Una planta potabilizadora, como ya hemos mencionado en artículos anteriores, incluye un conjunto de procesos que transforman agua captada de un sistema natural (río, lago, embalse, agua subterránea o incluso el mar) en agua apta para consumo humano.

Los principales procesos de potabilización de agua, si bien son variables según las condiciones naturales del territorio, suelen contar con las siguientes operaciones unitarias: pretratamiento, coagulación-floculación, decantación, filtración, desinfección y análisis.

Para consultar los equipos utilizados con más frecuencia durante estos procesos mencionados se puede consultar el siguiente artículo. En este presente texto se analizará en profundidad el equipo para separar arenas y sólidos finos que forma parte del pretratamiento típico que se le realiza al agua antes de ingresar a la etapa de coagulación-floculación.

Los desarenadores se proyectan para separar arenas, gravas, cenizas y cualquier otro material pesado cuya velocidad de sedimentación sea considerablemente superior al de los demás sólidos presentes en el agua, como, por ejemplo, la materia orgánica suspendida. Se trata de un separador primario que separa partículas sólidas suspendidas por un método físico, es decir, por la acción de una fuerza que según el tipo de desarenador se puede tratar de fuerza gravitatoria, centrífuga, entre otras.

Las arenas suelen ser difíciles de caracterizar ya que están compuestas tanto por la arena propiamente dicha, la grava, cenizas, como por materiales tales como residuos presentes en el agua, partículas orgánicas de gran tamaño, semillas, granos, entre otros. El contenido en humedad suele ser variable, entre el 10 y el 60% aproximadamente y con un contenido volátil entre 1 y 56%. Se suele emplear una densidad global de 1600 kg/m³.

Los equipos que se analizan en este artículo se suelen implementar para proteger los elementos mecánicos de la abrasión, para la reducción de la formación de depósitos pesados en el interior de las tuberías, canales y conducciones, reducción de la necesidad de limpieza en los digestores provocada por la excesiva acumulación de arenas. La eliminación de arenas es esencial cuando se tengan equipos aguas abajo tales como una centrífuga (para deshidratación de lodos), bombas con baja tolerancia de sólidos (como por ejemplo las de doble diafragma de alta presión) e intercambiadores de calor.

Los desarenadores se suelen colocar luego de un desbaste o canal de rejas que eliminan los sólidos más gruesos. De esta manera se facilita un poco la tarea de este equipo y se requiere menos mantenimiento. Se suelen colocar también después de la zona de impulsión, aunque implique más costos de mantenimiento de las bombas ya que de la otra manera, se requiere la instalación del desarenador a una profundidad considerable y esto implica un costo mayor que el que se considera para el mantenimiento de las bombas.

Los diferentes tipos de desarenadores son los siguientes:

• Desarenador de flujo horizontal (rectangular o cuadrado)
• Desarenador aireado
• Desarenador de vórtice

Siendo el desarenador horizontal y el desarenador ciclónico los que se utilizan con más frecuencia en la industria. Cada uno de ellos implementa un mecanismo distinto para la separación de arenas.

Desarenador horizontal rectangular:

Es el tipo de desarenador más antiguo empleado en el tratamiento de las aguas residuales. Se suele implementar con control de velocidad. Estas unidades se proyectan de modo que se mantenga una velocidad de flujo lo más cercana posible a los 0,3 m/s. De esta manera, se debe calcular el tamaño del equipo para proporcionar un suficiente tiempo como para que las partículas sedimenten en el fondo del canal. La velocidad mencionada permite la circulación de la mayor parte de la materia orgánica en suspensión, pero genera la sedimentación de las arenas pesadas.

Se diseñan para sedimentar la partícula más liviana de arena en las condiciones más adversas (caudal pico). De esta manera, se asegura que en todo momento el equipo va a cumplir con la especificación requerida de separación de arenas. El tiempo de detención recomendado se suele estimar en 60 segundos.

Esquemas de los diferentes tipos de desarenadores

Desarenador horizontal cuadrado:

El desarenador cuadrado de flujo horizontal tiene la misma dirección de flujo que el rectangular, pero difiere en los parámetros de diseño. El agua cruda ingresa a través de unos deflectores y se distribuye horizontalmente hasta un vertedero que libera el efluente. En el fondo tienen un sistema giratorio para la remoción de arenas. En plantas pequeñas, el sistema de rastrillos se suele reemplazar por un sistema manual de extracción de arena.

El área necesaria para el desarenador cuadrado se calcula a través del tamaño de las partículas y la temperatura del efluente. De esta manera, se determina la carga de superficie que debe procesar el equipo.

Un esquema típico se puede ver en la siguiente figura:

Desarenador aireado:

En este tipo de desarenador, el aire entra lateralmente al tanque y produce un patrón de flujo helicoidal a través de la cámara. La arena se asienta mientras que la materia orgánica permanece suspendida. El agua permanece aireada durante el proceso y, al ser impulsada por el aire, adopta una trayectoria en forma helicoidal mientras recorre el equipo. Se estima un tiempo de retención del agua de 180 segundos aproximadamente, teniendo una eficiencia de remoción de arenas cercana al 100%. Estos equipos suelen ser costosos en comparación a los anteriores pero la eficiencia es muy alta.

Desarenador de vórtice:

La separación de arenas también se realiza en equipos en los que el flujo de agua provoca la formación de vórtices. Una turbina giratoria induce una trayectoria circular y produce que las arenas se dirijan hacia el exterior por la diferencia de densidad con el agua. Estas partículas se ven impulsadas tanto por la fuerza centrífuga como por la fuerza de gravedad.

Se estima un tiempo de detención de 30 segundos aproximadamente. En ciertos casos, se introduce un sistema airlift para remoción y posterior lavado de arenas. En la siguiente figura se puede ver un esquema típico de esta instalación:

Para el diseño general del desarenador se requieren los siguientes parámetros de entrada:

• Caudal medio
• Caudal máximo
• Carga superficial
• Velocidad de sedimentación requerida
• Contenido de sólidos (aunque se puede caracterizar según valores típicos considerando la procedencia del agua)

En Bioingepro diseñamos, fabricamos y operamos plantas potabilizadoras de agua. En caso de tener alguna consulta o estar interesado en una cotización, no dude en comunicarse con nuestro equipo.