Edition 01/2018

Poner de relieve los procesos y el medio ambiente mediante el modelado: para la depuradora de Bingen, diseñada para 80 000 habitantes equivalentes, este planteamiento radical dio lugar a una considerable mejora y estabilización del rendimiento de depuración. Los ahorros de energía en el ámbito de la etapa de aireación se dividen aproximadamente a la mitad en mejoras conceptuales y el uso de una mejor ingeniería mecánica. «Los costes energéticos y los valores de vertido determinan, además del personal y el mantenimiento, los costes operativos», resume Armin Meister, sobre todo porque unos bajos valores de vertido generan directamente menores impuestos por aguas residuales que abonar al Estado federado. Por lo tanto, las inversiones merecen la pena por duplicado.  

En la ejecución técnica, los procesos optimizados requieren sistemas que puedan funcionar en el punto de carga óptimo con la mayor continuidad posible con ayuda de una red rápida y densa de sensores. Para ello, Armin Meister ha estudiado las curvas de carga durante varios años y, basándose en ellas, ha diseñado el modelado, que constituye la base para definir los futuros requisitos que se exigirán a las estaciones de compresores. «De este modo, fue posible tomar decisiones óptimas sobre unidades, en relación con el consumo de energía y la rentabilidad total, garantizando los requisitos de la técnica de aguas residuales y la redundancia necesaria». Esto llevó a compresores de émbolos rotativos de AERZEN del tipo Delta Hybrid, que combinan dos procedimientos de transporte de aire en un aparato: el principio Roots como compresión isócora para una presión baja y el principio del compresor de tornillo con compresión interna para una mayor presión. Los cálculos demuestran que el compresor de émbolos rotativos, en comparación con los compresores convencionales, requiere hasta un 15 por ciento menos de energía en el transporte de aire totalmente exento de aceite.

En Bingen, cuatro Delta Hybrid cubren aproximadamente el 90 por ciento de los casos de funcionamiento, de modo que las unidades existentes más antiguas y menos favorables energéticamente solo se utilizan raras veces en momentos de carga máxima o redundancia. Con respecto a los puntos de carga óptimos, se utilizan los compresores de émbolos rotativos con potencias escalonadas y cilindradas del motor adecuadas para dos sistemas de aire comprimido independientes.

El compresor de émbolos rotativos Delta Hybrid más grande del tipo D62S proporciona, con una potencia del motor de 110 kW y 1000 milibares, una presión diferencial máxima de hasta 3500 metros cúbicos por hora. Los tipos D36S, D24S y D12S tienen dimensiones más pequeñas y transportan 2150, 1390 y 690 metros cúbicos por hora con potencias del motor de 75, 55 y 30 kW. Las dos unidades más pequeñas están instaladas en la sala de máquinas actual, en la que también se encuentran los equipos existentes. Los dos Delta Hybrid grandes están colocados al aire libre. Un simple tejado los protege frente a las inclemencias meteorológicas.

La decisión de instalar los dos Delta Hybrid de los tipos D62S y D36S en el exterior se debió a dos motivos: la falta de espacio y una ventilación insuficiente en la sala de máquinas. El efecto Joule-Thomson que impera en la compresión del aire tiene como consecuencia que la mezcla de gas comprimida se calienta, porque las moléculas se aprietan entre sí debido a la mayor presión. Añadir 100 milibares conlleva un delta de temperatura de +10 grados Celsius. Esto aumenta el trabajo de compresión necesario como consecuencia de una densidad del aire más reducida y un menor contenido de oxígeno del aire de aspiración. Gracias a la colocación en el exterior, los Delta Hybrid pueden expulsar las pérdidas de calor al ambiente de un modo mucho más efectivo y por su parte aspirar aire que no está precargado térmicamente.

Este contexto tiene la misma repercusión sobre la eficiencia energética que el uso de una técnica de rendimiento a medida. Un aspecto a destacar en este punto es el funcionamiento de los compresores de émbolos rotativos con un convertidor de frecuencia para el control de la velocidad adaptado a las necesidades y por lo tanto económico del motor de propulsión. Los cuatro tamaños de los Delta Hybrid, con sus potencias del motor escalonadas, además hacen posible atender con la mejor eficacia los puntos de carga que se producen con mayor frecuencia en el eje temporal. Asimismo, el alto rango de ajuste de los Delta Hybrid permite que haya amplias zonas de solapamiento entre las unidades, que son necesarias para garantizar, incluso en caso de cambios de carga continuos de la instalación, una regulación óptima de todos los puntos de funcionamiento y un mantenimiento estable de las normas de regulación. Esto resulta importante especialmente en este caso, ya que los estanques de aireación de la depuradora de Bingen no están divididos en zonas fijas para la descomposición del amonio y la nitrificación. Más bien, mediante conexiones de zonas de los estanques y el control preciso del aire de los ventiladores de superficies montados en el fondo de los estanques, las zonas de los distintos procesos biológicos de descomposición pueden adaptarse de forma variable según las cargas de suciedad.

Unas paletas de regulación controlables permiten configurar, según las necesidades, a qué zonas se lleva aire y en qué cantidad. Sin embargo, para que las válvulas demasiado cerradas no dejen aumentar la contrapresión en la tubería de alimentación, hay una regulación de la presión variable. Se trata de la interacción óptima de caudal, posición de las válvulas y presión. «Los estranguladores demasiado cerrados simplemente aniquilan la energía. 100 milibares más de presión suponen un 20 por ciento más de consumo de energía», aclara el diseñador. «Cuando se trata de mejorar la calidad de una instalación, unos procedimientos de regulación estables y con la velocidad adaptada a los procesos conectados resultan imprescindibles».

Para ello, en Bingen funciona entre bambalinas un proceso de ajuste de varias etapas con una regulación de presión como magnitud clave para la configuración de los compresores con un retardo de aproximadamente medio minuto. Desacoplada temporalmente de esto está la regulación de las concentraciones de oxígeno en las zonas de aireación con tiempos de respuesta de entre 10 y 15 minutos, que actúan sobre las paletas de regulación en la tubería de aire comprimido. Su posición proporciona el ajuste continuo de la presión del sistema y de este modo provoca la regulación de la presión variable mencionada anteriormente.