Fundamentos de Procesos Industriales: Filtración, Cloración y Redes de Distribución de Agua

Mecanismos de Separación en Procesos Industriales

Los mecanismos de separación se pueden dividir en dos tipologías principales:

• Separación superficial: Se realiza a través de membranas.
• Separación basada en la utilización de materiales granulares: Por ejemplo, lechos de arena.

Tipos de Filtración en Medio Granular

Dentro de la filtración a través de material granular, se diferencian dos tipos principales:

• Filtración lenta
• Filtración rápida

Procesos de Separación Específicos

Los procesos de separación incluyen:

• Tamizado mecánico en superficie
• Tamizado mecánico intersticial
• Mecanismo de transporte de las partículas hasta la superficie de los granos del lecho filtrante y de fijación a su superficie.

Métodos de Separación por Gravedad y Fuerzas Externas

Existen diferentes métodos para lograr la separación de partículas:

• Decantación por gravedad
• Acción de fuerzas centrífugas
• Fenómenos de intercepción
• Fenómenos de difusión

Fenómenos de Fijación en la Filtración

Los fenómenos que contribuyen a la fijación de partículas en el lecho filtrante son:

• Fenómenos de adsorción
• Interacción electrostática
• Enlaces químicos

El Proceso de Filtración Rápida

En el proceso de filtración rápida, el agua atraviesa el lecho filtrante a velocidades que pueden oscilar entre 4 y 50 m/h. A estas velocidades, apenas se forma biopelícula y los procesos biológicos son escasos. Si existen, se busca eliminarlos.

Representación Gráfica del Rendimiento de Filtración

Si representamos gráficamente en unos ejes X-Y la turbidez y la pérdida de carga frente al tiempo, el punto óptimo de funcionamiento será aquel en que la pérdida de carga máxima coincida con la turbidez máxima. Esto delimita perfectamente la "carrera" o ciclo de filtración.

Componentes de un Filtro Rápido

Un filtro rápido típico consta de las siguientes partes:

• Un depósito abierto de 6 a 100 m² de superficie (usualmente de hormigón).
• Un falso fondo de hormigón, material cerámico o material plástico, donde se colocan las boquillas u orificios de drenaje y de inyección de agua y aire de lavado.
• Una capa o lecho filtrante, situada sobre el falso fondo.
• Uno o varios canales de entrada de agua bruta, dotados de vertederos o compuertas, que facilitan una distribución homogénea del agua sobre el lecho filtrante.
• Uno o varios canales de recogida de agua de lavado.
• Conducciones de agua bruta, agua de lavado y agua filtrada.
• Bombas y válvulas de paso y de protección.
• Si el lavado está automatizado, son necesarios cuadros de control y monitorización.
• Diversos aparatos de control y/o medida de caudal, altura de lámina de agua y pérdida de carga.

Clasificación de Filtros

Los filtros se pueden clasificar según diversos criterios:

• Según la Fuerza Impulsora:

  • Filtros de gravedad
  • Filtros a presión

• Según la Estructura:

  • Filtros abiertos
  • Filtros cerrados

• Según el Lecho Filtrante:

  • Monocapa: Generalmente arena silícea.
  • Multicapa: Con antracita, arena o granate.

• Según el Flujo:

  • Flujo descendente
  • Flujo ascendente

• Según la Metodología de Lavado:

  • Lavado con agua
  • Lavado con aire y agua
  • Lavado superficial

Cloro y Compuestos Clorados en Tratamiento de Agua

El cloro se utiliza en diversas formas para el tratamiento del agua:

• Cloro gas: El más utilizado, suministrado en botellas, bombonas o contenedores.
• Hipoclorito sódico: Forma líquida.
• Hipoclorito cálcico
• Dióxido de cloro
• Cloraminas

Tipologías de Redes de Distribución de Agua

Las redes de distribución de agua se clasifican según su forma de funcionamiento y otras características:

• Según la Forma de Funcionamiento:

  • Red Ramificada:

    Existe una tubería principal que deriva a secundarias. Cada punto recibe agua por un único camino. Los diámetros son descendentes. Una avería en la tubería principal puede secar toda la red. Es adecuada para poblaciones pequeñas y con desarrollo lineal. Su cálculo es sencillo. Las presiones (P) y los caudales (Q) disminuyen con el recorrido, y se pueden producir acumulaciones de sedimentos.

  • Red Reticulada (en Malla):

    Los ramales de la red se unen formando mallas en las que el agua posee varios caminos. Son más caras y su cálculo es más complejo. Generalmente, no hay acumulación de sedimentos. Las dimensiones de los tramos aislados dependen de la importancia de la población. La malla se puede completar con una red circular, constituyendo un perímetro poligonal.

  • Red Mixta:

    Combina características de las redes ramificadas y reticuladas. Las ramas malladas pueden derivar en secciones ramificadas.

• Según Diferencias de Presión:

  • Redes en Edificios de Múltiples Plantas (Pisos):

    El abastecimiento se sitúa con aguas que llegan a distintos niveles, ya que hay sitios que necesitan más presión. Son necesarias Válvulas Reductoras de Presión (VRP) para evitar sobrepresiones.

• Redes Dobles:

  Se utilizan para redes de calidades distintas, por ejemplo, una red para agua potable y otra para servicios (agua no potable).