Instrumentación plantas tratamiento aguas

Master en Ingeniería y Gestión Medioambiental 2007/2008

Módulo: Contaminación de las aguas

INSTRUMENTACION AUTOR: OSCAR ACEBAL


©: Quedan reservados todos los derechos. (Ley de Propiedad Intelectual del 17 de noviembre de 1987 y Reales Decretos). Documentación elaborada por el autor/a para EOI. Prohibida la reproducción total o parcial sin autorización escrita de EOI.

Página 2 de 43

Índice 1 INTRODUCCIÓN................................................................................................................... 3 2 MEDIDA DE PARÁMETROS................................................................................................ 5

2.1 MEDIDA DE CAUDAL ................................................................................................... 5 2.1.1 CONDUCCIONES ABIERTAS........................................................ 5 2.1.2 CONDUCCIONES CERRADAS ..................................................... 9

2.2 MEDIDA DE NIVEL...................................................................................................... 14 2.2.1 ULTRASÓNIDOS ......................................................................... 15 2.2.2 SISTEMAS CAPACITIVOS .......................................................... 16 2.2.3 SISTEMAS CONDUCTIVOS ........................................................ 17 2.2.4 SISTEMA DE PRESIÓN DIFERENCIAL ...................................... 18 2.2.5 RADAR ......................................................................................... 19 2.2.6 MEDIDOR DE BOYA.................................................................... 20 2.2.7 NIVEL DE CRISTAL ..................................................................... 20 2.2.8 NIVEL DE BURBUJEO................................................................. 21

2.3 MEDIDA DE PRESION................................................................................................ 23 2.3.1 MANÓMETROS............................................................................ 23 2.3.2 TRANSMISOR DE PRESIÓN NEUMÁTICO ................................ 24 2.3.3 TRANMISOR DE PRESIÓN ELECTRÓNICO .............................. 25

2.4 MEDIDA DE PH ........................................................................................................... 28 2.5 MEDIDA DE TEMPERATURA..................................................................................... 30

2.5.1 TERMÓMETROS LOCALES........................................................ 30 2.5.2 TERMÓMETROS ELÉCTRICOS.................................................. 31

2.6 MEDIDA DE CONDUCTIVIDAD.................................................................................. 33 2.7 MEDIDA DE TURBIDEZ.............................................................................................. 35

2.7.1 METODO NEFELOMETRICO ...................................................... 36 2.7.2 METODO DE ABSORCIÓN DIRECTA......................................... 37

2.8 MEDIDA DE OXIGENO DISUELTO ............................................................................ 38 2.9 ELECTRODOS DE ION SELECTIVO.......................................................................... 39 2.10 MEDIDA DE COT ........................................................................................................ 42 2.11 ANALISIS DE GASES ................................................................................................. 43



Página 3 de 43

1 INTRODUCCIÓN

Los sistemas de medida dentro de las Plantas de Tratamiento de Aguas son un

elemento clave para asegurar el correcto funcionamiento de los diversos tratamientos

que se llevan a cabo en las mismas.

Diversos parámetros son medidos en las distintas áreas de las plantas de Tratamiento.

La medida y control de dichos parámetros permite mejorar el rendimiento de los

procesos de depuración, optimizar el consumo de reactivos y energía, así como

alargar la vida útil de las instalaciones.

Existen una serie de parámetros que se miden en la práctica totalidad las instalaciones

de depuración, ya que son claves para llevar el correcto control de la Planta. Mientras

que otra serie de parámetros son medidos en función del origen de las aguas

residuales y de los procesos que se llevarán a cabo para su depuración.

A su vez para conocer la calidad del vertido antes de su vertido final, se miden un

conjunto de parámetros que normalmente fija la Administración.

Parámetros habitualmente medidos en una EDAR urbana:

Caudal, nivel, pH, conductividad, temperatura, presión, turbidez, oxígeno disuelto, DQO, DBO, COT, nitratos, fosfatos, amonio, cloruros, metano.

En una EDAR industrial, los parámetros que son medidos, dependen de la

procedencia de las aguas residuales, pudiéndose medir además de los parámetros

medidos en una EDAR urbana, los siguientes parámetros:

Aceites y grasas, fluoruros, metales pesados, potencial redox.

En el esquema adjunto, se indica el lugar en el que se miden los distintos parámetros

en una EDAR urbana.



Página 4 de 43

REJAS DESARENADO DECANTADOR 1º

PROCESO AEROBIO

DECANTADOR 2º DESINFECCIÓN

NIVEL

ARQUETA ENTRADA

PRESIÓN DIFERENCIAL

CAUDALSÓLIDOS SUSPENSIÓNCONDUCTIVIDAD

SÓLIDOS EN SUSPENSIÓNpHTEMPERATURAAMONIONITRATOSFOSFATOSCONDUCTIVIDADDQO

OXÍGENO DISUELTOCAUDAL AIRE

CLOROSOLIDOS SUSPENSION

DQOpH

NITRATOSFOSFATOS

ARQUETA FANGOS ESPESADOR CALENTAMIENTO

FANGOSDIGESTORES

FANGOS

NIVELCAUDAL

TEMPERATURA TEMPERATURApH

GASOMETRO

% METANOCAUDAL

PRESION

LINEA DE AGUA

LINEA DE FANGOS

LINEA DE GAS



Página 5 de 43

2 MEDIDA DE PARÁMETROS

A continuación se describen los métodos de determinación de los parámetros

habitualmente medidos en las Plantas de tratamiento de aguas.

2.1 MEDIDA DE CAUDAL La medida de caudal tiene como finalidad conocer la cantidad de un fluido que pasa

por una conducción durante un determinado periodo de tiempo.

En el ámbito de tratamiento de aguas residuales la medida del caudal de agua de

entrada al tratamiento sirve para ajustar una serie de parámetros críticos para el

tratamiento del agua residual.

Con la medida del caudal, actuaremos sobre el arranque/parada de bombas,

ajustaremos su caudal, dosificaremos más o menos reactivo, abriremos o cerraremos

compuertas, etc.

El caudal de agua en una planta residual se puede medir en conducciones abiertas o

en conducciones cerradas (tuberías).

2.1.1 CONDUCCIONES ABIERTAS El agua residual en las conducciones abiertas circula por acción de la gravedad, no

soliendo estar la conducción completamente llena.

La medida de caudal en este tipo de conducciones se efectúa mediante una

aceleración del caudal. De esta forma conociendo la velocidad del fluido y la sección

mojada del canal se puede conocer el caudal de fluido.

Conocido el ancho del canal, la cantidad de flujo es función de la altura del mismo en



Página 6 de 43

el canal.

Para generar una aceleración del caudal se emplean los siguientes elementos:

• Canales Venturi

• Vertederos

Canales Venturi

Un canal Venturi es un estrechamiento de la sección transversal de un canal.

El estrechamiento que se produce en la sección del canal, genera una subida de nivel

del líquido aguas arriba del estrechamiento, siendo esta variación en la altura del

líquido, proporcional al caudal que circula por el canal.



Página 7 de 43

La formula que rige el cálculo del caudal es la siguiente:

2/3h*cteQ =

Donde:

Q: Caudal de líquido

Cte: cte. Constructiva canal

h: altura medida

Para asegurar una correcta medida del nivel de líquido deberán seguirse unas

recomendaciones constructivas:

• Deberá mantenerse un tramo recto de canal, previo al venturi, de al menos 10

veces la anchura del canal.

• A la salida del venturi debe mantenerse un tramo recto de canal de al menos 5

veces la anchura del canal.

• El punto de medida se localizará a una distancia de 3 veces la altura máxima

de líquido, del inicio de la sección convergente del canal.

• La velocidad de paso del agua en el canal deberá ser mayor de 0.6 m/s para

que no existan deposiciones de sólidos que provoquen perturbaciones en el

flujo del líquido

• La relación entre el ancho de la garganta y el ancho del canal deberá ser

menor o igual a 0,7.

Para la media de la altura del líquido en el venturi se utilizará un elemento de medida

de nivel, estando recomendado el uso de un medidor por ultrasonidos debido a que

este elemento de medida no provoca perturbaciones en la circulación del líquido

Vertederos



Página 8 de 43

Un vertedero es una restricción al flujo que permite medir la variación de altura aguas

arriba de la restricción.

Este sistema se utiliza en canales donde se pueda efectuar un salto en la corriente de

líquido.

Existen distintos tipos de vertederos en función de su geometría. Estos pueden ser:

Sin contracción lateral: la restricción se aplica a todo el caudal.

Con contracción lateral en forma de V.

Con contracción lateral en forma trapezoidal.



Página 9 de 43

El cálculo del caudal mediante el uso de vertederos se lleva a cabo con las siguientes

fórmulas:

Q = cte * h3/2 vertederos sin contracción lateral o con contracción lateral trapezoidal

Q = cte * h5/2 vertederos con contracción lateral en forma de V

Donde:

Q: caudal de líquido

Cte: constante de proporcionalidad del vertedero

H: altura medida nivel líquido

Para asegurarnos una correcta medida de caudal, el punto de medida del nivel de

líquido deber realizarse a una distancia no menor a cuatro veces la altura máxima de

líquido en el salto.

2.1.2 CONDUCCIONES CERRADAS En las conducciones cerradas el caudal suele ser medido en función de la velocidad.

Para ello se puede utilizar métodos directos, que son los que miden directamente la

velocidad, como son los medidores magnéticos y ultrasónicos. O también se pueden

emplear métodos indirectos, que requieren de un elemento que provoque una

restricción al flujo para así medir el caudal en función de la presión diferencial.

Medidor magnético

Este sistema se emplea para la medida de caudal en líquidos conductores, ya que se

basa en la Ley de Faraday que establece que el voltaje inducido en un conductor que

se mueve en un campo magnético es proporcional a la velocidad del conductor.



Página 10 de 43

El sistema consta de dos bobinas situadas en extremos opuestos de la tubería y dos

electrodos situados también a ambos extremos de la tubería pero a 90º de las

bobinas.

Cuando se alimentan con corriente alterna las dos bobinas, estas generan un campo

magnético que es cortado por el líquido que fluye por la tubería. Al cortar el campo

magnético se genera una fuerza electromotriz inducida que es detectada mediante los

dos electrodos, que es proporcional al valor del campo magnético, a la velocidad del

líquido y a la distancia entre los electrodos. Debido a que la distancia entre los

electrodos y el valor del campo magnético son constantes, la fuera electromotriz

inducida es proporcional a la velocidad.

Conociendo la sección de la tubería y la velocidad calculada, se obtiene el caudal de

líquido.

Este método de medida, tiene una serie de ventajas que han de ser tenidas en cuenta:

• No genera perdida de carga

• No se ve afectado por variaciones de densidad y viscosidad

• No le afecta la variación de presión y temperatura

• Tiene elevada precisión

Medidor de ultrasonidos

Este sistema de medida se basa en el principio Doppler, que establece que cuando se

emite una frecuencia constante a través de un fluido en movimiento, la frecuencia

recibida varía proporcionalmente a la velocidad del fluido en movimiento.

El sistema de medida consta de un emisor de frecuencia y un receptor situados a uno



Página 11 de 43

en frente del otro en la tubería. El emisor generará una frecuencia que atravesará la

corriente de líquido y será detectada mediante el receptor. La variación entre la

frecuencia emitida y la detectada es proporcional a la velocidad del fluido.

Debido a la difracción entre superficies, el ángulo de entrada de la señal de frecuencia

ha de ser de 15º.

Este sistema tiene la limitación de que solo es aplicable a fluidos que tengan partículas

en suspensión, puesto que lo que mide es el movimiento de partículas. Debido a esto,

este método no es útil para la medida en líquidos limpios.

Medidor Vortex

Este sistema se basa en los vórtices que se generan el un fluido cuando se coloca un

obstáculo en su camino. La frecuencia de generación de estos vórtices es

directamente proporcional a la velocidad del fluido.

Debido a que el volumen y la distancia entre vórtices es constante, midiendo el

número de vórtices generados se conocerá el caudal del fluido.

bvsf *

=

donde:

f: frecuencia de vortex

s: factor adimensional

v: velocidad fluido

b: anchura obstáculo

Para la detección de los vórtices se emplea un sensor capacitivo.



Página 12 de 43

Medidor de presión diferencial

Este método se basa en el teorema de Bernoulli, que indica que al realizar una

restricción en una tubería, la disminución del diámetro genera un aumento de la

velocidad del fluido. Por el principio de conservación de la energía, la energía potencial

se transforma en energía cinética:

Ec = Ep

0.5 * m * v2 = m * g * h

hgv **2=

donde:

v: velocidad fluido

g: cte gravedad

h: diferencia manométrica entre ambos lados de la restricción

El valor del caudal del líquido tras la restricción es igual a la velocidad del líquido

multiplicada por la sección de la tubería y multiplicada por una la constante de

descarga de la restricción.

De esta forma el caudal tiene la siguiente expresión:

hgSKQ **2**=

donde:

Q: caudal

K: cte de descarga

S: sección tubería



Página 13 de 43

En la expresión, K, S, y g son valores constantes, por lo que el caudal es proporcional

a la variación de la altura manométrica.

Para la medida del caudal, por tanto se utiliza un transmisor de presión diferencial

cuya descripción se encuentra en el apartado de medida de presión.



Página 14 de 43

2.2 MEDIDA DE NIVEL

La medida del nivel es otra de las operaciones que se realizan habitualmente en una

Planta depuradora. La medida de nivel se puede realizar en conducciones abiertas y/o

en tanques, depósitos o arquetas.

La medida de nivel en conducciones abiertas se utiliza por ejemplo para medir el

caudal de líquido que circula por la conducción o para medir una pérdida de carga en

la conducción que por ejemplo en el caso del paso a través de unas rejas, active el

mecanismo de limpieza automático de las mismas.

La medida de nivel en tanques, depósitos o arquetas sirve para conocer la cantidad

de líquido o sólido almacenado, para bien tener un registro de la capacidad restante de

un tanque, bien conocer la cantidad de reactivo que queda en un tanque o bien poner

en arranque o paro un sistema de bombeo o dosificación.

Existen diversos sistemas de medida de nivel tanto para conducciones cerradas como

para tanques o depósitos.

Los sistemas de medida de nivel habitualmente utilizados en las Plantas depuradoras

son los siguientes:

SISTEMA DE MEDIDA UBICACIÓN MEDIDA TIPO DE MEDIDA

ULTRASONIDOS CANAL ABIERTO/ DEPÓSITOS MEDIDA CONTÍNUA

CAPACITIVO CANAL ABIERTO/ DEPÓSITOS MEDIDA CONTÍNUA

CONDUCTIVO CANAL ABIERTO/ DEPÓSITOS MEDIDA LÍMITE

PRESION DIFERENCIAL DEPÓSITOS MEDIDA CONTÍNUA

RADAR CANAL ABIERTO/ DEPÓSITOS MEDIDA CONTÍNUA

DE BOYA DEPÓSITOS MEDIDA LÍMITE

NIVEL DE CRISTAL DEPÓSITOS MEDIDA CONTÍNUA

BURBUJEO CANAL ABIERTO/ DEPÓSITOS MEDIDA CONTÍNUA



Página 15 de 43

2.2.1 ULTRASÓNIDOS

Este sistema de medida utiliza pulsos de sonido que son enviados desde un emisor

hacía la superficie cuyo nivel se quiere medir. Estos pulsos son reflejados por dicha

superficie y su eco es recogido por un receptor situado junto al emisor. De esta forma

el sistema mide el tiempo utilizado en la propagación del sonido, siendo proporcional a

la distancia entre el emisor y la superficie.

svth *=

h: altura

t: tiempo de propagación

vs: velocidad del sonido (331 m/s a 0º C)

La velocidad del sonido varía con la temperatura, por lo que los sensores deben tener

una compensación de la temperatura. La variación es de 0.17% por ºC.

El sistema de medida por ultrasonidos se compone además de un

procesador/amplificador de señal, que se encarga de procesar la señal recibida y

transformarla en una señal eléctrica 4-20 mA.



Página 16 de 43

2.2.2 SISTEMAS CAPACITIVOS

Este sistema de medida utiliza un condensador para medir las variaciones de nivel.

Estas variaciones provocan cambios en la capacidad del condensador.

Un condensador consta de dos placas metálicas separadas a una distancia y mediante

un dieléctrico. Cuando a estas dos placas se les aplica tensión en corriente continua y

luego se desconecta la tensión, esa tensión permanece entre las dos placas

conductoras un determinado periodo de tiempo.

La capacidad de un condensador depende de la cte dieléctrica del aislante y de la

distancia entre las placas.

Si el producto a medir es un conductor, el condensador estará formado por un

electrodo recubierto de un aislante y del propio producto a medir.

En el caso de que el producto no sea conductor, el condensador estará formado por



Página 17 de 43

dos electrodos actuando el producto a medir como aislante.

Los sistemas capacitivos que utilizan al producto como aislante, presentan la limitación

de que un cambio en su constante dieléctrica motivado por un cambio en sus

propiedades, generará errores en la medida.

Entre las ventajas que presenta este sistema están su coste, precisión y facilidad de

instalación.

2.2.3 SISTEMAS CONDUCTIVOS

Este sistema de medida se emplea para el control del nivel, no siendo posible la

indicación de nivel en continuo. Este sistema de medida solo se puede utilizar con

líquidos conductivos.

El sistema consta de dos electrodos conectados a corriente alterna. Uno de los

extremos de una de los electrodos actuará como nivel mínimo, y el extremo del otro

electrodo actuará como nivel máximo. Como toma de tierra del sistema se utilizará la



Página 18 de 43

pared del depósito o canal si es metálico, o una tercer electrodo de referencia.

Dependiendo de los niveles que se quiera controlar, la longitud de los electrodos

variará.

Este sistema se utiliza muy a menudo para controlar el arranque/paro de una bomba.

La bomba arrancará cuando el líquido alcance el electrodo de medida de nivel máximo

y parará cuando el nivel baje por debajo del electrodo de nivel mínimo.

2.2.4 SISTEMA DE PRESIÓN DIFERENCIAL

Este sistema se emplea para la medida de nivel en depósitos a presión atmosférica o

a presión.

Para la medida en depósitos a presión atmosférica se emplea un elemento de presión

diferencial, situándose la cámara de baja presión a la atmósfera, y la cámara de alta



Página 19 de 43

situada en el depósito, de esta manera la diferencia entre la medida de presión en la

cámara de alta y de baja es proporcional a la altura del líquido en el depósito.

caPatmosfériP =1 hgPPP ∗∗=−=∆ ρ12 = hcte∗

hgcaPatmosferiP ∗∗+= ρ2

2.2.5 RADAR

El sistema Radar para la medida de nivel emplea las ondas de radio para llevar a cabo

la medida.

Las ondas de radio son transmitidas mediante una antena situada por encima del

producto a medir su nivel. Cuando las ondas de radio alcanzan un medio con distinta

constante dieléctrica, parte de la energía de las ondas de radio es reflejada.

La diferencia de tiempo entre el pulso emitido y el reflejado es proporcional a la

distancia entre el emisor y la superficie.



Página 20 de 43

2.2.6 MEDIDOR DE BOYA

El sistema de nivel de boya se trata de un sistema mecánico de control de nivel. Su

uso habitual es para el arranque/paro de bombas situadas en una arqueta.

La boya permanece flotando en la superficie de líquido y se encuentra conectada con

un actuador. Según varíe el nivel del líquido en la arqueta la boya alcanzará un nivel

definido en el que actuará sobre el sistema de arranque/paro de las bombas.

Este sistema de control tiene la ventaja de ser barato y de fácil instalación.

2.2.7 NIVEL DE CRISTAL

Este sistema de indicación de nivel se aplica en tanques de almacenamiento de



Página 21 de 43

líquidos. Se trata de un sistema visual de indicación, en el que es el líquido

almacenado el que indica su nivel en el tanque.

El sistema de medida se trata de un tubo transparente conectado al tanque mediante

dos bridas. El líquido sube por el tubo hasta alcanzar el nivel del tanque.

Si al tubo se le incorpora una escala, el sistema da una medida de la cantidad de

líquido almacenada en el tanque.

2.2.8 NIVEL DE BURBUJEO

Este sistema se utiliza para medir el nivel de líquidos en tanques o en conducciones

abiertas.

Este sistema se basa en la introducción de burbujas de aire u otro gas, mediante un



Página 22 de 43

tubo sumergido en el líquido. Se debe regular el caudal de aire hasta que se empiecen

a formar burbujas dentro del líquido. La presión requerida para la formación de

burbujas es proporcional al nivel de líquido.

H*g*P ρ=

P: presión de aire inyectado

ρ : densidad de líquido

H: Nivel de líquido

Si el nivel del líquido varia, la presión de aire inyectado también variará hasta que las

presión de aire inyectado se iguales a la presión ejercida por la columna de líquido. De

esta forma el nivel de líquido vendrá determinado por la medida de la presión de aire

introducido.

Este sistema se puede utilizar para la medida de nivel de líquidos corrosivos o con

materiales en suspensión, ya que el fluido no penetra en el medidor. Tiene la limitación

de que la densidad del líquido a medir ha de ser constante.



Página 23 de 43

2.3 MEDIDA DE PRESION

La medida de presión en las Plantas de tratamiento de aguas se utiliza habitualmente

como medida de control de los equipos que trabajan a presión.

Existes diversos elementos de medida de presión, siendo las más habituales los

siguientes:

• Manómetros

• Transmisores de presión neumáticos

• Transmisores de presión electrónicos

2.3.1 MANÓMETROS

Estos equipos indican localmente la medida de presión. Existen distintos modelos,

aunque los más empleados son los manómetros Bourdon.

El manómetro Bourdon consiste en un tubo metálico que tiene uno de sus extremos

tapado, mientras que por el otro se le aplica la presión. Este extremo se encuentra fijo,

mientras que el extremo tapado está libre para que al variar la presión, éste se abra o

cierre provocando un movimiento que se aun piñón al que se acopla una aguja, que

indica la medida en una esfera graduada.



Página 24 de 43

2.3.2 TRANSMISOR DE PRESIÓN NEUMÁTICO

Este sistema se emplea para transmitir la medida de la presión a cierta distancia (sal

de control). Para ello se requiere la conversión de la señal de presión en una señal

neumática, que suele ir de 0.2 a 1 bar.

El transmisor neumático se compone de un suministro de aire a través de un conducto

que termina en una reducción denominada tobera. La tobera se encuentra obstruida

por una paleta sobre la que actúa la presión que se quiere medir. Se calibra el sistema

para que el fondo de escala del transmisor se produzca cuando la vaina impida la

salida de aire por la tobera, y por lo tanto se transmita 1 bar de presión. A principio de

escala del transmisor, la vaina permitirá pasar aire para que la señal de salida sea de

0,2 bares.



Página 25 de 43

2.3.3 TRANMISOR DE PRESIÓN ELECTRÓNICO

Estos sistemas son mucho más precisos que los transmisores neumáticos, por lo que

se usan cuando se requiere gran precisión y una rápida respuesta.

Existen varios sistemas transmisores de presión electrónicos, como son:

• Inductivos



Página 26 de 43

El fluido de proceso transmite su presión a un diafragma sensor a través de

unos diafragmas aisladores que contiene el líquido de llenado y están en

contacto con el fluido de medida.

El diafragma sensor flexiona en función de las variaciones de presión y

generan una variación en la distancia que separa dos circuitos magnéticos

situados a cada lado. De esta forma variará la inductancia diferencial siendo

esta variación proporcional a la variación de presión.

Mediante un conversor se convertirá la señal de inductancia a una señal 4-20

mA que se transmite a la sala de control.

• Capacitivos

La medida se basa en la variación de capacidad que sufre un condensador en

función de las variaciones mecánicas. Estas variaciones mecánicas se generan

por la flexión de un diafragma que está sometido a las variaciones de presión.

Las variaciones en la capacidad son detectadas por un circuito electrónico, y

son transformadas en una señal de salida de 4-20 mA.

• Piezoeléctricos

Se basan en la generación de potencial eléctrico por sustancias cristalinas



Página 27 de 43

sometidas a presión.

• Células extensiómetricas

Se basan en las variaciones en la resistencia de un hilo conductor cuando se

su longitud varia por torsión o presión, alterando el diámetro del hilo.



Página 28 de 43

2.4 MEDIDA DE pH

El pH se define como el menos logaritmo de la concentración de iones hidronio en el

agua.

[ ]+−= HpH log

El agua es una sustancia químicamente neutra, en la que alguna de sus moléculas se

disocia espontáneamente:

H2O −+ +→ OHH

La constante de disociación del agua (Kw) a 22º C es de 10-14, de donde:

Kw1410* −== −+ OHH

CC

En una solución neutra de agua, las concentraciones de H+ y OH- son iguales a 10-7.

Por lo tanto el pH de una solución neutra es:

pH [ ] 710log 7 =−= −

Un ácido es una sustancia que proporciona iones H+ al agua, aumentando su

concentración y por lo tanto disminuyendo su pH.

Una base es una sustancia que proporciona iones OH- al agua, aumentando su

concentración y por lo tanto aumentando su pH.

El pH del agua es un parámetro muy importante en las plantas depuradoras, puesto

que tanto los tratamientos químicos como los biológicos tienen gran dependencia de



Página 29 de 43

este parámetro. A su vez la legislación determina un rango de pH en los que el agua

tratada puede ser vertida a un cauce.

Existen ciertos procesos químicos que deben llevarse a cabo a determinados pH

(tanto ácidos como básicos) por lo que la medida de pH es indispensable para ajustar

el pH del agua a las necesidades del cada proceso que se vaya a llevar a cabo en la

depuradora.

El pH se suele medir mediante un método potenciométrico. En este método el

electrodo de medida dispone de un cristal especial que es sensible al pH. Este

electrodo genera un potencial cuando se pone en contacto con iones H+. Comparando

esta respuesta con la de un electrodo de referencia se obtiene la medida de pH.

Con el fin de mantener automatizada la planta depuradora, la medida de pH se suele

llevar a cabo mediante un portalelectrodos de inmersión y su señal se envia al PLC de

la instalación mediante un transmisor.



Página 30 de 43

2.5 MEDIDA DE TEMPERATURA

La medida de la temperatura del agua residual se suele llevar a cabo en el vertido

final, para controlar la temperatura de vertido, cuyo valor está limitado por la

Administración a un valor máximo.

La temperatura también puede medirse a la entrada de la Planta, para predecir la

influencia que va a tener este parámetro en los distintos procesos que se van a llevar a

cabo en la Depuradora.

Un punto crítico donde debe efectuarse la medida de temperatura es en los procesos

de digestión anaerobios. En estos procesos la velocidad de reacción es directamente

proporcional a la temperatura, por lo que una alta temperatura va a favorecer que las

reacciones se lleven a cabo en el menor tiempo posible. Por otro lado, los

microorganismos que llevan a cabo estas reacciones son de tipo mesofílico, y tienen

un límite superior de temperatura que se encuentra alrededor de los 40º C, por lo que

el control de la temperatura es imprescindible para evitar que los microorganismos se

mueran y el proceso anaerobio no tenga lugar.

La medida de la temperatura puede realizarse de forma local, o bien transmitirse a la

sala de control para registrar su valor.

2.5.1 TERMÓMETROS LOCALES

• Termómetros de bulbo

Los termómetros de bulbo están formados por una vaina conectada mediante un

capilar a un tubo Bourdon en forma de espiral.

En los termómetros de bulbo la variación de la temperatura produce la expansión o



Página 31 de 43

contracción de un fluido, que provoca una variación en la presión interior que hace que

el tubo Bourdon se enrolle o desenrolle, lo que hace que una aguja acoplada al mismo,

indique la temperatura sobre una escala.

• Termómetros bimetálicos

Estos termómetros están formados por dos láminas de metal con diferente coeficiente

de dilatación, una con un coeficiente muy alto y la otra con el coeficiente más bajo.

Cuando se calientan las láminas de metal, una se dilata más que la otra con lo que se

consigue que uno de los lados se alargue más que el otro. Si las láminas de metal se

arrollan en espiral, la diferencia de dilatación hace que el sistema se torsione,

transmitiéndose esta torsión mediante una aguja que indica la medida sobre una

escala adecuada.

2.5.2 TERMÓMETROS ELÉCTRICOS

Los termómetros eléctricos se emplean para realizar una medida de temperatura y

transmitirla a la sala de control.



Página 32 de 43

Dentro de los termómetros eléctricos se pueden distinguir los siguientes:

• Termopares Los termopares miden la diferencia de potencial que se genera entre dos

metales situados juntos y sometidos a calor.

• Termorresistencias Las termorresistencias se basas en la resistencia eléctrica de los metales que

son sometidos a temperatura. Esta resistencia aumenta según aumenta la

temperatura.

• De radiación Los termómetros de radiación miden la intensidad de la energía radiante

emitida por un cuerpo.



Página 33 de 43

2.6 MEDIDA DE CONDUCTIVIDAD

La conductividad se define como la capacidad que tiene una sustancia para conducir

la corriente eléctrica. Su valor es el inverso de la resistencia.

La capacidad de conducir la corriente eléctrica por el agua, varía en función de su

pureza. Cuanto más pura sea el agua, menor es su conductividad. Y de forma

contraria, cuanto mayor contenido en ácidos, bases o sales tenga el agua, mayor será

su conductividad.

Cuando se aplica un potencial a un conductor, se generará una corriente eléctrica

inversamente proporcional a la resistencia del conductor.

Para medir la conductividad de un líquido se sumergen en él dos electrodos a los que

se les aplica una corriente alterna. La intensidad de la corriente generada es

proporcional a la conductividad del líquido.

La conductividad es un parámetro que depende de la temperatura, por lo que los

elementos de medida de conductividad deben tener una compensación de la

temperatura, para evitar errores en la medida.



Página 34 de 43



Página 35 de 43

2.7 MEDIDA DE TURBIDEZ

La medida de la turbidez en las plantas de tratamiento de aguas sirve para conocer la

cantidad de partículas en suspensión presentes en el agua. Estas partículas que

generan turbidez pueden ser materia orgánica, inorgánica, bacterias, etc.

En una Planta depuradora, la medida de turbidez puede llevarse a cabo en distintos

puntos de la misma, como son la entrada y salida de la Planta, la salida de los

decantadores, salida de las etapas de filtración, etc.

De esta forma se puede conocer los rendimientos de los distintos procesos destinados

a la eliminación de las partículas que generan la turbidez del agua, medir la cantidad

de sólidos en los fangos activos, determinar la dosis de reactivos (coagulante y

floculante) necesarios para el proceso de depuración.

Los sistemas de medida de sólidos en suspensión, utilizan los procesos de absorción,

dispersión y transmisión de un rayo de luz cuando atraviesa un líquido que contiene

sólidos en suspensión.

Cuando una luz de una determinada longitud de onda atraviesa una solución con

partículas en suspensión, parte de esa luz se absorbe por las propias partículas en

suspensión, por los sólidos disueltos y por el propio líquido.

Otra parte de la luz es dispersada en todas las direcciones por las partículas.

Dependiendo del tipo y tamaño de la partícula, la dispersión se producirá de una

determinada forma y en una determinada dirección, así las partículas grandes

dispersan la luz hacia delante, mientras que las pequeñas lo hacen uniformemente

hacia delante y hacia atrás.

Finalmente otra parte de la luz es transmitida, disminuyendo la transmisión al

aumentar la distancia que recorra la luz, ya que de esta forma habrá más partículas

que absorban o dispersen la luz.



Página 36 de 43

Un medidor de turbidez consta de un foco emisor de luz, una célula fotoeléctrica que

recoge la señal de luz y un transductor que se encarga de convertir la señal luminosa

en eléctrica para poder ser indicada y registrada.

La concentración de sólidos en suspensión es una función logarítmica de la luz

captada por la célula fotoeléctrica.

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=

2

1ln*IIKCs

Donde:

Cs: Concentración sólidos

K: constante

I1: Intensidad de luz emitida

I2: Intensidad de luz detectada por la célula fotoeléctrica

Algunos sistemas para la mediad de la turbidez son los siguientes:

2.7.1 METODO NEFELOMETRICO

Se basa en la medida de la luz reflejada por las partículas hacia un receptor situado a

90º de la fuente emisora. La ubicación del emisor y receptor a 90º se debe a que

ubicándolos en esta posición, la precisión de la medida es más elevada que en otras

configuraciones.

La señal recogida por el receptor es proporcional a la concentración de sólidos en

suspensión presentes en el líquido.

Este método se utiliza para la medida de bajas concentraciones de sólidos en

suspensión.



Página 37 de 43

2.7.2 METODO DE ABSORCIÓN DIRECTA

Este método se usa para medir altas concentraciones de sólidos en suspensión

(mayores de 500 mg/l).

En este método el receptor y el emisor se encuentran uno en frente del otro, y la señal

de luz recogida por el receptor es inversamente proporcional a la concentración de

sólidos en suspensión.

Cuanto más separados estén el emisor y el receptor, el sistema tiene mayor

sensibilidad en la variación de concentraciones de sólidos, pero mide menor cantidad

de los mismos.

Por el contrario, cuanto más juntos estén emisor y receptor, el sistema mide mayores

concentraciones de sólidos, pero es menos sensible a variaciones en la concentración.



Página 38 de 43

2.8 MEDIDA DE OXIGENO DISUELTO

La medida de oxigeno disuelto en el agua residual, se lleva a cabo en los procesos

biológicos aerobios, en los que es necesario la presencia de una determinada cantidad

de oxígeno disuelto en el agua para que la oxidación biológica tenga lugar

correctamente.

La medida del oxígeno disuelto se lleva a cabo mediante un proceso electroquímico,

en el que se produce la reducción del oxigeno disuelto generando una corriente

eléctrica que es proporcional a presión parcial de oxígeno disuelto en el agua.

La celda electrolítica está formada por un ánodo de plata, un cátodo de oro, una

membrana permeable al oxígeno y una solución tampón alcalina que separa los

electrodos.

El equipo de medida de oxígeno generará una señal proporcional a la cantidad de

oxígeno disuelto, que actuará sobre los equipos de suministro de aire u oxígeno para

adaptar la difusión de oxígeno a las necesidades del sistema biológico en cada

momento.



Página 39 de 43

2.9 ELECTRODOS DE ION SELECTIVO

Estos electrodos tienen la particularidad de responder selectivamente a la actividad de

una determinada especie iónica en disolución.

Para efectuar la medida de una determinada especie iónica, se utiliza una celda

electroquímica compuesta por el electrodo selectivo de la especie a medir, y un

electrodo de referencia.

La calibración de la pareja de electrodos se lleva acabo mediante soluciones patrón

que contengan el ión que se quiere medir y un reactivo (que puede ser una solución

patrón de pH).

Se aplica una corriente a los electrodos que genera un potencial que es proporcional

a la actividad de un determinado ion. Este potencial viene expresado por la ecuación

de Nernst:



Página 40 de 43

xazFRTEE log3.20 +=

Donde:

E: potencial generado

E0: potencial cte determinado por el electrodo de referencia y la construcción interna

del electrodo de medida

R: cte de los gases

T: temperatura

z: cantidad de cargas de cada ion

F: cte de Faraday

ax: actividad del ion . Es un valor proporcional a la concentración del ion

Debido a E0,R, T, z y F son constantes, se tiene que el potencial generado es

proporcional a la concentración del ion que se quiere determinar.

Existen distintos tipos de electrodos de ion selectivos:

• Electrodo de vidrio La membrana está construida de un vidrio especial. La superficie de la membrana

actúa como intercambiadora de iones, cambiando iones de sodio o litio por los iones

que se quieren medir.

Los electrodos de pH, de sodio, de amonio y potasio pertenecen a este tipo de

electrodos.

• Electrodos en estado sólido La membrana esta formada por una sal inorgánica en la que en su superficie se

produce el intercambio de iones.

Los electrodos de sulfuro y fluoruro pertenecen a esta familia de electrodos.



Página 41 de 43

• Electrodos de membrana líquida La membrana está formada por un material soporte inerte impregnado con una

sustancia intercambiadora de iones. Al entrar en contacto el líquido a medir con la

sustancia intercambiadora, se producirá un intercambio iónico.

Los electrodos de nitrato y calcio pertenecen a este tipo de electrodos.

• Sondas sensoras de gas Estas sondas disponen de una membrana hidrófoba y permeable al gas. Dentro de la

membrana hay una solución electrolítica y un electrodo, generalmente de pH, con su

extremo situado casi en contacto con la membrana.

El gas difunde a través de la membrana hasta que se igualan las presiones parciales a

ambos lados de la membrana. El gas se disuelve en el electrolito y varía su pH, cuya

variación es detectada por el electrodo de pH.

Las sondas de amoniaco y dióxido de azufre pertenecen a este grupo de electrodos.



Página 42 de 43

2.10 MEDIDA DE COT

El carbono orgánico total (COT) se define como la cantidad de carbono, contenida en

el agua residual, determinada por oxidación catalítica de los compuestos del carbono

presentes. El COT es igual al carbono total menos el carbono inorgánico.

Para la medida del COT el caudal de muestra se acidifica has alcanzar pH inferior a 3,

con lo que se consigue que el carbono inorgánico pase a CO2, siendo purgado

mediante una columna desgasificadora.

Se añade a la muestra persulfato sódico y se pasa por un reactor de ultravioletas,

convirtiéndose el carbono orgánico en CO2. Este CO2 se mide mediante un detector

de infrarrojo no dispersivo.



Página 43 de 43

2.11 ANALISIS DE GASES En una Planta de tratamiento de aguas residuales, en la que se utilice un proceso

anaerobio, se generará gas metano. Este gas se quema para obtener la energía

necesaria para mantener la temperatura óptima de los procesos anaerobios.

Por lo tanto, es necesario conocer la riqueza en metano del gas generado en los

procesos anaerobios. Para ello se suele utilizar un analizador de gases por absorción

de infrarrojos.

Las moléculas tienen un determinado espectro de absorción en el rango de infrarrojos

que está relacionado con el número, configuración y tipo de átomos.

El equipo de medida por absorción de infrarrojos consta de un emisor de rayos

infrarrojos (2.5-15 micrones) que emite dos rayos paralelos que atraviesan dos celdas,

una contiene el gas a medir y la otra un gas de referencia. Los infrarrojos tras pasar

por las celdas son recogidos por un detector que contiene otro gas en su interior.

Cuando el gas absorbe los rayos infrarrojos, se produce un incremento de presión y

temperatura. El aumento de presión se transmite a una membrana que hace que varíe

la capacidad de un condensador.

El paso del haz de infrarrojos por las celdas de medida y referencia es alterno, por lo

que la diferencia entre la intensidad de luz detectada por el rayo de medida y el de

referencia se detecta como una señal de corriente alterna.

Para la evitar interferencias de otras moléculas se utiliza un filtro de interferencias que

permite que la muestra solo absorba la longitud de onda del gas que se quiere medir.

Instrumentación plantas tratamiento aguas

Documents

Transcript of Instrumentación plantas tratamiento aguas