Los decantadores lamelares son una tecnología ampliamente utilizada en las plantas potabilizadoras convencionales para separar los sólidos suspendidos y las partículas en suspensión del agua cruda. Los decantadores lamelares se utilizan para complementar los procesos de filtración y decantación en la potabilización del agua. En este artículo se examina el diseño de los decantadores lamelares utilizados en las plantas potabilizadoras convencionales tipo CEPIS.
¿Cómo funcionan los decantadores lamelares?
Un decantador lamelar es un tanque rectangular o circular que contiene una serie de láminas o placas de plástico, madera o metal que forman un ángulo con respecto a la superficie del agua. Estas láminas están inclinadas en un ángulo de entre 45 y 60 grados, y permiten que los sólidos suspendidos en el agua se acumulen en la parte inferior del tanque. Los decantadores lamelares se utilizan para separar los sólidos sedimentables y flotantes del agua.
El agua a tratar se vierte en el tanque por un extremo, mientras que al otro extremo sale el agua ya tratada. Una vez que el agua llega al decantador lamelar, fluye hacia las placas inclinadas, donde los sólidos en suspensión se asientan en el fondo del tanque y se eliminan mediante un sistema de lamelas o dispositivos similares. El agua clara se recoge en la parte superior de las láminas y se dirige hacia la salida.
Según un estudio llevado a cabo por Rosales-Quintero y col. (2017), la eficiencia de los decantadores lamelares puede ser mejorada por la inclinación de las láminas, la distancia entre ellas y la velocidad del flujo del agua. Además, la eficiencia de los decantadores lamelares también depende del tipo de partículas presentes en el agua, la forma y tamaño de las partículas y la densidad del agua.
Por otro lado, según un estudio realizado por Herreros y col. (2018), el adecuado mantenimiento y limpieza de los decantadores lamelares es fundamental para mantener su eficiencia. La acumulación de lodos y sedimentos en el fondo del tanque pueden reducir la capacidad del decantador, aumentando los tiempos de residencia del agua y disminuyendo su capacidad de procesamiento.
Para una mayor comprensión, en el siguiente video se brinda una explicación gráfica del funcionamiento de los decantadores.
¿Qué factores hay que tener en cuenta para el diseño de decantadores lamelares?
El dimensionamiento de los decantadores lamelares dependerá de varios factores, como el caudal de agua a tratar, la concentración de sólidos suspendidos, la carga hidráulica, la densidad de los materiales que se utilizarán en la construcción del decantador, el número de módulos requeridos y el diseño de los canales de entrada y salida.
Una de las consideraciones más importantes en el diseño de un decantador lamelar es la superficie de contacto entre el agua y las láminas. Cuanto mayor sea esta superficie, más rápida será la separación de los sólidos y mayor será la eficiencia del decantador. Para aumentar la superficie de contacto, se pueden emplear láminas más largas y un mayor número de láminas.
Otro factor importante es el ángulo de inclinación de las láminas. Un ángulo de inclinación mayor puede aumentar la eficiencia del decantador, pero también puede generar más turbulencia en el agua y reducir la velocidad de sedimentación. Un ángulo menor, por otro lado, puede reducir la eficiencia de la separación al disminuir la superficie de contacto entre el agua y las láminas.
Caudal de agua a tratar:
Uno de los factores más importantes a la hora de dimensionar un decantador lamelar es el caudal de agua a tratar. Este parámetro determinará la capacidad de retención de sólidos suspendidos que tendrá el decantador. Es importante conocer la variabilidad en el caudal para determinar la carga superficial y el tiempo de retención hidráulico (TRH).
Concentración de sólidos suspendidos:
Otro factor a tener en cuenta es la concentración de sólidos suspendidos presentes en el agua a tratar. La concentración de sólidos será la responsable de fijar la velocidad de sedimentación de los mismos. De esta forma, se debe calcular la velocidad de sedimentación crítica (Vsc) para saber si la velocidad de sedimentación es suficiente para retener los sólidos.
Carga hidráulica:
La carga hidráulica es otro de los factores más relevantes en el dimensionamiento del decantador lamelar, ya que determina la relación entre el caudal y la superficie de retención del equipo. La carga hidráulica debe ser menor o igual a la carga admisible por placa para evitar deformaciones y roturas de los módulos lamelares.
Densidad de los materiales:
La densidad de los materiales utilizados en los decantadores lamelares es importante para calcular la resistencia estructural de los mismos ante las cargas externas e internas que puedan presentarse en la operación.
Número de módulos requeridos:
El número de módulos lamelares requeridos para cualquier planta dependerá del caudal de agua a tratar, la concentración de sólidos en suspensión, la carga hidráulica y la superficie disponible. Es recomendable contar con al menos dos módulos para garantizar su eficiencia.
Diseño de los canales de entrada y salida:
El diseño adecuado de los canales de entrada y salida del agua es fundamental para asegurar una distribución uniforme del flujo en el decantador y evitar la acumulación de sólidos en zonas muertas.
Mejoras en el diseño del decantador lamelar
En los últimos años, se ha trabajado en la mejora del diseño del decantador lamelar para mejorar su eficiencia de separación y disminuir el riesgo de obstrucción de las placas. Una de las mejoras más significativas ha sido la adición de módulos de filtros al decantador.
Los módulos de filtro se han diseñado para quitar las partículas más pequeñas que las placas no pueden capturar. Se han desarrollado también nuevos materiales más económicos y duraderos para las placas.
Otra mejora en el diseño del decantador lamelar es la evaluación de diferentes geometrías de placas, incluyendo placas en forma de V o de rombo, para mejorar el flujo del agua cruda y disminuir el riesgo de obstrucción. Se han implementado también sistemas de limpieza automatizados en los decantadores lamelares para mantener las placas limpias y reducir el riesgo de acumulación de lodos.
Los decantadores lamelares son una tecnología valiosa en la purificación del agua cruda en las plantas potabilizadoras convencionales. El diseño óptimo del decantador lamelar depende de factores como la carga hidráulica, la carga de sólidos y la eficiencia de separación requerida. Las mejoras en el diseño del decantador, incluyendo el uso de módulos de filtros y nuevos materiales para las placas, han mejorado la eficiencia del proceso y reducido el riesgo de obstrucción. Es probable que en el futuro se sigan explorando nuevas mejoras en el diseño de los decantadores lamelares para lograr una eficiencia aún mayor en la purificación del agua.
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Referencias:
Rosales-Quintero, A., Robles-Silva, E. M., & Castañeda-Ramírez, S. (2017). Estudio de la eficiencia de decantadores lamelares mediante pruebas de sedimentación. DYNA, 84(200), 130-136.
Herreros, M. I., Mezquita, A., & Marecos, A. (2018). Mantenimiento y operación de decantadores lamelares en plantas potabilizadoras. Ingeniería del agua, 22(1), 63-74.
C. Moraes, M. L. Couto, R. M. Boaventura, and H. M. Pinheiro, “Design criteria for rectangular settling tanks,” Water Resources and Industry, vol. 13, pp. 18-24, 2016.
S. G. Sousa, A. F. B. Alzon, L. H. Dias, and A. M. Almeida, “Analysis of parameters impacting the design of lamellar sedimentation in water treatment plants,” Desalination and Water Treatment, vol. 51, no. 34-36, pp. 6930-6937, 2013.
J. L. Seah, J. T. P. Ong, W. K. Ng, and Y. L. Wong, “Optimisation of rectangular sedimentation tanks for enhanced settling of particulate solids,” Separation and Purification Technology, vol. 208, pp. 192-201, 2019.
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