitaria filtro)

2. Grado de filtración deseado

Como hemos visto anteriormente, con los filtros de arena no podemos decidir obtener un grado de filtración determinado, debemos valernos de la experiencia y adecuar la velocidad de paso de agua a través del filtro. A medida que aumentamos el caudal de un filtro, aumentamos la velocidad y disminuimos la calidad del efluente. En la práctica los valores de velocidad utilizados dependen de la procedencia y uso al que va destinada el agua.

Valores usuales de velocidad de filtración: FiltracióFiltracióFiltracióFiltración riego agrícola:n riego agrícola:n riego agrícola:n riego agrícola: 35 – 50 m/h (valores normales en 40 m/h). Potabilización: Potabilización: Potabilización: Potabilización: < 15 m/h (valores en 10 m/h) Terciarios EDAR: Terciarios EDAR: Terciarios EDAR: Terciarios EDAR: < 10 m/h (valores normales en 7 m/h) Filtración torres refrigeración:Filtración torres refrigeración:Filtración torres refrigeración:Filtración torres refrigeración: 15-20 m/h 3. Cantidad total, tamaño y

naturaleza de los sólidos en suspensión del influente.

a) Cantidad sólidos en suspensión

No existen tablas que relacionen el caudal de filtración con la cantidad total de sólidos del agua. Una vez fijada una velocidad de paso a través del filtro, si tenemos mayor cantidad de sólidos el filtro llegará a tener una pérdida de carga antes, eso quiere decir que realizará lavados más a menudo que si la carga de sólidos es inferior. Cuando se está dimensionando un cabezal de filtración, para obtener una misma calidad de agua de influentes con un total de sólidos en suspensión diferentes, debemos variar la velocidad:

a > TSS > TSS > TSS > TSS ⇒⇒⇒⇒ < Vc < Vc < Vc < Vc TSS = Total sólidos en suspensiónTSS = Total sólidos en suspensiónTSS = Total sólidos en suspensiónTSS = Total sólidos en suspensión Vc = Velocidad de filtraciónVc = Velocidad de filtraciónVc = Velocidad de filtraciónVc = Velocidad de filtración

b) Tamaño de los sólidos en suspensión

La velocidad de filtración influye en la retención de sólidos, al aumentar la velocidad aumenta la fuga de partículas, y esta fuga es mayor cuanto menor sea el tamaño de la partícula.

Si deseamos filtraciones finas y los sólidos en suspensión son de pequeño tamaño, debemos ir a velocidades pequeñas 10 – 15 m/h, o inferiores.


c) Naturaleza de las partículas

La naturaleza de las partículas del influente nos modifica el diseño del equipo de filtración.

Si las partículas a filtrar provienen de un sistema de coagulación – floculación tienen una densidad muy baja y son muy lábiles; se pueden romper formando partículas pequeñas con facilidad. Para evitar la disgregación de los flóculos es necesario ir a velocidades de filtración bajas < 15 m/h (o inferiores).

Hay que tener en cuenta que un filtro retendrá las partículas que le lleguen y éstas deben eliminarse del filtro en el contralavado. Si las partículas retenidas tienen un tamaño y densidad similares o superiores al tamaño y densidad de la carga filtrante, no las podremos eliminar en el contralavado y se irán acumulando en el filtro.

Estas partículas deben eliminarse por otros métodos (hidrociclón, decantación…) antes de llegar al filtro de arena.

4. Granulometría de la carga filtrante

Una vez dimensionado el numero de filtros que se necesitan en la instalación, tenemos que decidir la granulometría de la arena.

Los dos tipos de arena más utilizados son:

1) arena granulometría 0,7 – 1,2 mm 2) arena granulometría 1 – 2 mm

Las arena de granulometría inferior dará una mejor calidad de agua de filtrado pero será más difícil de limpiar. Atención con el tamaño de paso de las crepinas (0,6 mm)

5. Lavado del filtro

Una vez dimensionado el equipo de filtración, debemos fijarnos en los condicionantes de contralavado del mismo en cuanto a presión y caudal.

Existen dos posibilidades:

a) Lavado estándar

El agua que se utiliza para el lavado de un filtro de un cabezal de filtración (de 2 ó mas filtros) proviene de los demás filtros que en ese momento continúan filtrando. Estamos utilizando agua filtrada para hacer el lavado del equipo. Para que sea efectivo debemos asegurar que en el momento del lavado tenemos como mínimo 2,5 Kg/cm2 siempre y cuando la pérdida de carga de la válvula de tres vías esté dentro de los límites normales de funcionamiento. Si se producen pérdidas de carga importantes, deberán preverse para que el diferencial de presión sea de por lo menos 2,5 Kg/cm2 (presión del agua que en ese momento está saliendo de los demás filtros menos la pérdida de carga de la válvula de tres vías). En el caso que la presión de entrada al cabezal de filtración sea inferior a la presión deseada, se puede instalar una válvula sostenedora de presión para que podamos disminuir el caudal de filtración lo suficiente subiendo en la curva caudal-presión de la bomba de impulsión hasta llegar a la presión deseada.

Si tenemos la presión adecuado tenemos que asegurarnos que tenemos el caudal mínimo de lavado. Para equipos que están filtrando un caudal muy similar al caudal mínimo de filtrado será necesario instalar una electroválvula a la salida del cabezal de filtración de manera que en el contralavado se cierre el paso de agua a servicio y toda el agua filtrada de los demás filtros sirva para el contralavado.

Para la limpieza se requiere aumentar la velocidad del agua a contracorriente para tener una buena eficacia de arrastre, si el cabezal dispone solo de dos filtros, el que no esté en proceso de lavado no podrá dar el caudal suficiente para lavar y a servicio al mismo tiempo, y el lavado no será eficaz. Entonces en este cabezal será necesario instalar una electroválvula que cierre la salida de agua filtrada durante el proceso de lavado.


b) Lavado agua externa

Si no podemos obtener la presión y caudal necesarios para el lavado con el agua de los otros filtros, debemos instalar un sistema de bombeo de agua filtrada proveniente de un depósito de acumulación.

6. Resistencia química de los materiales

En procesos normales de filtración de agua no debemos preocuparnos de la resistencia química de los equipos ya que están diseñados para trabajar con agua salobre (río, pantano, pozo, red pública).

De todas maneras es conveniente recalcar que en agua de elevada salinidad (agua de mar, pozos salinos) ó cuando se adicionan algunos productos químicos al agua (Ej. adición de ácido en un proceso industrial), la resistencia química de los materiales constructivos puede verse afectada.

En este caso es conveniente consultar al fabricante del equipo. (Cabezales por limpieza estándar)

7. Tabla de seleccion del numero de

filtros arena En la siguiente tabla podemos dimensionar un cabezal de filtración teniendo en cuenta el caudal de filtración y la velocidad de paso de agua a través de los filtros que deseamos. En la tabla tenemos varias velocidades de paso: 10 – 15 – 25 – 35 m/h y el caudal que pueden dar una serie de filtros colocados en paralelo para diferentes tamaños de filtros 20”, 36”,48”. La velocidad de agua debemos decidirla nosotros en función de la calidad de agua que tenemos a la entrada y la que deseamos a la salida.

mm 500 900 1200 pulg 20" 36" 48"

V(m/h) Nºfiltros

10 15 25 35 10 15 25 35 10 15 25 35 Nº filtros

2 4 6 10 14 12 19 32 45 22 34 57 79 2 3 6 9 15 21 19 29 48 67 34 51 85 119 3 4 8 12 20 27 25 38 64 89 45 68 113 158 4 6 12 18 29 41 38 57 95 134 68 102 170 237 6 8 16 24 39 55 50 76 127 178 90 136 226 317 8 Q en mQ en mQ en mQ en m3333/h/h/h/h

Filtración fina Velocidad lenta 10 m/h Potabilización Mayor carga de sólidos

Filtración normal Velocidad rápida 25 m/h Refrigeración / Boquillas/Riego

Filtración basta Velocidad muy rápida

35 m/h Riego Menor carga de sólidos


CABEZALES DE FILTRACIÓN ARENA Un cabezal de filtración es un conjunto de 2 ó más filtros que funcionan en paralelo y está constituido por una serie de componentes indispensables para su correcto funcionamiento con unas características exclusivas y adaptadas a este tipo de filtros. Los cabezales de filtración pueden ser manuales (el proceso de lavado se realiza cambiando de posición una serie de válvulas manuales) ó automáticos (el proceso de realiza mediante automatismos). Las principales ventajas de estos equipos en cuanto al proceso de filtración y lavado se refiere son:

1. En el proceso de lavado no se para la filtración del cabezal (se minimizan paradas arrancadas)

2. El lavado se realiza con agua limpia. 3. El tiempo de lavado es mínimo. 4. Pérdida de carga máxima permitida de 5

m.c.a. para mantener el lecho de arena lo mas limpio posible, con lo que se minimizan las fuerzas descohesivas (efectos avalancha, perforación del lecho, vías de paso preferenciales).

Un cabezal de filtración automático está formado por los siguientes elementos:

• Filtros • Colectores de unión (conexiones victaulic) • Válvulas de tres vías • Programador de control de lavado • Presostato diferencial • Manómetros • Ventosa • Filtro de toma • Solenoides • Carga mineral filtración (Sílice)

Se pueden distinguir dos diseños diferentes de cabezales de filtración según el tipo de lavado:

- Lavado estándar. - Lavado agua externa.

1. Funcionamiento equipo de

filtración lavado estándar El agua bruta a filtrar llega hasta el colector de entrada al cabezal de filtración que distribuye el flujo de agua por cada uno de los filtros que están conectados a él. El agua pasa a través de una válvula de tres vías que conecta entrada filtro con el colector de drenaje o colector de entrada de agua bruta. En posición de filtración la válvula conecta colector de entrada con el filtro y mantiene cerrado el drenaje. El agua pasa a través del lecho de arena reteniendo las partículas en suspensión y el efluente va a servicio a través del colector de salida. Un presostato diferencial mide la diferencia de presión entre la entrada y la salida, cuando la materia retenida por el filtro crea la pérdida de carga ajustada en el presostato se desencadena el proceso de lavado: El programador de control de lavado detecta el cierre de contacto creado en el presostato diferencial, si ese contacto se mantiene cerrado durante un tiempo programado por nosotros (para evitar falsas señales) se procede a realizar el lavado secuencial de todos los filtros conectados a este programador.


El programador tiene una serie de estaciones conectadas a una serie de filtros, en el proceso de lavado, el programador envía una señal de 24v a un solenoide conectado a la válvula del primer filtro. Este solenoide al excitarse cambia de posición y permite el paso de agua procedente del filtro de toma a la cámara de la válvula presurizándola y cambiando la posición del eje de manera que cierra el paso del agua bruta y conecta la entrada del filtro al colector de drenaje que está conectado a la atmósfera. Los demás filtros del cabezal continúan en posición de filtrado. Parte del agua filtrada del colector de unión de las salidas de todos los filtros se dirige hacia la salida abierta a la atmósfera de abajo hacia arriba del filtro atravesando las crepinas de distribución de agua y el lecho de filtración (en sentido contrario al modo de filtración) desprendiendo las partículas retenidas y evacuándolas a través del colector de drenaje al exterior. Este proceso dura de 1 a 5 minutos según el tipo de suciedad retenida. Una vez consumido este tiempo predeterminado, se drena la cámara de la válvula volviendo a la posición de filtrado (conectando entrada filtro con colector agua bruta). El programador después de un tiempo de espera de unos segundos para recuperar la filtración de este primer filtro, envía la señal al segundo filtro repitiéndose el proceso de lavado. Y así consecutivamente con todos los filtros del cabezal de filtración. El proceso de lavado se puede desencadenar por diferencia de presión, por tiempo o manualmente a través del controlador programable.

Es importante remarcar que el lavado de los filtros se realiza con agua filtrada, con lo que no se acumula suciedad en el interior de las crepinas, no es necesario realizar un enjuague al poner el filtro nuevamente en posición de filtración. Cuando para el lavado se utiliza agua bruta (tal como se realiza en otros sistemas), la suciedad acumulada en el interior de las crepinas debe evacuarse del sistema para que esas partículas no pasen al servicio de agua filtrada. Para ello la primera agua filtrada enjuague se envía al drenaje.

POSICIÓN FILTRACIÓN POSICIÓN LAVADO


2. Funcionamiento equipo de filtración lavado agua externa

Cuando las condiciones de presión y caudal del agua bruta no nos permiten cumplir con las exigencias del proceso de lavado, es posible recurrir a un lavado realizado por agua bombeada desde un depósito de acumulación de agua limpia (puede ser agua filtrada por el propio equipo). Para realizar este proceso en el cabezal de filtración se instalan dos válvulas de tres vías por cada filtro, una en la entrada y otra en la salida o varias válvulas normales. La válvula de la entrada es exactamente igual que en el lavado estándar. La válvula de la salida conecta la salida del filtro con el colector de salida o el colector de agua externa. En el proceso de lavado de cada filtro se realiza el cambio de posición de las dos válvulas al mismo tiempo, de manera que el agua externa pasa a través del lecho de arena y el colector de drenaje al exterior produciéndose la limpieza de la carga de filtración. En los cabezales de filtración de 36” y 48” es necesario instalar una electroválvula en el colector de agua externa para que los cambios de posición de las válvulas de tres vías de salida se realicen sin la presión del agua externa.


MODELOS FILTROS ARENA Existen tres modelos diferentes de filtros de arena que se diferencian por el diámetro del cuerpo:

• Filtros de 20” • Filtros de 36” • Filtros 48”

Todos ellos tienen las mismas características de funcionamiento y pueden disponerse modularmente formando cabezales de filtración, la elección entre ellos (considerando una superficie de filtración necesaria para filtrar un caudal de agua determinado) va a depender de factores externos como:

1) Superficie total ocupada por el cabezal de filtración. Cuanto menor sea el diámetro del filtro, mayor superficie total de la instalación se necesitará para conseguir el caudal requerido.

2) Coste económico de los equipos 3) Facilidad de mantenimiento

Los filtros de arena son modulares y se pueden hacer diferentes composiciones entre equipos del mismo tamaño. La unión entre filtros se realiza mediante conexiones rápidas victaulic, esto confiere a las baterías de filtración las siguientes ventajas: - Gran facilidad de montaje, instalación y

mantenimiento. - Posible ampliación del caudal filtrado añadiendo

filtros al cabezal de filtración existente, siempre y cuando las condiciones de espacio y velocidad en los colectores previamente montados nos lo permita.

junta

o

a

tornill

abrazader


Los filtros unitarios se unen formando cabezales de filtración de las siguientes maneras:

- Cabezal en línea: Conjunto de filtros colocados

en línea y filtrando en paralelo. Un colector de entrada distribuye el agua bruta a todos los filtros del cabezal, y un colector de salida recoge todos los efluentes.

- Cabezal en paralelo: Unión de dos cabezales en línea uno al lado del otro, la filtración es en paralelo. Un colector de entrada se divide en dos que reparten el agua sobre cada línea de filtros. El efluente se recoge en un solo colector central situado en medio de las dos líneas de filtros.

Se pueden disponer en la posición y número que se desee, pero se fabrican una serie de combinaciones estándar:


1. FILTROS 20” Los equipos estándar que se fabrican son:

- 2, 3, 4 filtros de 20” en línea

ENTRADA

SALIDA

BOCA LLENADO

BOCA ACCESO


2. FILTROS 36” Los equipos estándar que se fabrican son:

- 2, 3, 4 filtros 36” en línea. - 4, 6, 8, 10 filtros 36” en paralelo

BOCA LLENADO

ENTRENTRENTRENTRAAAADADADADA
1170
45░

BOCA ACCESO

SALIDA ∅ 900


3. FILTROS DE 48” Los equipos estándar que se fabrican son:

- 2, 3, 4 filtros 48” en línea. - 4, 6, 8, 10 filtros 48” en paralelo.

ENTRADA

SALIDA

BOCA LLENADO

BOCA ACCESO


CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS – CONDICIONES DE OPERACIÓN FILTROS ARENA

CARACTERISTICAS TÉCNICASCARACTERISTICAS TÉCNICASCARACTERISTICAS TÉCNICASCARACTERISTICAS TÉCNICAS

ELEMENTOSELEMENTOSELEMENTOSELEMENTOS FILTROS 20"FILTROS 20"FILTROS 20"FILTROS 20" FILTROS 36"FILTROS 36"FILTROS 36"FILTROS 36" FILTROS 48”FILTROS 48”FILTROS 48”FILTROS 48”

Diámetro filtroDiámetro filtroDiámetro filtroDiámetro filtro 500 mm 900 mm 1200 mm

AlturaAlturaAlturaAltura 1237 mm 1131 mm 1131 mm

SuperficieSuperficieSuperficieSuperficie 0.196 m2 0,636 m2 1,131 m2

CuerpoCuerpoCuerpoCuerpo Acero al carbono recubrimiento poliéster 100% (opción epoxy alimentario)

Fondos y tapas lFondos y tapas lFondos y tapas lFondos y tapas laaaaterterterteraaaalesleslesles Fundición gris recubrimiento poliéster 100% horno(opción epoxy alimentario)

Grueso fondo y vGrueso fondo y vGrueso fondo y vGrueso fondo y viiiirolarolarolarola 5 mm

Distribuidor inteDistribuidor inteDistribuidor inteDistribuidor interrrrnononono Placa crepinas

(paso ranura 0,6mm) Placa crepinas / brazos (Paso ranura 0,6mm)

Opción placa crepOpción placa crepOpción placa crepOpción placa crepiiiinas:nas:nas:nas: Nº crepinasNº crepinasNº crepinasNº crepinas

12 42 76

Material crepMaterial crepMaterial crepMaterial crepiiiinasnasnasnas polipropileno

Fundición gris recubrimiento epoxy

VálvulasVálvulasVálvulasVálvulas Bronce recubierto con

pintura poliéster

Poliamida reforzada

ColectoresColectoresColectoresColectores Acero con recubrimiento poliéster (opción epoxy alimentario)

Mineral filtranteMineral filtranteMineral filtranteMineral filtrante Sílice (SiO2)

Granulometría arGranulometría arGranulometría arGranulometría areeeenananana 0,7 – 1,2 mm // 1 – 2 mm

ConexionesConexionesConexionesConexiones 2” Rosca hembra 3” / 4” Brida ó Victaulic

Peso (vacío) KgPeso (vacío) KgPeso (vacío) KgPeso (vacío) Kg 47 Placa 150 Brazos 119

Placa 275 Brazos 230

Peso arena (Kg)Peso arena (Kg)Peso arena (Kg)Peso arena (Kg) 180 Placa 390 Brazos 430

Placa 660 Brazos 720


CONDICIONES DE OPERACIÓNCONDICIONES DE OPERACIÓNCONDICIONES DE OPERACIÓNCONDICIONES DE OPERACIÓN

Filtro 20"Filtro 20"Filtro 20"Filtro 20" Filtro 36"Filtro 36"Filtro 36"Filtro 36" Filtro 48”Filtro 48”Filtro 48”Filtro 48”

Presión máxima funcionamiePresión máxima funcionamiePresión máxima funcionamiePresión máxima funcionamiennnntotototo 8 bar

Presión mínima de filtrPresión mínima de filtrPresión mínima de filtrPresión mínima de filtraaaaciónciónciónción 1,5 bar

Presión mínima contralPresión mínima contralPresión mínima contralPresión mínima contralaaaavadovadovadovado

2,5 bar

(Presión del agua de lavado – pérdida de carga Flushgal – contrapresión drenaje)Lo mas aconsejable es que a la entrada del

cabezal de filtración tengamos un mínimo de 3,5 bar

10m/h10m/h10m/h10m/h 2 m3/h 6 m3/h 11 m3/h

25m/h25m/h25m/h25m/h 5 m3/h 16 m3/h 28 m3/h Caudal de filtrCaudal de filtrCaudal de filtrCaudal de filtraaaaciónciónciónción

(depende de la (depende de la (depende de la (depende de la velocvelocvelocvelociiiidad)dad)dad)dad)

35m/h35m/h35m/h35m/h 7 m3/h 22 m3/h 40 m3/h

Velocidad contralavadoVelocidad contralavadoVelocidad contralavadoVelocidad contralavado De 25 a 50 m/h según naturaleza partículas retenidas

Caudal de contralavadoCaudal de contralavadoCaudal de contralavadoCaudal de contralavado (depende de la velocidad)(depende de la velocidad)(depende de la velocidad)(depende de la velocidad)

5-10 m3/h 16-32 m3/h 28-56 m3/h

Temperatura máxima trTemperatura máxima trTemperatura máxima trTemperatura máxima traaaabajobajobajobajo 70ºC

Intervalo pHIntervalo pHIntervalo pHIntervalo pH 6 - 9

Superficie de filtraciónSuperficie de filtraciónSuperficie de filtraciónSuperficie de filtración 0,196 m2 0,636 m2 1,131 m2


VÁLVULAS DE LAVADO DE FILTROS (TRES VÍAS) Las válvulas de tres vías tienen la función de alternar la comunicación entre vías diferentes (Ejemplo: entrada – filtro – drenaje). El objetivo es realizar el proceso de lavado de los filtros. Las tres vías actúan de forma integrada, cuando un puerto está abierto, el otro está cerrado. Esto permite dos modos de operación; Modo filtración:Modo filtración:Modo filtración:Modo filtración: Permite el flujo desde el colector de agua de entrada (agua bruta) al interior del filtro. La vía al colector de drenaje está cerrada. Modo lavado:Modo lavado:Modo lavado:Modo lavado: Permite el flujo desde el interior del filtro al colector de drenaje. La vía al colector de entrada está cerrada. Esto provoca la inversión del flujo en el filtro eliminando los sólidos en suspensión retenidos en el mismo). Las válvulas son normal abiertas en el modo de filtración y normal cerradas en el modo de lavado. Esto significa que el cabezal de filtración llevará solenoides normal cerrados (NC), y que cuando estos solenoides se activan, dejan pasar flujo de agua hacia la cámara de la válvula provocando su cambio de posición. Al finalizar esta activación, el solenoide vuelve a la posición normal cerrado comunicando la cámara de la válvula a la atmósfera, volviendo la válvula a su posición inicial de normal abierta. El control de la válvula se puede realizar con presión de agua o de aire. Este control se inicia mediante un solenoide eléctrico o manualmente con un selector de tres vías. Estas válvulas de tres vías tienen las siguientes características:

- Fácil instalación y mantenimiento (conexiones rosca, victaulic brida según modelos).

- Bajas pérdidas de carga (ver gráficas de pérdida de carga en modo filtración y en modo lavado).

- Rápido cambio de posición. - Elevada resistencia a la corrosión. - Bajos requerimientos de presión de

funcionamiento (presión mínima de funcionamiento 7 mca. Presión aconsejada 10 mca).

Las válvulas se colocan en diferentes puntos según el tipo de lavado que se quiera realizar: LAVADO ESTÁNDARLAVADO ESTÁNDARLAVADO ESTÁNDARLAVADO ESTÁNDAR Incorpora una sola válvula a la entrada de los filtros comunicando las siguientes vías:

- Colector de entrada - Filtro - Colector de drenaje

La presión mínima de funcionamiento de esta válvula es de 7 mca. Como es un equipo de lavado estándar, la presión mínima a la entrada del cabezal de filtración tiene que ser de 2,8 Kg/cm2 (en el momento del lavado), con lo que no tendremos problemas de funcionamiento. LAVADO AGUA EXTERNALAVADO AGUA EXTERNALAVADO AGUA EXTERNALAVADO AGUA EXTERNA Incorpora dos válvulas, una a la entrada y otra a la salida comunicando las siguientes vías: Válvula entrada.

- Colector de entrada - Filtro - Colector de drenaje

Válvula de salida.

- Filtro - Colector de salida - Colector agua externa


El lavado con agua externa se utiliza cuando no tenemos suficiente caudal y/o presión de agua para realizar el lavado, con lo que si no estamos en el caso de baja presión, debemos tener en cuenta las condiciones mínimas de presión de funcionamiento de las válvulas. La presión mínima de funcionamiento es de 7 mca y la recomendada es de 10 mca, pero si utilizamos esta presión para filtrar, cuando el filtro está sucio con una pérdida de carga entre la entrada y la salida del filtro de 5 mca, en la válvula de salida no tendremos la presión mínima para su correcto funcionamiento (Ej: 10 mca a la entrada – 5 mca de pérdida de carga = 5 mca en la válvula de salida cuando la presión mínima es de 7 mca). En los equipos de lavado agua externa se recomienda una presión mínima a la entrada del cabezal de 1,5 Kg/cm1,5 Kg/cm1,5 Kg/cm1,5 Kg/cm2222 Existen varios tipos de válvulas de lavado de filtros: 1. FLUSHGAL 2”1. FLUSHGAL 2”1. FLUSHGAL 2”1. FLUSHGAL 2”

Conexión de entrada – salida – drenaje 2” rosca hembra (complemento de convertidor rosca-victaulic bajo pedido) Material constructivo: latón con recubrimiento poliéster Se utiliza en los filtros de anillas de 2”

MODO FILTRACIÓNMODO FILTRACIÓNMODO FILTRACIÓNMODO FILTRACIÓN

MODO LAVADOMODO LAVADOMODO LAVADOMODO LAVADO

GRÁFICO PÉRGRÁFICO PÉRGRÁFICO PÉRGRÁFICO PÉRDIDA CARGA VÁLVULAS 2”DIDA CARGA VÁLVULAS 2”DIDA CARGA VÁLVULAS 2”DIDA CARGA VÁLVULAS 2”


VÁLVULA HIDRÁULICA FLUSHGAL 2” T

Nº FIGURA

DESCRIPCIÓN CÓDIGO

1 R FG 2” T– TAPA 139000550 2 R FG 2” T– MUELLE 3 R FG 2” T – TORNILLO DIAFRAGMA 139001460 4 R FG 2” T – DISCO DIAFRAGMA 5 R FG 2” T – DIAFRAGMA 139001270 6 R FG 2” T – PISTÓN 7 R FG 2” T – CUERPO CÁMARA 139001245 8 R FG 2” T – JUNTA TÓRICA PISTÓN 139001370 9 R FG 2” T – JUNTA CUERPO CÁMARA 139001340

10 R FG 2” T – CUERPO 11 R FG 2” T – DISCO JUNTA CIERRE 12 R FG 2” T – JUNTA CIERRE 13 R FG 2” T – BASE JUNTA CIERRRE 14 R FG 2” T – TUERCA PISTÓN


1.1.1.1. FLUSHGAL 3” FLUSHGAL 3” FLUSHGAL 3” FLUSHGAL 3” –––– 4” 4” 4” 4” Las válvulas de 3” se utilizan para los filtros de anillas de 3” Las conexiones son de 3” (victaulic) en entrada y salida y 2” en drenaje (rosca hembra o victaulic). El material constructivo para 3 y 4” es fundición con recubrimiento poliéster. Las válvulas de 4” se utilizan cuando se utiliza una sola válvula para mas de un filtro de 3”. Las conexiones son: entrada y salida 4” (victaulic) y drenaje 3” (rosca hembra) o 4” (victaulic).

MODO FILTRACIÓNMODO FILTRACIÓNMODO FILTRACIÓNMODO FILTRACIÓN

GRÁFICO PÉRDIDA CARGAGRÁFICO PÉRDIDA CARGAGRÁFICO PÉRDIDA CARGAGRÁFICO PÉRDIDA CARGA

MODO LAVADOMODO LAVADOMODO LAVADOMODO LAVADO


VÁLVULAS HIDRÁULICA FLUSHGAL 3”- 4”

CÓDIGO Nº GURA DESCRIPCIÓN 3” 4”

1 R FG – TAPA R FG – KIT DIAFRAGMA 139001390 139001390 2 R FG – KIT DIAFRAGMA PN16 139001400 139001400 R FG – CUERPO 3 R FG – CUERPO VICTAULIC

4 R FG – JUNTA TÓRICA ASIENTO 5 R FG – ASIENTO 6 R FG – KIT OBTURADOR 139001410 139001420 7 R FG – JUNTA CIERRE 139001330 139001330 8 R FG – JUNTA CUERPO DRENAJE 139001340 9 R FG – CUERPO DRENAJE


RECOMENDACIONES DE INSTALACIÓN Y PUESTA EN MARCHA 13) RECOMENDACIO 1) Los filtros deben estar situados sobre una

superficie plana 2) Pueden ubicarse en el exterior siempre y

cuando se protejan debidamente todas las partes eléctricas.

3) El comando de las válvulas puede ser hidráulico

ó neumático. Se aconseja utilizar aire siempre que sea posible.

4) La temperatura ambiente puede dar problemas

en el comando hidráulico (heladas). 5) El programador de lavado de filtros debe estar

en la misma sala que los filtros para poder controlar las funciones del cabezal de filtración al modificar los parámetros programados.

6) La presión mínima recomendada en el proceso

de lavado es de 2,5 Kg/cm2 (presión a la entrada del cabezal de filtración.

7) La presión mínima de lavado es de 1,5 Kg/cm2 8) El presostato diferencial se tarará a 5 mca 9) La altura del lecho de arena es de 45 cm. 10) Verificar que no hay fugas de agua, comprobar

que las juntas victaulic no están pellizcadas. 11) Se debe asegurar un caudal mínimo en el

proceso de lavado.(velocidad 20-40 m/h x superficie del filtro)

12) Controlar la correcta posición de las válvulas de

tres vías, el flujo del agua debe seguir la dirección marcada en la válvula.

13) El colector de drenaje debe tener salida libre a

la atmósfera con el mínimo de contrapresión.

14) En la puesta en marcha se deben realizar varios lavados antes de enviar agua al depósito de agua filtrada.

15) En el proceso de lavado comprobar con un

manómetro presiones de entrada y salida (este manómetro se instala sobre una válvula de tres vías manual que conecta entrada, salida y atmósfera.

16) Asegurar la ausencia de fuga arena en el

proceso de lavado recogiendo una muestra del colector de drenaje y dejándola decantar.

17) Asegurar la ausencia de fuga arena en el

proceso de filtrado recogiendo una muestra y dejándola decantar.

18) Se recomienda vehicular el agua de purga de la

ventosa hacia un drenaje para que no caiga sobre los filtros, pero de manera que se pueda observar el buen funcionamiento de la ventosa y ver si sale agua continuamente.

19) El tiempo de lavado estándar para cada filtro es

de unos 2 minutos.


COMPROBACIONES DE FUCIONAMIENTO 1. Comprobar presiones de entrada, salida en el

proceso de filtrado, la perdida de carga debe estar situada en un máximo de 2 mca.

2. Comprobar presiones de entrada, salida y

drenaje en el proceso de lavado de cada uno de los filtros. La presión de lavado del equipo (presión de salida menos presión del drenaje debe ser como mínimo de 2,5 Kg/cm2)

3. Comprobar que el caudal que sale por el

drenaje en el proceso de lavado es el correcto y es igual para todos los filtros.

4. Comprobar que en proceso de filtración no sale

agua por el colector de drenaje. 5. Comprobar diferencia de calidad de agua a la

entrada y a la salida. 6. Verificar que no sale arena en el colector de

salida, recogiendo una muestra y dejándola decantar. En caso de existir filtros de control a la salida de cada filtro de arena, comprobar su estado y si ha retenido arena.

7. Comprobar que se produce el cambio de

posición de todas las válvulas al accionar el solenoide manualmente.

8. Comprobar que en posición de filtrado no sale

agua por el drenaje atmosférico de los solenoides.

9. Hacer un test de solenoides si el programador

lo permite. 10. Verificar que llega agua a la cámara de las

válvulas. 11. Verificar el estado del filtro de toma. 12. Comprobar que por la ventosa de salida de aire

no sale agua.

13. Verificar en el programador el número de lavados realizados por presostato y a tiempo y contrastarlo con lo previsto.

14. Verificar que se cumplen los tiempos

programados en el controlador de todos los procesos de funcionamiento del equipo.


RECOMENDACIONES DE MANTENIMIENTO 1. Abrir los filtros como mínimo una vez al año y

verificar el estado de la arena. 2. Una vez abierto el filtro verificar la

granulometría de la arena comparándola con una muestra de la original.

3. Una vez abierto el filtro verificar la altura del

lecho de arena y añadir hasta la altura indicada. 4. Una vez abierto el filtro verificar el grado de

apelmazamiento de la arena después de realizar un lavado. Según el estado será necesario lavar la arena con productos químicos o sustituirla.

5. Limpiar periódicamente el estado del filtro de

toma y limpiarlo con agua a presión y/o sumergiéndolo en una solución de hipoclorito sódico 15% o ácido concentrado (HCl, H3PO4, HNO3, H2SO4,…) si es necesario para asegurar la limpieza completa del elemento.

6. Sustituir los solenoides que estén en

condiciones precarias. 7. Revisar la programación del programador,

adecuarla a las nuevas necesidades si se ha producido algún cambio (cambios en la calidad del agua puede llevar asociado programar un mayor tiempo de lavado.

8. Reparar posibles daños que se detecten en la

superficie del cabezal de filtración para evitar corrosión exterior.

9. Engrasar todas las roscas del equipo para

mantenerlas funcionales y libres de corrosión. 10. Inspeccionar el estado de la superficie interior

del filtro cuando de abra el filtro. 11. Verificar el estado de las barras de protección

catódica si las hubiere y sustituirlas si es necesario.


GUÍA DE PROBLEMAS

SÍNTOMASÍNTOMASÍNTOMASÍNTOMA POSIBLES CAUSASPOSIBLES CAUSASPOSIBLES CAUSASPOSIBLES CAUSAS SOLUCIÓNSOLUCIÓNSOLUCIÓNSOLUCIÓN

Problemas en la bomba de impulsión Revisar la bomba

Aire en la tubería de impulsión

Instalar una ventosa para la purga del aire en la tubería de impulsión o

revisar si ya estuviera instalada

No llega suficiente

presión y/o caudal al cabezal de filtración

Elementos extraños en la tubería

Extraer estos elementos de la tubería, comprobar la presencia de los

mismos en el cabezal de filtración

Elementos extraños que impiden el cambio de posición de la válvula.

Abrir la tapa de las válvulas y retirar los objetos que impiden el

funcionamiento de la válvula, verificar los daños causados sobre el

diafragma de la válvula.

El diafragma de la válvula está deformado

Cambiar el diafragma

Sale agua continuamente por

el colector de drenaje

Junta de cierre de la válvula de tres vías pellizcada Cambiar la junta

Sale agua continuamente a través de la salida atmosférica del solenoide

Ver punto siguiente

Solenoide no cambia de posición

Revisar solenoide, limpiar o sustituir

Sale agua continuamente a través de la salida atmosférica del

solenoide Diafragma de la válvula agujereado Sustituir diafragma

Crepinas rotas

Si hay filtro/s de control, verificarlos y sustituir las crepinas del filtro de

arena que han dado fugas. Si no lo/s hay, abrir los filtros y comprobar el nivel de arena de los mismos, vaciar

el/los filtros con menor nivel y sustituir las crepinas dañadas

La arena tiene menor granulometría que el paso de las ranuras de las crepinas

Cambiar la arena por una de granulometría correcta, comprobar que no queda arena incrustada en

las ranuras de las crepinas

En el agua filtrada se detecta arena

Se ha producido una gran formación de finos que no han sido expulsados al

exterior en los contralavados (caudal de lavado deficiente)

Cambiar la arena y comprobar que no queda arena incrustada en las

ranuras de las crepinas


El presostato diferencial no da señal Revisar el presostato

El programador está mal configurado Revisar programación programador

El programador no emite la señal a los solenoides Revisar programador

No se producen lavados en el cabezal

de filtros No llega agua o aire a las válvulas para

realizar el cambio de posición o la presión es inferior a la presión de filtrado

Comprobar la línea de agua de control, regular la presión a un nivel

superior a la presión de filtrado Objeto que impide el cambio de posición

de la válvula

Abrir la válvula y retirar objeto

La válvula manual de tres vías de no está en posición de automático

Colocarla en posición automático

Alguna válvula no realiza cambio de

posición (filtro que no realiza lavado)

Solenoide no actúa Revisar solenoide

Problemas con la bomba de impulsión Revisar bomba

El caudal de agua filtrada es bajo Filtro colmatado

Abrir los filtros y comprobar el estado del lecho de arena, según el

estado limpiar la arena con productos químicos o cambiarla

El manómetro no funciona Revisar manómetro

Lecho de arena completamente colmatado

Realizar varios contralavados seguidos con la presión y caudal de lavado correctos, si no se recupera deberá realizarse un lavado de la arena o la sustitución de la misma

Presión de lavado insuficiente

Aumentar la presión de lavado (presión de salida del filtro – perdida

de carga válvula tres vías = 2,5 Kg/cm2) aumentando la presión de

entrada o instalando una sostenedora de presión

Después del lavado no reducimos la pérdida de carga

Hay arena incrustada en las ranuras de las crepinas

Abrir filtros limpiar las crepinas y sustituir la arena por una de

granulometría correcta

Caudal de lavado insuficiente Verificar que el caudal de lavado está dentro de los parámetros

operacionales correctos

En el colector de drenaje hay presión Liberar de presión el colector de drenaje,

No hay arena Añadir arena

Se han formado vías de paso preferenciales

Limpiar la arena o sustituirla No se detecta pérdida de carga a través del

filtro El manómetro no funciona Revisar manómetro


Demasiada arena en los filtros Sacar arena hasta el nivel indicado

Exceso de caudal de agua de lavado Disminuir el caudal de agua de lavado mediante una válvula de mariposa colocada en el drenaje

Por el colector de drenaje sale arena en el proceso de lavado

Está entrando arena a los filtros con el agua sucia

Instalar un decantador o un hidrociclón para eliminar la arena de aportación y cambiar la arena de los

filtros

No hay arena Añadir arena Se produce fuga de partículas en

suspensión a través del filtro (partículas de tamaño superior a las que deberían

quedar retenidas en el filtro)

Formación de vías de paso preferenciales

Realizar varios contralavados seguidos y limpieza de la arena con productos químicos o sustitución de

la misma si es necesario.

manual filtración arena.pdf

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