Procedimiento para el Diseño de una Planta de Tratamiento ...

UNIVERSIDAD SIMÓN BOLÍVAR DECANATO DE ESTUDIOS PROFESIONALES COORDINACIÓN DE INGENIERÍA QUÍMICA

PROCEDIMIENTO PARA EL DISEÑO DE UNA PLANTA DE

TRATAMIENTO DE EFLUENTES INDUSTRIALES

Por:

Ana Alicia Alvarez Da Costa

INFORME DE PASANTÍA Presentado ante la Ilustre Universidad Simón Bolívar

como requisito parcial para optar al título de Ingeniero Químico

Sartenejas, Octubre de 2009

UNIVERSIDAD SIMÓN BOLÍVAR DECANATO DE ESTUDIOS PROFESIONALES COORDINACIÓN DE INGENIERÍA QUÍMICA

PROCEDIMIENTO PARA EL DISEÑO DE UNA PLANTA DE

TRATAMIENTO DE EFLUENTES INDUSTRIALES

Por:

Ana Alicia Alvarez Da Costa

Realizado con la asesoría de:

Tutor Académico: Prof. Fernando Morales Tutor Industrial: Ing. Nayla Hurtado

INFORME DE PASANTÍA Presentado ante la Ilustre Universidad Simón Bolívar

como requisito parcial para optar al título de Ingeniero Químico.

Sartenejas, Octubre de 2009.

iv

RESUMEN

La necesidad de globalización, el desarrollo de los mercados y las exigencias de los clientes hoy

en día, hacen que sea necesario que las empresas demuestren su capacidad para cumplir con los

requisitos y las necesidades de los clientes. Por tal motivo, cada vez son más las empresas que

crean documentos a manera de normalizar y estandarizar los procedimientos para desarrollar sus

actividades en el día a día. Frente a esta necesidad, surgió el objetivo del presente trabajo:

elaborar un manual de procedimiento para el diseño de una planta de tratamiento de efluentes

industriales (PTEI) a fin de normalizar las actividades para este proceso de diseño y garantizar

una ejecución eficiente de las mismas. La metodología para el desarrollo del proyecto se basó en

tres pasos: recopilación de información (bibliográfica, electrónica y entrevistas informales)

estructuración del manual de procedimiento y elaboración de documentos. Como productos de la

investigación se obtuvo un manual de procedimiento para la PTEI regido por los estándares de la

Empresas Y&V el cuál contiene la siguiente información: información requerida para el diseño,

normas y legislación ambiental pertinente a este tipo de proyectos, tecnologías disponibles para el

tratamiento de efluentes industriales, criterios para la selección de las tecnologías de tratamiento,

método para la elaboración del balance de masa y diagramas de flujo (DFP) y tuberías e

instrumentación (DTI), dimensionamiento de los equipos, elaboración de los cálculos hidráulicos

y entrega de documentos finales correspondientes al diseño de la PTEI. También se elaboraron

hojas de cálculo para facilitar el dimensionamiento de: separador API, separador de placas

corrugadas (CPI), sistema de flotación por aire disuelto (DAF), sistema de aeración, clarificador,

fosa de acumulación previa y sistema de cloración. Entre los otros documentos desarrollados

están: hojas de datos para cada uno de los equipos mencionados, listas de chequeo para verificar

la hoja de datos, diagramas de flujo para esquematizar el procedimiento de diseño y poder

incorporarlo al Mapa de Procesos de Empresas Y&V y hoja de cálculo para la matriz de

selección de tecnologías. Como conclusión general se tuvo que el manual y los documentos

adjuntos al mismo permiten estandarizar, normalizar y agilizar el diseño de una PTEI,

permitiendo tener la información de manera concisa y archivada en un solo sitio para ser

utilizada en cualquier momento.

Palabras Claves: Procedimiento, manual, tratamiento, efluente, industrial, Normas PDVSA.

v

A mis padres: Bubu & Mamma Bear

vi

AGRADECIMIENTOS

A mis padres Ana y Armando por su amor, sus consejos, su apoyo incondicional y por siempre

creer en mí. Gran parte de la mujer que soy hoy en día es gracias a ustedes. Los amo!.

A mi hermana Amanda, porque a pesar de nuestras diferencias, mi vida no sería lo mismo sin ti.

I love you, sis.

A Elena, sin ti estos años en la Uni y en la resi no hubiesen sido lo mismo. Gracias por ser mi

amiga y por estar siempre allí. Naná, eres lo máximo!.

A mis amigos de la Uni, por su invaluable amistad, por todas las horas que pasamos estudiando,

por soportarme en los laboratorios y además por hacer que cada momento fuese agradable aún

con el estrés de los exámenes. Los quiero muchísimo!.

A la Universidad Simón Bolívar por brindarme la oportunidad de estudiar, crecer y madurar.

Al Profesor Fernando Morales por orientarme y por su apoyo en este proyecto.

A Empresas Y&V, especialmente a Nayla Hurtado, Leonardo Méndez y Carmen Teresa Senior,

por brindarme su experiencia y conocimientos, y por darme la oportunidad de realizar este

proyecto y así permitirme crecer profesionalmente.

A mis compañeros de trabajo: Elo y Sergio, por hacer de cada día algo divertido y a Andrés por

convertir al “País de las Maravillas” en algo especial.

Finalmente, a todas las personas que de alguna u otra forma colaboraron para lograr cumplir

esta meta.

A todos, Mil Gracias!

vii

ÍNDICE GENERAL

ÍNDICE GENERAL ...................................................................................................................... vii

ÍNDICE DE TABLAS ..................................................................................................................... x

INDICE DE FIGURAS .................................................................................................................. xi

LISTA DE SÍMBOLOS .............................................................................................................. xiii

LISTA DE ABREVIATURAS ..................................................................................................... xvi

INTRODUCCIÓN ........................................................................................................................... 1

CAPÍTULO 1. DESCRIPCIÓN DE LA EMPRESA ...................................................................... 3

1.1. Presentación de la Empresa .................................................................................................... 3

1.2. Localización ............................................................................................................................ 4

1.3. Filosofía Empresarial .............................................................................................................. 4

1.3.1. Misión .................................................................................................................................. 4

1.3.2. Visión .................................................................................................................................. 4

1.3.3. Valores ................................................................................................................................. 4

1.3.4. Política de Calidad ............................................................................................................... 5

1.4. Estructura Organizacional ...................................................................................................... 5

CAPÍTULO 2. MARCO TEÓRICO ............................................................................................... 7

2.1. Fases de un Proyecto en la Ingeniería de Procesos ................................................................ 7

2.1.1. Visualización ....................................................................................................................... 8

2.1.2. Conceptualización ............................................................................................................... 8

2.1.3. Definición ............................................................................................................................ 9

2.1.4. Implantación ........................................................................................................................ 9

2.2. Tecnologías de disponibles para la planta de tratamiento de efluentes ................................ 10

2.2.1. Tecnologías para el tratamiento de desechos líquidos. ..................................................... 11

2.2.1.1. Separación agua-aceite ................................................................................................... 11

2.2.1.2. Flotación por aire disuelto (DAF) .................................................................................. 14

2.2.1.3. Coagulación / Floculación / Sedimentación ................................................................... 16

2.2.1.4. Aeración .......................................................................................................................... 18

2.2.1.5. Cloración ........................................................................................................................ 20

viii

2.2.2. Tecnologías para el tratamiento de desechos sólidos. ....................................................... 23

2.3. Legislaciones y normas ambientales .................................................................................... 25

2.3.1. Leyes aplicables ................................................................................................................. 25

2.3.2. Decretos ............................................................................................................................. 26

2.3.2.1. Decreto 883 “Normas para la Clasificación y el Control de la Calidad de los Cuerpos de

Agua y Vertidos o Efluentes Líquidos” (1998) .............................................................. 26

2.3.2.2. Decreto 2635 “Normas para el Control de la recuperación de Materiales Peligrosos y el

Manejo de los Desechos Peligrosos” (1998). ................................................................. 28

2.3.3. Normas .............................................................................................................................. 29

2.3.3.1. Normas PDVSA – Petróleos de Venezuela, S.A ............................................................ 29

2.3.3.2. Estándares del Banco Mundial (World Bank Standards) ............................................... 30

2.4. Manual de procedimiento ..................................................................................................... 31

2.4.1. Descripción ........................................................................................................................ 32

2.4.2. Formularios ........................................................................................................................ 33

2.4.3. Diagramas .......................................................................................................................... 34

2.4.3.1. Diagramas de flujo .......................................................................................................... 34

2.4.4. Diagramas IDEF0 .............................................................................................................. 35

CAPÍTULO 3. MARCO METODOLÓGICO .......................................................................... …37

3.1. Recopilación de la información ............................................................................................ 37

3.2. Esquematización del Manual de Procedimiento ................................................................... 38

3.3. Dimensionamiento de los equipos ........................................................................................ 38

3.4. Elaboración de documentos .................................................................................................. 39

CAPÍTULO 4. RESULTADOS Y DISCUSIONES ..................................................................... 41

4.1. Esquematización del Procedimiento ..................................................................................... 41

4.2. Determinación de documentos por crear .............................................................................. 42

4.3. Dimensionamiento de los equipos ........................................................................................ 42

4.4. Elaboración de documentos .................................................................................................. 43

4.4.1. Hojas de cálculo ................................................................................................................. 43

4.4.2. Hojas de datos de los equipos ............................................................................................ 44

4.4.3. Listas de chequeo ............................................................................................................... 44

4.4.4. Elaboración del manual de procedimiento ........................................................................ 45

ix

4.4.5. Elaboración de matriz multicriterios para selección de tecnologías .................................. 56

4.4.6. Elaboración de diagramas de flujo .................................................................................... 58

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ............................................................................ 59

REFERENCIAS ............................................................................................................................ 61

BIBLIOGRAFÍA ........................................................................................................................... 63

APÉNDICE A. .............................................................................................................................. 64

APÉNDICE B …………………………………………………………………………….……...98

APÉNDICE C ………………………………………………………………………………….122

APÉNDICE D ............................................................................................................................ 133

APÉNDICE E ………………………………………………………………………………….150

APÉNDICE F ………………………………………………………………………………….246

x

ÍNDICE DE TABLAS

Tabla 2.1. Procesos de tratamiento usados para remover los contaminantes principales

encontrados en efluentes industriales . .......................................................................................... 10

Tabla 2.2. Descarga en ríos, estuarios, lagos y embalses. ............................................................. 26

Tabla 2.3. Descarga al medio marino-costero .............................................................................. 27

Tabla 2.4. Temperatura de Diseño . .............................................................................................. 29

Tabla 2.5. Presión de Diseño . ....................................................................................................... 29

Tabla 2.6. Límites de descarga de acuerdo a los estándares del Banco Mundial . ........................ 31

Tabla 2.7. Símbolos comunes usados en la elaboración de un Diagrama de Flujo . ..................... 34

Tabla 4.1. Parámetros que debe incluir la caracterización del efluente entregada por el cliente. . 46

Tabla 4.2. Insumos requeridos por algunas tecnologías para el tratamiento de afluentes y

desechos sólidos. ........................................................................................................................... 53

Tabla 4.3. Pesos ponderados asignados a los criterios que conforman la matriz de selección de

tecnologías. .................................................................................................................................... 57

Tabla A.1. Temperatura de Diseño.…………………………………………………...………...65

Tabla A.2. Presión de Diseño…………………………………………………………………....65

Tabla A.3 Coeficiente de impermeabilidad del suelo……………………………………..…....67

Tabla A.4. Valores para el factor de turbulencia de acuerdo a la relación vh/vas…………………71

Tabla A.5. Relación ma/mS en función de la concentración de sólidos suspendidos en el

efluente………………………………………………………………………….…………………78

Tabla A.6. Tasa de desbordamiento superficial en función de la concentración de hidrocarburos en

el efluente ……………………………………………………………………………………........80

Tabla A.7. Solubilidad del aire en agua a diferentes temperaturas (P = Patm)……………….....81

Tabla A.8. Tasa de transferencia de oxígeno según el tipo de aerador mecánico …………….88

Tabla A.9. Porcentaje de eficiencia de acuerdo al tipo de aerador………………………..……89

xi

INDICE DE FIGURAS

Figura 1.1 Estructura organizacional de Empresas Y&V . .............................................................. 6

Figura 2.1. Mapa de Procesos de Empresas Y&V . ........................................................................ 7

Figura 2.2. Etapas en las que participa el Departamento de Procesos en un Proyecto . .................. 8

Figura 2.3. Diagrama de un separador API . ................................................................................. 12

Figura 2.4. Diagrama de un separador CPI . ................................................................................. 13

Figura 2.5. Diagrama de un sistema DAF con reciclo presurizado . ............................................. 16

Figura 2.6. Sedimentador de sección cilíndrica . ........................................................................... 17

Figura 2.7. Sedimentador de sección rectangular . ........................................................................ 18

Figura 2.8. Punto de quiebre de la cloración . ............................................................................... 21

Figura 2.9. Usos del cloro . ............................................................................................................ 22

Figura 2.10. Representación de un diagrama IDEF0 de primer nivel ........................................... 35

Figura 3.1. Metodología para el desarrollo del proyecto. .............................................................. 40

Figura A.1. Factor de turbulencia (FT) en función de la relación vh/vas ………………………….71

Figura A.2. Valores para ma/mS en función de CS out ...…………………………………..………..79

Figura A.3. Ts en función de Co out…………………………………………………………...…………..80

Figura A.4. Solubilidad del aire, Cs, en función de la temperatura, T a presión atmosférica

(1atm)…………………………………………………………………………………..…………81

Figura B.1a. Hoja de cálculo de la Fosa de Acumulación Previa…………………..……………99

Figura B.1b. Hoja de cálculo de la Fosa de Acumulación Previa………………..…...…….…..100

Figura B.1c. Hoja de cálculo de la Fosa de Acumulación Previa…………………………...…..101

Figura B.2a. Hoja de cálculo del Separador API………………………………….….....………102

Figura B.2b. Hoja de cálculo del Separador API…………………………………………..……103

Figura B.2c. Hoja de cálculo del Separador API…………………………………….…….……104

Figura B.3a. Hoja de cálculo del Separador CPI…………………………………………..……105

Figura B.3b. Hoja de cálculo del Separador CPI……………………………………….…….…106

Figura B.3c. Hoja de cálculo del Separador CPI………………………………………....….….107

Figura B.4a. Hoja de cálculo del Sistema de Flotación por Aire Disuelto (DAF)…………..….108

Figura B.4b. Hoja de cálculo del Sistema de Flotación por Aire Disuelto (DAF)……….….….109

Figura B.4c. Hoja de cálculo del Sistema de Flotación por Aire Disuelto (DAF)…………..….110

Figura B.4d. Hoja de cálculo del Sistema de Flotación por Aire Disuelto (DAF)…………...…111

xii

Figura B.43. Hoja de cálculo del Sistema de Flotación por Aire Disuelto (DAF)……….…….112

Figura B.5a. Hoja de cálculo del Sistema de Aeración………………………………….……...113

Figura B.5b. Hoja de cálculo del Sistema de Aeración……………………………….….……..114

Figura B.5c. Hoja de cálculo del Sistema de Aeración…………………………………..……..115

Figura B.6a. Hoja de cálculo del Sistema de Clarificador……………………………….……..116

Figura B.6b. Hoja de cálculo del Sistema de Clarificador…………………………….………..117

Figura B.6c. Hoja de cálculo del Sistema de Clarificador……………………………..….……118

Figura B.7a. Hoja de cálculo del Sistema de Cloración……………………………….….…….119

Figura B.7b. Hoja de cálculo del Sistema de Cloración…………………………………..…….120

Figura B.7c. Hoja de cálculo del Sistema de Cloración………………………….……….…….121

Figura C.1a. Hoja de datos para Fosa de Acumulación Previa………………………….….…..123

Figura C.1b. Hoja de datos para Fosa de Acumulación Previa…………………………..……..124

Figura C.1c. Hoja de datos para Fosa de Acumulación Previa………………………….……...125

Figura C.2. Hoja de datos del Separador API………………………………………………..….126

Figura C.3. Hoja de datos del Separador CPI……………………………………….…….…….127

Figura C.4. Hoja de datos del Sistema DAF………………………………………….…………128

Figura C.5. Hoja de datos del Sistema de Aeración………………………………………..…...129

Figura C.6. Hoja de datos del Clarificador Circular…………………………………….………130

Figura C.7. Hoja de datos del Clarificador Rectangular…………………………………..…….131

Figura C.8. Hoja de datos del Sistema de Cloración…………………………………….….…..132

Figura F.1. Flujograma para selección de tecnologías para el tratamiento de efluentes

industriales………………………………………………………………………………....…….247

Figura F.2. Flujograma del procedimiento para el diseño de una planta de tratamiento de efluentes

industriales………………………………………………………………………………….……248

Figura F.3. Diagrama IDEF0 para la Información del Cliente………………………………….249

Figura F.4. Diagrama IDEF0 para la Identificación de Tecnologías…………………………...249

Figura F.5. Diagrama IDEF0 para la Selección de Tecnologías…………………………….….249

Figura F.6. Diagrama IDEF0 para el Dimensionamiento de los Equipos…………..…………..249

xiii

LISTA DE SÍMBOLOS

Símbolos Castellanos

A Área

C Concentración

Cc Dosis de cloro (Sistema de cloración)

Cg Dosis de coagulante (Sistema DAF)

CL Tasa de producción de lodo por cantidad de coagulante agregado (Sistema DAF)

Cs Solubilidad del aire en agua a presión atmosférica

D Profundidad

d Diámetro

e Espesor

F Factor de diseño

g Aceleración de la gravedad

H Altura

HLR Tasa de Desbordamiento Superficial del Clarificador (Hydraulic Loading Rate)

I Coeficiente de impermeabilidad del suelo

L Longitud

m Flujo másico

N Número de

P Presión

p Potencia

pe Perímetro

Q Caudal

R Tasa de transferencia

Re Número de Reynolds

RL Tasa de recolección de lluvia

Rp Registro pluviométrico anual [mm lluvia/año o in lluvia/año]

Rs Tasa de alimentación de sólidos

r Radio equivalente de la gota

S Gravedad específica

s Separación

xiv

T Temperatura

t Tiempo

Ts Tasa de desbordamiento superficial (Sistema DAF)

V Volumen

v Velocidad

W Ancho

WLR Tasa Desbordamiento Perimetral, Clarificador (Weir Loading Rate)

Símbolos Griegos

β Constante para el cálculo de la velocidad crítica de sedimentación. Su valor es igual a

0,04 por tratarse de materiales no uniformes (hidrocarburos líquidos)

θ Ángulo de inclinación de las placas en el separador CPI

μ Viscosidad absoluta (dinámica)

ν Viscosidad cinemática

π Constante, π = 3,1415

ρ Densidad

Subíndices

A Acumulación de lluvia

a Aire

av Promedio

amb Condición ambiental (para T y P)

as Ascenso

B Pantallas (Baffles)

c Canal

cc Corto Circuito

cir Referente al clarificador de geometría circular

cl Cloro

d Diseño

E Eficiencia

F Espacio libre sobre el nivel de líquido en un tanque (Freeboard)

f Fricción

floc Referente al tanque de floculación (Sistema DAF)

xv

flot Referente al tanque de flotación (Sistema DAF)

h Horizontal

in Entrada

L Lluvia

l Líquido

lodo Referente al lodo producido en el sistema de tratamiento

lodoC Lodo producido por la acción del coagulante (Sistema DAF)

lodoHC Lodo producido a partir de los hidrocarburos retirados del efluente (Sistema DAF)

man Manométrica

n Paso (dentro del tanque de cloración)

o Hidrocarburos

O2 Oxígeno

P Placa corrugada (Separador CPI)

p Pico

pres Referente al tanque presurizado (Sistema DAF)

R Reciclo

r Retención

rec Referente al clarificador de base rectangular

S Sólidos Suspendidos

s Superficial

sc Sedimentación crítica

sp Superficie de la planta servida por la red de drenajes

T Turbulencia

t Transversal

w Agua

ww Agua residual

1 Compresor

xvi

LISTA DE ABREVIATURAS

API Instituto Americano de Petróleo (American Petroleum Institute)

CPI Interceptor de Placas Corrugadas (Corrugated Plate Interceptor)

DAF Flotación por Aire Disuelto (Dissolved Air Flotation)

DBO Demanda Biológica de Oxígeno

DBP Diagrama de Bloques de Procesos

DFP Diagrama de Flujo de Proceso

DQO Demanda Química de Oxígeno

DTI Diagrama de Tuberías e Instrumentación

PTEI Planta de Tratamiento de Efluentes Industriales

INTRODUCCIÓN

Los efluentes industriales son aquellas vertientes provenientes de procesos productivos, es

decir, aquellas aguas que han sido utilizadas en los diferentes sistemas de fabricación, producción

o manejo industrial, y que para ser desechadas necesitan ser tratadas previamente de manera tal

que puedan ser adecuadas para su descarga respectiva a los sistemas naturales como ríos, mares,

etc.

Tanto por motivos ambientales como por las legislaciones ambientales existentes a nivel

nacional e internacional, la implementación de plantas de tratamiento para efluentes es,

actualmente, una parte obligatoria en todas las instalaciones industriales que produzcan este tipo

de desecho.

A pesar de que Empresas Y&V ha trabajado en proyectos donde se han diseñado plantas de

tratamiento de efluentes industriales (PTEI), la empresa no cuenta con un procedimiento estándar

para el desarrollo de este tipo de proyectos. De este hecho, surge la necesidad de crear un manual

de procedimiento que permita estandarizar el proceso de diseño de la PTEI, con la finalidad de

mejorar la eficiencia y efectividad de la organización y optimizar el desarrollo de las actividades

involucradas en el proceso de diseño y en la elaboración de documentos.

El tener un procedimiento estandarizado para el diseño de un proyecto conduce a la excelencia

de los resultados empresariales, mejorando la efectividad y satisfacción de todas las partes

interesadas, como lo son los clientes, accionistas, personal, proveedores y sociedad en general.

El presente trabajo tiene como objetivo principal elaborar un procedimiento para el diseño de

una PTEI, el cual debe contener todas las instrucciones de trabajo necesarias, desde el punto de

vista de la Ingeniería Básica, para el desarrollo de este tipo de proyectos por parte del

Departamento de Procesos.

Para el cumplimiento del objetivo principal se establecieron los siguientes objetivos

específicos:

• Revisar y analizar la bibliografía referente a las tecnologías disponibles para el tratamiento

de efluentes industriales y a la elaboración de diagramas IDEF0.

• Identificar los diferentes productos (planos y documentos) elaborados por la disciplina de

Procesos para un proyecto de Ingeniería Básica.

2

• Obtener el dimensionamiento de los equipos principales involucrados en las tecnologías de

tratamiento seleccionadas.

• Elaborar las hojas de cálculo para el dimensionamiento de los procesos de tratamiento.

• Elaborar el documento correspondiente al procedimiento para el diseño de la PTEI.

• Elaborar los formatos asociados al procedimiento: listas de chequeo y hojas de datos de los

equipos.

• Elaborar los diagramas IDEF0 del procedimiento para incorporarlos al Mapa de Procesos de

Empresas Y&V.

El presente informe consta de cuatro capítulos. En el Capítulo I se hace una breve descripción

de Empresas Y&V, su filosofía y estructura organizacional.

El Capítulo II contiene los fundamentos teóricos necesarios para la comprensión del contenido

del informe y del proyecto como tal.

En el Capítulo III se hace referencia a la metodología utilizada para el desarrollo del proyecto

que conllevó a la elaboración del procedimiento y todos los documentos anexos a lo mismo.

En el Capítulo IV se exponen los resultados obtenidos y las observaciones realizadas, para

luego finalizar con las conclusiones y recomendaciones referentes al trabajo realizado.

CAPÍTULO 1 DESCRIPCIÓN DE LA EMPRESA

1.1. Presentación de la Empresa

Empresas Y&V es una corporación multidisciplinaria venezolana que desarrolla diversos

proyectos en áreas como: Ingeniería, Construcción, Operación, Mantenimiento y Gestión

Ambiental para sectores privados y públicos. Esta organización fue constituida en el año 1985

bajo el nombre de Yánes & Asociados surgiendo por la necesidad del mercado de conseguir

soluciones claras y efectivas a sus diversos proyectos de ingeniería; en el año 2005 se realizó el

cambio de nombre de Yánes & Asociados a Empresas Y&V (1).

Hoy día, la Corporación cuenta con el certificado de calidad ISO 9001-2008, lo que ha

permitido llevar a las empresas que la integran a ocupar una posición de liderazgo en sus áreas de

negocio, apuntadas por una sólida estructura corporativa que asegura a sus clientes una atención y

un servicio que satisface sus expectativas. Las compañías que conforman Empresas Y&V son las

siguientes (2):

• Y&V Ingeniería y Construcción.

• Y&V Construcción y Montaje.

• Y&V Operaciones y Mantenimiento.

• Y&V Ecoproyectos.

• Y&V Consulting and Construction Canada LTD

• Y&V Engineering and Construction Inc.

• Y&V Ingeniería y Construcción México.

4

1.2. Localización

Empresas Y&V posee oficinas a nivel nacional e internacional, enlazadas mediante sistemas de

alta tecnología que permiten la movilización rápida de la información y contando con la

presencia directa de personal de la empresa en puntos clave

Actualmente, la oficina principal está ubicada en el Edificio Panaven, Avenida San Juan Bosco

con tercera transversal, en el sector Altamira, Caracas. Las oficinas regionales se encuentran en

las ciudades de Maracaibo, Punto Fijo, Puerto La Cruz y Anaco; mientras que las oficinas

internacionales se ubican en Miami (Estados Unidos), Calgary (Canadá) y Ciudad de México

(México) (2).

1.3. Filosofía Empresarial

Empresas Y&V tiene como objetivo primordial ser la empresa líder en el mercado en su

categoría, con desempeño internacional, contando con un personal satisfecho y orgulloso de ser

parte de la misma (3).

Misión

Prestar servicios de Ingeniería y Construcción de excelencia que excedan las expectativas de

nuestros clientes y maximicen el bienestar de trabajadores y accionistas dentro de un entorno

ético y moral orientado al servicio del individuo, la sociedad y la conservación del ambiente (4).

Visión

Ser proveedor de clase mundial de servicios integrales de ingeniería, construcción, fabricación

operación y mantenimiento que servimos por los excelentes niveles de cumplimiento,

confiabilidad, calidad, compromiso y alineación de capacidades con los requerimientos de

nuestros clientes (5).

Valores

• Reconocimiento y respeto al individuo que se traduce en la búsqueda de su desarrollo

personal y profesional.

5

• Mística, Pasión y Compromiso.

• Integridad.

• Espíritu competitivo con fuerte sentido del logro.

• Disposición al reto con Actitud Pro-Activa y Optimismo.

• Búsqueda de la Excelencia mediante el mejoramiento continuo.

• Trabajo en equipo (6).

Política de Calidad

Satisfacer los requerimientos y expectativas de nuestros clientes, mediante servicios de

ingeniería y construcción adecuados, confiables y oportunos, basados en (7):

• Procesos normalizados.

• Un sistema de mejoramiento continuo.

• Compromiso de su personal con la calidad.

1.4. Estructura Organizacional

Empresas Y&V se mantiene como una organización flexible y sólida, permitiendo la autonomía

en las decisiones y estructuras de costos de sus compañías las cuales, al mismo tiempo,

comparten las mismas políticas en las áreas de recursos humanos, administrativa y financiera,

permitiendo la interacción del personal en las distintas áreas.

La estructura organizacional es matricial, cada proyecto cuenta con Gerentes de Proyectos,

Líderes de Disciplina, Ingenieros de Proyectos y Dibujantes. En la Figura 1.1 puede observarse

un esquema de dicha estructura.

El presente proyecto se realizó en la Gerencia del Departamento de Procesos, dependiente de la

Vicepresidencia de Ingeniería; sin embargo, su impacto se extiende a otras gerencias como la de

Ambiente, Mecánica e Instrumentación, ya que las mismas son parte vital para el diseño

completo de una planta de tratamiento de efluentes industriales.

6

Figura 1.1 Estructura organizacional de Empresas Y&V (8).

CAPÍTULO 2 MARCO TEÓRICO

2.1. Fases de un Proyecto en la Ingeniería de Procesos

La elaboración de un proyecto en una empresa es un proceso complejo que se lleva a cabo en

múltiples etapas y donde participan todas las disciplinas que laboran en la en la misma. A

continuación se presenta el Mapa de Procesos de Empresas Y&V (Figura 2.1) donde se puede

visualizar de forma esquemática las diversas etapas y las disciplinas que trabajan en un proceso

desde su apertura hasta su cierre.

Figura 2.1. Mapa de Procesos de Empresas Y&V (9).

El Departamento de Procesos juega un papel importante en la ejecución de un proyecto de

ingeniería. El mismo participa en las fases de visualización, conceptualización, definición e

implantación, tal como se muestra en la Figura 2.2.

8

Figura 2.2. Etapas en las que participa el Departamento de Procesos en un Proyecto (9).

Visualización

Esta etapa marca el inicio del proyecto, aquí se formulan ideas a partir de las cuales se inicia la

búsqueda de alternativas que permitan desarrollar el producto en cuestión. Comprende la

recolección de cierta información referente sitio, riesgos involucrados, etc., que permita llevar a

cabo una selección de alternativas preliminares, las cuales se estudian más a fondo en la fase de

Conceptualización (9). Los documentos principales generados en la etapa de visualización son:

• Diagrama de Bloque del Proceso (DBP);

• Informe de evaluación técnico-económica.

Conceptualización

Esta etapa tiene como objetivo la selección de la mejor opción y la mejora en la precisión de los

estimados de costos y tiempo de implantación con el fin de reducir la incertidumbre, cuantificar

los riesgos asociados y determinar el valor esperado de la opción seleccionada (9). Entre los

documentos fundamentales elaborados en esta etapa se encuentran:

• Selección de la Tecnología;

• Balance de Masa y Energía;

• Dimensionamiento preliminar de líneas (cálculos hidráulicos);

• Lista de Equipos;

9

• Diagramas de Flujo de Procesos;

• Descripción del Proceso;

• Requerimientos de Servicios industriales.

Definición

En esta etapa se prepara toda la información técnica necesaria para ejecutar la implementación

del proyecto y corresponde a la Ingeniería Básica del mismo (9). Entre los documentos que se

emiten durante esta fase están:

• Hojas de Datos de los Equipos;

• Descripción del Proceso;

• Balance de Masa y Energía;

• Diagrama de Flujo de Procesos (DFP);

• Diagrama de Tubería e Instrumentación (DTI);

• Lista de Líneas y Equipos;

• Diagrama de Tubería e Instrumentación.

Implantación

Esta etapa tiene como finalidad la completación mecánica de las instalaciones entregables al

grupo de operaciones de manera que se inicie la puesta en servicio de las mismas. En la etapa de

implantación se lleva a cabo la Ingeniería de Detalle, en la cual se deben elaborar una lista

detallada de productos de ingeniería (planos, cómputos métricos, memorias de cálculo, listas de

materiales y equipos, etc.) referentes al proyecto (9). Entre los documentos finales entregados en

esta etapa se tienen:

• Manual de Operaciones;

• Cálculos Hidráulicos Finales;

• Diagrama de Tubería e Instrumentación Final;

• Memoria de Cálculo.

10

2.2. Tecnologías disponibles para la planta de tratamiento de efluentes

Las tecnologías aplicables al tratamiento de efluentes industriales varían ampliamente de

acuerdo a las características del mismo, y al nivel de purificación que se desea lograr de acuerdo

a las legislaciones ambientales aplicables. En la Tabla 2.1 se presentan las diferentes alternativas

de tratamiento de acuerdo a las impurezas que se deseen eliminar.

Tabla 2.1. Procesos de tratamiento usados para remover los contaminantes principales encontrados en efluentes industriales (10).

Contaminante Proceso de Tratamiento

Sólidos suspendidos

Desbaste Sedimentación Separación agua-aceite Filtración Flotación con aire Adición de polímeros Coagulación /Sedimentación

Sustancias orgánicas biodegradables

Lodos activados Filtros percoladores Biodiscos Lagunas de estabilización Filtración con arena Aeración Sistemas físico-químicos

Sustancias orgánicas volátiles Adsorción en carbón activado Despojo de gases

Agentes patógenos

Cloración Tratamiento con bromo y cloro Ozonificación Radiación ultravioleta

Nitrógeno

Nitrificación y Desnitrificación en crecimiento suspendido Nitrificación y desnitrificación en capa fija Despojo de amoníaco Intercambio iónico Cloración

Fósforo Adición de sales de metales Coagulación con cal / Sedimentación Tratamiento biológico

Metales pesados Precipitación química Intercambio iónico

Sólidos orgánicos disueltos Intercambio iónico Ósmosis inversa Electrodiálisis

11

Para el diseño de una planta de tratamiento de efluentes industriales (PTEI) es importante

también incluir tecnologías para el tratamiento y manejo de desechos sólidos, ya que durante el

tratamiento de efluentes se generará una cantidad de lodos que deben ser tratados y dispuestos

correctamente según las legislaciones ambientales.

Tecnologías para el tratamiento de desechos líquidos.

A pesar de que existen numerosos procesos para el tratamiento de efluentes, para efectos del

presente trabajo sólo son de importancia: la separación agua-aceite, flotación por aire disuelto

(DAF, Diffused Air Flotation), coagulación/floculación, sedimentación, aeración y cloración; ya

que los mismos son las tecnologías utilizadas para la elaboración del procedimiento.

2.2.1.1. Separación agua-aceite

Este tipo de tratamiento primario también conocido como separación por gravedad, tiene como

función principal remover las grasas o aceites libres sin la adición de sustancias químicas para

facilitar el funcionamiento de las unidades posteriores, y regular la concentración de sustancias

oleosas (grasas, aceites, hidrocarburos, etc.) presentes en el efluente a ser tratado. Además,

también permite remover una porción de los sólidos suspendidos, tales como: arena, arcillas y

gravas finas, entre otros (11).

Como su nombre lo indica, estos separadores dependen de la diferencia de densidades entre las

sustancias para lograr la separación. En el caso de las sustancias oleosas, las gotas se elevan hacia

la superficie por tener una densidad menor; y en el caso de los sólidos suspendidos

sedimentables, los mismos se depositan en el fondo al caer por su propio peso, ya que tienen una

densidad mayor a la del agua.

Dentro de esta categoría, los dos separadores más utilizados son: el separador API (American

Petroleum Institute) y el separador de placas corrugadas (CPI, Corrugated Plate Interceptor).

a. Separador API

Consiste en un tanque horizontal a través del cual el efluente fluye horizontalmente, mientras el

aceite libre flota hacia la superficie. Este aceite es retirado con un desnatador y llevado a un

sistema de recuperación.

12

El funcionamiento de estas unidades depende de la naturaleza del aceite, características del

flujo, diseño y tamaño de la unidad. Puede ofrecer eficiencias en el orden del 75% o más, en

especial cuando el diámetro promedio de las partículas es igual o superior a 0,015 cm (11).

Los separadores API están conformados por estanques rectangulares multicanales, los cuales

disponen de una zona de entrada, una zona de separación agua-aceite y una zona de salida. En la

Figura 2.3 se muestra un diagrama de este tipo de separador.

Figura 2.3. Diagrama de un separador API (12).

Las ventajas de este separador son (13):

• Operación sencilla;

• Fácil mantenimiento respecto al separador CPI, ya que no se taponan por no tener

componentes internos (platos).

En cuanto a las desventajas, se tiene que (13):

• Tienen limitada eficiencia para diámetros de glóbulos de aceite inferior a 0,015 cm;

13

• Ocupan grandes espacios;

• Presenta problemas para el manejo de vapores y olores;

• Se requiere como mínimo dos unidades para facilitar las operaciones de limpieza sin afectar

la operación de la planta.

b. Separador CPI

Consiste en un conjunto de entre 12 y 48 placas corrugadas montadas de forma paralela, y

separadas a una distancia de 2 a 5 cm, las cuales se encuentran ubicadas dentro de un tanque por

donde fluye el agua que se desea tratar.

A medida que el agua fluye a través de las placas inclinadas, los glóbulos de aceite flotan hacia

la parte cóncava de las mismas donde se unen entre sí para masas de mayor tamaño que se

desplazan a lo largo de los platos hasta alcanzar la superficie. De la misma forma, los sólidos que

se encuentran suspendidos, al pasar entre las placas, chocan con las mismas y entre sí, para luego

dirigirse al fondo por acción de la gravedad (14). Un esquema de este tipo de separador se presenta

en la Figura 2.4.

Figura 2.4. Diagrama de un separador CPI (12).

Las ventajas de los separadores de placas corrugadas son (13):

• Tiene excelente desempeño en aguas a altas temperaturas y en aguas de producción,

especialmente para caudales bajos;

14

• Unidades compactas con respecto a los separadores API;

• Las placas paralelas por lo general se fabrican de un material plástico que elimina los

problemas de corrosión;

• El desplazamiento ascendente del aceite y descendente del lodo a través de las placas

contribuye a reducir los problemas de levantamiento y resuspensión debido al flujo del

agua;

• Favorece la coalescencia,

• Equipo sencillo de operar.

En cuanto a las desventajas se tiene que (13):

• Eficiencia limitada para tamaño de glóbulo inferior a 0,006 cm;

• Requieren de una mayor frecuencia de limpieza al año por problemas de taponamiento, lo

que se traduce en mayores costos de mantenimiento,

• Dificultad de limpieza de las placas para ciertas profundidades;

• Se requiere como mínimo de dos unidades para facilitar las labores de limpieza;

• Presenta problemas para manejar efluentes con alto contenido de hidrocarburos.

2.2.1.2. Flotación por aire disuelto (DAF)

La flotación es otro tipo de tratamiento primario que consiste en el proceso de separación de

aceites emulsionados y sólidos presentes en el efluente por medio de burbujas de aire que

aceleran el ascenso de los mismos. Estas burbujas se adhieren a las partículas en suspensión y

producen una disminución de la densidad aparente del conjunto burbuja-partícula hasta que la

misma se vuelve menor que la del agua. La diferencia de densidades origina un impulso

ascendente que hace que las partículas se acumulen en la superficie (15).

El sistema DAF utiliza agua presurizada y sobresaturada con aire para producir burbujas de 30

a 60 μm de diámetro, las cuales aparecen en el momento en el que el efluente entra al tanque de

flotación y se despresuriza (15). Por lo general, esta tecnología puede ser aplicada en tres

configuraciones: presurización total, presurización parcial y reciclo presurizado, siendo esta

15

última la configuración preferida para el 80% de los sistemas de tratamiento de efluentes de

refinerías.

A fin de mejorar el proceso se hace uso de sustancias químicas, tales como coagulantes y

floculantes, que se adicionan previamente. Estas sustancias se dividen en tres grandes grupos:

compuestos químicos inorgánicos (cloruro de aluminio, sulfato de aluminio, sulfato ferroso,

sílice), polímeros naturales (almidón, guar, taninos y sustancias proteicas) y polímeros sintéticos

(polielectrolitos).

Los principales equipos involucrados en un sistema DAF son:

• El tanque de flotación, el cual está equipado con pantallas internas y desnatadores para

remover los desechos flotantes;

• El sistema de reciclo conformado por: la bomba de reciclo, el compresor para el aire, y el

tanque de presurización donde se satura la corriente de aire;

• Tanque de floculación y dispositivos de mezclado rápido para la agitación del coagulante.

En la Figura 2.5 se presenta un esquema del sistema DAF con reciclo presurizado.

Entre las ventajas que ofrece esta tecnología están (13):

• Remueve partículas con densidad mayor que la del agua;

• Remueve aceite emulsionado;

• Puede trabajar tanto con gas como con aire;

• Las fluctuaciones hidráulicas pueden ser compensadas fácilmente por manipulación de la

operación;

• El tamaño de burbuja de aire formada permite mayores eficiencias para determinados

efluentes.

En cuanto a las desventajas de tiene que (13):

• Requiere del uso de sustancias químicas;

• Requerimiento de equipos mecánicos (bombas, compresores), lo que implica mayor

mantenimiento y costos operativos.

16

Figura 2.5. Diagrama de un sistema DAF con reciclo presurizado (16).

2.2.1.3. Coagulación / Floculación / Sedimentación

La coagulación y floculación son dos procesos que pueden resumirse como una etapa cuyo

objetivo es propiciar el aglutinamiento de las partículas en pequeñas masas llamadas flóculos, de

manera que su peso específico sea mayor que el del agua y puedan precipitar. Por lo general, se

utiliza como un paso acoplado a otra tecnología, como es el caso de sistemas DAF,

centrifugación, sedimentación, entre otros.

Básicamente, la coagulación consiste en emplear aditivos químicos (coagulantes) que permiten

neutralizar y desestabilizar las cargas de las partículas coloidales en el efluente. Por otra parte, la

floculación permite la aglomeración de las partículas pequeñas para formar flóculos, los cuales

crecen y se convierten en partículas sólidas de mayor tamaño que sedimentan más rápidamente.

La coagulación se logra mediante una mezcla rápida, mientras que la floculación se obtiene a

través de una mezcla lenta para evitar el rompimiento de los flóculos.

Un proceso que está fuertemente ligado al uso de coagulantes y floculantes es la

sedimentación. Esta operación unitaria permite la clarificación del agua al separar los sólidos de

la fase acuosa por acción de la gravedad. También permite remover aceite emulsionado por

acción conjunta con coagulantes y floculantes, siempre que el aceite se encuentre en una

concentración de 30 a 150 mg/L (13).

17

La sedimentación se puede separar en tres clasificaciones: discreta, floculenta y por zona. En la

sedimentación discreta, las partículas mantienen su individualidad y no ocurren cambios de

tamaño, forma o densidad durante el dicho período. La sedimentación floculenta ocurre cuando

las partículas se aglomeran durante el periodo de retención resultando un cambio en el tamaño de

las partículas. La sedimentación por zona involucra una suspensión de flóculos que forman una

estructura reticular que se deposita en el fondo como si fuese una única unidad de masa,

demostrando una interface visible a medida que se mueve hacia el fondo del tanque (15).

Los sedimentadores, también llamados clarificadores, pueden ser diseñados con sección

cilíndrica o rectangular. En las Figuras 2.6 y 2.7 se muestran los diagramas para cada uno de

ellos.

Figura 2.6. Sedimentador de sección cilíndrica (17).

El uso de floculantes y coagulantes en conjunto con la sedimentación tiene como ventajas (13):

• Remueve partículas con densidad mayor que la del agua;

• Remueve aceite emulsionado;

18

• Bajos consumos de energía;

• Mayor flexibilidad del sistema ante cambios bruscos de calidad y volumen;

• Altas eficiencias de remoción.

En cuanto a las desventajas se tiene que (13):

• Requiere del uso de sustancias químicas;

• Ocupa mayor área que otros sistemas

Figura 2.7. Sedimentador de sección rectangular (17).

2.2.1.4. Aeración

La aeración es un proceso mecánico que provee un contacto íntimo entre el aire y el agua,

permitiendo la transferencia de las moléculas gaseosas provenientes del aire, principalmente el

oxígeno, a la fase acuosa conformada por el efluente. El uso de la aeración varía ya que la misma

puede ser utilizada para varios fines, entre los cuales están (15):

• Aumentar el contenido de oxígeno disuelto en el agua para cumplir con los estándares de

descarga;

19

• Proporcionar el oxígeno necesario para llevar a cabo tratamientos biológicos;

• Mantener condiciones de mezcla perfecta;

• Remoción de gases indeseables como CO2 y metano (CH4), también llamado

desgasificación,

• Oxidación de impurezas inorgánicas como hierro, manganeso y sulfuro de hidrógeno;

• Oxidación de la materia orgánica.

Excepto en el despojamiento de gases, los requerimientos de la aeración son una función del

grado de deficiencia de oxígeno en el agua y de las reacciones químicas consumidoras de oxígeno

que se están llevando a cabo. A su vez, la concentración de oxígeno en el agua depende de la

temperatura, la presión, los sólidos disueltos y sus características, entre otros.

Los equipos más usados en la aeración de tratamientos industriales consisten en unidades de

difusión de aire, turbinas y aeradores superficiales.

a. Difusores

En este tipo de aeración, el aire es forzado a través de un difusor el cual libera pequeñas

burbujas cerca del fondo del tanque, estableciendo un buen contacto entre el oxígeno y el agua.

Básicamente existen dos tipos: los porosos que producen diminutas burbujas al hacer pasar el aire

por una membrana o un medio poroso; y los no porosos que generan burbujas de mayor tamaño a

partir de fuerzas hidráulicas cortantes o de orificios en tuberías y platos perforados (15).

Los de medio poroso suelen tener altas eficiencias, sin embargo, tienen como desventaja que se

taponan con facilidad del lado del aire por lo que requieren filtros y mantenimiento constante.

Los difusores que producen burbujas de mayor tamaño tienen una eficiencia a la transferencia de

oxígeno menor a los difusores porosos, debido a que el área interfacial para la transferencia es

considerablemente menor. A pesar de esto, estas unidades tienen la ventaja de que no requieren

filtros para el aire y generalmente necesitan un menor mantenimiento (15).

b. Turbinas

Este tipo de unidades dispersan el aire comprimido a través de la acción del bombeo y de las

fuerzas cortantes que generan. Debido a que el mezclado es independientemente controlado por

20

la potencia de la turbina, no existen limitaciones en cuanto a la geometría del tanque.

Normalmente se colocan pantallas dentro del tanque de aeración para eliminar los vórtices y

remolinos (15).

c. Aeradores superficiales

Mientras que los aeradores sumergidos (difusores) ponen en contacto al aire con el agua; los

aeradores de superficie funcionan de manera contraria, poniendo en contacto el agua con la

atmósfera. Su funcionamiento general consiste en elevar grandes volúmenes de agua por encima

de la superficie, exponiendo pequeñas gotas del líquido a la atmósfera. Este tipo de aerador puede

venir en forma de tubos generadores de corrientes, platos o hélices, los cuales se ubican en la

superficie del líquido en el tanque o justo debajo de ella (15).

El uso de sistemas de aeración tiene como ventaja:

• Permite eliminar malos olores y despojar gases indeseados;

• Al mismo tiempo, se puede oxidar tanto materia orgánica como inorgánica,

• Sirve para elevar el contenido de oxígeno disuelto en el agua a valores exigidos por la

norma.

En cuanto a las desventajas se tiene que:

• Requiere de espacio físico considerable;

• En el caso de los difusores, es necesario limpiezas frecuentes para evitar taponamientos en

el sistema;

• Por lo general, se requieren largos tiempos de retención, los cuales varían de acuerdo con la

eficiencia del aerador y las condiciones del afluente y el tratamiento específico que se

aplique.

2.2.1.5. Cloración

Uno de los tratamientos terciarios más comunes es la desinfección, la cual involucra la

destrucción selectiva de los microorganismos patógenos. La desinfección de efluentes antes de la

descarga final asegura que las bacterias, virus y otros sean reducidos a niveles aceptables (18).

21

Existen muchas formas de lograr esto: agentes químicos, agentes físicos, medios mecánicos y

radiación; sin embargo, el más común de todos es la cloración.

El cloro es un elemento activo que reacciona con muchos compuestos químicos contenidos en

el agua, formando componentes nuevos o menos ofensivos. Hidrólisis e ionización ocurren

cuando se añade cloro gaseoso al agua, el cual forma ácido hipocloroso, HOCl, y el ión

hipoclorito, OCl –, ambos llamados cloro libre o residual. Las sales de hipoclorito de calcio,

Ca(OCl)2, y de sodio, Na(OCl), pueden ser añadidas al agua para formar cloro libre. HOCl es la

forma predominante a pH < 7,0 lo cual es beneficioso para la cloración ya que su poder

desinfectante es de aproximadamente 40 a 80 veces el de OCl – (18).

HOCl reacciona con el amoníaco en el agua para formar diferentes tipos de cloraminas,

compuesto que constituyen lo que se llama cloro libre combinado. Debido a que las cloraminas

tienen un poder desinfectante inferior, es necesario añadir una cantidad de cloro extra para

asegurar la presencia de cloro residual. En la Figura 2.8 se muestra un esquema del fenómeno de

reacción resultante cuando se añade cloro a un agua residual con contenido de amoníaco (18).

Figura 2.8. Punto de quiebre de la cloración (18).

22

La efectividad de la desinfección por cloración es una función del pH, la temperatura y el

tiempo de contacto, donde este último, en conjunto con la dosis aplicada de cloro, es de suma

importancia para la eliminación de virus (18).

La dosis de cloro necesaria para el tratamiento del efluente es determinada a través de pruebas

de laboratorio realizadas previamente al agua que se desea tratar. Antes de realizar estas pruebas

se debe conocer la concentración de cloro residual permitida por las legislaciones ambientales

aplicables al proyecto.

Los usos del cloro, sus diferentes presentaciones y modos de inyección se presentan en la

Figura 2.9, mostrada a continuación.

Figura 2.9. Usos del cloro (18).

El uso de sistemas de cloración tiene como ventajas:

• Permite eliminar malos olores y sabores del efluente;

• Elimina o reduce considerablemente la concentración de organismos patógenos;

• En ciertos casos, puede ser utilizado para reducir la DBO;

23

• Es más económico que otros métodos de desinfección disponibles como el ozono y la

radiación ultravioleta.


• Requiere equipos de control estrictos que monitoreen constantemente las condiciones del

efluente para asegurar que la dosis de cloro sea la adecuada;

• El sistema completo requiere el uso de varios equipos como: unidades de bombeo, tanques

de contacto, sistemas de inyección de cloro, tanques de almacenamiento de químicos,

agitadores, entre otros;

• Puede presentar problemas de corrosión, debido a que el cloro es un fuerte oxidante.

• En presencia de luz solar y materia orgánica presente en el agua, genera compuesto

conocidos como halometanos, los cuales son perjudiciales para el ambiente.

Tecnologías para el tratamiento de desechos sólidos.

En la mayoría de los procesos de tratamiento primario, así como secundarios, se producen

lodos, de los que hay que deshacerse en forma adecuada. Los lodos que resultan únicamente de

los procesos de separación sólido-líquido se conocen como lodos primarios, y los provenientes de

procesos biológicos se designan como lodos secundarios. Los primarios consisten en partículas

sólidas, básicamente de naturaleza orgánica. Los secundarios son fundamentalmente biomasa en

exceso producida en los procesos biológicos (17).

La selección de procesos de tratamiento no es sencilla y obedece a consideraciones tales como

propiedades físicas y químicas del residuo, características de peligrosidad (inflamabilidad,

corrosividad, reactividad y toxicidad), la concentración de contaminantes a tratar, características

de los productos tratados, disponibilidad de instalaciones y de tecnologías para tratamiento,

regulaciones de seguridad, gasto energético, compatibilidad con el ambiente, mantenimiento de

equipos y costos (19).

La variedad de procesos disponibles para el tratamiento de residuos sólidos puede clasificarse

en tres categorías: procesos de separación de fases o separación de componentes, que se conocen

como procesos físicos, procesos de transformación química y procesos biológicos. Debido a que

para la elaboración del procedimiento no se incluyeron equipos de tratamiento de desechos

24

sólidos, en esta sección sólo se hace mención de las tecnologías involucradas en los procesos

físicos, químicos y biológicos.

a. Procesos físicos

Los procesos físicos incluyen técnicas para la separación de fases y/o componentes del residuo,

basadas en el asentamiento de las fases por efecto gravitacional y por las diferentes características

del residuo. Los métodos físicos suelen ser clasificados como técnicas de pretratamiento, ya que

en muchos casos favorecen la acción posterior de otra tecnología. Dentro de esta categoría, las

operaciones más empleadas son: flotación, sedimentación, filtración y centrifugación (19).

b. Tratamientos químicos

El tratamiento químico persigue la transformación, por medio de reacciones, de las propiedades

del residuo. Los métodos más utilizados abarcan la adición de reactivos que favorecen la

transformación de sustancias peligrosas o contaminantes en sustancias manejables. Las técnicas

más empleadas son: precipitación y neutralización. De acuerdo con la literatura, entre las

transformaciones químicas se pueden incluir las técnicas de manejo de residuos con la aplicación

de calor, es decir, los procesos conocidos como manejo térmico (19).

En este tipo de procesos las reacciones principales son reacciones de combustión (oxidación

térmica) para la transformación de residuos de naturaleza orgánica o inorgánica en sólidos de

volumen mucho menor (cenizas) y gases. Las técnicas de mayor uso para el manejo de residuos

en esta categoría son la incineración y el empleo de residuos como combustible en la fabricación

de cemento. Entre los tratamientos químicos también se considera la estabilización-solidificación,

ya que involucra la adición de agentes al residuo para mejorar las condiciones de su manejo (19).

c. Tratamientos biológicos

Los tratamientos biológicos tienen como finalidad la degradación de los compuestos orgánicos

contaminantes para que alcancen concentraciones bajas, casi no detectables o por lo menos

concentraciones por debajo de las establecidas por las regulaciones vigentes, consideradas como

aceptables o seguras. Estos procesos convierten los compuestos orgánicos contaminantes en

sustancias manejables, como CO2 y agua (H2O) (19).

25

Para el caso de la industria petrolera, las técnicas más utilizadas son: tratamiento sobre terreno o

landfarming, compostaje o composting, biopilas, biorreactores, y digestión aeróbica y anaeróbica (19).

2.3. Legislaciones y normas ambientales

Los procesos para el tratamiento de efluentes difieren en su efectividad para reducir la

concentración de los parámetros de importancia (DBO, DQO, sólidos suspendidos, etc.), razón

por la cual son las leyes y estándares para la descarga de efluentes los que determinan si cierta

combinación de procesos provee un nivel de tratamiento aceptable o no. Por esta razón, antes de

empezar el diseño, se deben identificar las leyes, códigos y normas aplicables al proyecto; ya que

las mimas forman parte de las “Criterios de diseño del proyecto”.

A continuación se enumeran aquellos que están relacionados con el diseño de una planta de

tratamiento de efluentes industriales.

Legislación aplicable

La legislación ambiental venezolana está conformada por una serie de leyes y decretos que

regulan las actividades susceptibles de degradar el ambiente. A continuación se indica la

normativa ambiental que es aplicable para este tipo de proyectos.

• Constitución de la República Bolivariana de Venezuela, publicada en la Gaceta Oficial Nº

5.453 (Extraordinaria) de fecha 24 de Marzo de 2.000.

• Ley Orgánica del Ambiente, publicada en la Gaceta Oficial Nº 5.833 Extraordinario del 22

de diciembre de 2.006.

• Ley Penal del Ambiente, publicada en la Gaceta Oficial Nº 35.946 del 18 de Diciembre de

1.995.

• Ley Nº 55: Ley sobre sustancias, materiales y desechos peligrosos. Gaceta Oficial Nº 5.554

de fecha 13 de Noviembre de 2.001.

• Ley de Aguas, publicada en la Gaceta oficial N° 38.595 del 02 de Enero de 2.007,

Reglamento publicado en la Gaceta Oficial Nº 2.022 del 28 de Abril de 1.977.

http://cubix1.microjuris.com/cgi-bin/om_isapi.dll?clientID=152532&infobase=sumarios.nfo&jump=G.E_5.833&softpage=FSP_MJ_IISP#JUMPDEST_G.E_5.833�



26

Decretos

Entre los decretos nacionales aplicables están:

2.3.1.1. Decreto 883 “Normas para la Clasificación y el Control de la Calidad de los

Cuerpos de Agua y Vertidos o Efluentes Líquidos” (1998)

El Capítulo II, Art. 4 describe la calidad mínima de las aguas requerida según el uso al cual se

las destina (consumo humano, uso agropecuario, recreación, etc.). Esta clasificación es

importante cuando se planea acondicionar y reutilizar los efluentes de la planta.

Los Art. 10 y 12 del Capítulo III, Control de Vertidos Líquidos, son los de mayor interés para el

diseño de los equipos que constituyen el tren de tratamiento. Estos artículos incluyen los rangos y

límites máximos de calidad de los vertidos líquidos de acuerdo con el tipo de cuerpo de agua

donde van a ser descargados. Dichos valores son de gran importancia porque el diseño de los

equipos debe ser tal, que permita al efluente tratado tener las características necesarias para su

correcta disposición. En las Tablas 2.2 y 2.3 se presentan los límites de descarga para cuerpos de

agua dulce y salada, respectivamente.

Tabla 2.2. Descarga en ríos, estuarios, lagos y embalses (20). Parámetro Físico - Químico Límite Máximo o Rangos

Aceites minerales e hidrocarburos 20 mg/L Aceites y grasas animales y vegetales 20 mg/L Alkil Mercurio No detectable Aldehídos 2,0 mg/L Aluminio total 5,0 mg/L Arsénico total 0,5 mg/L Bario total 5,0 mg/L Boro 5,0 mg/L Cadmio total 0,2 mg/L Cianuro total 0,2 mg/L Cloruros 1000 mg/L Cobalto total 0,5 mg/L Cobre total 1,0 mg/L Color real 500 Unidades de Pt-Co Cromo total 2,0 mg/L Demanda Bioquímica de Oxígeno (DBO5,20) 60 mg/L Demanda Química de Oxígeno 350 mg/L Detergentes 2,0 mg/L Dispersantes 2,0 mg/L Espuma Ausente

27

Tabla 2.2. Descarga en ríos, estuarios, lagos y embalses (Continuación) (20) . Parámetro Físico - Químico Límite Máximo o Rangos

Estaño 5,0 mg/L Fenoles 0,5 mg/L Fluoruros 5,0 mg/L Fósforo total 10 mg/L Hierro total 10 mg/L Manganeso total 2,0 mg/L Mercurio total 0,01 mg/L Nitrógeno total 40 mg/L Nitritos + Nitratos 10 mg/L pH 6 – 9 Plata total 0,1 mg/L Plomo total 0,5 mg/L Selenio 0,05 mg/L Sólidos flotantes Ausentes Sólidos suspendidos 80 mg/L Sólidos sedimentables 1,0 mg/L Sulfatos 1000 mg/L Sulfitos 2,0 mg/L Sulfuros 0,5 mg/L Zinc 5,0 mg/L Organo-fosforados y Carbamatos 0,25 mg/L Organoclorados 0,05 mg/L

Coliformes, Total < 1000/100 mL (muestra 90%); nunca > 5000/100 mL

Diferencia de Temperatura < 3°C

Tabla 2.3. Descarga al medio marino-costero (20). Parámetro Físico - Químico Límite Máximo o Rangos

Aceites minerales e hidrocarburos 20 mg/L Aceites y grasas animales y vegetales 20 mg/L Alkil Mercurio No detectable Aluminio total 5,0 mg/L Arsénico total 0,5 mg/L Bario total 5,0 mg/L Cadmio total 0,2 mg/L Cianuro total 0,2 mg/L Cobalto total 0,5 mg/L Cobre total 1,0 mg/L Color real 500 Unidades de Pt-Co Cromo total 2,0 mg/L Demanda Bioquímica de Oxígeno 60 mg/L Demanda Química de Oxígeno 350 mg/L Detergentes 2,0 mg/L Dispersantes 2,0 mg/L

28

Tabla 2.3. Descarga al medio marino-costero (Continuación). Parámetro Físico - Químico Límite Máximo o Rangos

Espuma Ausente Fenoles 0,5 mg/L Fluoruros 5,0 mg/L Fósforo total 10 mg/L Mercurio total 0,01 mg/L Níquel total 2,0 mg/L Nitrógeno total 40 mg/L pH 6 – 9 Plata total 0,1 mg/L Plomo total 0,5 mg/L Selenio 0,2 mg/L Sólidos flotantes Ausentes Sulfuros 2,0 mg/L Zinc 10 mg/L Organo fosforados y Carbamatos 0,25 mg/L Organo Clorados 0,05 mg/L

Coliformes, Total < 1000/100 mL (muestra 90%); nunca > 5000/100 mL

Diferencia de Temperatura 0 °C

En el caso especial que se vayan a tener descargas a redes cloacales, es necesario consultar el

Art. 15 del Capítulo III para obtener los límites relacionados a ese tipo de descarga.

Por último, el Art. 19 estipula que se prohíbe el uso de sistemas de drenajes de aguas pluviales

para la disposición de efluentes líquidos y la dilución de efluentes con agua limpia para cumplir

con los límites establecidos por las legislaciones ambientales vigentes.

2.3.1.2. Decreto 2635 “Normas para el Control de la recuperación de Materiales

Peligrosos y el Manejo de los Desechos Peligrosos” (1998).

El manejo de desechos peligrosos es un tema importante que hay que tener en cuenta cuando se

diseña la planta, ya que en varios procesos de la misma se involucran materiales definidos como

peligrosos (hidrocarburos, ácidos y bases, soluciones a base de cloro, etc.) por la legislación

vigente, y que deben ser manejados de manera adecuada.

En el Art. 13 se establece una lista general de materiales peligrosos que pueden ser

recuperables, mientras que en el Anexo B se especifica dicho punto con más detalle.

29

En el caso que se requiera el uso de incineradores, se recomienda consultar el Capítulo V, ya

que el mismo contiene la información sobre las disposiciones técnicas, los límites de emisiones,

el control de su instalación y manejo.

Para el diseño de la plata de tratamiento de efluentes, también es importante revisar los Anexos

C y D del decreto. El primero contiene las concentraciones límites para distintas sustancias

contaminantes contenidas en el desecho, mientras que el segundo establece la concentración

máxima permisible de dichas sustancias en el lixiviado.

Normas

Además de cumplir con las leyes y decretos nacionales, el diseño deberá cumplir con las

Normas PDVSA y las normas internacionales que sean aplicables al tipo de instalación y sistema

que forman parte del proyecto.

2.3.1.3. Normas PDVSA – Petróleos de Venezuela, S.A

a. MDP–01–DP–01. Temperatura y Presión de Diseño. 1998

Esta norma estipula los criterios de diseño para la determinación de la temperatura y la presión

de diseño de los equipos de acuerdo con la Tabla 2.4 y 2.5.

Tabla 2.4. Temperatura de Diseño (21). Temperatura de operación, °C (°F) Temperatura de diseño, C (°F)

T < -17,78 (0) T – 1,11 (30) 0 < T < 398,89 (750) T + 10 (50)

T > 398, 89 (750) T

Tabla 2.5. Presión de Diseño (21). Presión de operación, kPa (psi) Presión de diseño, kPa (psi)

P < 241,32 (35) 344,74 (50) 241,32 (35) < P < 1723,69 (250) Pd + 172,37 (25)

1723,69 (250) < P < 3998, 96 (580) Pd + 10% 3998, 96 (580) < P < 7997,92 (1160) Pd + 399,90 (58)

P > 7997,92 (1160) Pd + 5%

30

b. MDP–09–EF–05. Diseño Conceptual de Tecnologías de Control de Efluentes. 1996

Es una guía de diseño para el dimensionamiento de los siguientes equipos: Separador API,

Separador de placas corrugadas (CPI), Sistema de flotación por aire disuelto (DAF), Floculador –

Sedimentador, Laguna de estabilización y Sistema de lodos activados.

c. MDP–09–EF–03. Sistemas de Control de Efluentes. 1997

Contiene una descripción de los procesos y equipos más utilizados para el tratamiento de aguas

residuales provenientes de la industria petrolera.

d. SI-S-13. Normativa Legal en Seguridad, Higiene y Ambiente (SHA). 2001

La norma contiene una recopilación de los documentos que conforman la legislación ambiental

venezolana aplicable a las actividades llevadas a cabo por PDVSA: Sin embargo, así como dichas

normativas pueden cambiar con el tiempo o pueden surgir otras nuevas, el hecho de que una

legislación no aparezca en la Norma PDVSA, no significa que no aplique para el proyecto en

cuestión.

e. MDP–09–RA–01. Legislaciones Ambientales de Venezuela, Estados Unidos y la

Comunidad Económica Europea. 1997

Contiene una lista de documentos referentes a la legislación ambiental tanto en Venezuela

como en Estados Unidos y Europa. Esta norma, deberá revisarse en caso de que se elaboren

proyectos que tengan que cumplir con estándares.

f. MDP – 09 – RS – 03. Técnicas de Manejo de Residuos Sólidos. 1997.

Contiene una descripción de las tecnologías de manejo de residuos sólidos más comunes para el

tratamiento de desechos generados por la industria petrolera.

2.3.1.4. Estándares del Banco Mundial (World Bank Standards)

El estándar para la calidad del agua establecido por el Banco Mundial, Water Resources and

Environment. Water Quality: Assesment and Protection, en ocasiones debe ser tomado en

consideración cuando se trata del diseño de plantas de tratamiento para compañías que se guíen

31

por estándares internacionales o requieran su cumplimiento por razones financieras. Los límites y

rangos aptos para la descarga se presentan en la Tabla 2.6.

Tabla 2.6. Límites de descarga de acuerdo a los estándares del Banco Mundial (22). Parámetro Físico - Químico Límite Máximo o Rangos

Aceites minerales e hidrocarburos 10 mg/L Aceites y grasas animales y vegetales 10 mg/L Arsénico total 0,1 mg/L Cadmio total 0,1 mg/L Cianuro total 0,1 mg/L Cloro (Residual) 0,2 mg/L Cobre total 0,5 mg/L Cromo total 0,1 mg/L Demanda Bioquímica de Oxígeno 50 mg/L Demanda Química de Oxígeno 250 mg/L Fenoles 0,5 mg/L Fluoruros 20 mg/L Fósforo total 2,0 mg/L Hierro total 3,5 mg/L Mercurio total 0,01 mg/L Amoníaco 10 mg/L pH 6 – 9 Plata total 0,5 mg/L Plomo total 0,2 mg/L Selenio 0,1 mg/L Sólidos suspendidos 50 mg/L Sulfuros 1,0 mg/L Zinc 2,0 mg/L

2.4. Manual de procedimiento

Un manual de procedimiento es un documento que contiene, en forma cronológica y detallada,

información sobre el conjunto de actividades o etapas que se deben realizar para llevar a cabo un

determinado tipo de trabajo (23).

Los manuales de procedimiento persiguen los siguientes objetivos:

• Recopilar de forma ordenada, secuencial y detallada las actividades que se deben efectuar

para lograr el objetivo final para el que fue elaborado el manual.

• Establecer formalmente los métodos y técnicas de trabajo que deben seguirse para la

realización de las actividades.

32

• Precisar responsabilidades operativas para la ejecución, control y evaluación de las

actividades.

La estructura y formato de los procedimientos documentados (en papel o en medios

electrónicos) debe estar definida por la empresa. Sin importar la estructuración particular de la

empresa, todos están compuestos por tres elementos: la descripción, los formularios y los

diagramas.

Descripción

Se refiere a la sección del documento que contiene el procedimiento detallado, enumerando las

actividades que lo integran de forma cronológica y precisa, especificando cómo y cuándo debe

ser ejecutada.

a. Identificación:

En esta sección, deben estar incluidos: el título y código del documento, el nombre y logotipo

de la organización, fecha de elaboración, personas o unidades responsables de su elaboración y

número de revisión y/o aprobación.

b. Objetivo

Define el propósito para el que fue elaborado el procedimiento.

c. Alcance

El alcance del proyecto permite definir las áreas o campos de aplicación del procedimiento

documentado y sus limitaciones.

d. Conceptos

En esta sección se incluyen Palabras o términos de carácter técnico que se emplean en el

procedimiento, las cuales, por su significado o grado de especialización requieren de mayor

información o ampliación de su significado, para hacer más accesible al usuario la consulta del

documento.

33

e. Descripción de las actividades

En esta sección se presenta por escrito, en forma narrativa o secuencial, cada una de las

actividades que se deben llevar a cabo, explicando en qué consisten, cuándo, cómo, dónde y con

qué de deben realizar.

El nivel de detalle puede variar dependiendo de la complejidad de las actividades, métodos

utilizados, y el nivel de habilidades y de la formación necesaria para que el personal logre

llevarlas a cabo. Independientemente del nivel de detalle, los siguientes aspectos deberían

considerarse cuando sea aplicable:

• Definición de las necesidades de la organización, sus clientes y proveedores.

• Descripción de los procesos mediante texto y/o diagramas de flujo relacionados con las

actividades requeridas.

• Descripción de los controles del proceso y de los controles de las actividades identificadas.

• Definición de los recursos necesarios para el logro de las actividades.

• Definición de la documentación apropiada relacionada con las actividades requeridas.

• Definición de los elementos de entrada y resultados del proceso.

f. Anexos

Incluyen la información de apoyo al procedimiento documentado, tales como tablas, diagramas

de flujo, hojas de cálculo, listas de chequeo, entre otros.

Formularios

Los formularios constituyen todos aquellos documentos que permiten captar, registrar y

proporcionar información que para la realización de las actividades involucradas en el

procedimiento.

Entre los formularios generados en un proyecto de ingeniería están: listas de chequeo, listas de

equipos y hojas de datos de equipos.

34

Diagramas

Los diagramas son una representación gráfica en las que se esquematizan de forma simplificada

las actividades de un procedimiento. Los diagramas presentados en forma sencilla y accesible en

el manual, brindan una descripción clara de las actividades a realizar y facilitan su comprensión (24). Entre los diagramas utilizados se encuentran los diagramas de flujo y los IDEF0.

2.4.1.1. Diagramas de flujo

Es un diagrama que expresa gráficamente las distintas operaciones que componen un

procedimiento o parte de éste, estableciendo una secuencia lógica. Según su formato o propósito,

pueden contener información adicional sobre el método de ejecución de las operaciones.

Los símbolos comúnmente usados se presentan en la Tabla 2.7, los mismos tienen significados

específicos, y se encuentran conectados entre sí por flechas que indican el flujo del proceso.

Tabla 2.7. Símbolos comunes usados en la elaboración de un Diagrama de Flujo (25). Símbolo Significado

Inicio o final del proceso: Señala el principio o terminación de un procedimiento. Cuando se utilice para indicar el principio del proceso se debe identificar con la palabra INICIO, y cuando se use para el final se debe identificar con la palabra FIN.

Operación: Representa la realización de una operación o actividad relativa a un procedimiento.

Decisión o alternativa: Indica un punto dentro del flujo en que son posibles varios caminos alternativos.

Documento: Representa cualquier tipo de documento que entre, se utilice, se genere o salga del procedimiento.

Conector: Representa la conexión o enlace de una parte del diagrama de flujo con otra parte lejana del mismo.

Proceso definido: Indica que hay otro procedimiento definido y documentado que se encuentra asociado al flujograma.

35

Diagramas IDEF0

La metodología IDEF0, Lenguaje Integrado de Definición (Integration Definition Language 0),

es una técnica de modelación concebida para representar de manera estructurada y jerárquica las

actividades que conforman un sistema o empresa, y los objetos que soportan la interacción de

esas actividades (27). El uso de este tipo de diagrama se recomienda cuando (26):

• Se requiere preparar un modelo de proceso que proporcione exactitud, detalle y claridad en

la descripción.

• El proceso posee cierta complejidad y los otros métodos de descripción darían lugar a

diagramas confusos.

• En el flujo de proceso, se desea identifica o definir un punto, delimitar un aspecto del

problema que se plantea o en la estandarización de mejoras y/o cambios.

El elemento central del diagrama en que se describe el proceso es una forma rectangular a la

que se unen ciertas flechas que representan las entras, las salidas, los controles y los mecanismos

que permiten operar. En la Figura 2.10 se presenta una esquematización de este tipo de

representación gráfica.

Figura 2.10. Representación de un diagrama IDEF0 de primer nivel

A continuación de describen cada uno de los componentes del diagrama (27):

• Actividad: se representa con un cuadro indicando la función, proceso o transformación.

36

• Entradas: conforma el material o información consumida o transformada por una actividad

para producir “salidas”. Siempre se representa por la izquierda de la caja y, por lo general,

suele ser la salida de un proceso anterior.

• Salidas: se refiere a los objetos, productos y servicios producidos por la actividad o

proceso. Se representan del lado derecho de la caja.

• Controladores: son los objetos que gobiernan o regulan cómo, cuándo y si una actividad se

ejecuta o no, por ejemplo: normas, guías, políticas, procedimientos, etc. Se representan por

el lado superior de la actividad.

• Herramientas: son los recursos necesarios para ejecutar la actividad, por ejemplo:

programas de cómputo, recursos humanos, sistemas de información, etc. Se representan por

el lado inferior de la caja.

Para elaborar correctamente este tipo de diagrama se deben seguir las siguientes reglas:

• Los diagramas contexto deben tener números de nodo A-n, donde n es igual o mayor a cero.

• El modelo debe contener un diagrama de contexto A-0 que contenga sólo una caja.

• El número de la caja única del diagrama de contexto debe ser 0.

• Un diagrama que no sea el de contexto debe tener entre tres y seis cajas.

• Cada caja de un diagrama que no sea de contexto debe numerarse en su esquina inferior

derecha desde 1 hasta 6.

• Las flechas deben dibujarse con trazos horizontales y verticales, nunca diagonales.

• Cada caja debe tener un mínimo de una flecha de control y una flecha de salida.

• Una caja puede tener cero o más flechas de entrada.

• Una caja puede tener cero o más flechas de herramientas.

• Los nombres de flechas y cajas no deben consistir únicamente en palabras tales como:

función, actividad, proceso, entrada, salida, control o herramienta.

CAPÍTULO 3 MARCO METODOLÓGICO

La metodología se refiere a la estrategia que adopta el investigador para dar respuesta ante un

determinado problema o necesidad. En este caso, el proyecto se elaboró respondiendo a un diseño

compuesto por una investigación de tipo documental, la cual se entiende como aquella que se

basa en la obtención y análisis de datos provenientes de materiales impresos u otro tipo de

documentos.

Para alcanzar los objetivos planteados en el trabajo se aplicó la metodología compuesta por los

pasos descritos a continuación.

3.1. Recopilación de la información

Durante esta etapa inicial se recolectó toda la información referente a las tecnologías

disponibles para el tratamiento de efluentes industriales y el dimensionamiento de los equipos

que conforman dichas tecnologías. También se recopiló información relacionada con normas y

legislaciones ambientales aplicables a este tipo de proyectos, etapas y actividades involucradas en

el diseño de un proyecto de acuerdo con el Departamento de Procesos de Empresas Y&V y los

documentos asociados a dicho proceso de diseño. Para obtener la información necesaria, se

realizaron los siguientes tipos de consultas:

a. Consultas bibliográficas

Consistió en la lectura y análisis de material bibliográfico relacionado con los tópicos teóricos

vinculados al objeto de estudio, los cuales sirvieron como base para la realización del marco

teórico de este proyecto. Entre este tipo de material se encuentran: libros, manuales de diseño,

normas y documentos de proyectos anteriores realizados en la empresa.

38

b. Consulta de las fuentes electrónicas

Dentro de esta categoría se encuentra la Internet y la base de datos (Intranet) de la empresa. La

primera se utilizó para consultar información referente a las tecnologías de tratamiento y a la

elaboración de diagramas, mientras que la segunda sirvió para consultar la documentación

disponible acerca de proyectos en materia ambiental desarrollados anteriormente por la empresa.

c. Entrevistas informales

Ésta técnica de comunicación directa hecha mediante el diálogo entre dos personas, fue

empleada para recolectar y registrar información obtenida a partir de la experiencia del personal

de Empresas Y&V, gracias a sus trabajos anteriores en proyectos relacionados con la rama de

ingeniería sanitaria. Se contó con la colaboración del personal tanto de la Gerencia de Procesos

como la Gerencia de Ambiente.

3.2. Esquematización del Manual de Procedimiento

Con la información proporcionada por el personal de la empresa y los documentos de proyectos

anteriores, se identificaron las etapas y actividades involucradas en el diseño de un proyecto por

parte del Departamento de Procesos. Estas actividades fueron ordenadas en orden cronológico

para formar la estructura base que constituirá el cuerpo del procedimiento.

Una vez esquematizado el procedimiento de diseño, se determinó qué documentos de la

compañía son aplicables al mismo y qué otros son necesarios crear para estandarizar el método de

diseño de la planta de tratamiento de efluentes industriales (PTEI).

3.3. Dimensionamiento de los equipos

La gama de tecnologías disponibles para el tratamiento de efluentes industriales es amplia y su

selección depende fuertemente de la composición que posee el efluente en cuestión, y de las

características que se desean en el mismo para el momento de su descarga en el medio receptor.

Por esta razón, para cumplir con los objetivos planteados para este trabajo y poder dimensionar

y elaborar las hojas de cálculo referentes a las tecnologías de tratamiento de efluentes

industriales, se establecieron siete procesos de tratamiento, las cuales se listan a continuación:

• Fosa de acumulación previa;

39

• Separador API (American Petroleum Institute);

• Separador de placas corrugadas (CPI, Corrugated Plate Interceptor);

• Sistema de flotación por aire disuelto (DAF, Dissolved Air Flotation);

• Sistema de aeración;

• Clarificador;

• Sistema de cloración.

La selección de estas tecnologías estuvo fundamentada en dos hechos. El primero, y más

importante, se refiere a que la mayoría de los proyectos desarrollados por Empresas Y&V

pertenecen al área petrolera, por lo tanto el diseño de plantas de tratamiento que puedan manejar

este tipo de vertidos es de gran importancia para la organización. El segundo, es que las

tecnologías escogidas son comunes para el tratamiento de efluentes provenientes de otros

sectores industriales, lo cual le permite a la empresa tener una base para iniciar el

dimensionamiento de un tren de tratamiento para otro tipo de efluentes.

3.4. Elaboración de documentos

Una vez definidas las tecnologías, se utilizó la información recopilada anteriormente para

determinar un método para su dimensionamiento. Cada uno de estos métodos sirvió para elaborar

la hoja de cálculo correspondiente a dicha tecnología, siguiendo el formato y los estándares de la

organización. Al finalizar, las mismas fueron sometidas a revisión y aprobación.

Luego, con los parámetros obtenidos del dimensionamiento, se elaboraron las hojas de datos de

los equipos y sus respectivas listas de chequeo, las cuales se citan como documentos anexos al

manual y permiten llevar a cabo de forma estándar las actividades descritas en el mismo.

Después de reunir toda la información pertinente al proceso de diseño de la PTEI se procedió a

integrarla en el documento escrito denominado “Manual de Procedimiento”. Luego de ser

elaborado, el contenido del mismo fue sometido a una revisión por parte de personal capacitado

dentro de la empresa para verificar que la información esté completa, comprensible y acorde con

los lineamientos de la organización.

40

Adicionalmente, se creó una hoja de cálculo para facilitar la evaluación de las tecnologías de

tratamiento disponibles tomando en cuenta, los criterios establecidos en dicha sección del

manual.

También se elaboró un diagrama de flujo del procedimiento completo para incluirlo al Mapa de

Procesos de Empresas Y&V, de forma de facilitar el acceso a la información desde la base de

datos de la compañía y para proveer un mejor entendimiento del procedimiento de diseño de una

PTEI.

Por último, se realizó un diagrama de flujo para facilitar la selección de tecnologías de

tratamiento de efluentes y complementar la información del manual.

En la Figura 3.1 se presenta un diagrama de flujo que representa la metodología para el

desarrollo del presente trabajo.

Figura 3.1. Metodología para el desarrollo del proyecto.

CAPÍTULO 4 RESULTADOS Y DISCUSIÓN

En el presente capítulo se presentarán los resultados obtenidos en las etapas de la metodología

comentadas anteriormente:

4.1. Esquematización del Procedimiento

Después de consultar la documentación correspondiente a proyectos anteriores realizados en la

empresa, se determinó la siguiente secuencia de pasos a realizar para el desarrollo de un proyecto

desde el punto de vista de Ingeniería Básica:

• Recopilación de información;

• Levantamiento de campo;

• Consulta de normas y legislaciones aplicables;

• Elaboración de bases y criterios de diseño del proyecto;

• Identificación de tecnologías disponibles;

• Selección de tecnologías;

• Elaboración de diagrama de bloques del proceso (DBP);

• Elaboración de balance de masa;

• Elaboración de diagrama de flujo del proceso (DFP);

• Diagrama de Tuberías e Instrumentación (DTI);

• Dimensionamiento de los equipos;

• Simulación del proceso;

• Verificación del balance de masa y del DFP y DTI;

42

• Elaboración de los cálculos hidráulicos de las líneas

• Elaboración de hoja de datos de los equipos;

• Elaboración de las listas de líneas y equipos;

• Elaboración del documento “Descripción del Proceso”.

Estos pasos fueron utilizados para la estructuración del procedimiento, exceptuando el

levantamiento en campo y la etapa de simulación. El primero se excluyó porque éste se efectúa

en los casos donde se va a realizar la evaluación de una planta ya existente y el procedimiento

que se elaboró es para el caso del diseño de una planta. El segundo no se incluyó dentro de las

actividades a llevar a cabo porque la empresa no cuenta con programas de simulación para el tipo

de equipos involucrados en el tratamiento de efluentes.

4.2. Determinación de documentos por crear

Con el procedimiento estructurado, se hizo una revisión de los documentos existentes en la base

de datos de Empresas Y&V, con lo que se determinó qué documentos ya se encuentran

normalizados y disponibles en la empresa y cuáles se deberían crear para ser adicionados al

procedimiento en proceso de elaboración. Se observó la necesidad de crear:

• Hojas de cálculo para el dimensionamiento de los equipos seleccionados: separador API,

separador de placas corrugadas (CPI), sistema de flotación por aire disuelto (DAF), sistema

de aeración, sistema de cloración, fosa de acumulación previa y clarificador;

• Hojas de datos para almacenar los valores de los parámetros que definen al equipo o sistema

de tratamiento, los cuales son obtenidos a partir de los resultados arrojados por las hojas de

cálculo.

• Listas de chequeo para verificar que toda la información necesaria que define al tren de

tratamiento esté completa

4.3. Dimensionamiento básico de los equipos

Para el dimensionamiento de los equipos se utilizó información obtenida de manuales de diseño

(Handbooks), libros de texto y normas nacionales e internacionales. En el Anexo A se presenta

43

con detalle las ecuaciones y criterios de diseño utilizados para el dimensionamiento de las

tecnologías elegidas.

4.4. Elaboración de documentos

Los documentos generados cumplen con los formatos preestablecidos por la empresa y se

encuentran debidamente identificados incluyendo: nombre y código del proyecto, ubicación,

nombre del cliente, título y código del documento, número de revisión, fecha de elaboración y

nombre del personal de elaboración, revisión y aprobación del mismo. Estos documentos se

describen a continuación:

4.4.1. Hojas de cálculo

Una vez definido el dimensionamiento de cada equipo, se elaboró la hoja cálculo respectiva

utilizando el programa Microsoft® Office Excel ™.

Las hojas, además de cumplir con el formato de la empresa y estar debidamente identificada,

están divididas en dos partes. La primera contiene un compendio de las ecuaciones y criterios de

diseño, variables definidas y sus unidades respectivas. La segunda, es la hoja de cálculo en sí, la

cual realiza todos las operaciones matemáticas necesarias a partir de la información suministrada

por el usuario.

Las casillas para los datos de entrada son de color gris para facilitar su visualización y

diferenciación de las casillas que arrojan resultados (que son de color blanco). Las mismas

presentan dos modalidades: en unas los datos son insertados directamente por el usuario, mientras

que en otras se seleccionan a partir de valores presentados en una lista desplegable. Esta última

opción se utilizó en los casos donde el parámetro debe tener un valor definido dentro de un rango

establecido por alguna norma o legislación ambiental.

También se incluyó una función de advertencia dentro de la hoja para informar al usuario que

debe modificar algún dato de entrada o criterio de diseño porque cierto resultado obtenido se sale

del rango establecido por alguna norma o legislación específica.

Además, la hoja ofrece la flexibilidad de proporcionar los resultados en diferentes juegos de

unidades que pueden ser elegidos libremente por el usuario. Las hojas de cálculo elaboradas se

presentan en el Anexo B del presente trabajo.

44

4.4.2. Hojas de datos de los equipos

Al finalizar el dimensionamiento del equipo y tener claros los parámetros que definen a cada

uno de los tratamientos se elaboró, usando Microsoft® Office Excel ™, las hojas de datos para

cada uno de ellos.

Cada una de las hojas se encuentra dividida en tres partes. La primera contiene la información

de las condiciones de proceso (temperatura y presión), los flujos de entrada y salida a la unidad,

los parámetros de control que usualmente se refieren a la utilidad del quipo (concentración de

sólidos suspendidos o aceite en flujo salida, reducción de DBO, etc.), temperatura y presión de

diseño, dimensiones del equipo, requerimientos de aire o aditivos químicos y material de

construcción. La segunda y tercera parte, comunes entre todas las hojas, corresponden a una tabla

para registrar la composición del flujo de entrada de acuerdo con los parámetros incluidos en el

Decreto 883 y un espacio libre para colocar un esquema representativo del equipo o sistema de

tratamiento diseñado, respectivamente. En el Apéndice C se muestran las hojas de datos

elaboradas, las Figuras C.1b y C.1c muestran las secciones de composición del afluente y

esquema del equipo para el caso de la Fosa de Acumulación Previa, éstas dos partes no fueron

incluidas en las otras hojas anexas al trabajo por ser iguales a las presentadas anteriormente.

Las hojas de datos son importantes porque permiten recopilar la información de diseño obtenida

por el dimensionamiento del equipo a través de la hoja de cálculo, la cuál será utilizada por otras

disciplinas involucradas en el proyecto para completar el diseño de la PTEI.

4.4.3. Listas de chequeo

Las listas de chequeo permiten verificar a la hora de entrega de documentos que toda la

información entregada (o recibida) esté definida y completa. Por esta razón se elaboró una lista

de chequeo para cada una de las hojas de datos creadas.

Estas listas (ver Apéndice D), elaboradas con Microsoft® Office Word ™, permiten revisar que

los hojas de datos estén debidamente identificadas, que contengan la información referente a las

condiciones de proceso, el flujo de entrada y salida con sus respectivas propiedades, los

parámetros a controlar a la salida de la unidad, los requerimientos de aire o aditivos químicos, las

dimensiones de los equipos y el material de construcción.

45

4.4.4. Elaboración del manual de procedimiento

El cuerpo del manual (ver Apéndice E) está estructurado de acuerdo con los pasos de diseño

identificados anteriormente. Para la lista de actividades presentadas a continuación, el manual

cita los documentos a utilizar (procedimientos, listas de chequeo u hojas de cálculo), ya que los

mismos están actualmente normalizados por la empresa, por lo tanto su elaboración debe seguir

dichos criterios.

• Elaboración de Bases de Diseño del proyecto,

• Elaboración de Criterios de Diseño de procesos;

• Elaboración de Diagrama de Bloques del Proceso (DBP);

• Elaboración del Balance de Masa;

• Elaboración del Diagrama de Flujo del Proceso (DFP);

• Elaboración del Diagrama de Bloques del Proceso (DTI);

• Elaboración de Cálculos Hidráulicos.

Además, se añadieron las siguientes secciones al documento:

a. Información del requerida

Dentro de esta sección se incluyó los parámetros que se consideraron como información

importante que debe ser suministrada por el cliente al inicio del proyecto para poder diseñar

correctamente la PTEI. Dicha sección fue dividida en los siguientes puntos:

• Volumen producido del efluente: se necesita conocer el caudal del efluente ya que el

mismo es utilizado para el diseño de drenajes, tuberías, unidades de tratamiento y otras

unidades de manejo de desechos. Además se debe conocer la frecuencia de producción

(continua o por cargas) y que días de la semana se produce. Por último, también es

recomendable conocer si el efluente es segregado antes de llegar a la PTEI, porque esto

puede influir en el tamaño de los equipos y en la cantidad de servicios y sustancias

químicas requeridas.

46

• Caracterización del efluente: El entendimiento de las características físicas, químicas y

biológicas del efluente es importante para el diseño, operación, sistema de recolección,

tratamiento y disposición del efluente. La naturaleza de estas características depende del

tipo de industria, las condiciones de proceso y el clima. En la Tabla 4.1 se presentan los

parámetros que deben estar incluidos en la caracterización realizada al efluente que se

desea tratar.

Tabla 4.1. Parámetros que debe incluir la caracterización del efluente entregada por el cliente. Parámetros

DBO Amoníaco

DQO Cianuros

Grasas, Aceites e Hidrocarburos Cloruros

Organismos Coliformes Fenoles

pH Fluoruros

Sólidos Disueltos Fósforo

Sólidos Sedimentables Metales (Pb, Zn, Fe, Cr, Cu, Pt, Hg, Al)

Sólidos Suspendidos Nitrógeno, Nitritos y Nitratos

Temperatura Selenio

Turbidez Sulfuros

• Localización de la Planta: La información sobre la localización de la planta debe incluir

área física disponible para construcción, distancia a la que se encuentra dicha ubicación

con respecto a la planta productora del efluente a tratar, vías de acceso a la zona y

servicios disponibles (electricidad, agua potable, colector de aguas negras, gas, etc.).

• Características ambientales de la región: entre los parámetros proporcionados se debe

incluir información sobre la precipitación anual en la zona tanto promedio como máxima

y su distribución mensual; información sobre las temperaturas máximas y mínimas en la

región y su variación mensual; información sobre la humedad relativa y la dirección y

velocidad de los vientos.

47

• Suelo: Entre los documentos consignados se debe incluir el plano de relieve de la región e

información sobre los tipos de suelo que la conforman (arcilloso, arenoso, con grava,

etc.). También se debe incluir el uso actual de dichos suelos, su pH y su capacidad de

retención de humedad.

• Hidrografía: Como se trata de una planta de tratamiento de efluentes, es de suma

importancia conocer la hidrografía de la región (lagos, lagunas, ríos, acceso al mar,

fuentes subterráneas, etc.) para poder determinar cuál es la mejor opción para hacer la

descarga del efluente una vez tratado. La información recolectada debe incluir calidad de

los cuerpos de agua (superficial y subterránea) de la zona, capacidad de amortiguación y

biodegradación; y para el caso de los ríos: su longitud y caudal promedio anual.

b. Lista de normas y legislación aplicables

Se adicionó al documento una lista de normas y legislaciones ambientales aplicables al

tratamiento de efluentes, las cuales se encuentran conectadas por hipervínculos al documento

original en la base de datos de la empresa. Esto brinda la posibilidad de fácil modificación en

caso de que los mismos sean modificados u actualizados en el futuro. Esta lista de legislaciones

ambientales es presentada en el Capítulo 2 del presente trabajo.

c. Descripción de las tecnologías disponibles

A modo de proporcionar conocimientos básicos de las tecnología disponibles para el

tratamiento de efluentes, se agregó una descripción de las más usadas para el caso de efluentes de

refinería (por ser la rama industrial más solicitada para Empresas Y&V), incluyendo una lista de

ventajas y desventajas de cada una de ellas.

Entre las tecnologías mencionadas dentro del documento están: separación agua-aceite

(separadores API y CPI), flotación por aire disuelto, coagulación-floculación-sedimentación,

aeración, cloración, filtración, neutralización, tratamientos biológicos (en general) y tratamientos

terciarios (en general). Estas descripciones pueden ser ampliadas en el futuro cuando se le añadan

nuevos tratamientos al manual de procedimiento.

También se incluyó una breve descripción de las tecnologías más comunes para el tratamiento

de desechos sólidos en la industria petrolera porque, a pesar de que no pertenece al objetivo del

48

presente trabajo, dichas tecnologías deben ser tomadas en consideración cuando se diseña una

PTEI ya que la misma debe poseer facilidades para tratar los lodos producto del tratamiento del

efluente.

d. Criterios de selección de tecnologías disponibles

La selección de la tecnología es uno de los puntos clave en el diseño de un proyecto, ya que la

misma determina el éxito del proceso o no. Una tecnología inadecuada trae como consecuencia el

tratamiento ineficiente del efluente, ocasionando daños ambientales y problemas legales, que

pueden convertirse en económicos, para la compañía dueña de la planta productora del efluente

contaminante. Debido a su importancia, las diferentes tecnologías disponibles deben ser

evaluadas desde varios puntos de vista para poder determinar de manera objetiva y cuantificada,

el tratamiento o serie de tratamientos más adecuados para el efluente en cuestión.

Los criterios a tomar en cuenta cuando se realiza la evaluación de un conjunto de tecnologías

disponibles, dependen de las características que se consideren importantes para la realización de

un proyecto determinado. A continuación se presenta la descripción de los criterios que se

creyeron convenientes considerar para los aspectos: Técnicos, Ambientales y Económicos.

Es importante resaltar que, a modo de ejemplo, se le asignaron valores o porcentajes a los

parámetros de evaluación. Sin embargo, estos deben ser modificados para ajustarse a lo acordado

con el cliente cuando se establecieron las bases y criterios de diseño, y de acuerdo a la

información disponible para el momento de la realización del proyecto.

Aspectos Técnicos

Esta categoría incluye los aspectos asociados a las tecnologías de tratamiento que permite

establecer y comparar las ventajas y desventajas de una tecnología con respecto a otra, desde el

punto de vista operacional y estratégico.

• Eficiencia

Para evaluar la eficiencia de la tecnología se definen tres elementos:

49

- Porcentaje de reducción del volumen de desecho:

Representa la potencialidad de la tecnología para reducir el volumen de desechos. La tecnología

más favorable es aquella que logre reducir en mayor porcentaje el volumen inicial del residuo.

La asignación de peso se definió como sigue:

Baja ó 1: Reducción menor del 50% del volumen inicial del residuo;

Media ó 3: entre 50% y 80%;

Alta ó 5: mayor de 80%.

- Capacidad de manejo de volúmenes de desechos generados:

Representa la capacidad de la tecnología para recibir y procesar los desechos y/o materiales

recuperables. La tecnología más favorable será aquella que pueda manejar la mayor cantidad de

residuos en términos de volumen.


Baja ó 1: Manejo menor del 50% de los residuos;



- Diversidad de manejo de desechos:

Representa la flexibilidad de la tecnología para manejar distintos tipos desechos y/o materiales

recuperables. La tecnología más favorable será aquella que pueda manejar la mayor diversidad

de residuos.


Baja ó 1: menos de 2 residuos;

Media ó 3: entre 3 y 4 residuos;

Alta ó 5: más de 5 residuos.

50

• Complejidad

Los elementos de la complejidad se describen seguidamente:

- Operatividad:

Representa los aspectos relacionados con la operación de la tecnología. Incluye la diversidad de

equipos requeridos, las características del proceso (continuo, por carga) y su control, cantidad de

personas requeridas, grado de instrucción y nivel del entrenamiento requerido de los operadores.

La tecnología más favorable es aquella que tenga bajo requerimiento de personal y número de

equipos y cuyo proceso sea sencillo. Se establecieron tres categorías para la asignación del peso:

Baja ó 1: Alto requerimiento de personal y número de equipos, proceso complejo;

Media ó 3: Requerimiento medio de personal y número de equipos, proceso medianamente

complejo;

Alta ó 5: Bajo requerimiento de personal y número de equipos, proceso sencillo.

- Requerimientos de sistemas de control ambiental:

Corresponde a los requerimientos de sistemas de control ambiental en la tecnología para el

manejo de corrientes residuales. La tecnología más favorable es aquella que no requiere sistemas

de control de emisiones, efluentes o desechos. Se establecieron tres categorías para la asignación

del peso:

Baja ó 1: Alto requerimiento de control ambiental (para 3 corrientes generadas);

Media ó 3: Requerimiento medio de control ambiental (para al menos 1 ó 2 corrientes

generadas);

Alta ó 5: No hay requerimientos de tratamiento de los desechos generados.

- Madurez de la tecnología:

Considera el tiempo de uso de la tecnología en el mercado internacional y su comprobada

eficiencia a distintas escalas de funcionamiento. La tecnología más favorable es aquella que haya

sido utilizada extensivamente con un éxito comprobado durante mucho tiempo. Se establecieron

tres categorías para la asignación del peso:

51

Baja ó 1: Menor de 5 años en el mercado internacional y poco usada;

Media ó 3: Entre 5-14 años en el mercado y medianamente usada;

Alta ó 5: Más de 15 años en el mercado y ampliamente usada.

- Facilidad de construcción y/o instalación:

Referida a la forma de instalación de las facilidades operacionales de la tecnología (si es

modular o si se requiere ensamblar), espacio requerido, transporte, requerimiento de equipos

especiales (grúas), facilidad para adquirir los insumos requeridos, entre otros. La tecnología más

favorable es aquella que no requiera equipos especiales. Se establecieron tres categorías para la

asignación del peso:

Baja ó 1: Construcción compleja y alto requerimiento de espacio;

Media ó 3: Construcción medianamente compleja y requerimiento moderado de espacio;

Alta ó 5: Fácil construcción (modulares, fácil transporte) y poco requerimiento de espacio.

- Mantenibilidad:

Referida a la complejidad del mantenimiento: facilidad para realizarlo, equipos y repuestos

empleados, recursos humanos (número de personas requerido, grado de instrucción y calidad del

entrenamiento de los mantenedores), confiabilidad de los equipos utilizados por la opción, lo cual

redundará en una tasa de falla menor. La tecnología más favorable es aquella que requiera el

menor mantenimiento y que cuando se realice emplee equipos y repuestos de fácil adquisición,

utilice la menor cantidad de personas y requiera el menor nivel de especialización del personal.

Se establecieron tres categorías para la asignación del peso:

Baja ó 1: Alta tasa de falla y de mantenimiento complejo. Alto requerimiento de personal y

nivel de especialización para dar mantenimiento;

Media ó 3 Moderada tasa de falla y moderado mantenimiento. Requerimiento moderado de

personal y nivel de especialización para dar mantenimiento;

Alta ó 5: Baja tasa de falla y de fácil mantenimiento. Bajo requerimiento de personal y nivel

de especialización para dar mantenimiento.

52

- Requerimiento de pre-tratamiento de los desechos:

Corresponde a la necesidad de realizar un tratamiento previo a los desechos y/o materiales

recuperables antes de incorporarlos a la tecnología. La tecnología más favorable es aquella que

no requiera pre-tratamiento de la corriente residual. Se establecieron tres categorías para la

asignación del peso:

Baja ó 1: Altos requerimientos de pre-tratamiento;

Media ó 3: Moderado requerimiento de pre-tratamiento;

Alta ó 5 Sin o mínimos requerimientos de pre-tratamiento.

• Servicios requeridos

Se refiere a la necesidad de emplear servicios básicos tales como: agua, energía eléctrica y

vapor para el arranque y operación de la tecnología evaluada. La tecnología más favorable es

aquella que no requiera o que sean mínimos los requerimientos de servicios. Los “servicios

requeridos” constan de un solo elemento y puede ser evaluado como se describe seguidamente:

Baja ó 1: Alto requerimiento de servicios, tasa de falla y de mantenimiento complejo;

Media ó 3: Moderado requerimiento de servicios;

Alta ó 5 Bajo ó ningún requerimiento de servicios.

• Requerimiento de insumos y/o aditivos químicos

Este aspecto está relacionado a la necesidad que tiene una determinada tecnología de la

utilización de ciertos insumos o aditivos químicos para poder funcionar adecuadamente. La

tecnología más favorable es aquella tenga un requerimiento mínimo o nulo de insumos y/o

productos químicos. En el caso de que todas las tecnologías evaluadas tengan requerimientos de

insumos, la más favorable será la que utilice el insumo con el menor costo en el mercado. Este

aspecto puede ser evaluado de la siguiente manera:

Baja ó 1: Alto requerimiento de insumos y aditivos químicos;

Media ó 3: Moderado requerimiento de insumos y/o aditivos químicos;

Alta ó 5 Bajo ó ningún requerimiento de insumos y/o aditivos químicos.

53

En la Tabla 4.2 se presenta el tipo de insumo requerido por algunas las tecnologías utilizadas

para la elaboración del procedimiento.

Tabla 4.2. Insumos requeridos por algunas tecnologías para el tratamiento de efluentes y desechos sólidos.

Proceso de Tratamiento

INSUMOS Cloro Coagulante Floculante Soda Cáustica Ácido

Floculación x

Coagulación x x x Cloración x

DAF x x x x

Aspectos Ambientales

En este criterio se consideró el análisis del potencial de afectación relativa al ambiente que las

tecnologías identificadas puedan contribuir en los componentes agua, aire y suelo, debido a la

generación de efluentes, emisiones atmosféricas y residuos sólidos.

• Emisiones atmosféricas generadas por el uso de la tecnología y potencial impacto sobre el

aire.

Referido a la potencialidad que tiene la tecnología de generar emisiones atmosféricas ya sea en

forma de emisiones visibles, olores u otro tipo y que sean susceptibles de alterar la calidad del

aire. Con este criterio se analizan dos aspectos asociados como son el potencial de generación de

emisiones y el requerimiento de equipos de control:

- Generación de emisiones:

La tecnología más favorable es aquella que no genera emisiones atmosféricas. Se establecieron

los siguientes índices para ponderar este criterio:

Baja ó 1: Condición desfavorable, generan emisiones atmosféricas cuyo valor supera los

límites establecidos por la legislación ambiental vigente;

54

Media ó 3: Medianamente favorable; generan emisiones atmosféricas que no superan valores

establecidos por la legislación ambiental vigente;

Alta ó 5 Condición más favorable, la opción no genera emisiones atmosféricas.

- Tratamiento de emisiones generadas:

En caso de existir emisiones atmosféricas, la tecnología más favorable será aquella que requiera

del uso de equipos sencillos, disponibles en el país, de bajo costo y mantenimiento para su

tratamiento. Se establecieron los siguientes índices para ponderar este criterio:

Baja ó 1: Requiere equipos especiales o de alto costo para el control de emisiones;

Media ó 3: Requiere equipos sencillos, de bajo costo y mantenimiento para el control de

emisiones;

Alta ó 5 No requiere equipos de control de emisión.

• Vertidos líquidos generados por el uso de la tecnología y potencial impacto sobre cuerpos

de agua

Referido a la potencialidad de la tecnología de generar efluentes líquidos considerando su

volumen, frecuencia, características, conjuntamente con el potencial de alteración de la calidad de

cuerpos de agua cercanos donde sea descargado el efluente. Los elementos de vertidos líquidos se

describen seguidamente:

- Generación de vertidos líquidos:

La tecnología más favorable es aquella que no genera efluentes. Se establecieron los siguientes

índices para ponderar este criterio:

Baja ó 1: Condición desfavorable, se generan efluentes líquidos cuya composición supera

los límites establecidos en la legislación ambiental vigente;

Media ó 3: Condición medianamente favorable, se generan efluentes líquidos cuya

composición es inferior a la establecida por la legislación vigente;

Alta ó 5: Condición más favorable, la opción no genera efluentes líquidos.

55

- Tratamiento de vertidos líquidos generados:

En caso de haber vertidos líquidos, la tecnología más favorable será aquella que requiera del

uso de equipos sencillos, disponibles en el país, de bajo costo y mantenimiento para su

tratamiento. Se establecieron los siguientes índices para ponderar este criterio:

Baja ó 1: Condición desfavorable, se requiere de tratamientos especiales o de costos

elevados para el tratamiento del vertido líquido;

Media ó 3: Condición medianamente favorable, pueden ser manejados con facilidad en la

PTEI;

Alta ó 5: Condición más favorable, la opción no requiere de sistemas de tratamiento de

aguas.

• Desechos generados por el uso de la tecnología y potencial impacto sobre el ambiente

Referido a la posibilidad o no, que tiene la tecnología de generar desechos sólidos, así como el

potencial de peligrosidad que representan los mismos. El criterio considera la posibilidad de

afectación que los desechos pudieran tener sobre las condiciones ambientales donde se implanten.

Se consideran como elementos claves: la tasa de generación, frecuencia, características de

peligrosidad y clase de riesgo.

- Generación de desechos:

La tecnología más favorable es aquella que no genera desechos. Se establecieron los siguientes

índices para ponderar este criterio:

Baja ó 1: Condición desfavorable; alta generación de desechos, con alto potencial de

peligrosidad;

Media ó 3: Condición medianamente favorable; hay baja generación de desechos, con un bajo

potencial de peligrosidad;

Alta ó 5: Condición más favorable, la opción no genera desechos.

56

- Manejo de desechos generados:

En caso de haber producción de desechos sólidos, la tecnología más favorable será aquella que

requiera del uso de equipos sencillos, disponibles en el país, de bajo costo y mantenimiento para

su tratamiento. Se establecieron los siguientes índices para ponderar este criterio:

Baja ó 1: Condición desfavorable, se requieren equipos o sistemas especiales o de alto costo

para su tratamiento;

Media ó 3: Condición medianamente favorable, se requieren equipos sencillos y de bajo costo

para su tratamiento;

Alta ó 5: No requiere de sistemas de tratamiento y no tienen impacto sobre el suelo.

Aspectos Económicos

En este criterio se consideraron los costos requeridos por inversión de la tecnología (diseño y

construcción), los costos de operación y mantenimiento que requerirá la misma y los costos de

transporte. La tecnología más favorable desde el punto de vista económico, es aquella que tenga

los menores costos de inversión, menores costos de operación y mantenimiento.

4.4.5. Elaboración de matriz multicriterios para selección de tecnologías

Con los criterios definidos anteriormente se elaboró una hoja de cálculo utilizando el programa

Microsoft® Office Excel ™. La hoja de cálculo está divida en dos partes: en la primera se

introducen los datos de entrada compuestos por los porcentajes de peso para cada criterio de

evaluación y la ponderación perteneciente a la tecnología para cada uno de dichos criterios, la

segunda realiza las operaciones matemáticas correspondientes. Los cálculos matemáticos son

realizados automáticamente por la hoja, lo que permite agilizar el proceso de evaluación de las

tecnologías.

En la Tabla 4.3 se presentan los porcentajes de peso asignados a cada uno de los criterios

seleccionados para ser considerados en la evaluación de tecnologías disponibles.

57

Tabla 4.3. Pesos ponderados asignados a los criterios que conforman la matriz de selección de tecnologías.

58

4.4.6. Elaboración de diagramas de flujo

Utilizando la información presentada en el Capítulo 2, se elaboró un diagrama de flujo para

facilitar la selección de tecnologías de acuerdo con la composición del efluente que se desea

tratar (Figura F.1).

También se elaboró una combinación entre diagramas de flujo y diagramas IDEF0 para

incorporar el procedimiento de diseño de la PTEI al Mapa de Procesos de Empresas Y&V

(Figura F.2), el cual permite un fácil entendimiento de la secuencia de actividades a realizar y

proporciona acceso rápido a la información y a los documentos relacionados con el manual de

procedimiento.

Los cuadros de color gris en la Figura F.2 representan los pasos del diseño que se encuentran

regidos por procedimientos ya existentes en la empresa. Para el caso de los cuadros de color

blanco, se realizaron los diagramas IDEF0 presentados en las Figuras F.3, F.4, F.5 y F.6., los

cuales permiten comprender de manera rápida qué información o documentos son necesarios para

la realización de dicha actividad y qué productos se obtendrán al final de la misma.

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

Después de finalizar la pasantía y cumplir con los objetivos planteados se puede concluir que:

• La necesidad de globalización, el desarrollo de los mercados y las exigencias de los clientes

hoy en día, hacen que sea necesario que las empresas demuestren su capacidad para cumplir

con los requisitos y las necesidades de los clientes. Por tal motivo, el procedimiento para el

diseño de una planta de tratamiento de efluentes industriales permitirá normalizar las

actividades para el diseño y garantizará una ejecución eficiente del las mismas.

• Se logró identificar los pasos y actividades involucradas en el diseño de un proyecto de

Ingeniería Básica, los cuales sirvieron como base para le estructuración del contenido del

Manual de Procedimiento para el diseño de una Planta de Tratamiento de Efluentes

Industriales (PTEI).

• Se dimensionaron los equipos más comunes para el tratamiento de efluentes de refinería los

con lo cual se crearon hojas de cálculo que facilitan dicho proceso y proporcionan la

flexibilidad de arrojar los resultados en distintas unidades, lo cual es útil cuando se trabaja

con proyectos o proveedores internacionales.

• Se crearon hojas de datos y listas de chequeo que permiten recopilar la información que

define el funcionamiento y las dimensiones necesarias de los equipos que conforman cada

tecnología, permitiendo verificar que la información esté clara, completa y concisa.

• El manual de procedimiento puede estar en forma de diagrama, puede plasmarse por escrito

en forma de texto, o una combinación de ambas permitiendo que las actividades descritas en

él se realicen con uniformidad, de manera estandarizada, sin importar quienes sean los

participantes, siempre y cuando cumplan con el perfil requerido para el puesto.

• La incorporación del diagrama de flujo del proceso de diseño permitirá facilitar la ubicación

y disposición de forma inmediata de la información y documentos relacionados con el

procedimiento, lo que se traduce en un aumento en la eficiencia de la compañía ya que no se

tiene que invertir tiempo en la búsqueda y localización del material, revisión de normas,

etc., porque todo se encuentra en un mismo documento.

60

Una vez concluido este trabajo surgen las siguientes recomendaciones:

• Se recomienda hacer una investigación de mercado sobre los precios de adquisición y

operación de las tecnologías de tratamiento de efluentes descritas en el manual, para poder

contar con la esta información al ponderar las tecnologías en el criterio económico de la

“Matriz de Selección de Tecnologías”.

• Realizar una ampliación del manual para incluir otras tecnologías disponibles para el

tratamiento de efluentes a manera de completar la información ya existente y poder diseñar

completamente una planta destinada a este fin.

• Se recomienda elaborar un manual de procedimiento para el manejo de desechos sólidos ya

que los mimos son generados durante el tratamiento del efluente y deben ser dispuestos de

manera adecuada de acuerdo con las legislaciones ambientales vigentes.

REFERENCIAS

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62

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APÉNDICE A

DIMENSIONAMIENTO DE EQUIPOS

65

En esta sección se presenta el dimensionamiento de los equipos principales de las tecnologías

de tratamiento de efluentes descritas con anterioridad.

A fin de definir la temperatura y la presión de diseño de todos equipos, se hizo uso de los

criterios establecidos en la Norma PDVSA MDP-01-DP-10 “Temperatura y Presión de diseño”.

Los mismos se presentan en las Tabla A.1 y Tabla A.2.

Tabla A.1. Temperatura de Diseño (21).

Temperatura de operación, T °F Temperatura de diseño, Td °F

T < 0 T – 30 0 < T < 750 T + 50

T > 750 T

Tabla A.2. Presión de Diseño (21).

Presión de operación, P [psi] Presión de diseño, Pd [psi]

P < 35 50 35 < P < 250 Pd + 25 psi 250 < P < 580 Pd + 10% 580 < P < 1160 Pd + 58 psi

P > 1160 Pd + 5%

El resto de los cálculos individuales de cada equipo se presentan a continuación.

A.1. Fosa de acumulación previa

La fosa de acumulación previa está diseñada de manera tal, que pueda contener tanto el

volumen de agua residual a tratar proveniente de la planta (incluso en condiciones de caudal

máximo), como el agua de lluvia recolectada en la zona servida por el sistema de drenajes. Como

datos iniciales se requiere:

• Presión de operación, P;

• Temperatura de operación, T;

• Flujo total de entrada del afluente, Qin;

66

• Área superficial de la planta servida del sistema de drenajes para el agua de lluvia, Asp;

• Tipo de superficie donde está ubicada la planta (asfalto, concreto, etc.);

• Registro pluviométrico anual de la región donde está ubicada la planta, Rp, es decir, la

cantidad de agua de lluvia por unidad de superficie que cae anualmente en la zona.

A su vez, también es necesario establecer ciertos criterios de diseño para el procedimiento de

cálculo:

• Tiempo de acumulación de agua de lluvia, tA

Corresponde al tiempo durante el cual el agua de lluvia escurre por el área superficial de la

planta y es recolectada por el sistema de drenajes de la misma para luego ser llevada a la fosa de

recolección para ser tratada con el resto de los efluentes. Este tiempo por lo general se encuentra

entre los 3 y 5 min.

• Factor de diseño, F

Puede ser expresado tanto en forma de porcentaje como en forma de factor multiplicativo. El

mismo funciona como factor de seguridad para el dimensionamiento del volumen final de la fosa.

Su valor depende de las condiciones de diseño y los requisitos del cliente.

Los pasos para el dimensionamiento de la fosa de acumulación previa se describen a

continuación:

a. Coeficiente de impermeabilidad del suelo, I

Se refiere a la capacidad de adsorción de agua que tiene el suelo, la cual depende del material

del que esté constituido el mismo. Materiales con coeficientes cuyo valor es cercano a 1, tienen

un alto nivel de impermeabilidad por lo que el agua de lluvia, al caer, desliza sobre la superficie

en vez percolar a través de la misma. En la Tabla A.3 se presentan algunos de estos coeficientes

para su respectivo tipo de superficie.

67

Tabla A.3 Coeficiente de impermeabilidad del suelo (28).

Descripción Mínimo Máximo Promedio

Industria pesada 0,5 0,8 0,65 Industria liviana 0,6 0,9 0,75

Pavimento de ladrillo 0,7 0,85 0,78 Pavimento de asfalto o concreto 0,7 0,95 0,83

b. Tasa de lluvia por hora, RL

Se refiere a la altura de agua de lluvia acumulada por hora. Para obtenerla, simplemente se

convierte el valor del registro anual (milímetros o pulgadas de lluvia al año) de forma tal que se

obtenga la altura de agua acumulada por hora, tal como se muestra en la Ecuación A.1 (28).

díahorasR

RL p

8760= (A.1)

c. Caudal de agua de lluvia, QL

Para obtener este valor se empleó el Método Racional el cual utiliza la siguiente relación:

IRLAQ spL ⋅⋅= (A.2)

Donde QL es caudal de agua de lluvia [ft3/s], Asp es el área de la planta servida por la red de

drenajes [acres], I es el coeficiente de impermeabilidad del suelo y RL es la tasa de lluvia por

hora [in/h] (28).

d. Volumen de agua de lluvia, VL

Este valor viene dado por el caudal de lluvia y el tiempo de acumulación de la misma, tal como

se expresa a continuación:

ALL tQV ⋅= (A.3)

68

e. Volumen de agua residual de la planta, VWW

Por niveles de seguridad, la fosa debería tener la capacidad de almacenar por lo menos 1 día del

volumen de agua producida por la planta de procesos. Dicho volumen de agua se calcula según:

díaQV inww 1⋅= (A.4)

f. Volumen de la Fosa, V

El volumen total de la fosa es el resultante de la sumatoria de los volúmenes de agua residual y

agua de lluvia y la contribución del factor de diseño.

FVVV wwL ⋅+= )( (A.5)

A.2. Separador API

Para el dimensionamiento del separador API será necesario contar con la siguiente información:

• Presión de operación, P;.


• Flujo de entrada, Qin;

• Densidad del agua a la temperatura de operación, ρw;

• Densidad de la mezcla de hidrocarburos, ρo;

• Viscosidad absoluta del agua a la temperatura de operación, μw;

• Radio equivalente promedio de las gotas de hidrocarburos, ro.

Además, también es necesario establecer ciertos criterios de diseño los cuales son requeridos

para el procedimiento de cálculo:

69

• Profundidad del separador, D

Para que los equipos mecánicos no originen muchas perturbaciones sobre el proceso, la

profundidad del tanque debe estar comprendida en el rango de 3 a 8 ft (0,91 a 2,44 m) (29).

• Ancho de canal, Wc

El ancho del canal queda limitado entre 6 y 20 ft (1,83 y 6,10 m) (29).

• Factor de corto circuito, Fcc

Este parámetro se puede asignar con libertad en la Hoja de Cálculo. Sin embargo, la literatura

recomienda un valor de 1,2 (29).

• Relación Profundidad – Ancho de canal (D/Wc)

El cociente de la profundidad con respecto al ancho de canal debe estar comprendido entre 0,3

y 0,5 (29).

• Relación Largo – Ancho (L/Wc)

Para garantizar una buena separación, se recomienda que el cociente entre el largo y el ancho

del canal sea igual o superior a 5 (29).

El diseño del separador API se detalla a continuación:

a. Velocidad de ascenso de las gotas de hidrocarburo, vas

Para el cálculo de este parámetro, se puede utilizar la Ley de Stokes (Ecuación A.6) (29).

w

owoas

rgvµ

ρρ⋅

−⋅⋅⋅=

9)(2 2

(A.6)

70

Donde vas es la velocidad de ascenso de las gotas de aceite y g es la aceleración de la gravedad;

o la ecuación establecida en la Norma PDVSA MDP – 09 – EF – 05 “Diseño Conceptual de

Tecnologías de Control de Efluentes” (Ecuación A.7).

w

owas

SSvµ

)(0241,0 −⋅= (A.7)

Donde Sw y So son la gravedad específica del agua y del hidrocarburo respectivamente. En esta

ecuación se asume que el diámetro promedio de la gota de hidrocarburo es 0,0015 cm.

b. Velocidad horizontal, vh

Este valor viene dado por la Ecuación A.8. Si vh > 3 ft/ min (0,01524 m/s), entonces se obvia el

valor arrojado por la ecuación y se utiliza como velocidad horizontal 3 ft/min (29).

ash vv ⋅=15 (A.8)

c. Factor de turbulencia, FT

Este factor, el cual se calcula a partir de la Ecuación A.9, representa los efectos de la

turbulencia sobre el comportamiento hidráulico ideal (29):

013,1)(022,0 +⋅= ashT vvF (A.9)

(R2 = 0,983)

Para la obtención de dicha ecuación, primero se graficaron (Figura A.1) los datos

proporcionados por la Norma PDVSA MDP – 09 – EF – 05 “Diseño Conceptual de Tecnologías

de Control de Efluentes” , los cuales se presentan en la Tabla A, y luego se realizó un ajuste a la

línea de tendencia descrita por los mismos.

71

Tabla A.4. Valores para el factor de turbulencia de acuerdo a la relación vh/vas (29).

vh/vas FT

3 1,07 6 1,14 10 1,27 15 1,37 20 1,45

FT = 0.0228 vh/vas + 1.0137R2 = 0.9833

0.95

1.05

1.15

1.25

1.35

1.45

1.55

0.0 5.0 10.0 15.0 20.0 25.0vh/vas

FT

Figura A.1. Factor de turbulencia (FT) en función de la relación vh/vas.

d. Factor de diseño, F

Este factor toma en cuenta los efectos de corto circuito (Fcc) y turbulencia (FT) que afectan el

comportamiento hidráulico y lo desvían de la idealidad. El mismo se determina a partir de la

Ecuación A.10 (29):

ccT FFF ⋅= (A.10)

e. Área superficial mínima, As

El área horizontal o superficial mínima viene expresada por la siguiente relación (29):

72

)( asins vQFA ⋅= (A.11)

Donde Qin es caudal de entrada a la unidad.

f. Área transversal, At

El área transversal de la unidad viene expresada como (29):

hint vQA = (A.12)

g. Número de canales, Nc

Dicho valor se obtiene a partir de (29):

)( DWAN ctc ⋅= (A.13)

h. Profundidad definitiva del canal, Dc

La profundidad del canal viene dada por la siguiente expresión (29):

)( cctc NWAD ⋅= (A.14)

Es importante verificar que se con este valor de profundidad la relación profundidad – ancho

(D/W) se siga manteniendo entre 0,3 y 0,5.

i. Longitud de canal, Lc

La longitud del canal del separador viene dada por la expresión que se presenta a continuación (29):

)( ashc vvDFL ⋅⋅= (A.15)

73

j. Altura de salida del líquido, H

La altura sobre el vertedero puede ser obtenida de dos maneras. La primera es a través de la

Ecuación de Francis:

−

+⋅=

gv

gv

LAQH hh

ch 2218381 2

3/22/32

(A.16)

La segunda, corresponde a la simplificación de la Ecuación de Francis presentada en la Norma

PDVSA MDP – 09 – EF – 05 “Diseño Conceptual de Tecnologías de Control de Efluentes”, la

cual resulta en la siguiente expresión (29):

3/2

212,0

⋅=

h

c

ALQ

H (A.17)

A.3. Separador CPI

Antes de iniciar con los cálculos para dimensionar el separador CPI, es imprescindible disponer

de la siguiente información:



• Flujo de agua, Qin;


• Radio equivalente promedio de las gotas de hidrocarburos, ro;


• Viscosidad absoluta del agua a la temperatura de operación, μw; o viscosidad cinemática, νw.

74

Además, es necesario establecer ciertos criterios de diseño en cuanto a las dimensiones de las

placas corrugadas. Los valores para el ancho, WP, largo, LP y espesor, eP son obtenidos por parte

de los proveedores. Sin embargo, los mismos no deben ser mayores que 2 m para WP y LP y 1 cm

para eP.

• Dimensiones de la placa

El tamaño del separador está estrechamente relacionado con las dimensiones de las placas

corrugas que se vayan a utilizar.

• Inclinación de las placas, θP

El ángulo de inclinación varía entre 45 y 60° de acuerdo a la mayoría de los modelos

comerciales y a las especificaciones de la Norma PDVSA MDP – 09 – EF – 03 ”Sistemas de

Control de Efluentes”.

• Separación entre las placas, sP

La separación entre las placas por lo general oscila entre los 2 y 5 cm (29).

En cuanto al dimensionamiento del separador CPI, se tiene que:

a. Velocidad crítica de sedimentación, vsc

La velocidad de sedimentación crítica (Ecuación A.18) es la velocidad mínima necesaria para

que el fluido que atraviesa el separador resuspenda los sólidos depositados en el fondo (15).

( )5,0

18

−=

f

oosc F

Sdgv

β (A.18)

Donde β es una constante cuyo valor es 0,06 por tratarse de un material no uniforme, do es el

diámetro de las gotas de hidrocarburos y Ff es el factor de fricción de Weisbach – Darcy, cuyo

valor se tomará como 0,03 por tratarse de un flujo laminar (15).

75

b. Velocidad entre las placas, vP

La teoría que sustenta el proceso de sedimentación laminar se basa en la siguiente relación (29):

w

P

sc

P

PPP s

vs

sLv

νθα

θ2058.0

cos

tan

+⋅⋅

+= (A.19)

Donde vP es la velocidad de desplazamiento entre las placas [cm/s], vsc es la velocidad crítica de

sedimentación [cm/s], LP es la longitud de placa [cm], sP es la separación entre las placas [cm], νw

es la viscosidad cinemática del agua [cm2/s] y α es una constante cuyo valor es 1,3 para el flujo

laminar entre las placas.

c. Verificación del número de Reynolds, Re

Debido a que para el cálculo de la velocidad de desplazamiento del fluido entre las placas se

requiere el uso de una constante, cuyo valor es sólo válido para el caso de flujo laminar, es

necesario comprobar que el fluido se encuentre en dicho estado, por lo cual el número de

Reynolds debe estar comprendido entre 400 y 1600 (29).

w

PPe

svRν⋅

= (A.20)

d. Área Superficial, As

El área superficial de la unidad se puede determinar de acuerdo a la siguiente expresión (29):

Pins vQA = (A.21)

e. Número de placas, NP

La cantidad de placas dentro del separador viene dada por (29):

76

)( PP

sP esW

senAN

+⋅⋅

=θ

(A.22)

El valor de W, el cual representa el ancho de la zona de sedimentación, será fijado tomando

como referencia los anchos de las placas comerciales, WP.

f. Longitud del separador, L

Por último, la longitud de la unidad se puede obtener según (29):

WA

L s= (A.23)

A.4. Sistema de flotación por aire disuelto (DAF)

Para el dimensionamiento del sistema de flotación por aire disuelto (DAF) será necesario contar

con la siguiente información:




• Concentración de sólidos suspendidos en la entrada, CS in;

• Concentración de sólidos suspendidos en la salida, CS out;

• Concentración de hidrocarburos en la entrada, Co in;

• Concentración de hidrocarburos en la salida, Co out;

• Tasa de producción de lodo por cantidad de coagulante agregado, CL;

• Presión manométrica del tanque presurizado, Pman;

• Dosis de coagulante, Cg;

• Porcentaje de sólidos en el lodo, %S lodo.

77

El valor para la presión manométrica del tanque presurizado, por lo general, se fija entre 40 y

60 psig (275 y 414 kPaman) (29).

Por otra parte, es necesario realizar pruebas de laboratorio con el efluente que se desea tratar

para poder determinar la dosis de coagulante óptima, Cg, y los parámetros: CS out, Co out, %S lodo.

Además, es necesario establecer ciertos criterios de diseño, los cuales son requeridos para el

procedimiento de cálculo:

• Factor de eficiencia, FE

Se refiere al nivel de eficiencia que tiene el equipo en cuanto a la remoción tanto de

hidrocarburos como de sólidos suspendidos. El valor de FE varía entre 0,5 y 0,8 (29).

• Tiempo de retención en el tanque presurizado, tr pres

Este valor se refiere a la cantidad de tiempo que debe permanecer cierto volumen de agua para

que se alcance la concentración deseada de aire disuelto en la misma. Por lo general, dicho valor

es obtenido experimentalmente a través de pruebas de laboratorio, sin embargo, el mismo oscila

entre 1 y 3 min (29).

• Tiempo de retención en el tanque de floculación, tr floc

El período de retención en el tanque de floculación es el tiempo necesario para que el

coagulante ejerza su función y propicie la formación de partículas lo suficientemente grandes

como para que puedan ser arrastradas por las burbujas de aire hacia la superficie o para que

sedimenten por su propio peso. Este tiempo usualmente se determina experimentalmente, sin

embargo, por lo general se encuentra entre los 5 y los 15 min (29).

• Tiempo de retención en el tanque de flotación, tr flot

Al igual que el caso anterior, este valor se obtiene a partir de estudios previos sobre el efluente

y comúnmente varía entre 20 y 40 min (29). El tiempo de retención dentro de este tanque

representa el tiempo necesario para lograr una separación óptima, es decir, obtener un efluente lo

suficientemente clarificado para continuar el tren de tratamiento, sin tener que contar con equipos

excesivamente grandes para compensar mayores tiempos de retención.

78

El dimensionamiento del sistema DAF se describe a continuación:

a. Relación aire / sólido, ma/mS.

Representa el factor más importante en la eficiencia de la flotación, y depende del tipo de

efluente a tratar. Se refiere a la masa de aire liberado en la despresurización por masa de sólidos

presentes en el afluente, y puede afectar el proceso de floración, por cuanto influye en la

concentración final de sólidos o aceites en el efluente, así como en la velocidad de ascenso de

éstos.

La Norma PDVSA MDP – 09 – EF – 05 proporciona una serie de datos (Tabla A.5) que

representan la variación de la relación ma/mS en función de la concentración de sólidos

suspendidos en el efluente, CS out.

Tabla A.5. Relación ma/mS en función de la concentración de sólidos suspendidos en el efluente (29).

CS out [mg/L] ma/mS

12,5 0,068 16,0 0,050 15,0 0,055 20,0 0,030 25,0 0,022 30,0 0,019 40,0 0,015 50,0 0,013

A partir del gráfico realizado (Figura A.2), se obtuvo un par de correlaciones. La Ecuación

A.24a es válida cuando la concentración de sólidos suspendidos en el efluente, CS out, oscila entre

12,5 y 20 mg/L; mientras que la Ecuación A.24b es válida para cuando CS out está entre 20 y 50

mg/L.

13,0005,0 +⋅−= SoutS

a Cmm (A.24a)

(R2 = 1)

79

061,0002,010.2 25 +⋅−⋅= −SoutSout

S

a CCmm (A.24b)

(R2 = 0,973)

ma/mS = -2E-18.Cs out2 - 0.005.Cs out + 0.13

R2 = 1

ma/mS = 2E-05.Cs out2 - 0.0021.Cs out + 0.0619

R2 = 0.9734

-0.02

0

0.02

0.04

0.06

0.08

0 10 20 30 40 50 60CS out [mg/L]

ma/

mS

Figura A.2. Valores para ma/mS en función de CS out

b. Tasa de desbordamiento superficial, Ts

Como criterio de diseño este valor se encuentra comprendido entre 1 y 4 gpm/ft2 [59 y 235

m3/(m2.d)] (29).

La tasa de desbordamiento se puede determinar a partir de las correlaciones presentadas en las

Ecuaciones A.25a y A.25b, las cuales son válidas cuando Co out está entre 14 y 23 mg/L para el

primer caso, y 23,0 y 37,5 mg/L para el segundo.

297,8949,002,0 −⋅+⋅−= ooutoout CCTs (A.25a)

(R2 = 0,990)

065,2044,00002,0 2 +⋅+⋅−= ooutoout CCTs (A.25b)

(R2 = 1)

Dichas correlaciones fueron obtenidas al graficar (Figura A.3) los valores de la Tabla A.6 y

hacer los ajustes correspondientes.

80

Tabla A.6. Tasa de desbordamiento superficial en función de la concentración de hidrocarburos en el efluente (29).

Ts [gpm/ft2] Co out [mg/L]

0,70 14,0 1,00 14,0 1,50 15,0 2,00 16,5 2,60 20,0 3,00 23,0 3,25 30,0 3,50 37,5

Ts = -0.02.Co out2 + 0.949.Co out - 8.2978

R2 = 0.9906

Ts = -0.0002.Co out2 + 0.0444.Co out + 2.0653R2 = 1

00.5

11.5

22.5

33.5

4

10 15 20 25 30 35 40Co out [mg/L]

Ts, g

pm/ft

2

Figura A.3. Ts en función de Co out

c. Solubilidad del aire, Cs

La solubilidad del aire en el agua es un factor que depende de la temperatura. Se calcula a partir

de la Ecuación A.26, la cual se obtuvo a partir del ajuste hecho a la gráfica (Figura A.4) derivada

de los datos de la Tabla A.7.

80,58880,0007,010.310.4 23548 +−⋅+⋅−⋅= −− TTTTCs (A.26)

(R2 = 0,999)

81

Tabla A.7. Solubilidad del aire en agua a diferentes temperaturas (P = Patm) (29).

T [°F] Cs [mg/L]

32 37,2 50 29,3 68 24,3 86 20,9 104 18,5 122 17,0 140 15,9 158 15,3 176 15,0 194 14,9 212 15,0

Cs = 4E-08Ta4 - 3E-05Ta3 + 0.0072Ta2 - 0.8808Ta + 58.802R2 = 0.9998

101520253035404550

0 50 100 150 200 250Ta [°F]

Cs

[mg/

L]

Figura A.4. Solubilidad del aire, Cs, en función de la temperatura, T a presión atmosférica (1atm).

d. Caudal de reciclo, QR

El caudal de recirculación o reciclo viene definido por la siguiente expresión (29):

−

+⋅⋅

⋅⋅=

117,14man

E

SoutinSaR PFCs

CQmmQ (A.27)

82

Donde QR es el caudal de reciclo [gpm], ma/mS es la relación aire/sólido, Qin es el caudal del

afluente [gpm], Cs es la solubilidad del aire, CS out es la concentración de sólidos suspendidos en

el efluente [mg/L] y Pman es la presión manométrica en el tanque presurizado [psig]. FE es el

factor de eficiencia de la disolución del aire en el agua, el cual varía entre 0,5 y 0,8.

e. Porcentaje de reciclo, %R

Éste se determina por (29):

100% ⋅

=

in

RR Q

Q (A.28)

Normalmente, el reciclo varía entre 30 y 40%, pero pueden aceptarse reciclos por encima del

15% (29).

f. Área superficial del tanque de flotación, As flot

El cálculo del área superficial requerida en el tanque de flotación sería según (29):

TsQQ

A Rnisflot

+= (A.29)

g. Volumen del tanque de flotación, Vflot

El volumen del tanque de flotación sería según (29):

( ) flotrRniflot tQQV ⋅+= (A.30)

h. Profundidad del tanque de flotación, Dflot

Una vez obtenido el volumen y el área superficial del tanque, la profundidad del mismo será (29):

sflot

flotflot A

VD = (A.31)

83

i. Volumen del tanque presurizado, Vpres

Se tiene que (29):

presrRpres tQV ⋅= (A.32)

j. Volumen del tanque de floculación, Vfloc

Este parámetro se obtiene por (29):

( ) flocrinRfloc tQQV ⋅+= (A.33)

k. Flujo másico de lodo (sólidos suspendidos), mlodoS

El lodo producido por los sólidos suspendidos contenidos en el afluente tiene un flujo másico,

que se puede obtener mediante la siguiente expresión (15):

inSoutSinlodoS QCCm ⋅−= )( (A.34)

l. Flujo másico de lodo (coagulante), mlodoC

La masa de coagulante agregada al caudal de entrada también produce una cantidad significante

de lodo que se determina mediante la expresión presentada a continuación (15):

inlodoC QCLCgm ⋅⋅= (A.35)

m. Flujo másico de lodo (total), mlodo

El flujo másico total de lodo producido por la unidad sería la sumatoria de el lodo proveniente

de la remoción los sólidos suspendidos y del producido por el coagulante (15).

lodoClodoSlodo mmm += (A.36)

84

n. Caudal de lodo, Qlodo

Tomando como referencia el porcentaje en peso de sólidos contenido en el lodo se puede

determinar el caudal de producción del mismo, tal como lo expresa la Ecuación A.37 (15).

100%

⋅=lodoS

lodolodo

mQ (A.37)

A. 5. Sistema de aeración

En caso del dimensionamiento del sistema de aeración será necesario contar con la siguiente

información:




• Demanda biológica de oxígeno en la entrada, DBOin;

• Demanda biológica de oxígeno a la salida, DBOout.

Por otra parte, también es importante establecer ciertos criterios de diseño requeridos durante

el procedimiento de cálculo:

• Tiempo de retención, tr

Éste se refiere al tiempo que debe permanecer cierto volumen del fluido tratado dentro del

aerador, para lograr reducir la demanda biológica de oxígeno (DBO) hasta el nivel deseado. En la

mayoría de los casos, el tiempo de retención es determinado de manera experimental, ya que el

mismo puede variar considerablemente según las características del afluente y el tipo de aeración

que se elija.

Los dos tipos de aeración más utilizados son la convencional y la de mezcla completa, cuyos

tiempos de retención son 4 – 8 h y 3 – 5 h respectivamente (18).

85

• Profundidad o nivel de agua en el tanque, Dw

El nivel de agua en el tanque debe oscilar entre 6 y 15 ft (1,83 y 4,57 m) de profundidad (30).

• Relación Ancho / Profundidad del tanque, (W/D)

Para garantizar buenas condiciones de mezcla, la relación W/D debe estar entre 1,5 y 2 (30).

• Altura libre sobre el nivel del agua (Freeboard), HF

Se refiere a la distancia entre el nivel normal del líquido y el tope del tanque. Esta altura

adicional depende del tipo de aerador que se escoja para el tanque. Para el caso de los aeradores

de superficie, se recomienda que la altura adicional no sea menor a 3 ft (0,91 m), en cambio, para

los de difusión se recomienda un valor estándar de 18 in (0,46 m) (30).

• Porcentaje de exceso de oxígeno, %O2

El oxígeno es el componente principal para lograr la oxidación de la materia orgánica en el

efluente. Por lo tanto la cantidad requerida del mismo viene dada por el porcentaje de

disminución de DBO que se desee. Como en todo proceso, los requerimientos reales en

condiciones de operación siempre se alejan de los teóricos, razón por la cuál es necesario añadir

un exceso de oxígeno para propiciar que las condiciones de operación se asemejen lo más posible

a las teóricas. Por lo general, en el diseño se incluye un 20% de exceso de oxígeno.

• Temperatura del aire, Ta

La temperatura del aire influye en el grado de solubilidad del gas en el agua, hecho que afecta

de manera directa el proceso de oxidación.

• Tipo de aerador

Tal como se mencionó anteriormente, los aeradores se clasifican en dos grandes grupos de

acuerdo al principio de su funcionamiento: aeradores mecánicos de superficie y los de difusión.

De acuerdo a las características mencionadas y a las necesidades del efluente se debe seleccionar

86

uno de los siguientes tipos: turbina, difusor poroso o no poroso y aerador superficial de plato o de

hélice.

Para el dimensionamiento del sistema de aeración:

a. Volumen de agua, Vw

La cantidad de volumen de agua en el tanque implica el volumen mínimo del mismo. Este valor

viene dado por el caudal de entrada a la unidad, qin, y el tiempo de retención de la misma, tr (30).

rinw tQV ⋅= (A.38)

b. Ancho del tanque, W

Al fijar la relación W/D y la profundidad del agua en el tanque se obtiene directamente el ancho

del mismo de la siguiente forma (30):

( )DWDW w ⋅= (A.39)

c. Largo del tanque, L

Dado el volumen total de agua del tanque y sus dimensiones de ancho y alto, la longitud queda

determinada según (30):

w

W

DWV

L⋅

= (A.40)

d. Profundidad del tanque, D

La profundidad total del tanque de aeración se obtiene a partir de la contribución de la altura de

líquido, Dw, y el espacio libre (freeboard) que se deja como borde sobre el mismo, HF. Por lo

tanto (30):

87

Fw HDD += (A.41)

e. Volumen del tanque, V

El volumen total del tanque se obtiene a través de la sumatoria del volumen ocupado por el

agua y el volumen adicional obtenido cuando se agrega el borde libre (freeboard) (30).

( )Fw HDLWV +⋅⋅= (A.42)

f. Requerimiento de oxígeno, mO2

El flujo másico de oxígeno requerido depende de los niveles de DBO en el afluente y que tan

alto sea el porcentaje de remoción. A su vez, incluye el exceso de oxígeno establecido

anteriormente (30).

( ) ( )100%1 22 OQDBODBOm inoutinO −⋅⋅−= (A.43)

g. Requerimiento de aire, ma

Debido a que la mayoría de los sistemas de aeración funcionan con aire y no con oxígeno puro,

es necesario calcular la cantidad equivalente de aire en función del oxígeno requerido. Para esto,

se debe considerar que la fracción molar del oxígeno en el aire es 0,21 y que su peso molecular es

32 kg/kmol, mientras que el del aire es 28,9 kg/kmol. Partiendo del flujo másico oxígeno

necesario en kg/d se hacen las transformaciones necesarias (Ecuación A.44a) y se obtiene la

Ecuación A.44b que define el flujo de aire requerido (30).

aire

aire

O

aireOOa kmol

kgkmol

kmolkg

kmoldkgmm

19,28

21,01

321

]/[2

22 ⋅⋅⋅= (A.44a)

( )22 301,4 OaireOa kgkgmm ⋅= (A.44b)

88

h. Consumo energético, p

El consumo energético se refiere a la potencia necesaria para poder suministrar la cantidad de

aire requerida para lograr el proceso de oxidación y para mantener los sólidos en suspensión. El

cálculo del mismo depende del tipo de aerador que se emplee.

• Aerador mecánico de superficie En este caso, la potencia requerida para suministrar el oxígeno viene dada por la Ecuación

A.45, donde ma es la demanda de aire [lbaire/d] y RO2 es la tasa de transferencia de oxígeno

[lbO2/hp.h] que varía de acuerdo al tipo de aerador según se muestra en la Tabla A.8 (30).

22 /24 O

aO Rdh

mp

⋅= (A.45)

Tabla A.8. Tasa de transferencia de oxígeno según el tipo de aerador mecánico de superficie (15).

Tipo de aerador RO2 [lbO2/hp.h]

Plato 2,0 – 2,5 Turbina 3,0 – 3,5 Hélice 2,5 – 3,5

En cuanto a la energía para mantener los sólidos en suspensión se debe utilizar la Ecuación

A.46, donde Vw es el volumen de agua en el tanque [gal] y pO2 es la potencia [hp] calculada por la

expresión anterior (Ecuación A.45) (30).

⋅

=

galkgalV

pkgal

p

w

O

1000

2 (A.46)

Si el valor obtenido es mayor o igual a 0,14, implica que la potencia calculada con la Ecuación

A.45 es suficiente para suministrar la cantidad de aire necesaria y mantener los sólidos en

suspensión. Si dicho valor es menor a 0,14, entonces la potencia total necesaria tanto para los

89

requerimientos de oxígeno como para el de los sólidos suspendidos se obtiene a partir de la

Ecuación A.47, donde el Vw es el volumen de agua en el tanque [gal] (30).

wVp ⋅= −410.4,1 (A.47)

• Aerador por difusión Para los sistemas de aeración por difusión se utiliza una única ecuación.

-

El caudal de aire requerido Qa [scfm] viene dado por la expresión (30):

Caudal de aire necesario

E

aa

mQ

%100

1262,96 ⋅⋅= (A.48)

Donde %E se refiere al porcentaje de eficiencia del aerador (Tabla A.9), y ma es la masa de aire

requerida [lbO2/d].

Tabla A.9. Porcentaje de eficiencia de acuerdo al tipo de aerador (15).

Tipo de aerador %E

Poroso 12 No poroso 8

-

La ecuación para el cálculo de la potencia es (30):

Potencia requerida

( )

−

−

+⋅+⋅+⋅⋅= − 1

2,05,1433,0

46010.6099,6283,0

4

amb

ambaa P

DPTQp (A.49)

Donde Pamb es la presión atmosférica [psi], Ta es la temperatura del aire [°F], Qa es el caudal de

aire [scfm] y D es la profundidad del tanque [in].

90

A. 6. Sedimentador o Clarificador

Para el dimensionamiento del clarificador será necesario contar con la siguiente información:



• Flujo de entrada (promedio), Qin av;

• Flujo de entrada (pico), Qin p;

• Concentración de sólidos suspendidos en la entrada, CS.



• Porcentaje de reciclo, %R Se refiere al porcentaje del efluente clarificado que es recirculado nuevamente a la unidad. El

porcentaje varía entre 0 y 30%.

• Tiempo de retención, tr Implica el tiempo en el que un volumen determinado de afluente debe permanecer dentro del

tanque para su tratamiento. Normalmente este valor se obtiene de forma experimental de acuerdo

a las características que presente el afluente.

• Razón de alimentación de sólidos (promedio), Rsav Especifica la velocidad con que se alimentan los sólidos por unidad de superficie de clarificador

para el caso del caudal promedio de la planta. El valor debe oscilar entre 4 – 6 kg/h.m2 [0,8 – 1,2

lb/h.ft2] (31).

• Razón de alimentación de sólidos (pico), Rsp Especifica la velocidad con que se alimentan los sólidos por unidad de superficie de clarificador

para el caso del caudal pico de la planta. El valor recomendado es 10 kg/h.m2 [2 lb/h.ft2] (31).

91

• Profundidad de la capa de lodo en el fondo del clarificador, Dlodo Representa la profundidad del clarificador que estará ocupada por la capa de lodo formado por

los sólidos sedimentados. Este valor por lo general se encuentra en 0,6 – 0,9 m (32).

• Relación Largo / Ancho, L/W Esta relación es necesaria para el dimensionamiento del clarificador de sección rectangular. Su

valor debe estar ubicado en el rango 2 – 5 (29).

• Relación Largo / Profundidad, L/D Este valor se requiere en el caso de un clarificador de geometría rectangular. La relación

largo/profundidad debe estar comprendida entre 5 y 20 (29).

• Número de unidades, Nrec o Ncir Se refiere al número de unidades en las cuales se desea distribuir la carga total a tratar. Este

número debe ser asignado tanto para unidades con base de geometría rectangular como circular.

El diseño de este equipo es como se describe a continuación:

a. Flujo másico de sólidos, mS El flujo másico de sólidos que recibe el clarificador, tanto para caudal promedio como caudal

pico se calcula a través de la Ecuación 2.50. Tomando en cuenta que para el caso promedio, mS av

se utiliza como cauda de entrada Qin av, y para el caso de mS p se utiliza Qin p (31).

SR

inS CQm ⋅

+⋅= 100

%1 (A.50)

b. Área superficial total requerida, As El área superficial total requerida depende del flujo másico de sólidos alimentados y la tasa de

alimentación de los mismos. Este valor debe ser calculado para condiciones de caudal promedio y

92

pico. El caso que dé como resultado un área mayor será el dominante y por lo tanto, ese será el

valor designado como área de diseño, As d (31).

sSs RmA = (A.51)

Al igual que en el caso anterior, es necesario sustituir los valores correspondientes a cada

condición de flujo, pico y promedio, para obtener los valores de área deseados y poder realizar la

comparación y obtener el área superficial de diseño.

c. Área superficial por clarificador, As’ El área superficial que tendrá cada clarificador depende del número de unidades en las que se

haya decidido distribuir la carga de tratamiento. El cálculo es el mismo sin importar el tipo de

geometría (rectangular o circular) que se elija para el clarificador (31).

NAA ss =' (A.52)

Donde N varía de acuerdo a si se trata de un clarificador de base rectangular, Nrec, o uno de base

circular, Ncir. Después de obtener el área por unidad, es importante verificar que la misma no sea

mayor a 18750 ft2 para el caso rectangular y 12272 ft2 para el caso circular. Estos valores de área

provienen de las dimensiones máximas para las cuales el desempeño del clarificador no se ve

afectado. En el caso del clarificador circular, el diámetro máximo es de 125 ft. En cuanto al

clarificador rectangular, el largo y el ancho máximo es de 250 ft y 75 ft, respectivamente (33).

d. Dimensiones del clarificador Las dimensiones finales de cada unidad dependen de la geometría escogida para las mismas.

• Clarificador rectangular Este tipo de geometría queda definido al obtener el largo, ancho y profundidad. Para esto, se

consta de un sistema de tres ecuaciones con tres variables (29):

93

JWL =

(A.53a)

KDL =

(A.53b)

WLAs ⋅= (A.53c)

Debido a que J y K fueron preestablecidos en los criterios de diseño, el largo, ancho y

profundidad quedan definidos según:

JAL s ⋅= (A.54a)

JLW = (A.54b)

( ) lodoDKLD += (A.54c)

• Clarificador circular Para este tipo de geometría es necesario definir el diámetro y la profundidad de acuerdo a las

siguientes ecuaciones (31) (32):

π'4 sA

d⋅

= (A.55)

s

rin

AtQ

D⋅

= (A.56)

e. Tasa de desbordamiento superficial, HLR La tasa de desbordamiento superficial se obtiene mediante la Ecuación A.57 (31). Por criterios de

diseño, este parámetro debe estar comprendido entre 200 y 1300 gal/d.ft2 (34).

94

s

in

AQ

HLR = (A.57)

f. Tasa de desbordamiento perimetral, WLR Esta variable se puede calcular de acuerdo a la expresión presentada en la Ecuación A.58. Por

criterios de diseño, este parámetro debe estar comprendido entre 10000 y 30000 gal/d.ft (32).

NpeQ

WLR in

⋅=

(A.58)

Donde pe es el perímetro del clarificador. Para el caso del circular pe=d.π y para el caso del

rectangular pe = 2.W+2.L.

A.7. Cloración

Para el dimensionamiento del sistema de cloración será necesario contar con la siguiente

información:





• Dosis de cloro, Cc;

• Concentración de cloro disponible en la solución a utilizar en la cloración, CCl.



95

• Tiempo de contacto o retención, tr Tiempo que debe pasar el volumen a tratar dentro del tanque de cloración para lograr que el

cloro disponible en el efluente sea el deseado. Este valor se determina de forma experimental a

partir de análisis realizados al afluente tanto en condiciones de flujo promedio como en

condiciones de flujo pico.

• Número de pantallas (baffles) dentro del tanque, NB Las pantallas facilitan el contacto entre el fluido y el cloro, ya que proporcionan condiciones de

flujo turbulento que favorece el estado de mezcla completa. Su número varía de forma impar

entre 3 y 11.

• Ancho del canal, WC Se refiere al ancho del canal por donde circula el fluido, más no al ancho de la unidad.

• Profundidad del agua, DW Se refiere al nivel de líquido dentro del tanque.

• Altura libre sobre el nivel del agua (Freeboard), HF Se refiere a la distancia entre el nivel normal del líquido y el tope del tanque.

Para su dimensionamiento se tiene:

a. Volumen del tanque, V El volumen del tanque se puede obtener de acuerdo a la Ecuación A.59, donde tanto el caudal

como el tiempo de retención deben ser sustituidos por los valores correspondientes a las

condiciones promedio y pico. Éste debe ser calculado para condiciones de flujo promedio y pico,

de manera de determinar cuál es la condición crítica y tomar dicho volumen como el volumen de

diseño (31).

rin tQV ⋅= (A.59)

96

b. Relación Profundidad / Ancho, Dc/Wc Este parámetro resultante del cociente de la profundidad con el ancho del canal debe ser menor

a uno (1) (31).

c. Área transversal del canal, At El área transversal de cada canal viene dada por la expresión mostrada a continuación (31):

wct DWA ⋅= (A.60)

d. Longitud total del canal, Lc La longitud total que tiene que recorrer el líquido para poder atravesar la unidad, es decir, la

longitud total del canal es según la Ecuación A.61 (31).

tC AVL = (A.61)

e. Longitud de cada paso, Ln La longitud de cada paso depende del número seleccionado de pantallas, tal como se muestra a

continuación (31):

BCn NLL = (A.62)

f. Relación Largo / Ancho, L/Wc Este parámetro resultante del cociente del largo con el ancho del canal debe estar entre 40 y 70

(31).

g. Dimensiones del tanque En cuanto al largo del tanque, L, este será igual al largo de cada paso.

Para el caso de la profundidad, D, ésta será igual a la sumatoria de la contribución de la

profundidad del agua y del espacio libre dejado sobre el nivel de la misma (31).

97

Fw HDD += (A.63)

Por último, al ancho de la unidad, W, vendrá dado por el ancho de canal y el número de

pantallas (31).

Bc NWW ⋅= (A.64)

h. Consumo de cloro, mCl El consumo de cloro varía de acuerdo al caudal alimentado a la unidad y a la dosis de cloro

suministrada. El mismo representado en forma de flujo másico se presenta en la Ecuación A.65 (31).

CcQm inCl ⋅= (A.65)

i. Caudal de cloro necesario, QCl El caudal de solución de cloro requerido en la unidad depende del flujo másico de cloro

necesario y de a concentración de cloro en la solución inyectada (31).

ClClCl CmQ = (A.66)

APÉNDICE B

HOJAS DE CÁLCULO REALIZADAS PARA EL DIMENSIONAMIENTO DE LOS

EQUIPOS

99

Figura B.1a. Hoja de cálculo de la Fosa de Acumulación Previa.

100

Figura B.1b. Hoja de cálculo de la Fosa de Acumulación Previa.

101

Figura B.1c. Hoja de cálculo de la Fosa de Acumulación Previa.

102

Figura B.2a. Hoja de cálculo del Separador API.

103

Figura B.2b. Hoja de cálculo del Separador API.

104

Figura B.2c. Hoja de cálculo del Separador API.

105

Figura B.3a. Hoja de cálculo del Separador CPI.

106

Figura B.3b. Hoja de cálculo del Separador CPI.

107

Figura B.3c. Hoja de cálculo del Separador CPI.

108

Figura B.4a. Hoja de cálculo del Sistema de Flotación por Aire Disuelto (DAF).

109

Figura B.4b. Hoja de cálculo del Sistema de Flotación por Aire Disuelto (DAF).

110

Figura B.4c. Hoja de cálculo del Sistema de Flotación por Aire Disuelto (DAF).

111

Figura B.4d. Hoja de cálculo del Sistema de Flotación por Aire Disuelto (DAF).

112

Figura B.4e. Hoja de cálculo del Sistema de Flotación por Aire Disuelto (DAF).

113

Figura B.5a. Hoja de cálculo del Sistema de Aeración.

114

Figura B.5b. Hoja de cálculo del Sistema de Aeración.

115

Figura B.5c. Hoja de cálculo del Sistema de Aeración.

116

Figura B.6a. Hoja de cálculo del Sistema de Clarificador.

117

Figura B.6b. Hoja de cálculo del Sistema de Clarificador.

118

Figura B.6c. Hoja de cálculo del Sistema de Clarificador.

119

Figura B.7a. Hoja de cálculo del Sistema de Cloración.

120

Figura B.7b. Hoja de cálculo del Sistema de Cloración.

121

Figura B.7c. Hoja de cálculo del Sistema de Cloración.

APÉNDICE C

HOJAS DE DATOS DE LOS EQUIPOS

123

Figura C.1a. Hoja de datos para Fosa de Acumulación Previa.

124

Figura C.1b. Hoja de datos del Fosa de Acumulación Previa.

125

Figura C.1c. Hoja de datos del Fosa de Acumulación Previa.

126

Figura C.2. Hoja de datos del Separador API.

127

Figura C.3. Hoja de datos del Separador CPI.

128

Figura C.4. Hoja de datos del Sistema DAF.

129

Figura C.5. Hoja de datos del Sistema de Aeración.

130

Figura C.6. Hoja de datos del Clarificador Circular.

131

Figura C.7. Hoja de datos del Clarificador Rectangular.

132

Figura C.8. Hoja de datos del Sistema de Cloración.

APÉNDICE D

LISTAS DE CHEQUEO

HOJA DE DATOS DE LA FOSA DE ACUMULACIÓN PREVIA CODIGO: (INDICA CODIGO DE LA LISTA DE CHEQUEO) PAGINA: 1 DE: 2

Revisión Descripción Elaborado Revisado Aprobado Fecha

0 A.Alvarez

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LISTA DE CHEQUEO

HOJA DE DATOS DE LA FOSA DE ACUMULACIÓN PREVIA

DOCUMENTO O PLANO Nº:

REVISIÓN:

DEPARTAMENTO O DISCIPLINA: PROCESOS

PROYECTO Nº:

OFERTA:

ITEM PUNTOS DE VERIFICACION SI NO N/A 1. Presenta título, nombre y número del Proyecto, fecha de elaboración,

número del documento, estatus de revisión, nombre de los diseñadores, revisor y aprobador.

2. Presenta el número correcto de identificación del equipo (Tag Number).

3. Están el nombre y N° de identificación consistentes con la lista de equipos, DFP y DTI'S.

4. Están definidas la temperatura y presión de operación y diseño.

5. Están definidas las propiedades del flujo de entrada a las condiciones de operaciones de flujo normal, máximo y mínimo.

6. Está definida la composición del flujo de entrada a la fosa proveniente de la planta principal (caracterización de laboratorio).

7. Está definido el flujo de agua de lluvia de entrada a la fosa y su tiempo de acumulación.

8. Está definida la capacidad volumétrica de la fosa.

9. Está definido el material de construcción.

OBSERVACIONES: NOTAS: 1. La Lista de Chequeo debe estar anexa al Plano o Documento verificado.

HOJA DE DATOS DE LA FOSA DE ACUMULACIÓN PREVIA CODIGO: (INDICA CODIGO DE LA LISTA DE CHEQUEO) REVISIÓN: 0 PAGINA: 2 DE: 2

C:\Documents and Settings\Ani\Mis documentos\Docs\PASANTIA\BOOK\Book\Listas de Chequeo\Lista de Chequeo - Fosa de Acumulación Previa.doc

ITEM PUNTOS DE VERIFICACION SI NO N/A 2. En el caso de modelos electrónicos, la Lista de Chequeo debe estar anexa al paquete de

comentarios de la revisión del modelo. 3. Para poder aprobar la Lista, deben estar verificados todos los ítems. 4. El documento se considera aprobado, cuando no existe ningún "no" en los puntos

verificados. REVISADO POR: Nombre: Firma: Fecha:

APROBADO POR: Nombre: Firma: Fecha:

HOJA DE DATOS DE SEPARADOR API CODIGO: (INDICA CODIGO DE LA LISTA DE CHEQUEO) PAGINA: 1 DE: 2


0 A.Alvarez

F:\PASANTIA\BOOK\Book\listas-libro\Lista de Chequeo - API.doc

LISTA DE CHEQUEO

HOJA DE DATOS DE SEPARADOR API


REVISIÓN:


PROYECTO Nº:

OFERTA:







6. Está definida la composición del flujo de entrada al separador (caracterización de laboratorio).

7. Está definida la concentración de aceite en el flujo de entrada y salida del separador.

8. Está definida la capacidad volumétrica del separador.

9. Está definido el número de canales en el separador y sus dimensiones.


OBSERVACIONES:

HOJA DE DATOS DE SEPARADOR API CODIGO: (INDICA CODIGO DE LA LISTA DE CHEQUEO) REVISIÓN: 0 PAGINA: 2 DE: 2

F:\PASANTIA\BOOK\Book\listas-libro\Lista de Chequeo - API.doc

ITEM PUNTOS DE VERIFICACION SI NO N/A

NOTAS: 1. La Lista de Chequeo debe estar anexa al Plano o Documento verificado. 2. En el caso de modelos electrónicos, la Lista de Chequeo debe estar anexa al paquete de




HOJA DE DATOS DE SEPARADOR CPI CODIGO: (INDICA CODIGO DE LA LISTA DE CHEQUEO) PAGINA: 1 DE: 2


0 A.Alvarez

C:\Documents and Settings\Ani\Mis documentos\Docs\PASANTIA\BOOK\Book\Listas de Chequeo\Lista de Chequeo - CPI.doc

LISTA DE CHEQUEO

HOJA DE DATOS DE SEPARADOR CPI


REVISIÓN:


PROYECTO Nº:

OFERTA:







6. Está definida la composición del flujo de entrada al separador (caracterización de laboratorio).

7. Está definida la concentración de aceite en el flujo de entrada y salida del separador CPI.

8. Está definida la capacidad volumétrica del separador CPI.

9. Están definidos el largo y el área superficial del separador CPI.

10. Están definidos el número de placas, su ancho, largo, espesor, ángulo de inclinación con respecto a la horizontal y distancia de separación entre las mimas.


HOJA DE DATOS DE SEPARADOR CPI CODIGO: (INDICA CODIGO DE LA LISTA DE CHEQUEO) REVISIÓN: 0 PAGINA: 2 DE: 2

C:\Documents and Settings\Ani\Mis documentos\Docs\PASANTIA\BOOK\Book\Listas de Chequeo\Lista de Chequeo - CPI.doc

ITEM PUNTOS DE VERIFICACION SI NO N/A OBSERVACIONES: NOTAS: 1. La Lista de Chequeo debe estar anexa al Plano o Documento verificado. 2. En el caso de modelos electrónicos, la Lista de Chequeo debe estar anexa al paquete de




HOJA DE DATOS DEL SISTEMA DAF CODIGO: (INDICA CODIGO DE LA LISTA DE CHEQUEO) PAGINA: 1 DE: 2


0 A.Alvarez

C:\Documents and Settings\Ani\Mis documentos\Docs\PASANTIA\BOOK\Book\Listas de Chequeo\Lista de Chequeo - Sistema DAF.doc

LISTA DE CHEQUEO

HOJA DE DATOS DEL SISTEMA DAF


REVISIÓN:


PROYECTO Nº:

OFERTA:







6. Está definida la composición del flujo de entrada al sistema DAF (caracterización de laboratorio).

7. Está definido el flujo de lodo producido.

8. Está definido el flujo de desnatado producido.

9. Está definido el flujo de efluente clarificado producido.

10. Está definido el porcentaje de reciclo en el sistema DAF.

11. Está definida la concentración de sólidos suspendidos y de aceite en el flujo de salida del sistema DAF.

12. Está definida la dosis de coagulante requerida.

13. Está definida la capacidad volumétrica, el tiempo de retención y la presión manométrica de la etapa de presurización.

14. Está definida la capacidad volumétrica, el tiempo de retención, el

HOJA DE DATOS DEL SISTEMA DAF CODIGO: (INDICA CODIGO DE LA LISTA DE CHEQUEO) REVISIÓN:0 PAGINA: 2 DE: 2

C:\Documents and Settings\Ani\Mis documentos\Docs\PASANTIA\BOOK\Book\Listas de Chequeo\Lista de Chequeo - Sistema DAF.doc

ITEM PUNTOS DE VERIFICACION SI NO N/A área superficial y la profundidad del tanque de flotación.

15. Está definida la capacidad volumétrica y el tiempo de retención de la etapa de floculación.


OBSERVACIONES: NOTAS: 1. La Lista de Chequeo debe estar anexa al Plano o Documento verificado. 2. En el caso de modelos electrónicos, la Lista de Chequeo debe estar anexa al paquete de




HOJA DE DATOS DEL SISTEMA DE AERACIÓN CODIGO: (INDICA CODIGO DE LA LISTA DE CHEQUEO) PAGINA: 1 DE: 2


0 A.Alvarez

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LISTA DE CHEQUEO

HOJA DE DATOS DEL SISTEMA DE AERACIÓN


REVISIÓN:


PROYECTO Nº:

OFERTA:







6. Está definida la composición del flujo de entrada al sistema de aeración (caracterización de laboratorio).

7. Está definido el flujo de aire requerido, su temperatura y el porcentaje de exceso de oxígeno utilizado.

8. Está definida la concentración de DBO en el flujo de salida del sistema de aeración.

9. Está definida la capacidad volumétrica, el tiempo de retención, el largo, el ancho y la profundidad de la cámara de aeración.

10. Está definido el tipo de aerador a utilizar.


HOJA DE DATOS DEL SISTEMA DE AERACIÓN CODIGO: (INDICA CODIGO DE LA LISTA DE CHEQUEO) REVISIÓN: 0 PAGINA: 2 DE: 2

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HOJA DE DATOS DEL CLARIFICADOR CIRCULAR CODIGO: (INDICA CODIGO DE LA LISTA DE CHEQUEO) PAGINA: 1 DE: 2


0 A.Alvarez

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LISTA DE CHEQUEO

HOJA DE DATOS DEL CLARIFICADOR CIRCULAR


REVISIÓN:


PROYECTO Nº:

OFERTA:







6. Está definida la composición del flujo de entrada al clarificador (caracterización de laboratorio).

7. Está definido el flujo másico de sólidos de entrada al clarificador y su granulometría.

8. Está definida la concentración de sólidos en los flujos de entrada y salida del clarificador.

9. Está definido el porcentaje de reciclo.

10. Está definida la tasa de desbordamiento superficial.

11. Está definida la tasa de desbordamiento perimetral.

12. Está definida la capacidad volumétrica y el tiempo de retención del clarificador.

13. Están definidos el área superficial y el diámetro del clarificador.

HOJA DE DATOS DEL CLARIFICADOR CIRCULAR CODIGO: (INDICA CODIGO DE LA LISTA DE CHEQUEO) REVISIÓN:0 PAGINA: 2 DE: 2

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ITEM PUNTOS DE VERIFICACION SI NO N/A 14. Está definida la profundidad tanto del agua como de la capa de lodo

dentro del clarificador.






HOJA DE DATOS DEL CLARIFICADOR RECTANGULAR CODIGO: (INDICA CODIGO DE LA LISTA DE CHEQUEO) PAGINA: 1 DE: 2


0 A.Alvarez

C:\Documents and Settings\Ani\Mis documentos\Docs\PASANTIA\BOOK\Book\Listas de Chequeo\Lista de Chequeo - Clarificador Rectangular.doc

LISTA DE CHEQUEO

HOJA DE DATOS DEL CLARIFICADOR RECTANGULAR


REVISIÓN:


PROYECTO Nº:

OFERTA:







6. Está definida la composición del flujo de entrada al clarificador (caracterización de laboratorio).

7. Está definido el flujo másico de sólidos de entrada al clarificador y su granulometría.

8. Está definida la concentración de sólidos en los flujos de entrada y salida del clarificador.

9. Está definido el porcentaje de reciclo.

10. Está definida la tasa de desbordamiento superficial.

11. Está definida la tasa de desbordamiento perimetral.

12. Está definida la capacidad volumétrica y el tiempo de retención del clarificador.

13. Están definidos el área superficial, largo y ancho del clarificador.

HOJA DE DATOS DEL CLARIFICADOR RECTANGULAR CODIGO: (INDICA CODIGO DE LA LISTA DE CHEQUEO) REVISIÓN: 0 PAGINA: 2 DE: 2

C:\Documents and Settings\Ani\Mis documentos\Docs\PASANTIA\BOOK\Book\Listas de Chequeo\Lista de Chequeo - Clarificador Rectangular.doc

ITEM PUNTOS DE VERIFICACION SI NO N/A 14. Está definida la profundidad tanto del agua como de la capa de lodo

dentro del clarificador.






HOJA DE DATOS DE LA CÁMARA DE CLORACIÓN CODIGO: (INDICA CODIGO DE LA LISTA DE CHEQUEO) PAGINA: 1 DE: 2


0 A.Alvarez

F:\PASANTIA\BOOK\Book\listas-libro\Lista de Chequeo - Cámara de Cloración.doc

LISTA DE CHEQUEO

HOJA DE DATOS DE LA CÁMARA DE CLORACIÓN


REVISIÓN:


PROYECTO Nº:

OFERTA:







6. Está definida la composición del flujo de entrada a la cámara de cloración (caracterización de laboratorio).

7. Está definido el tipo de solución de cloro utilizada y la concentración de cloro en la misma.

8. Está definida la dosis de cloro a utilizar.

9. Está definida la concentración de cloro residual disponible en el flujo de salida de la cámara de cloración y el tiempo de contacto para lograr la misma.

10. Están definidos la capacidad volumétrica, el ancho, largo, profundidad, número de pantallas y altura de borde libre de la cámara de cloración.

11. Están definidos el área transversal, el ancho, largo y profundidad del canal dentro de la cámara de cloración.


HOJA DE DATOS DE LA CÁMARA DE CLORACIÓN CODIGO: (INDICA CODIGO DE LA LISTA DE CHEQUEO) REVISIÓN: 0 PAGINA: 2 DE: 2

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APÉNDICE E

PROCEDIMIENTO DE DISEÑO DE UNA PLANTA DE TRATAMEINTO DE

EFLUENTES INDUSTRIALES

Rev. Descripción Elaborado Revisado Aprobado Fecha

A A. Alvarez C.T.S / L.M 31/08/09

PROCEDIMIENTO PARA EL DISEÑO DE UNA PLANTA DE TRATAMIENTO DE EFLUENTES INDUSTRIALES

CÓDIGO DE DOCUMENTO

1. OBJETIVO

Establecer los lineamientos generales para el diseño de una planta de tratamiento de efluentes industriales, para ser utilizados en los proyectos ejecutados por Empresas Y&V.

2. ALCANCE

Este procedimiento comprende los aspectos necesarios para el diseño de una planta de tratamiento de efluentes industriales, partiendo desde la caracterización del afluente a tratar y culminando en el dimensionamiento de los equipos necesarios en el tren de tratamiento seleccionado.

PROCEDIMIENTO PARA EL DISEÑO DE UNA PLANTA DE TRATAMIENTO DE EFLUENTES INDUSTRIALES CÓDIGO: xxxxxxxxxxxxxx REVISIÓN.: B PÁGINA: 2 OF: 95

3. INTRODUCCIÓN

Las aguas residuales son aquellas vertientes provenientes de procesos post-industriales; es decir, aquellas aguas que han sido utilizadas en los diferentes sistemas de fabricación, producción o manejo industrial y que para ser desechadas necesitan ser tratadas previamente, de manera tal que puedan ser adecuadas para su ubicación en las respectivas redes de vertido, depuradoras o sistemas naturales, tales como lagos, ríos, embalses, etc.

Las impurezas se encuentran en el agua como materia en suspensión, como materia coloidal, o como materia en solución. Mientras que la materia en suspensión siempre se separa por medio mecánico, con intervención o no de la gravedad, la materia coloidal requiere un tratamiento fisicoquímico preliminar y la materia en solución puede tratarse en el propio estado molecular o iónico o precipitarse para separarse utilizando procesos semejantes a los empleados para la separación de los sólidos inicialmente en suspensión. A esto se le denomina tratamiento de las aguas.

Cuando se habla de aplicaciones de procesos biológicos, se hace referencia casi exclusiva a los tratamientos de aguas residuales, donde se busca como objetivo principal eliminar los componentes definidos como contaminantes, molestos o con efectos nocivos para el ambiente, de manera tal que se pueda ajustar la calidad del agua a las especificaciones legales existentes. La mejor forma de tratar las aguas residuales dependerá de una serie de factores característicos, tales como: el caudal, la composición, las concentraciones, la calidad requerida o esperada del efluente, las posibilidades de reutilización de la misma, las posibilidades y tasas de vertido, etc. El proceso de tratamiento de efluentes, en general, puede ser dividido en cuatro pasos o categorías:

a. Tratamiento preliminar: involucra las unidades de procesos que se encargan de eliminar algunas características indeseables del afluente recolectado por la red de drenajes. Los procesos incluyen el uso de barras y rejillas para remover partículas de gran tamaño, trituradores que pulverizan sólidos gruesos y, en ocasiones, remoción de aceite libre.

b. Tratamiento primario: se basa en la remoción de los sólidos sedimentables antes del tratamiento biológico. Por lo general se utilizan tanques de sedimentación como equipo principal, sin embargo, también pueden utilizarse equipos auxiliares de flotación y/o floculación, entre otros.

c. Tratamiento secundario: involucra la purificación del afluente básicamente por descomposición de la materia orgánica suspendida y disuelta por parte de la acción microbiana. Numerosas unidades de tratamiento biológico se encuentran disponibles, pero la mayoría se pueden clasificar como lodos activados, lagunas biológicas y filtración biológica.

d. Tratamiento terciario: comprende una larga lista de procesos, en su mayoría físicos o químicos, que siguen al tratamiento secundario. Su función suele estar dirigida a la remoción específica de alguna característica desfavorable en especial.


4. DEFINICIONES

Coagulante: es un compuesto químico que inestabiliza la materia suspendida en forma coloidal, a través de la alteración de la capa iónica cargada eléctricamente que rodea a las partículas coloidales. Coagulantes típicos son las sales de hierro y aluminio.

Demanda Biológica de Oxígeno: es una medida de la cantidad de oxígeno que se requiere para oxidar la materia orgánica por estabilización biológica.

Demanda Química de Oxígeno: es una medida del oxígeno equivalente al contenido de materia orgánica de una muestra que es susceptible a la oxidación por parte de un fuerte oxidante químico.

Floculante: sustancia química que permite la aglomeración de las partículas pequeñas para formar flóculos, los cuales crecen y se convierten en partículas sólidas de mayor tamaño que sedimentan por acción de la gravedad.

Flujo máximo diario: es el mayor volumen de flujo a ser recibido en un período de 24 horas. Es empleado en los cálculos del tiempo de retención en tanques de igualación y en sistemas de cloración.

Flujo máximo de diseño: es el máximo flujo instantáneo a ser recibido.

Flujo máximo por hora: corresponde al máximo volumen recibido en 1 hora, basado en los datos anuales. Es usado para diseñar sistemas de recolección y drenajes, estaciones de bombeo, tanques de sedimentación, tanques de cloración y tuberías.

Flujo mínimo diario: es el menor volumen de flujo recibido durante 24 horas. Es importante en el dimensionamiento de conductos donde los sólidos se puedan depositar a bajas velocidades de flujo.

Flujo mínimo por hora: corresponde al mínimo volumen recibido en 1 hora, basado en los datos anuales. Es importante para el dimensionamiento de los sistemas de bombeo e inyección de químicos.

Flujo pico por hora: es comúnmente asumido como 3 veces el flujo promedio diario.

Flujo promedio de diseño: es el promedio de los volúmenes diarios a ser recibidos durante un período continuo de 12 meses. Puede ser utilizado para estimar los costos de bombeo y aditivos químicos, la generación de lodos y las tasas de alimentación de materia orgánica.

Sólido sedimentable: se refiere a cualquier sólido que pueda ser extraído por efecto de la acción de la gravedad en un intervalo de tiempo definido. Puede incluir materia flotante, dependiendo de la técnica o tratamiento.


Sólidos totales: comprenden la materia suspendida y disuelta en el efluente. Los mismos son clasificados en fijos y volátiles, de acuerdo a la técnica de laboratorio que se utilice para identificarlo.

5. PROCEDIMIENTO

5.1. INFORMACIÓN REQUERIDA

Esta sección involucra toda la información que debe ser suministrada por el cliente y complementada por la empresa para poder realizar el diseño de la planta de tratamiento de efluentes.

5.1.1. VOLUMEN PRODUCIDO DEL EFLUENTE

En cuanto al caudal del efluente, es necesario conocer el flujo diario promedio, el flujo máximo y mínimo diario, el flujo máximo y mínimo por hora, y el flujo pico de diseño, ya que los mismos son usados como base para el diseño de drenajes, tuberías, unidades de tratamiento y otras unidades de manejo de desechos.

Además del caudal de efluente que se desea tratar, también es necesario conocer la frecuencia de producción del mismo, es decir, si se produce durante las 24 horas del día o sólo durante ciertas horas, si la planta que produce el efluente opera los 7 días de la semana, etc.

Por último, es importante conocer si todas las aguas residuales provenientes de la planta llegan como un efluente único a la planta de tratamiento, o si existe segregación en el sistema de drenaje y recolección. Esta información es importante porque permite diseñar una planta de tratamiento más eficiente y da la posibilidad de usar equipos de menor tamaño, ya que puede haber efluentes cuyo nivel de contaminantes sea menor y no requieran todos los tratamientos que se incluyen en el diseño.

5.1.2. CARACTERIZACIÓN DEL EFLUENTE

El entendimiento de las características físicas, químicas y biológicas del efluente es importante para el diseño, operación, sistema de recolección, tratamiento y disposición del efluente. La naturaleza de estas características depende del tipo de industria, las condiciones de proceso y el clima.

• Propiedades físicas Las características físicas más importantes del agua residual son la temperatura y la concentración de sólidos. La temperatura afecta reacciones químicas y la actividad biológica, mientras que los sólidos,


como los sólidos suspendidos totales (SST), los sólidos suspendidos volátiles (SSV) y los sólidos sedimentables, afectan la operación y el dimensionamiento de las unidades de tratamiento.

La determinación de la porción volátil de los sólidos se realiza a través de ensayos de laboratorio. Este valor sirve para estimar la cantidad de materia orgánica presente en el efluente. Sin embargo, no proporciona una distinción clara entre materia orgánica e inorgánica, ya que durante las pruebas para su determinación se obtienen pérdidas de material inorgánico por descomposición y/o volatilización de sales minerales.

• Propiedades químicas Los sólidos disueltos y suspendidos en el efluente contienen materia tanto orgánica como inorgánica. La materia orgánica incluye carbohidratos, grasas, aceites, surfactantes, proteínas, compuestos orgánicos volátiles, y otras sustancias químicas tóxicas usadas en los procesos industriales. Las sustancias inorgánicas pueden incluir metales pesados, nutrientes (nitrógeno y fósforo), pH, alcalinidad, cloruros y sulfuros, entre otros. Gases como dióxido de carbono, oxígeno, nitrógeno, sulfuro de hidrógeno y metano pueden también estar presentes en el efluente.

El contenido orgánico en el efluente se mide usualmente en términos de la demanda biológica de oxígeno (DBO), la demanda química de oxígeno (DQO) y el carbono orgánico total (COT).

• Propiedades biológicas Los principales grupos de microorganismos presentes en las aguas residuales son: bacterias, hongos, protozoarios, plantas y animales microscópicos y virus. La mayoría de los microorganismos son responsables y beneficiosos en los procesos de tratamiento biológico. Sin embargo, es importante determinar la presencia de algunos virus y bacterias y hongos patógenos que son de interés para la salud pública.

En resumen, entre los documentos que el cliente debe proporcionar tienen que estar incluidos los análisis de laboratorio correspondientes al efluente, los cuales deben indicar las concentraciones de los siguientes parámetros:

TABLA 5.1.1. PARÁMETROS QUE DEBE INCLUIR LA CARACTERIZACIÓN DEL EFLUENTE ENTREGADA POR EL CLIENTE.

Parámetros DBO Organismos Coliformes Amoníaco DQO Grasas, Aceites e Hidrocarburos Cianuros pH Metales (Pb, Zn, Fe, Cr,Cu, Pt, Hg, Al) Cloruros

Temperatura Nitrógeno, Nitritos y Nitratos Fenoles Turbidez Sólidos Sedimentables Fluoruros Selenio Sólidos Suspendidos Fósforo

Mercurio Sólidos Disueltos Sulfuros Fuente: Elaboración propia.


5.1.3. LOCALIZACIÓN DE LA PLANTA

Otro parámetro importante para el diseño es la ubicación física de la planta de tratamiento de efluentes. La información sobre la localización de la planta debe incluir área física disponible para construcción, distancia a la que se encuentra dicha ubicación con respecto a la planta productora del efluente a tratar, vías de acceso a la zona y servicios disponibles (electricidad, agua potable, colector de aguas negras, gas, etc.).

5.1.4. CARACTERÍSTICAS AMBIENTALES DE LA REGIÓN

Entre las características ambientales que se requerirán están:

• Precipitación: se debe especificar la pluviosidad anual promedio y máxima, así como su distribución mensual.

• Temperatura: se debe especificar la variación mensual de la temperatura promedio, máxima y mínima de la región.

• Humedad Relativa: se especifica en forma de porcentaje. Se debe incluir el valor promedio y máximo durante el año.

• Vientos: se debe especificar la dirección y velocidad máxima, mínima y promedio de los mismos.

5.1.5. SUELO

Entre los documentos consignados se debe incluir el plano de relieve de la región e información sobre los tipos de suelo que la conforman (arcilloso, arenoso, con grava, etc.). También se debe incluir el uso actual de dichos suelos, su pH y su capacidad de retención de humedad.

5.1.6. HIDROGRAFÍA

Como se trata de una planta de tratamiento de efluentes, es de suma importancia conocer la hidrografía de la región (lagos, lagunas, ríos, acceso al mar, fuentes subterráneas, etc.) para poder determinar cuál es la mejor opción para hacer la descarga del efluente una vez tratado. La información recolectada debe incluir calidad de los cuerpos de agua (superficial y subterránea) de la zona, capacidad de amortiguación y biodegradación; y para el caso de los ríos: su longitud y caudal promedio anual.


5.2. ELABORACIÓN DE LAS BASES Y CRITERIOS DE DISEÑO

El documento “Bases de Diseño del Proyecto” agrupa las premisas, conceptos, alcances, requerimientos operacionales, especificaciones, normas a aplicar e información básica que se considera necesaria para completar el proyecto a satisfacción del cliente. El contenido de este documento debe estar en línea con lo indicado en el contrato del proyecto y, dependiendo de los requerimientos específicos del cliente, puede ser un documento interdisciplinario.

Por otro lado, “Criterios de Diseño de Procesos” es un documento que agrupa normas, códigos y manuales, así como herramientas específicas consideradas necesarias para validar el diseño del proyecto.

Este documento junto con las “Bases de Diseño del Proyecto” da inicio a las actividades de la disciplina de Procesos en la ejecución de la ingeniería de un proyecto, de modo que es recomendable que ningún documento de Procesos se emita si las “Bases de Diseño del Proyecto” y los “Criterios de Diseño de Procesos” no se han definidos en su totalidad.

Para la elaboración de ambos documentos, Empresas Y&V cuenta con los procedimientos C-PC-02P “Bases de Diseño del Proyecto” y C-PC-23P “Criterios de Diseño de Procesos”.

5.3. REVISIÓN DE LEYES, DECRETOS Y NORMAS

Los procesos para el tratamiento de efluentes difieren en su efectividad para reducir la concentración de los parámetros de importancia (DBO, DQO, sólidos suspendidos, etc.), razón por la cual son las leyes y estándares para la descarga de efluentes los que determinan si cierta combinación de procesos provee un nivel de tratamiento aceptable o no. Por esta razón, antes de empezar el diseño, se deben identificar las leyes, códigos y normas aplicables al proyecto; las cuales, luego, deben ser incluidas dentro del documento “Criterios de diseño del proyecto”.

A continuación se enumeran aquellos que están relacionados con el diseño de una planta de tratamiento de efluentes industriales.

5.3.1. LEYES APLICABLES

La legislación ambiental venezolana está conformada por una serie de leyes y decretos que regulan las actividades susceptibles de degradar el ambiente. A continuación se indica la normativa ambiental que es aplicable para este tipo de proyectos.


− Constitución de la República Bolivariana de Venezuela, publicada en la Gaceta Oficial Nº 5.453 (Extraordinaria) de fecha 24 de Marzo de 2.000.

− Ley Orgánica del Ambiente, publicada en la Gaceta Oficial Nº 5.833 Extraordinario del 22 de diciembre de 2.006.

− Ley Penal del Ambiente, publicada en la Gaceta Oficial Nº 35.946 del 18 de Diciembre de 1.995.

− Ley Nº 55: Ley sobre sustancias, materiales y desechos peligrosos. Gaceta Oficial Nº 5.554 de fecha 13 de Noviembre de 2.001.

− Ley de Aguas, publicada en la Gaceta oficial N° 38.595 del 02 de Enero de 2.007, Reglamento publicado en la Gaceta Oficial Nº 2.022 del 28 de Abril de 1.977.

− Resolución 40. Requisitos para el registro y autorización de manejadores de sustancias, materiales y desechos peligrosos. Gaceta Oficial Nº 37.700 de fecha 29 de Mayo de 2.003.

− Decreto Nº 2.635, Gaceta Oficial Extraordinaria No. 5.245 del 3 de Agosto de 1.998 "Reforma Parcial del Decreto 2.289 Contentivo de las Normas para el Control de la Recuperación de los Materiales Peligrosos".

5.3.2. DECRETOS

5.3.2.1. Decreto 883 “Normas para la Clasificación y el Control de la Calidad de los Cuerpos de Agua y Vertidos o Efluentes Líquidos”(1995)

El Capítulo II, Art. 4 describe la calidad mínima de las aguas requerida según el uso al cual se las destina (consumo humano, uso agropecuario, recreacional, etc.). Esta clasificación es importante cuando se planea acondicionar y reutilizar los efluentes de la planta.

Los Art. 10 y 12 del Capítulo III, Control de Vertidos Líquidos, son los de mayor interés para el diseño de los equipos que constituyen el tren de tratamiento. Estos artículos incluyen los rangos y límites máximos de calidad de los vertidos líquidos de acuerdo con el tipo de cuerpo de agua donde van a ser descargados (ríos, lagos, mares, etc.). Dichos valores son de gran importancia porque el diseño de los equipos debe ser tal, que permita al efluente tratado tener las características necesarias para su correcta disposición.

En el caso especial que se vayan a realizar descargas a redes cloacales, es necesario consultar el Art. 15 del Capítulo III para obtener los límites relacionados a ese tipo de descarga.




Por último, el Art. 19 estipula que se prohíbe el uso de sistemas de drenajes de aguas pluviales para la disposición de efluentes líquidos y la dilución de efluentes con agua limpia para cumplir con los límites establecidos por las legislaciones ambientales vigentes.

Para obtener los valores y rangos límites de cada parámetro a controlar se debe consultar el documento “Normas para la Clasificación y el Control de la Calidad de los Cuerpos de Agua y Vertidos o Efluentes Líquidos”.

5.3.2.2. Decreto 2635 “Normas para el Control de la Recuperación de Materiales Peligrosos y el Manejo de los Desechos Peligrosos”(1998)

El manejo de desechos peligrosos es un tema importante que hay que tener en cuenta cuando se diseña la planta, ya que en varios procesos de la misma se involucran materiales definidos como peligrosos (hidrocarburos, ácidos y bases, soluciones a base de cloro, etc.) por la legislación vigente, y que deben ser manejados de manera adecuada.

En el Art. 13 se establece una lista general de materiales peligrosos que pueden ser recuperables, mientras que en el Anexo B se especifica dicho punto con más detalle.

En el caso que se requiera el uso de incineradores, se recomienda consultar el Capítulo V, ya que el mismo contiene la información sobre las disposiciones técnicas, los límites de emisiones y el control de su instalación y manejo.

Para el diseño de la planta de tratamiento de efluentes, también es importante revisar los Anexos C y D del decreto. El primero contiene las concentraciones límites para distintas sustancias contaminantes contenidas en el desecho, mientras que el segundo establece la concentración máxima permisible de dichas sustancias en el lixiviado.

Para obtener información más detallada o los valores y rangos límites en cuanto a la concentración de las sustancias peligrosas se debe consultar el documento Decreto 2635. “Normas para el Control de la Recuperación de Materiales Peligrosos y el Manejo de los Desechos Peligrosos”.

5.3.3. OTRAS NORMAS

Además de cumplir con las leyes y decretos nacionales, el diseño deberá cumplir con las normas PDVSA y las normas internacionales que sean aplicables al tipo de instalación y sistema que forman parte del proyecto.


5.3.3.1. Normas PDVSA - Petróleos de Venezuela, S. A

a. MDP–01–DP–01. Temperatura y Presión de Diseño. 1998

Esta norma estipula los criterios de diseño para la determinación de la temperatura y la presión de diseño de los equipos de acuerdo con la Tabla 5.3.1 y 5.3.2.

El documento completo puede ser consultado en: “MDP–01–DP–01. Temperatura y Presión de Diseño”.

TABLA 5.3.1 TEMPERATURA DE DISEÑO.

Temperatura de operación, T °F

Temperatura de diseño, Td °F

T < 0 °F T – 30 0 < T < 750 T + 50

T > 750 T Fuente: Norma PDVSA MDP – 01 – DP – 01.

TABLA 5.3.2 PRESIÓN DE DISEÑO.

Presión de operación, P [psi]

Presión de diseño, Pd [psi]

P < 35 50 35 < P < 250 Pd + 25 psi 250 < P < 580 Pd + 10%

580 < P < 1160 Pd + 58 psi P > 1160 Pd + 5%

Fuente: Norma PDVSA MDP – 01 – DP – 01.

b. MDP–09–EF–05. Diseño Conceptual de Tecnologías de Control de Efluentes. 1996

Es una guía de diseño para el dimensionamiento de los siguientes equipos:

- Separador API.

- Separador de placas corrugadas (CPI).

- Sistema de flotación por aire disuelto (DAF).

- Floculador – Sedimentador.

- Laguna de estabilización.


- Sistema de lodos activados.

El documento completo puede ser consultado en: “MDP–09–EF–05. Diseño Conceptual de Tecnologías de Control de Efluentes”.

c. MDP–09–EF–03. Sistemas de Control de Efluentes. 1997

Contiene una descripción de los procesos y equipos más utilizados para el tratamiento de aguas residuales provenientes de la industria petrolera. Para más información, consultar el documento “MDP–09–EF–03. Sistemas de Control de Efluentes”.

d. SI-S-13. Normativa Legal en Seguridad, Higiene y Ambiente (SHA). 2001

La norma contiene una recopilación de los documentos que conforman la legislación ambiental venezolana aplicable a las actividades que lleva a cabo PDVSA. Sin embargo, así como dichas normativas pueden cambiar con el tiempo o pueden surgir otras nuevas, el hecho de que una legislación no aparezca en la Norma PDVSA, no significa que no aplique para el proyecto en cuestión. En caso de necesitar una lista detallada de las legislaciones citadas en el documento, consultar “SI-S-13. Normativa Legal en Seguridad, Higiene y Ambiente”.

e. MDP–09–RA–01. Legislaciones Ambientales de Venezuela, Estados Unidos y la Comunidad Económica Europea. 1997

Contiene una lista de documentos referentes a la legislación ambiental tanto en Venezuela como en Estados Unidos y Europa. Esta norma, deberá revisarse en caso de que se elaboren proyectos que tengan que cumplir con estándares internacionales. Debido a la fecha de este documento, es conveniente revisar la actualidad de las normas allí citadas, tanto en el caso nacional, como en el internacional. Para más detalles, consultar “MDP-09-RA-01. Legislaciones Ambientales de Venezuela, Estados Unidos y la Comunidad Económica Europea.”.

f. MDP – 09 – RS – 03. Técnicas de Manejo de Residuos Sólidos. 1997.

Contiene una descripción de las técnicas de manejo de residuos sólidos más comunes para el tratamiento de desechos generados por la industria petrolera. En caso se ser necesario, se recomienda consultar “MDP-09-RS-03. Técnicas de Manejo de Residuos Sólidos”.

5.3.3.2. Estándares del Banco Mundial (World Bank Standards)

El estándar para la calidad del agua establecido por el Banco Mundial, Water Resources and Environment. Water Quality: Assesment and Protection, debe tomarse en consideración cuando se realice el diseño


de plantas de tratamiento para compañías que se guíen por estándares internacionales y/o requieran su cumplimiento por razones financieras u otras. Los límites y rangos de calidad de los efluentes aptos para la descarga pueden ser consultados en el documento “World Bank – Water Resources and Environment. Water Quality: Assesment and Protection”.

5.4. SELECCIÓN DE LA TECNOLOGÍA

5.4.1. IDENTIFICACIÓN DE TECNOLOGÍAS DISPONIBLES

Una vez que se conoce la información referente a los tipos de efluentes que se desean tratar, sus características, volumen producido, etc. y las condiciones a las cuales se debe descargar el efluente de acuerdo con las disposiciones legales referentes al cuerpo de agua donde se vaya a realizar la disposición final, se puede realizar la identificación de las tecnologías para determinar cuáles son las más adecuadas para el tratamiento de los mismos.

Es importante también incluir tecnologías que involucren el tratamiento de desechos sólidos, ya que durante el tratamiento del efluente se generarán lodos que deben ser tratados y dispuestos correctamente, según lo establecido en las regulaciones ambientales vigentes. En la Tabla 5.4.1 se muestran las principales tecnologías de tratamiento para desechos líquidos y sólidos.

TABLA 5.4.1. INSUMOS REQUERIDOS POR ALGUNAS TECNOLOGÍAS PARA EL TRATAMIENTO DE AFLUENTES Y DESECHOS SÓLIDOS.

Desechos Tecnología Disponible

Líquidos

Separación agua / aceite Flotación por aire disuelto Coagulación / Floculación / Sedimentación Aeración Cloración Filtración Neutralización Tratamientos biológicos Tratamientos terciarios

Sólidos

Flotación Sedimentación Filtración Centrifugación Precipitación Incineración Estabilización/Solidificación Lanspreading Landfarming Compostaje


Biopilas Biorreactores Digestión (aeróbica y anaeróbica)

Fuente: Elaboración propia.

5.4.1.1. TECNOLOGÍAS PARA EL TRATAMIENTO DE DESECHOS LÍQUIDOS

El tren de tratamiento para un efluente industrial varía de acuerdo con la composición del mismo. En la Figura 5.4.1 se presenta un diagrama de flujo que facilita la selección de las tecnologías a utilizar de acuerdo con los componentes que se desean remover o minimizar en el efluente.

A continuación se describen las tecnologías más usadas para el tratamiento de desechos líquidos, incluyendo ventajas, desventajas y costos para su aplicación. También se incluye una breve descripción de otras tecnologías disponibles, pero de menos uso industrial.

a. Tanque de igualación

Aunque los tanques de igualación no son considerados una tecnología de tratamiento de efluentes como tal, los mismos son comúnmente incluidos dentro del diseño de la planta porque permiten mantener un caudal de agua constante a las unidades que se encuentran aguas abajo y propician condiciones de mezcla completa, las cuales ayudan a homogeneizar y amortiguar la concentración de contaminantes en caso de fluctuaciones, haciendo que la salida a ser alimentada sea lo más uniforme posible.

En el diseño de estos equipos es importante evitar la sedimentación, por lo que se debe colocar un tanque sedimentador previo, y para lograr las condiciones de mezcla completa se pueden utilizar dispositivos mecánicos o aeradores.

b. Separación Agua / Aceite libre

Este tipo de tratamiento primario también conocido como separación por gravedad, tiene como función principal remover las grasas o aceites libres sin la adición de sustancias químicas para facilitar el funcionamiento de las unidades posteriores, y regular las concentraciones de hidrocarburos presentes en el efluente a ser tratado. Además, también permite remover una porción de los sólidos suspendidos, tales como: arena, arcillas y gravas finas, entre otros.

Como su nombre indica, estos separadores dependen de la diferencia de densidades entre las sustancias para lograr la separación. En el


caso de los aceites, las gotas se elevan hacia la superficie por tener una densidad menor; y en el caso de los sólidos suspendidos, los mismos se depositan en el fondo al caer por su propio peso, ya que tienen una densidad mayor a la del agua.

Dentro de esta categoría, los dos separadores más utilizados son: el separador API (American Petroleum Institute) y el separador de placas corrugadas (CPI, Corrugated Plate Interceptor).

Separador API

Consiste en un tanque horizontal a través del cual el efluente fluye horizontalmente, mientras el aceite libre flota hacia la superficie. Este aceite es retirado con un desnatador y llevado a un sistema de recuperación.

El funcionamiento de estas unidades depende de la naturaleza del aceite, características del flujo, diseño y tamaño de la unidad. Pueden ofrecer eficiencias en el orden de un 75% o más, en especial cuando el diámetro promedio de las partículas es igual o superior a 0,015 cm.

Los separadores API consisten en estanques rectangulares multicanales, los cuales disponen de una zona de entrada, una zona de separación agua / aceite y una zona de salida. En la Figura 5.4.2 se muestra un diagrama de este tipo de separador.

• Ventajas y desventajas

Las ventajas del separador API:

- Operación sencilla;

- Fácil mantenimiento respecto al CPI, ya que no se tapona, por no tener componentes internos (platos).

En cuanto a las desventajas, el API:

- Limitada eficiencia para partículas con diámetros de glóbulo inferior a 0,015 cm;

- Ocupan grandes espacios;

- Costo de instalación relativamente altos;

- Problemas con los vapores y olores;

Se requieren como mínimo dos unidades para facilitar la limpieza.


FIGURA 5.4.1. ESQUEMA GENERAL PARA EL TRATAMIENTO DE EFLUENTES.

Selección de Tecnología para Tratamiento de Efluente Industrial

¿Concentración de Aceite Libre por encima

de la Norma?

¿pH fuera del rango establecido en la

Norma?

¿Concentración de Aceite Emulsionado por

encima de la norma?

¿Concentración de Sólidos Suspendidos superior a la Norma?

¿Concentraciónde Sólidos Suspendidos Sedimentables mayor

a la Norma?

NO

¿Cumple conlos demás requisitos

de la Norma (olor, color, metales pesados,

etc.)?

Descarga Final

SI

NO

NO

NO

NO

Descarga Final

¿Cumple con losdemás requisitos de

la Norma?

SI

¿Tamaño de gota de aceite > 0,015 cm?

Separador CPI

Separador API

SI SI

NO

NO

Neutralización Descarga Final¿Cumple con los

demás requisitos de la Norma?

SI

NO

SI

Flotación por Aire Disuelto (DAF)o

Coagulación - Floculación - Sedimentación

SI ¿Cumple con losdemás requisitos de

la Norma?Descarga Final

SI

NO

Tratamiento Biológico(Lodos activados, Lagunas de estabilización,

Tanque de aeración, biodiscos, etc)



SI

NO

Sedimentación por Gravedad(Clarificador, Centrífuga, Hidrociclones, etc)



SI

NO

Tratamiento Terciario(Cloración, Intercambio iónico, Radiación,

Precipitación, Ósmosis Inversa, Etc.)

NO ¿Cumple con losdemás requisitos de

la Norma?

NO

SI



Separador CPI

Consiste en un conjunto de entre 12 y 48 placas corrugadas montadas de forma paralela, y separadas a una distancia de 2 a 5 cm, las cuales se encuentran ubicadas dentro de un tanque por donde fluye el agua que se desea tratar.

FIGURA 5.4.2. DIAGRAMA DE UN SEPARADOR API.

Fuente: BT Techo-Services (Online)

A medida que el agua fluye a través de las placas, los glóbulos de aceite flotan hacia la parte cóncava de las placas inclinadas donde se unen entre sí para formar grandes masas que se desplazan a lo largo de los platos hasta alcanzar la superficie. De la misma forma, los sólidos que se encuentran suspendidos, al pasar entre los platos, chocan con los mismos y entre sí, para luego dirigirse al fondo por acción de la gravedad. Un esquema de este tipo de separador se presenta en la Figura 5.4.3.


FIGURA 5.4.3. DIAGRAMA DE UN SEPARADOR CPI.

Fuente: BT Techo-Services (Online)


Las ventajas de los separadores de placas corrugadas son:

- Tiene excelente desempeño en aguas a altas temperaturas y en aguas de producción, especialmente para caudales bajos;

- Unidades compactas con respecto a los separadores API;

- Economía en el costo;

- Las placas paralelas por lo general se fabrican de un material plástico que elimina los problemas de corrosión;

- El desplazamiento ascendente del aceite y descendente del lodo a través de las placas contribuye a reducir los problemas de levantamiento y resuspensión debido al flujo del agua;

- Favorece la coalescencia;

- Equipo sencillo de operar.


- Eficiencia limitada para tamaño de glóbulo inferior a 0,006 cm;

- Requieren una mayor frecuencia de limpieza al año por problemas de taponamiento, lo que se traduce en mayores costos de mantenimiento;

- Dificultad de limpieza de las placas para ciertas profundidades;


- Presenta problemas para manejar efluentes con alto contenido de hidrocarburos.

c. Flotación por aire disuelto (DAF, Dissolved Air Flotation)

La flotación es otro tipo de tratamiento primario que consiste en el proceso de separación de aceites emulsionados y sólidos presentes en el efluente por medio de burbujas de aire que aceleran el ascenso. Estas burbujas se adhieren a las partículas en suspensión y producen una disminución de la densidad aparente del conjunto burbuja-partícula hasta que la misma se vuelve menor que la del agua. La diferencia de densidades origina un impulso ascensional que hace que las partículas se acumulen en la superficie.

Los principios de operación del proceso de flotación dependen del método empleado para producir pequeñas burbujas de aire o gas requeridas. En general, las burbujas son generadas por:

- Descompresión de una corriente de agua presurizada con aire o gas disuelto;

- Por aire o gas dispersado mecánicamente o hidráulicamente.

Los tipos más importantes son la flotación por aire inducido (IAF, Induced Air Flotation) y la flotación por aire disuelto (DAF). Debido a que esta última es mucho más utilizada, se hará una breve descripción de esta tecnología y de sus ventajas y desventajas.

El sistema DAF utiliza agua presurizada y sobresaturada con aire para producir burbujas de 30 a 120 μm de diámetro al momento en el que el efluente entra al tanque de flotación y se despresuriza. Por lo general, esta tecnología puede ser aplicada en tres configuraciones: presurización total, presurización parcial y reciclo presurizado, siendo esta última la configuración preferida para el 80% de los sistemas de tratamiento de efluentes de refinerías.

A fin de mejorar el proceso se hace uso de sustancias químicas, tales como coagulantes y floculantes que se adicionan previamente. Estas sustancias se dividen en tres grandes grupos: compuestos químicos inorgánicos (cloruro de aluminio, sulfato de aluminio, sulfato ferroso, sílice), polímeros naturales (almidón, guar, taninos y sustancias protéicas) y polímeros sintéticos (polielectrolitos).

Los principales equipos involucrados en un sistema DAF son:

- El tanque de flotación, el cual está equipado con pantallas internas y desnatadores para remover los desechos flotantes;


- El sistema de reciclo conformado por: la bomba de reciclo, el compresor para el aire y el tanque de presurización donde se satura la corriente de aire;

- Tanque de floculación y dispositivos de mezclado rápido para la agitación del coagulante.

En la Figura 5.4.4 se presenta un esquema del sistema DAF con reciclo presurizado.


Entre las ventajas que ofrece esta tecnología están:

- Remueve partículas con densidad mayor que la del agua;

- Remueve aceite emulsionado;

- Puede trabajar tanto con gas como con aire;

- Las fluctuaciones hidráulicas pueden ser compensadas fácilmente por manipulación de la operación;

- El tamaño de burbuja de aire formada (40 – 60 μm) permite mayores eficiencias para determinados efluentes.


- Requiere del uso de sustancias químicas;

- Requerimiento de equipos mecánicos (bombas, compresores), lo que implica mayor mantenimiento y costos operativos.

FIGURA 5.4.4. DIAGRAMA DE UN SISTEMA DAF CON RECICLO PRESURIZADO.

Fuente: Citizendium (Online)


d. Coagulación / Floculación / Sedimentación

La coagulación y floculación son dos procesos que pueden resumirse en una etapa cuyo objetivo es propiciar el aglutinamiento de las partículas en pequeñas masas llamadas flóculos, de manera que su peso específico sea mayor que el del agua y puedan precipitar. Por lo general, se utiliza como un paso acoplado a otra tecnología, como es el caso de sistemas DAF, centrifugación, espesamiento de lodos, clarificación, entre otros.

Básicamente, la coagulación consiste en emplear productos químicos (coagulantes) que permiten neutralizar y desestabilizar las cargas de las partículas coloidales en el efluente. Por otra parte, la floculación permite la aglomeración de las partículas pequeñas para formar flóculos, los cuales crecen y se convierten en partículas sólidas de mayor tamaño que sedimentan más rápidamente. La coagulación se logra mediante una mezcla rápida mientras que la floculación se obtiene a través de una mezcla lenta para evitar el rompimiento de los flóculos.

Un proceso que está fuertemente ligado al uso de coagulantes y floculantes es la sedimentación. Esta operación unitaria permite la clarificación del agua al separar los sólidos de la fase acuosa por acción de la gravedad. También permite remover aceite emulsionado por acción conjunta con coagulantes y floculantes, siempre que el aceite se encuentre en una concentración de 30 a 150 mg/L.

La sedimentación se puede separar en tres clasificaciones: discreta, floculenta y por zona. En la sedimentación discreta, las partículas mantienen su individualidad y no ocurren cambios de tamaño, forma o densidad durante dicho período. La sedimentación floculenta ocurre cuando las partículas se aglomeran durante el periodo de retención resultando un cambio en el tamaño de las partículas. La sedimentación por zona involucra una suspensión de flóculos que forman una estructura reticular que se deposita en el fondo como si fuese una única unidad de masa, demostrando una interfase visible a medida que se mueve hacia el fondo del tanque.

Los sedimentadores pueden ser diseñados con sección cilíndrica o rectangular. En las Figuras 5.4.5 y 5.4.6 se muestran los diagramas para cada uno de ellos.


El uso de floculantes y coagulantes en combinación con la sedimentación tiene como ventajas:

- Remueve partículas con densidad mayor que la del agua;

- Remueve aceite emulsionado;


- Bajos consumos de energía;

- Mayor flexibilidad del sistema ante cambios bruscos de calidad y volumen;

- Altas eficiencias de remoción.


- Requiere del uso de sustancias químicas;

- Ocupa mayor área que otros sistemas.

FIGURA 5.4.5. SEDIMENTADOR DE SECCIÓN CILÍNDRICA.

Fuente: Kemmer, 1988.


FIGURA 5.4.6. SEDIMENTADOR DE SECCIÓN RECTANGULAR.

Fuente: Kemmer, 1988.

e. Aeración

La aeración es un proceso mecánico que provee un contacto íntimo entre el aire y el agua, permitiendo la transferencia de las moléculas gaseosas provenientes del aire, principalmente el oxígeno, a la fase acuosa conformada por el efluente. El uso de la aeración varía, ya que la misma puede ser utilizada para varios fines, entre los cuales están:

- Aumentar el contenido de oxígeno disuelto en el agua para cumplir con los estándares de descarga;

- Proporcionar el oxígeno necesario para llevar a cabo tratamientos biológicos;

- Mantener condiciones de mezcla completa;

- Remoción de gases indeseables como CO2 y metano (CH4), también llamado desgasificación;

- Oxidación de impurezas inorgánicas como hierro, manganeso y sulfuro de hidrógeno;

- Oxidación de la materia orgánica.

Excepto en la desgasificación, los requerimientos de la aeración son una función del grado de deficiencia de oxígeno en el agua y de las


reacciones químicas consumidoras de oxígeno que se están llevando a cabo. A su vez, la concentración de oxígeno en el agua depende de la temperatura, la presión, los sólidos disueltos y sus características, entre otros. Los equipos más usados en la aeración de tratamientos industriales consisten en unidades de difusión de aire, turbinas y aeradores superficiales.

Difusores:

En este tipo de aeración, el aire es forzado a través de un difusor, el cual libera pequeñas burbujas cerca del fondo del tanque, estableciendo un buen contacto entre el oxígeno y el agua

Básicamente existen dos tipos: los porosos que producen diminutas burbujas al hacer pasar el aire por una membrana o un medio poroso; y los no porosos que generan burbujas de mayor tamaño a partir de fuerzas hidráulicas cortantes o de orificios en tuberías y platos perforados. Los de medio poroso suelen tener altas eficiencias, sin embargo, tienen como desventaja que se taponan con facilidad del lado del aire por lo que requieren filtros y mantenimiento constante. Los difusores que producen burbujas de mayor tamaño tienen una eficiencia a la transferencia de oxígeno menor a los difusores porosos, debido a que el área interfacial para la transferencia es considerablemente menor. A pesar de esto, estas unidades tienen la ventaja de que no requieren filtros para el aire y generalmente necesitan un menor mantenimiento.

Turbinas:

Este tipo de unidades dispersan el aire comprimido a través de la acción del bombeo y de las fuerzas cortantes que generan. Debido a que el mezclado es independientemente controlado por la potencia de la turbina, no existen limitaciones en cuanto a la geometría del tanque. Normalmente se colocan pantallas dentro del tanque de aeración para eliminar los vórtices y remolinos.

Aeradores superficiales:

Mientras que los aeradores sumergidos (difusores) ponen en contacto al aire con el agua; los aeradores de superficie funcionan de manera contraria, poniendo en contacto el agua con la atmósfera. Su funcionamiento general consiste en elevar grandes volúmenes de agua por encima de la superficie y exponiendo pequeñas gotas del líquido a la atmósfera. Este tipo de aerador puede venir en forma de tubos generadores de corrientes, platos o hélices, los cuales se ubican en la superficie del líquido en el tanque o justo debajo de ella.



El uso de sistemas de aeración tiene como ventajas:

- Permite eliminar malos olores y despojar gases indeseados;

- Al mismo tiempo, se puede oxidar tanto materia orgánica como inorgánica;

- Sirve para elevar el contenido de oxígeno disuelto en el agua a valores exigidos por la norma.


- Requiere de espacio físico considerable;

- En el caso de los difusores, es necesario limpiezas frecuentes para evitar taponamientos en el sistema;

- Por lo general se requieren largos tiempos de retención, los cuales varían de acuerdo con la eficiencia del aerador y las condiciones del afluente y el tratamiento específico que se aplique.

f. Cloración

Uno de los tratamientos terciarios más comunes es la desinfección, la cual involucra la destrucción selectiva de los microorganismos patógenos. La desinfección de los efluentes antes de la descarga final asegura que las bacterias, virus y otros sean reducidos a niveles aceptables.

Existen muchas formas de lograr esto: agentes químicos, agentes físicos, medios mecánicos y radiación; sin embargo, el más común de todos es la cloración.

El cloro es un elemento activo que reacciona con muchos compuestos químicos contenidos en el agua, formando componentes nuevos o menos ofensivos. Hidrólisis e ionización ocurren cuando se añade cloro gaseoso al agua, el cual forma ácido hipocloroso, HOCl, y el ión hipoclorito, OCl –, ambos llamados cloro libre o residual. Las sales de hipoclorito de calcio, Ca(OCl)2, y de sodio, Na(OCl), pueden ser añadidas al agua para formar cloro libre. HOCl es la forma predominante a pH < 7,0 lo cual es beneficioso para la cloración, ya que su poder desinfectante es de aproximadamente 40 – 80 veces el de OCl –.

HOCl reacciona con el amoníaco en el agua para formar diferentes tipos de cloraminas, compuesto que constituyen lo que se llama cloro libre combinado. Debido a que las cloraminas tienen un poder


desinfectante inferior, es necesario añadir una cantidad de cloro extra para asegurar la presencia de cloro residual. En la Figura 5.4.7 se muestra un esquema del fenómeno de reacción resultante cuando se añade cloro a un agua residual con contenido de amoníaco.

FIGURA 5.4.7 PUNTO DE QUIEBRE DE LA CLORACIÓN.

Fuente: Liptak et al., 1999.

La efectividad de la desinfección por cloración es una función del pH, la temperatura y el tiempo de contacto, donde este último, en conjunto con la dosis aplicada de cloro, es de suma importancia para la eliminación de virus.

La dosis de cloro necesaria para el tratamiento del efluente es determinada a través de pruebas de laboratorio realizadas previamente al agua que se desea tratar. Antes de realizar estas pruebas se debe conocer la concentración de cloro residual permitida por las legislaciones ambientales aplicables al proyecto.

Los usos del cloro, sus diferentes presentaciones y modos de inyección se presentan en la figura mostrada a continuación.


El uso de sistemas de cloración tiene como ventajas:

- Permite eliminar malos olores y sabores del efluente;

- Elimina o reduce considerablemente la concentración de organismos patógenos;


- En ciertos casos puede ser utilizado para reducir la DBO;

- Es más económico que otros métodos de desinfección disponibles como el ozono y la radiación.


- Requiere equipos de control estrictos que monitoreen constantemente las condiciones del efluente para asegurar que la dosis de cloro sea la adecuada;

- El sistema completo requiere el uso de varios equipos como: unidades de bombeo, tanques de contacto, sistemas de inyección de cloro, tanques de almacenamiento de químicos, agitadores, entre otros;

- Puede presentar problemas de corrosión, debido a que el cloro es un fuerte oxidante.

FIGURA. 5.4.8 USOS DEL CLORO.

Fuente: Liptak et al., 1999.

g. Otros tratamientos también aplicables al tratamiento de efluentes

• Filtración

La filtración es una operación unitaria para separar las partículas sólidas de un líquido mediante el uso de un medio poroso. La fuerza


impulsora del proceso es un gradiente de presión, generado por acción de la gravedad, fuerza centrífuga o vacío a una presión superior a la presión atmosférica.

Los filtros más utilizados para el proceso de filtración de efluentes industriales son los de medios granulares. Éstos son empleados para remover sólidos suspendidos en la etapa de pretratamiento, en caso de efluentes con baja concentración de los mismos (5 – 10 mg/L), o como un tratamiento terciario ubicado a continuación de los procesos de tratamiento biológico.

Los sólidos suspendidos son removidos en la superficie del filtro por efecto de la percolación, y a través de la profundidad del filtro por efecto de la percolación y la adsorción. Para mejorar la remoción de sólidos suspendidos se añaden coagulantes al efluente previo a la filtración.

La filtración es un proceso que no se recomienda para el caso de fluidos con altas viscosidades, ya que se generan altas caídas de presión dentro de la unidad que pueden traer como consecuencia problemas operacionales.

El tamaño de las partículas que conforman el medio de filtración es un parámetro importante a la hora de diseñar este tipo de filtros. Dependiendo del medio, estos filtros pueden llegar a manejar efluentes con una concentración de hasta 1000 mg/L de sólidos suspendidos y proveer alrededor de un 90% de remoción. En la Tabla 5.4.2 se presentan las opciones más usadas.

TABLA 5.4.2 TIPOS DE MEDIOS DE FILTRACIÓN.

Tipo de medio Material Tamaño [mm]

Profundidad [in]

1. Único a. Fino Arena 0,35 0,60 10 – 20 b. Grueso Antracita 1,3 – 1,7 36 – 60

2. Doble Arena 0,45 – 0,6 10 – 12 Antracita 1,0 – 1,1 20 – 30

3. Múltiple Granate 0,25 – 0,4 2 – 4 Arena 0,45 – 0,55 8 – 12 Antracita 1,0 – 1,1 18 - 24

Fuente: Eckenfelder, 1970.


• Neutralización

La neutralización es un proceso cuyo objetivo es lograr el ajuste del pH en una solución, mediante la adición de un químico (ácido o base), y así garantizar un proceso óptimo y dentro de las regulaciones ambientales existentes. Adicionalmente la adecuación del pH se realiza para estimular o favorecer reacciones posteriores de los contaminantes con cualquier aditivo agregado durante su tratamiento tal como ocurre en los procesos de floculación, coagulación o remoción de metales, y para propiciar las condiciones de pH adecuadas para los casos en los cuales es necesario algún tipo de tratamiento biológico. En la Tabla 5.4.3 se presentan los principales agentes para la neutralización son:

TABLA 5.4.3 PRINCIPALES AGENTES PARA LA NEUTRALIZACIÓN DE EFLUENTES.

Agentes básicos Agentes ácidos Hidróxido de Sodio, NaOH,

también conocido como Soda cáustica (fuerte)

Ácido Sulfúrico, H2SO4 (fuerte)

Hidróxido de Magnesio, Mg(OH)2 (moderado)

Carbonato de Sodio, Na2CO3 (débil)

Ácido clorhídrico, HCl (fuerte)

Bicarbonato de Sodio, NAHCO3 (débil)

Óxido de Calcio, CaO, conocido como cal viva o cal apagada de

acuerdo a su forma (fuerte)

Dióxido de Carbono, CO2 (débil)


• Tratamientos biológicos

Mediante este tipo de tratamiento se logra la reducción sustancial del contenido de materia orgánica soluble y materia coloidal que no es retenido en el tratamiento primario.

Para poder llevar a cabo el tratamiento biológico, también llamado secundario, se debe haber eliminado previamente la mayor cantidad de sólidos gruesos, sustancias aceitosas y sólidos sedimentables, de manera que los microorganismos empleados puedan descomponer u oxidar la materia orgánica. En la Tabla 5.4.4 se muestran los


parámetros que se deben revisar antes de aplicar un tratamiento biológico, los rangos en los que deben estar los mismos y algunas tecnologías utilizadas para su pretratamiento.

TABLA 5.4.4 PRETRATAMIENTOS MÁS COMUNES PARA ELIMINAR CIERTOS CONTAMINANTES.

Parámetro Concentración límite Pretratamiento Sólidos

suspendidos > 125 mg/L Sedimentación, flotación

Aceites y grasas > 35 Separador agua -

aceite

Cu + Ni + CN ≤ 1 mg/L

Precipitación o intercambio iónico

Pb ≤ 0,1 mg/L

Cr+3 ≤ 10 mg/L

Zn + Cr+6 ≤ 3 mg/L

pH 6 – 9 Neutralización

Alcalinidad 0,5 lb alcalinidad como

CaCO3/lb DBO removida

Neutralización

Acidez 0 (acidez mineral) Neutralización

Variación de la carga orgánica > 2:1 Tanque de igualación

Sulfuros > 100 mg/L Precipitación

Amoníaco > 500 mg/L (como N) Dilución, intercambio iónico, ajuste de pH


Cuando el proceso se realiza en presencia de oxígeno se le conoce como aeróbico, y cuando se lleva a cabo en su ausencia se denomina anaeróbico.

Entre los procesos biológicos más comunes se encuentran las lagunas de estabilización y los lodos activados. En la Tabla 5.4.5 se presentan las ventajas y desventajas de ambas tecnologías.


TABLA 5.4.5 VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LOS LODOS ACTIVADOS Y LAS LAGUNAS DE ESTABILIZACIÓN.

Proceso Ventajas Desventajas

Lagunas de estabilización

- Operación sencilla. - No requiere equipos

mecánicos. - Requiere mínimo

mantenimiento. - No requiere personal

especializado para la construcción, operación y mantenimiento.

- Soportan variaciones en el afluente, restaurándose rápidamente el equilibrio bioquímico.

- Se requieren grandes extensiones de terreno.

- Si no se hace mantenimiento adecuado, puede convertirse en un criadero de moscas, mosquitos y vectores de enfermedades.

Lodos activados

- Remoción de DBO mayor al 90% (varía de acuerdo con la modalidad elegida).

- Menos requerimiento de terreno que las lagunas de estabilización y otros tratamientos biológicos.

- Costos iniciales menores. - Mejor control de olores.

- Sistema complejo. - Mayor volumen de

lodos. - Sistema susceptible

a sobrecargas hidráulicas y efectos de la temperatura

Fuente: Norma PDVSA MDP – 09 – RS – 03.

• Tratamientos terciarios

Cuando el efluente de un tratamiento secundario no cumple con los parámetros de descarga para el cuerpo receptor, se deben considerar otros procesos de remoción de contaminantes para cualquier componente en específico.

Dichos procesos pueden aplicarse para la remoción de materia orgánica, color u olor, por medio de carbón activado, oxidación con ozono u otro tipo de oxidación por la vía química, tal como el peróxido de hidrógeno en presencia de sulfato como catalizador.

Para la remoción de sales disueltas, dependiendo de la naturaleza y la concentración, así como la eficiencia de remoción deseada, se puede recurrir a procesos tales como intercambio iónico, electrodiálisis, precipitación y ósmosis inversa.


5.4.1.2. TECNOLOGÍAS PARA EL TRATAMIENTO DE DESECHOS SÓLIDOS

En la mayoría de los procesos de tratamiento primario, así como secundarios, se producen lodos, los cuales deben disponerse en forma adecuada. Los lodos que resultan únicamente de los procesos de separación sólido-líquido se conocen como lodos primarios, y los provenientes de procesos biológicos se designan como lodos secundarios. Los primarios consisten en partículas sólidas, básicamente de naturaleza orgánica. Los secundarios son fundamentalmente biomasa en exceso producida en los procesos biológicos.

La selección de procesos de tratamiento no es sencilla y obedece a consideraciones tales como propiedades físicas y químicas del residuo, características de peligrosidad (inflamabilidad, corrosividad, reactividad y toxicidad), la concentración de contaminantes a tratar, características de los productos tratados, disponibilidad de instalaciones y de tecnologías para tratamiento, regulaciones de seguridad, gasto energético, compatibilidad con el ambiente, mantenimiento de equipos y costos.

En esta sección se describe brevemente algunas de las tecnologías disponibles para el tratamiento de los distintos desechos sólidos. Para una descripción más detallada de los tratamientos físicos, químicos y biológicos existentes se recomienda consultar la Norma PDVSA MDP – 09 – RS – 03 “Técnicas de Manejo de Desechos Sólidos” o las referencias bibliográficas ubicadas al final del documento.

La variedad de procesos disponibles para el tratamiento de residuos sólidos puede clasificarse en tres categorías: procesos de separación de fases o separación de componentes, que se conocen como procesos físicos, procesos de transformación química y procesos biológicos.

a. Procesos físicos

Los procesos físicos incluyen técnicas para la separación de fases y/o componentes del residuo, basadas en el asentamiento de fases por efecto gravitacional y por las diferentes características del residuo. Los métodos físicos suelen ser clasificados como técnicas de pretratamiento, ya que en muchos casos favorecen la acción posterior de otra tecnología, de principio diferente. Dentro de esta categoría, las operaciones más empleadas son: flotación, sedimentación, filtración y centrifugación.

Debido a que los principios en los que se fundamentan la flotación y la sedimentación para el tratamiento de desechos sólidos son los mismos a los utilizados para el tratamiento de efluentes, sólo se explicará el funcionamiento de la filtración y la centrifugación.


• Filtración

El principio de funcionamiento es igual que para el tratamiento de efluentes; pero en el caso de los residuos sólidos, la filtración es de utilidad para: a) clarificación de corrientes acuosas, con concentraciones de partículas suspendidas menores de 100 ppm y b) eliminación o separación de líquidos de suspensiones o lodos con un porcentaje de sólidos entre 1 y 30%. En este último caso, el propósito es concentrar los sólidos en una especie de pasta para reducir el volumen del residuo y reutilizarlo (siempre que sea posible) o disponerlo de forma adecuada.

Existen numerosos tipos de filtros para diversas aplicaciones, sin embargo, para la concentración de sólidos de lodos y, en general, para sistemas de control de sólidos se utiliza mayormente el filtro de banda, aunque también son comunes los filtros prensa y de vacío.

Los filtros de banda son equipos de operación continua, donde la formación de la torta depende de la acción de la gravedad y de la compresión mecánica de las superficies móviles porosas (bandas). Tal como se muestra en la Figura. 5.4.9, el proceso se inicia con la alimentación del residuo o lodo, el cual pasa por una banda transportadora de textura porosa, donde por efecto de la gravedad ocurre la separación de las fases líquida y sólida. El líquido filtrado pasa a través de la banda porosa, colectándose en unas bandejas. Los sólidos son transportados por la banda hasta la zona de presión donde se ponen en contacto con otra banda para facilitar su transporte a la zona de compresión. En esta zona, las bandas pasan por una serie de rodillos, que exprimen el lodo permitiendo aumentar su contenido de sólidos hasta un valor de 95%. Por último, el lodo es llevado a la zona de descarga, donde es removido de la banda. En esta zona también se realiza el lavado de la banda, mediante la aplicación de agua a presión, con el fin de eliminar las obstrucciones en los poros.

FIGURA 5.4.9 ESQUEMA DE UN FILTRO DE BANDAS.

Fuente: Norma PDVSA MDP – 09 – RS – 03


• Centrifugación

Las centrífugas son equipos que separan mezclas sólido-líquido mediante la influencia de la fuerza centrífuga, la cual es típicamente entre 50 y 300 veces la fuerza ejercida por la gravedad.

Existe una gran variedad de equipos para diversas aplicaciones de centrifugación en la industria, tales como las centrífugas de cámara sólida, tubular y tipo disco, entre otras, pero en todos estos equipos los componentes básicos son: la cámara rotatoria donde se aloja el sistema heterogéneo que se desea separar, la entrada para la alimentación a la cámara, la salida para retirar los materiales separados, el eje de rotación, el sistema que impulsa el eje de rotación (motor) y la carcasa.

Las centrífugas para aplicaciones industriales varían en capacidades de carga, entre 50 y 30.000 gal/h, con concentraciones de sólidos variables, según el tipo de centrífuga a emplear. Sin embargo, para la concentración de sólidos de lodos, el equipo más comúnmente utilizado es la centrífuga de cámara sólida, cilíndrico-cónica, de transportador helicoidal. En la Figura 5.4.10 se presenta un diagrama de este tipo de equipo.

La centrífuga consiste en una cámara que puede ser cónica, cilíndrica, o una combinación de ambas. La fuerza centrífuga hace que la superficie del líquido sea esencialmente paralela al eje de rotación, tanto si es horizontal como vertical. Los orificios de descarga de sólidos, localizados a un extremo de la cámara, son normalmente de radio menor que los orificios de descarga de líquido que se encuentran al otro extremo. Los sólidos pesados se sedimentan contra las paredes y se transportan en forma continua hasta el extremo del recipiente, mediante un transportador helicoidal que se extiende por toda su longitud.

FIGURA 5.4.10 ESQUEMA DE UN FILTRO DE BANDAS.

Fuente: Norma PDVSA MDP – 09 – RS – 03.


b. Tratamientos químicos

El tratamiento químico persigue la transformación, por medio de reacciones, de las propiedades del residuo. Los métodos más utilizados abarcan la adición de reactivos que favorecen la transformación de sustancias peligrosas o contaminantes en sustancias manejables. Las técnicas más empleadas son: precipitación y neutralización (explicada anteriormente). De acuerdo con la literatura, entre las transformaciones químicas se pueden incluir las técnicas de manejo de residuos con la aplicación de calor, es decir, los procesos conocidos como manejo térmico.

En este tipo de procesos las reacciones principales son reacciones de combustión (oxidación térmica) para la transformación de residuos de naturaleza orgánica o inorgánica en sólidos de mucho menor volumen (cenizas) y gases. Las técnicas de mayor uso para el manejo de residuos en esta categoría son la incineración y el empleo de residuos como combustible en la fabricación de cemento. Entre los tratamientos químicos también se considera la estabilización/solidificación, ya que involucra la adición de agentes al residuo para mejorar las condiciones de su manejo.

• Precipitación

La precipitación es un proceso físico químico donde algunos o todos los componentes de una solución son transformados a la fase sólida, por medio de la alteración del equilibrio químico que determina la solubilidad de las especies. El ejemplo más conocido de precipitación es la remoción de metales (zinc, cadmio, cromo, cobre, plomo, manganeso y mercurio) en forma de hidróxidos insolubles que son separados mediante técnicas de separación sólido-líquido. También se puede emplear precipitación para separar fosfatos, sulfuros y fluoruros. El agente precipitante más común es el hidróxido de calcio (cal), sin embargo, los metales también pueden precipitar como sulfuros y carbonatos.

• Incineración

La incineración como técnica de tratamiento de residuos sólidos ha sido favorecida mundialmente sobre otras técnicas por la alta eficiencia demostrada en la destrucción de compuestos orgánicos y la minimización del volumen de residuo con requerimientos de disposición posterior. La incorporación de dispositivos para la recuperación de la energía generada y la potencial utilización dentro de los procesos industriales han impulsado su implantación.

El proceso consiste básicamente en la combustión de residuos con las opciones de recuperar o no la energía generada. Se han utilizado extensivamente diversos equipos para la incineración, entre los cuales


los más usuales son: hornos rotativos, lechos fluidizados, hornos de inyección líquida y calderas industriales.

Un aspecto de particular importancia dentro de esta opción, es lo que se refiere a los equipos de control de emisiones atmosféricas asociados al incinerador. Se deben considerar los equipos de control de material particulado y contaminantes gaseosos, especialmente los compuestos de nitrógeno (NOx) y de azufre (SOx).

Por otro lado, dentro de la categoría de incineración como técnica de manejo de residuos, éstos pueden convertirse en fuente suplementaria de combustible para hornos de las industrias de fabricación de cemento. Las características de los hornos de cemento que favorecen su uso para la destrucción de residuos incluyen:

- La temperatura (1650°C) y el tiempo de residencia del gas de combustión (2 – 5 s) exceden los intervalos exigidos en incineradores para residuos;

- Las condiciones de operación alcalina favorecen la neutralización de compuestos ácidos;

- La ceniza acumulada en el fondo del horno es incorporada al producto (clinker), eliminando la necesidad de disposición final del residuo;

- Los altos requerimientos de combustible ofrecen potencial para la disposición de importantes volúmenes de residuos;

- Debido al gran tamaño y capacidad de los hornos, éstos presentan estabilidad térmica, minimizando el impacto de posibles variaciones que afecten la calidad del producto.

• Estabilización / Solidificación

Esta técnica se basa en el uso de aditivos para reducir la movilidad de los contaminantes, haciendo que el residuo pueda disponerse temporal o finalmente de manera segura. A pesar de que los términos estabilización y solidificación se utilizan sin distinción, representan conceptos diferentes para el tratamiento de residuos. La solidificación se refiere a la producción de una sustancia sólida monolítica con integridad estructural suficiente como para ser transportada en piezas de tamaño conveniente, sin requerir un contenedor secundario. La estabilización, también conocida como fijación química, se refiere a la inmovilización de las sustancias tóxicas o peligrosas del residuo, mediante reacciones químicas para formar compuestos insolubles de estructuras cristalinas estables. Como resultado, se limita la solubilidad de los compuestos tóxicos, lo que constituye la detoxificación del residuo.


Los sistemas de estabilización / solidificación pueden agruparse en las siguientes clases:

- Solidificación mediante la adición de cemento;

- Solidificación mediante la adición de cal u otro material pozzolánico;

- Envoltura mediante materiales termoplásticos (microencapsulación y macroencapsulación);

- Tratamiento del residuo para producir un producto de características cementantes, con adición de otros constituyentes;

- Formación de sustancias vidriosas por la fusión con sílice.

Los primeros dos métodos son los más empleados, siendo apropiados para la mayoría de los residuos inorgánicos. Los costos de las demás técnicas señaladas son altos y son empleadas más que todo para residuos problemáticos debido a sus altos contenidos de sustancias orgánicas, tóxicas, radioactivas y corrosivas.

• Landspreading

Esta técnica está dirigida principalmente a la reducción del contenido de compuestos inorgánicos del residuo, que eventualmente puede tener un contenido de compuestos orgánicos no superior al 1%. El tratamiento se realiza mediante la aplicación inicial en el suelo del residuo y agua, y no se realizan actividades de aireación ni irrigación posteriores. Esto quiere decir que la degradación de compuestos inorgánicos y orgánicos se logra por la capacidad del suelo en las condiciones naturales, donde las modificaciones iniciales no son seguidas por intervenciones periódicas sucesivas.

c. Tratamientos biológicos

Los tratamientos biológicos tienen como finalidad la degradación de los compuestos orgánicos contaminantes para que alcancen concentraciones bajas, casi no detectables o por lo menos concentraciones por debajo de las establecidas por las regulaciones vigentes, consideradas como aceptables o seguras.

Las técnicas de tratamiento convierten los compuestos orgánicos contaminantes en sustancias manejables, como CO2 y agua (H2O).

Para el caso de la industria petrolera, las técnicas más utilizadas son: tratamiento sobre terreno o landfarming, compostaje o composting, biopilas, biorreactores y digestión aeróbica y anaeróbica.


• Tratamiento sobre terreno o “Landfarming”

Consisten en la incorporación controlada de residuos en la zona superficial del suelo, la cual difiere de los rellenos en que la capacidad de asimilación del suelo se emplea para detoxificar, inmovilizar y degradar una parte o todo el residuo incorporado. En principio este método es considerado como un método de tratamiento, ya que resulta en la degradación química y biológica de los constituyentes orgánicos del residuo y en la inmovilización de los constituyentes inorgánicos. Sin embargo, también es considerado método de disposición final, debido a que tanto los residuos originales como otros subproductos del tratamiento permanecen en el sitio.

Los residuos que van a experimentar el tratamiento sobre el terreno se aplican uniformemente sobre la superficie, extendiéndolos e inyectándolos justo por debajo de la misma.

Este tipo de tratamiento también involucra la transformación de otros constituyentes del residuo. Los sólidos en suspensión son transformados por sedimentación física y filtración sobre el suelo, mientras que con los metales pesados se produce su adsorción sobre las partículas del suelo, precipitación e intercambio iónico.

Cuando el contenido de fracciones de hidrocarburos biodegradables (compuestos saturados y aromáticos) está entre 1 – 10% y la volatilización y la lixiviación de contaminantes peligrosos son bajas, se aplica la técnica de biotratamiento en suelos, mientras que en casos de residuos de muy baja toxicidad, con contenido de hidrocarburos biodegradables menor al 1%, se aplica la técnica del landspreading, la cual se describió con anterioridad en la sección de tratamientos químicos.

En lo que a tratamiento biológico de suelos se refiere, los factores que influyen en el proceso de degradación son:

− pH: para el crecimiento adecuado u óptimo de microorganismos en el suelo es cercano a 7, pero con valores entre 6 y 8 son generalmente adecuados;

− Contenido de humedad: deberá estar comprendido entre el 30% y 90% de la capacidad de retención de agua en el suelo. La presencia de agua en exceso (saturación) reduce el oxígeno disponible provocando un retardo en la degradación del compuesto;

− Temperatura: es un factor importante que controla la actividad de los microorganismos. Generalmente, la máxima actividad de microorganismos en el suelo ocurre a temperaturas entre 20 y 40 °C;


− Nutrientes: los microorganismos presentes en el suelo básicamente necesitan los mismos nutrientes que las plantas para su crecimiento. Entre estos se encuentra el nitrógeno inorgánico el cual al escasear disminuye la tasa de degradación. Esta acción puede modificarse mediante la adición de nutrientes que contengan nitrógeno y otros elementos tales como fósforo, azufre y potasio. La proporción Carbono:Nitrógeno:Fósforo debe ser de 100:10:1 respectivamente;

− Unidades formadoras de colonias (UFC): Necesidad de una densidad de poblaciones microbianas de aproximadamente 1.000 UFC/gramo de suelo;

− Concentración del contaminante: Los hidrocarburos deben ser preferiblemente no halogenados y deben encontrarse en el suelo en concentraciones menores entre el 1 y 10% en volumen. El Decreto 2.635 establece que la concentración de estos elementos no deben sobrepasar estos valores.

• Compostaje o “Composting”

La técnica permite la degradación de los compuestos orgánicos a material húmico para su utilización como acondicionador de suelos. La degradación tiene lugar en forma aeróbica a elevadas temperaturas (50 – 75°C) que se logran de manera natural, dado que el proceso es exotérmico. Se recomienda la técnica para residuos con altas concentraciones de materia orgánica, sin embargo, para residuos que no contienen una concentración suficientemente elevada de sustancias orgánicas, se puede realizar el compostaje mezclando una pequeña cantidad del residuo con sólidos altamente biodegradables y con agentes que mejoran la textura, soporte estructural y permeabilidad del aire.

La mezcla de residuos y sustancias orgánicas se colocan en grandes pilas o montones de aproximadamente 1,5 m de alto y de 2 a 3 m de ancho (esto puede variar de acuerdo con las características físicas y estructurales de las partículas del material sólido y a los equipos utilizados).

Por el lado positivo, esta técnica posee costos de capital y operacionales menores a los de otros tratamientos (por ejemplo, incineración) y requiere menos espacio físico que el landfarming. Sin embargo, por el lado negativo se tiene que se requiere un acondicionamiento del residuo previo al compostaje y además se necesita un mecanismo de aislamiento del suelo donde se aplica la técnica.


• Biopilas

Físicamente la configuración de las pilas es muy similar a la de las hileras o montones para compostaje de residuos. La diferencia radica en el sistema de aireación: las pilas no son volteadas; en su lugar se provee un sistema de aireación forzada, tal como un sistema de tuberías perforado sobre el cual se encuentra la pila y al cual se suministra aire por medio de un ventilador o un compresor.

• Biorreactores

La técnica de reactores cerrados o biorreactores permite controlar los factores abióticos, como oxigenación, nutrientes, pH y humedad, con la finalidad de optimizar la degradación biológica, además de controlar las emisiones mediante sistemas de recolección o extracción de aire.

Esta técnica contempla el uso de contenedores o recipientes donde se aloja la mezcla de residuo y materia orgánica. El énfasis mayor en el diseño de estos reactores es el mecanismo de aireación, que se basa tanto en la agitación de partículas sólidas como en la inducción del flujo de aire. El uso de biorreactores permite eliminar las pérdidas por lixiviación de metales y compuestos orgánicos, que puedan presentarse en un proceso de biodegradación en suelo.

• Digestión aeróbica y anaeróbica

De acuerdo con la disponibilidad de oxígeno para el proceso de degradación se tienen dos tipos de procesos, llamados de forma general digestión aeróbica y digestión anaeróbica.

La digestión aeróbica

La

consiste en la aireación de residuos en reservorios abiertos, para favorecer la ruptura y transformación de la materia orgánica a través de la actividad metabólica de los microorganismos, en presencia de oxígeno. La composición del residuo puede variar, pero es de esperar que contenga una gran variedad de elementos tales como carbono, hidrógeno, nitrógeno y azufre. De acuerdo con la capacidad de síntesis de los microorganismos, es necesario proveer compuestos inorgánicos y pequeñas cantidades de metales como hierro y magnesio. Entre los factores que se deben considerar para el diseño están: biodegradabilidad, temperatura, humedad, pH y efecto de los compuestos tóxicos y no tóxicos, tanto orgánicos como inorgánicos.

digestión anaeróbica es un proceso secuencial en el cual las moléculas complejas de hidrocarburos son convertidas en moléculas más simples y, eventualmente, en dióxido de carbono y metano, en ausencia de oxígeno libre. La destrucción por pasos de las moléculas se logra mediante la acción de microorganismos específicos, que a través de sus procesos metabólicos como respiración, crecimiento y


reproducción, obtienen la energía de los hidrocarburos. Estos procesos son catalizados por enzimas que dependen de un balance en la población de microorganismos y las condiciones de proceso.

La digestión anaeróbica presenta ciertas ventajas comparada con el caso aeróbico: los costos asociados a los mecanismos de aireación no están presentes, ya que no se introduce aire (oxígeno) al sistema, la generación de materia sólida por parte de las células biológicas es casi 20 veces menor, se pueden alcanzar altas tasas de reducción de compuestos orgánicos, el metano producido puede ser utilizado como fuente de energía en reacciones de combustión o puede reportar beneficios mediante su comercialización.

Al igual que en el caso de la digestión aeróbica, existen varios factores que deben controlarse para mantener las condiciones adecuadas que garanticen el balance entre las poblaciones de microorganismos. Entre estos factores se encuentran: concentración de compuestos orgánicos, temperatura y pH.

La digestión anaeróbica, comparada con la aeróbica, puede ser una alternativa particularmente beneficiosa en los siguientes casos:

- Cuando el contenido orgánico de los residuos es muy alto, lo que determina que el tratamiento a través de la digestión aeróbica sea muy caro;

- Cuando la degradación de los residuos mediante tratamiento aeróbico genera una cantidad significativa de sólidos o lodos, los cuales deben ser dispuestos de forma temporal o final;

- Cuando se requiere tratamiento de residuos que contienen moléculas cloradas que en las condiciones requeridas por la digestión aeróbica sería un proceso muy lento o poco probable de tener éxito. Ciertos microorganismos anaeróbicos pueden deshalogenar moléculas que raramente serían atacadas por microorganismos aeróbicos.

5.4.2. METODOLOGÍA DE EVALUACIÓN DE TECNOLOGÍAS

En esta sección, se describe la metodología empleada para evaluar y jerarquizar las tecnologías previamente identificadas para el tratamiento completo del afluente.

El método de evaluación está basado en la elaboración de una matriz, la cual incluye aspectos técnicos, económicos y ambientales y sus respectivas variables para cada aspecto considerado. Dicha matriz está fundamentada en el método de suma ponderada, el cual consiste en realizar un análisis comparativo que permite medir y jerarquizar cualitativamente las ventajas y


desventajas que, desde los puntos de vista establecidos, ofrece cada una de las tecnologías. En el momento de realizar la matriz se debe:

− Establecer las categorías o aspectos que se tomarán en consideración para la evaluación en la matriz a diseñar; estas categorías incluyen aspectos técnicos, ambientales y económicos;

− Definir los criterios más relevantes asociados a las variables implícitas en cada tecnología;

− Valorar las variables mediante la aplicación de factores de peso distribuidos sobre una base del 100%;

− Evaluar en término de Alta, Media y Baja, asignando un valor de 5 o Alta para la condición favorable; un valor de 3 o Media, para la condición medianamente favorable y un valor de 1 o Baja, para la condición desfavorable. La opción con la mayor puntuación representará la más favorable; por ende, la tecnología seleccionada.

5.4.2.1. CRITERIOS DE EVALUACIÓN Y VALORACIÓN

Los criterios a tomar en cuenta cuando se realiza la evaluación de un conjunto de tecnologías disponibles, dependen de las características que se consideren importantes para la realización de un proyecto determinado. A continuación se presenta la descripción de los criterios más comunes para los aspectos: Técnicos, Ambientales y Económicos. Sin embargo, es importante resaltar que estos criterios pueden ser modificados con el fin de adaptarlos mejor a las necesidades del proyecto.

También es importante mencionar que, a modo de ejemplo, se le asignaron valores o porcentajes a los parámetros de evaluación, sin embargo, estos pueden ser modificados para ajustarlos al proyecto en desarrollo.

a. Aspectos Técnicos

Esta categoría incluye los aspectos asociados a las tecnologías de tratamiento que permite establecer y comparar las ventajas y desventajas de una tecnología con respecto a otra, desde el punto de vista operacional y estratégico.

• Eficiencia

Para evaluar la eficiencia de la tecnología se definen tres elementos:

- Porcentaje de reducción del volumen de desecho

Representa la potencialidad de la tecnología para reducir el volumen de desechos y/o materiales peligrosos. La tecnología más favorable

:


es aquella que logre reducir en mayor porcentaje el volumen inicial del residuo.

La asignación de peso se define como sigue:

Baja ó 1: Reducción menor del 50% del volumen inicial del residuo;



-

Representa la capacidad de la tecnología para recibir y procesar los desechos y/o materiales recuperables. La tecnología más favorable será aquella que pueda manejar la mayor cantidad de residuos en términos de volumen.

La asignación de peso se define como sigue:

Baja ó 1: Manejo menor del 50% de los residuos;



Capacidad de manejo de volúmenes de desechos generados:

- Diversidad de manejo de desechos

Representa la flexibilidad de la tecnología para manejar distintos tipos desechos y/o materiales recuperables. La tecnología más favorable será aquella que pueda manejar la mayor diversidad de residuos.

Baja ó 1: < 2 residuos;

Media ó 3: entre 3 y 4 residuos;

Alta ó 5: mayor de 5 residuos.

:

• Complejidad

Los elementos de la complejidad se describen seguidamente:


-

Representa los aspectos relacionados con la operación de la tecnología. Incluye la diversidad de equipos requeridos, las características del proceso (continuo, por carga) y su control, cantidad de personas requeridas, grado de instrucción y nivel del entrenamiento requerido de los operadores. La tecnología más favorable es aquella que tenga bajo requerimiento de personal y número de equipos y cuyo proceso sea sencillo. Se establecen tres categorías para la asignación del peso:

Baja ó 1: Alto requerimiento de personal y número de equipos, proceso complejo;

Media ó 3: Requerimiento medio de personal y número de equipos, proceso medianamente complejo;

Alta ó 5: Bajo requerimiento de personal y número de equipos, proceso sencillo.

Operatividad:

-

Corresponde a los requerimientos de sistemas de control ambiental en la tecnología para el manejo de corrientes residuales. La tecnología más favorable es aquella que no requiere sistemas de control de emisiones, efluentes o desechos. Se establecen tres categorías para la asignación del peso:

Baja ó 1: Alto requerimiento de control ambiental (para 3 corrientes generadas);

Media ó 3: Requerimiento medio de control ambiental (para al menos 1 ó 2 corrientes generadas);

Alta ó 5: No hay requerimientos de tratamiento de los desechos generados.

Requerimientos de sistemas de control ambiental:

-

Considera el tiempo de uso de la tecnología en el mercado internacional y su comprobada eficiencia a distintas escalas de funcionamiento. La tecnología más favorable es aquella que haya sido utilizada extensivamente con un éxito comprobado durante mucho tiempo. Se establecen tres categorías para la asignación del peso:

Baja ó 1: Menor de 5 años en el mercado internacional y poco usada;

Madurez de la tecnología:

Media ó 3: Entre 5-14 años en el mercado y medianamente usada;


Alta ó 5: Más de 15 años en el mercado y ampliamente usada.

-

Referida a la forma de instalación de las facilidades operacionales de la tecnología (si es modular o si se requiere ensamblar), espacio requerido, transporte, requerimiento de equipos especiales (grúas), facilidad para adquirir los insumos requeridos, entre otros. La tecnología más favorable es aquella que no requiera equipos especiales. Se establecen tres categorías para la asignación del peso:

Baja ó 1: Construcción compleja y alto requerimiento de espacio;

Media ó 3: Construcción medianamente compleja y requerimiento moderado de espacio;

Alta ó 5: Fácil construcción (modulares, fácil transporte) y poco requerimiento de espacio.

Facilidad de construcción y/o instalación:

-

Referida a la complejidad del mantenimiento: facilidad para realizarlo, equipos y repuestos empleados, recursos humanos (número de personas requerido, grado de instrucción y calidad del entrenamiento de los mantenedores), confiabilidad de los equipos utilizados por la opción, lo cual redundará en una tasa de falla menor. La tecnología más favorable es aquella que requiera el menor mantenimiento y que cuando se realice emplee equipos y repuestos de fácil adquisición, utilice la menor cantidad de personas y requiera el menor nivel de especialización del personal. Se establecen tres categorías para la asignación del peso:

Baja ó 1: Alta tasa de falla y de mantenimiento complejo. Alto requerimiento de personal y nivel de especialización para dar mantenimiento;

Media ó 3 Moderada tasa de falla y moderado mantenimiento. Requerimiento moderado de personal y nivel de especialización para dar mantenimiento;

Alta ó 5: Baja tasa de falla y de fácil mantenimiento. Bajo requerimiento de personal y nivel de especialización para dar mantenimiento.

Mantenibilidad:


- Requerimiento de pre-tratamiento de los desechos

Corresponde a la necesidad de realizar un tratamiento previo a los desechos y/o materiales recuperables antes de incorporarlos a la tecnología. La tecnología más favorable es aquella que no requiera pre-tratamiento de la corriente residual. Se establecen tres categorías para la asignación del peso:

Baja ó 1: Altos requerimientos de pre-tratamiento;

Media ó 3: Moderado requerimiento de pre-tratamiento;

Alta ó 5 Sin o mínimos requerimientos de pre-tratamiento.

:

• Servicios requeridos

Se refiere a la necesidad de emplear servicios básicos tales como: agua, energía eléctrica y vapor para el arranque y operación de la tecnología evaluada. La tecnología más favorable es aquella que no requiera o que sean mínimos los requerimientos de servicios. Los “servicios requeridos” constan de un solo elemento y puede ser evaluado como se describe seguidamente:

Baja ó 1: Alto requerimiento de servicios, tasa de falla y de mantenimiento complejo;

Media ó 3: Moderado requerimiento de servicios;

Alta ó 5 Bajo ó ningún requerimiento de servicios.

• Requerimiento de insumos y/o aditivos químicos

Este aspecto está relacionado a la necesidad que tiene una determinada tecnología de la utilización de ciertos insumos o aditivos químicos para poder funcionar adecuadamente. La tecnología más favorable es aquella que tenga un requerimiento mínimo o nulo de insumos y/o productos químicos. En el caso de que todas las tecnologías evaluadas tengan requerimientos de insumos, la más favorable será la que utilice el insumo con el menor costo en el mercado. Este aspecto puede ser evaluado de la siguiente manera:

Baja ó 1: Alto requerimiento de insumos y aditivos químicos;

Media ó 3: Moderado requerimiento de insumos y/o aditivos químicos;

Alta ó 5 Bajo ó ningún requerimiento de insumos y/o aditivos químicos.


En la Tabla 5.4.6 se presentan algunas tecnologías y el tipo de insumo que requieren las mismas.

TABLA 5.4.6. INSUMOS REQUERIDOS POR ALGUNAS TECNOLOGÍAS PARA EL TRATAMIENTO DE AFLUENTES Y DESECHOS SÓLIDOS.


b. Aspectos Ambientales

En este criterio se consideró el análisis del potencial de afectación relativa al ambiente que las tecnologías identificadas puedan contribuir en los componentes agua, aire y suelo, debido a la generación de efluentes, emisiones atmosféricas y residuos sólidos.

• Emisiones atmosféricas generadas por el uso de la tecnología y potencial impacto sobre el aire.

Referido a la potencialidad que tiene la tecnología de generar emisiones atmosféricas ya sea en forma de emisiones visibles, olores u otro tipo y que sean susceptibles de alterar la calidad del aire. Con este criterio se analizan dos aspectos asociados como son el potencial de generación de emisiones y el requerimiento de equipos de control:

-

La tecnología más favorable es aquella que no genera emisiones atmosféricas. Se establecieron los siguientes índices para ponderar este criterio:

Generación de emisiones:

INSUMOS

Proceso de Tratamiento C

loro

Ure

a

Fosf

ato

Dia

món

ico

Coa

gula

nte

Floc

ulan

te

Cal

hid

rata

da

(cal

viv

a)

Soda

Cáu

stic

a

Ácid

o (S

ulfú

rico

o C

lorh

ídric

o)

Mat

eria

O

rgán

ica

Neutralización x x Esparcimiento Bioremedación x x x X

DAF x x x x Centrifugación x x x x

Floculación x Coagulación x x x

Cloración x


Baja ó 1: Condición desfavorable, generan emisiones atmosféricas cuyo valor supera los límites establecidos por la legislación ambiental vigente;

Media ó 3: Medianamente favorable; generan emisiones atmosféricas que no superan valores establecidos por la legislación ambiental vigente;

Alta ó 5 Condición más favorable, la opción no genera emisiones atmosféricas.

-

En caso de existir emisiones atmosféricas, la tecnología más favorable será aquella que requiera del uso de equipos sencillos, disponibles en el país, de bajo costo y mantenimiento para su tratamiento. Se establecieron los siguientes índices para ponderar este criterio:

Baja ó 1: Requiere equipos especiales o de alto costo para el control de emisiones;

Media ó 3: Requiere equipos sencillos, de bajo costo y mantenimiento para el control de emisiones;

Alta ó 5 No requiere equipos de control de emisión.

Tratamiento de emisiones generadas:

• Vertidos líquidos generados por el uso de la tecnología y potencial impacto sobre cuerpos de agua

Referido a la potencialidad de la tecnología de generar efluentes líquidos considerando su volumen, frecuencia, características, conjuntamente con el potencial de alteración de la calidad de cuerpos de agua cercanos donde sea descargado el efluente. Los elementos de vertidos líquidos se describen seguidamente:

-

La tecnología más favorable es aquella que no genera efluentes. Se establecieron los siguientes índices para ponderar este criterio:

Baja ó 1: Condición desfavorable, se generan efluentes líquidos cuya composición supera los límites establecidos en la legislación ambiental vigente;

Media ó 3: Condición medianamente favorable, se generan efluentes líquidos cuya composición es inferior a la establecida por la legislación vigente;

Generación de vertidos líquidos:


Alta ó 5: Condición más favorable, la opción no genera efluentes líquidos.

-

En caso de haber vertidos líquidos, la tecnología más favorable será aquella que requiera del uso de equipos sencillos, disponibles en el país, de bajo costo y mantenimiento para su tratamiento. Se establecieron los siguientes índices para ponderar este criterio:

Baja ó 1: Condición desfavorable, se requiere de tratamientos especiales o de costos elevados para el tratamiento del vertido líquido;

Media ó 3: Condición medianamente favorable, pueden ser manejados con facilidad en la PTEI;

Alta ó 5: Condición más favorable, la opción no requiere de sistemas de tratamiento de aguas.

Tratamiento de vertidos líquidos generados:

• Desechos generados por el uso de la opción y potencial impacto sobre el ambiente

Referido a la posibilidad o no, que tiene la tecnología de generar desechos sólidos, así como el potencial de peligrosidad que representan los mismos. El criterio considera la posibilidad de afectación que los desechos pudieran tener sobre las condiciones ambientales donde se implanten. Se consideran como elementos claves: la tasa de generación, frecuencia, características de peligrosidad y clase de riesgo.

-

La tecnología más favorable es aquella que no genera desechos. Se establecieron los siguientes índices para ponderar este criterio:

Baja ó 1: Condición desfavorable; alta generación de desechos, con alto potencial de peligrosidad;

Media ó 3: Condición medianamente favorable; hay baja generación de desechos, con un bajo potencial de peligrosidad;

Alta ó 5: Condición más favorable, la opción no genera desechos.

Generación de desechos:


-

En caso de haber producción de desechos sólidos, la tecnología más favorable será aquella que requiera del uso de equipos sencillos, disponibles en el país, de bajo costo y mantenimiento para su tratamiento. Se establecieron los siguientes índices para ponderar este criterio:

Baja ó 1: Condición desfavorable, se requieren equipos o sistemas especiales o de alto costo para su tratamiento;

Media ó 3: Condición medianamente favorable, se requieren equipos sencillos y de bajo costo para su tratamiento;

Alta ó 5: No requiere de sistemas de tratamiento y no tienen impacto sobre el suelo.

Manejo de desechos generados:

c. Aspectos Económicos

En este criterio se consideran los costos requeridos por inversión de la tecnología (diseño y construcción), los costos de operación y mantenimiento que requerirá la misma y los costos de transporte. La tecnología más favorable desde el punto de vista económico, es aquella que tenga los menores costos de inversión, menores costos de operación y mantenimiento.

5.4.3. EVALUACIÓN Y SELECCIÓN FINAL DE TECNOLOGÍAS

Una vez que se conocen las tecnologías disponibles para el tratamiento completo del efluente y se han establecido criterios claros para la evaluación de las mismas, se procede a elaborar la matriz ponderada de multicriterios. Se analiza cada tecnología y se le asigna una calificación de acuerdo a cada uno de los aspectos, la tecnología que obtenga el mayor puntaje, será la elegida para el tratamiento de dicho efluente.

Empresas Y&V cuenta con una hoja de Excel denominada “Matriz de evaluación de tecnologías” (C-ZZZ-XXXX). Esta hoja fue diseñada con los criterios establecidos en la sección 4.3.2, a los cuales se les asignó una ponderación porcentual tal como se muestra en la Tabla 5.4.7.

Sin embargo, dichos pesos porcentuales pueden ser modificados, ya que los mismos deben ser definidos en conjunto con el cliente al momento de iniciar el proyecto. Finalmente, sólo es necesario rellenar los campos donde se califica cada categoría y la hoja arroja automáticamente la evaluación para cada una de ellas.


TABLA 5.4.7 PESOS PORCENTUALES ASIGNADOS A LAS CATEGORÍAS QUE CONFORMAN LA MATRIZ DE EVALUACIÓN DE TECNOLOGÍAS.


5.5. ELABORACIÓN DEL DIAGRAMA DE BLOQUES DEL PROCESO (DBP)

Una vez que se tienen seleccionadas las tecnologías a utilizar, es recomendable elaborar un diagrama de bloque que contenga todos los procesos de tratamiento seleccionados y dispuestos en el orden adecuado, las corrientes de entrada y salida del sistema y una breve descripción de las características principales de las corrientes involucradas en el tren de tratamiento.

Es común utilizar el diagrama de bloques de proceso como una ilustración esquemática de los procesos generales dentro de la planta. Los bloques o rectángulos son usados para representar las operaciones unitarias principales.

Criterios de Evaluación Ponderación %

Aspectos Técnicos 35 Eficiencia 20 % Reducción del volumen de desecho 25 Capacidad de manejo de volúmenes de desecho

generados 35

Diversidad de manejo de desechos 40 Complejidad 50 Operatividad 20 Requerimientos del sistema de control 10 Madurez de la tecnología 10 Facilidades de construcción y/o instalación 20 Mantenibilidad 20 Requerimientos de pretratamiento de los desechos 20 Servicios requeridos 15 Requerimiento de insumos y/o aditivos químicos 15 Aspectos Ambientales 35 Emisiones a la atmósfera generadas por el uso de la

tecnología y potencial impacto sobre la calidad del aire 35

Generación de emisiones 60 Control de emisiones 40 Vertidos líquidos generados por el uso de la tecnología y

potencial de impacto sobre cuerpos de agua 30

Generación de vertidos líquidos 60 Control de vertidos líquidos 40 Desechos generados por el uso de la tecnología y

potencial de impacto sobre el suelo 35

Generación de desechos 60 Manejo de desechos generados 40 Aspectos Económicos 30


Los mismos se encuentran conectados por líneas rectas que representan las corrientes de proceso entre dichas unidades. Estas corrientes pueden ser una mezcla de líquidos, gases y sólidos que fluyen a través de tuberías o que pueden ser trasladados por medio de cintas transportadoras.

Con el fin de preparar un diagrama de bloque claro y sencillo de comprender, se deben seguir las normas que se listan a continuación:

- Las operaciones unitarias como mezcladores, separadores, reactores, columnas de destilación e intercambiadores de calor son usualmente denotadas como un bloque simple o rectángulo;

- Grupos de varias operaciones unitarias pueden ser denotadas como un bloque único;

- Las corrientes de proceso que entran y salen de los bloques deben ser representadas con líneas rectas horizontales o verticales;

- La dirección del flujo de cada operación unitaria debe estar claramente indicada con flechas;

- Las corrientes de procesos deben ser numeradas secuencialmente en un orden lógico;

- Los bloques representando operaciones unitarias deben estar identificados con el nombre de dicha operación;

- En lo posible, el diagrama debe ser organizado de manera que las corrientes de proceso fluyan de izquierda a derecha.

El documento C-PC-04P “Diagramas de Bloques de Procesos” contiene el procedimiento para la elaboración del diagrama de bloques de un proceso según Empresas Y&V.

5.6. ELABORACIÓN DEL BALANCE DE MASA

Con la información proporcionada por el cliente acerca del caudal de efluente a tratar y sus características; las bases y criterios de diseño del proyecto, la normativa legal y el funcionamiento y rendimiento de las tecnologías de tratamiento seleccionado, se debe elaborar un balance de masa preliminar del proceso global.

Este balance debe estar hecho tanto para condiciones de operación en caso normal como en caso de flujo máximo y mínimo. Debe incluir identificación de todas las corrientes, flujos másicos y volumétricos, constituyentes, estado físico, condiciones de operación (temperatura y presión) y propiedades de los fluidos (viscosidad, densidad, etc.) en las unidades establecidas al inicio del proyecto.


Para esto, Empresas Y&V cuenta con el documento C-PC-08P “Elaboración de Balance de Masa y Energía” el cual comprende desde la recopilación de la información necesaria para realizar el documento hasta su emisión final.

5.7. ELABORACIÓN DE DIAGRAMAS COMPLEMENTARIOS

5.7.1. DIAGRAMA DE FLUJO DE PROCESO (DFP)

El diagrama de flujo de proceso o DFP es una representación esquemática usada comúnmente en ingeniería, para indicar el flujo general de la planta de procesos y los equipos principales que la conforman. Este tipo de diagrama muestra la relación existente entre los equipos mayores, las condiciones de operación normal y de control básico y los efluentes emanados del proceso, sin embargo, no muestra tanto detalle en lo referente a unidades menores, tuberías, etc.

Un DFP debe incluir:

- Símbolos de equipos mayores con sus respectivos nombres y códigos de identificación;

- Líneas principales de proceso con su composición, fase, flujo másico y volumétrico, presión y temperatura.

- Balance de masa;

- Válvulas que afecten la operación del sistema;

- Interconexiones con otros sistemas;

- Líneas principales de recirculación;

- Operación del sistema a condiciones de flujo normal, máximo y mínimo así como condiciones de presión y temperatura;

- Especificaciones de los equipos, una vez que se hayan diseñado.

Las reglas y símbolos utilizados para su elaboración varían de acuerdo a los estándares utilizados, algunos de los que se encuentran disponibles son:

- PIP PIC001. “Piping and Instrumentation Diagram Documentation Criteria”;

- Norma PDVSA L – TP 1.1 “Preparación de Diagramas de Procesos” (2009);

Empresas Y&V cuenta con el documento C-PC-05P “Elaboración de Diagrama de Flujo de Procesos (DFP)” el cual contiene el procedimiento para realizar el DFP de acuerdo a los lineamientos de calidad de la compañía.


5.7.2. DIAGRAMA DE FLUJO DE INSTRUMENTACIÓN Y TUBERÍAS (DTI)

Los diagramas de tuberías e instrumentación o DTI son una ilustración esquemática de la relación funcional entre las tuberías, la instrumentación y los equipos y componentes que conforman el sistema. Los DTI tienen un nivel de detalle mayor al de DFP, puesto que incluye los detalles del proceso, líneas principales, secundarias y servicios requeridos para la operación normal, el arranque y parada, y operaciones especiales seguras como por ejemplo paradas de emergencia, despresurización de la planta, activación de catalizadores, etc.

En este diagrama también se incorporan la información de detalle mecánico de los equipos, tuberías (material, aislamiento) y válvulas, así como toda la instrumentación asociada al proceso que garantice la operación segura de la planta. En la fase de ingeniería de detalle, estos diagramas requieren de un alto grado de precisión e información, ya que constituyen la guía para las actividades de ingeniería, procura y construcción de la planta.

Algunos de los puntos que debe incluir este diagrama son:

- Instrumentación y su nomenclatura correspondiente;

- Equipos mecánicos con sus nombres y códigos de identificación;

- Todas las válvulas y su identificación;

- Todas las tuberías de procesos, con su tamaño e identificación;

- Elementos misceláneos como: ductos de ventilación, drenajes, constrictores de tuberías, etc.;

- Dirección del flujo;

- Referencias a interconexiones;

- Entradas y salidas de los lazos de control.

Empresas Y&V consta del documento C-PC-06P “Elaboración de Diagrama de Tuberías e Instrumentación (DTI)” que contiene toda la información necesaria para la elaboración adecuada de este tipo de diagrama.

Si se trabaja con proyectos relacionados con PDVSA, se recomienda consultar las siguientes normas:

- Norma PDVSA L – TP 1.1 “Preparación de Diagramas de Procesos” (2009);

- Norma PDVSA L – TP 1.3 “Identificación y Numeración de Tuberías”;


- Norma PDVSA L – TP 1.10 “Emisión de Diagramas de Tuberías e Instrumentación”.

5.8. DIMENSIONAMIENTO DE LOS EQUIPOS

Para el dimensionamiento de los equipos del tren de tratamiento, Empresas Y&V cuenta con hojas en Excel, cuyo procedimiento de cálculo se explica en esta sección. La codificación de estas hojas se encuentra en los “Documentos de Referencia” listados al final de este documento.

A fin de definir la temperatura y la presión de diseño de todos equipos, se hizo uso de los criterios establecidos en la Norma PDVSA MDP-01-DP-10 “Temperatura y Presión de diseño”. Los mismos se presentan en las Tabla 5.8.1 y Tabla 5.8.2.

TABLA 5.8.1 TEMPERATURA DE DISEÑO.

Temperatura de operación, T °F

Temperatura de diseño, Td °F

T < 0 T – 30 0 < T < 750 T + 50

T > 750 T Fuente: Norma PDVSA MDP – 01 – DP – 01.

TABLA 5.8.2 PRESIÓN DE DISEÑO.

Presión de operación, P [psi]

Presión de diseño, Pd [psi]

P < 35 50 35 < P < 250 Pd + 25 psi 250 < P < 580 Pd + 10%

580 < P < 1160 Pd + 58 psi P > 1160 Pd + 5%

Fuente: Norma PDVSA MDP – 01 – DP – 01.

El resto de los cálculos individuales de cada equipo se presentan a continuación.

5.8.1. FOSA DE ACUMULACIÓN PREVIA “SURGE POND”

5.8.1.1. DATOS NECESARIOS

La fosa de acumulación está diseñada de manera tal que pueda contener todo el volumen de agua residual a tratar proveniente de la


planta (incluso en condiciones de caudal máximo), como el agua de lluvia recolectada en la zona. Como datos iniciales se requiere:



• Flujo total de entrada del afluente, Qin;

• Área superficial de la planta servida del sistema de drenajes para el agua de lluvia, Asp;

• Tipo de superficie donde está ubicada la planta (asfalto, concreto, etc.) ;

• Registro pluviométrico anual de la región donde está ubicada la planta, Rp, es decir, la cantidad de agua de lluvia por unidad de superficie que cae anualmente en la zona.

A su vez, también es necesario establecer ciertos criterios de diseño para el procedimiento de cálculo:

• Tiempo de acumulación de agua de lluvia, tA

Corresponde al tiempo durante el cual el agua de lluvia escurre por el área superficial de la planta y es recolectada por el sistema de drenajes de la misma para luego ser llevada a la fosa de recolección para ser tratada con el resto de los efluentes. Este tiempo por lo general se encuentra entre los 3 y los 5 min.

• Factor de diseño, F

Puede ser expresado tanto en forma de porcentaje como en forma de factor multiplicativo. El mismo funciona como factor de seguridad para el dimensionamiento del volumen final de la fosa. Su valor depende de las condiciones de diseño y los requisitos del cliente.

5.8.1.2. DIMENSIONAMIENTO

a. Coeficiente de impermeabilidad del suelo, I

Se refiere a la capacidad de adsorción de agua que tiene el suelo, la cual depende del material del que esté constituido el mismo. Materiales con coeficientes cuyo valor es cercano a 1, tienen un alto nivel de impermeabilidad por lo que el agua de lluvia, al caer, desliza sobre la superficie en vez de percolar a través de la misma. En la Tabla 5.8.3 se


presentan algunos de estos coeficientes para su respectivo tipo de superficie.

TABLA 5.8.3 COEFICIENTE DE IMPERMEABILIDAD DEL SUELO.

Descripción Mínimo Máximo Promedio Industria liviana 0,5 0,8 0,65 Industria pesada 0,6 0,9 0,75

Pavimento de ladrillo 0,7 0,85 0,78 Pavimento de asfalto o

concreto 0,7 0,95 0,83

Fuente: Hicks, 2004.

b. Tasa de lluvia por hora, RL

Se refiere a la altura de agua de lluvia acumulada por hora. Para obtenerla, simplemente se convierte el valor del registro anual (milímetros o pulgadas de lluvia al año) de forma tal que se obtenga la altura de agua acumulada por hora, tal como se muestra en la Ecuación 5.8.1.

díahorasR

RL p

8760= (5.8.1)

c. Caudal de agua de lluvia, QL

Para obtener este valor se empleó el Método Racional el cual utiliza la siguiente relación:

IRLAQ spL ⋅⋅= (5.8.2)

Donde QL es caudal de agua de lluvia [ft3/s], Asp es el área de la planta servida por la red de drenajes [acres], I es el coeficiente de impermeabilidad del suelo y RL es la tasa de lluvia por hora [in/h].

d. Volumen de agua de lluvia, VL

Este valor viene dado por el caudal de lluvia y el tiempo de acumulación de la misma, tal como se expresa a continuación:

ALL tQV ⋅= (5.8.3)


e. Volumen de agua residual de la planta, VWW

Por niveles de seguridad, la fosa debería tener la capacidad de almacenar por lo menos 1 día del volumen de agua producida por la planta de procesos. Dicho volumen de agua se calcula según:

díaQV inww 1⋅= (5.8.4)

f. Volumen de la Fosa, V

El volumen total de la fosa es el resultante de la sumatoria de los volúmenes de agua residual y agua de lluvia y la contribución del factor de diseño.

FVVV wwL ⋅+= )( (5.8.5)

5.8.2. SEPARADOR API


Para el dimensionamiento del separador API será necesario contar con la siguiente información:






• Viscosidad absoluta del agua a la temperatura de operación, μw;

• Radio equivalente promedio de las gotas de hidrocarburos, ro.

Además, es necesario establecer ciertos criterios de diseño los cuales son requeridos para el procedimiento de cálculo:

• Profundidad del separador, D

Para que los equipos mecánicos no originen muchas perturbaciones sobre el proceso, la profundidad del tanque debe estar comprendida en el rango de 3 a 8 ft (0,91 a 2,44 m).


• Ancho de canal, Wc

El ancho del canal queda limitado entre 6 y 20 ft (1,83 y 6,10 m).

• Factor de corto circuito, Fcc

Este parámetro se puede asignar con libertad en la Hoja de Cálculo. Sin embargo, la literatura recomienda un valor de 1,2.

• Relación Profundidad – Ancho de canal (D/Wc)

El cociente de la profundidad con respecto al ancho de canal debe estar comprendido entre 0,3 y 0,5.

• Relación Largo – Ancho (L/Wc)

Para garantizar una buena separación, se recomienda que el cociente entre el largo y el ancho del canal sea igual o superior a 5.


a. Velocidad de ascenso de las gotas de hidrocarburo, vas

Para el cálculo de este parámetro, se puede utilizar la Ley de Stokes (Ecuación 5.8.6).

w

owoas

grv

µρρ

9)(2 2 −

= (5.8.6)

Donde vas es la velocidad de ascenso de las gotas de aceite y g es la aceleración de la gravedad; o la ecuación establecida en la Norma PDVSA MDP – 09 – EF – 05 “Diseño Conceptual de Tecnologías de Control de Efluentes” (Ecuación 5.8.7):

w

owas

SSv

µ)(0241,0 −

= (5.8.7)

Donde Sw y So son la gravedad específica del agua y del hidrocarburo respectivamente. En esta ecuación se asume que el diámetro promedio de la gota de hidrocarburo es 0,0015 cm.

b. Velocidad horizontal, vh

Este valor viene dado por la Ecuación 5.8.8. Si vh > 3 ft/ min (0,01524 m/s), entonces se obvia el valor arrojado por la ecuación y se utiliza como velocidad horizontal 3 ft/min.


ash vv 15= (5.8.8)

c. Factor de turbulencia, FT

Este factor, el cual se calcula a partir de la Ecuación 5.8.9, representa los efectos de la turbulencia sobre el comportamiento hidráulico ideal.

013,1)(022,0 += ashT vvF (5.8.9)

(R2 = 0,983)

Para la obtención de dicha ecuación, primero se graficaron (Figura 5.8.1) los datos proporcionados por la Norma PDVSA MDP – 09 – EF – 05 “Diseño Conceptual de Tecnologías de Control de Efluentes” , los cuales se presentan en la Tabla 5.8.4., y luego se realizó un ajuste a la línea de tendencia descrita por los mismos.

TABLA 5.8.4 VALORES PARA EL FACTOR DE TURBULENCIA DE ACUERDO A LA RELACIÓN vh/vas.

vh/vas FT 3 1,07 6 1,14

10 1,27 15 1,37 20 1,45

Fuente: Norma PDVSA MDP – 09 – EF – 05

FIGURA 5.8.1. FACTOR DE TURBULENCIA (FT) EN FUNCIÓN DE LA RELACIÓN vh/vas.

FT = 0.0228 vh/vas + 1.0137R2 = 0.9833

0.95

1.05

1.15

1.25

1.35

1.45

1.55

0.0 5.0 10.0 15.0 20.0 25.0vh/vas

FT

Fuente: Elaboración propia a partir de Tabla 5.8.4.


d. Factor de diseño, F

Este factor toma en cuenta los efectos de corto circuito (Fcc) y turbulencia (FT) que afectan el comportamiento hidráulico y lo desvían de la idealidad. El mismo se determina a partir de la Ecuación 5.8.10:

ccT FFF ⋅= (5.8.10)

e. Área superficial mínima, As

El área horizontal o superficial mínima viene expresada por la siguiente relación:

)( asins vQFA ⋅= (5.8.11)

Donde Qin es caudal de entrada a la unidad.

f. Área transversal, At

El área transversal de la unidad viene expresada como:

hint vQA = (5.8.12)

g. Número de canales, Nc

Dicho valor se obtiene a partir de:

)( DWAN ctc ⋅= (5.8.13)

h. Profundidad definitiva del canal, Dc

La profundidad del canal viene dada por la siguiente expresión:

)( cctc NWAD ⋅= (5.8.14)

Es importante verificar que con este valor de profundidad la relación profundidad – ancho (D/W) se siga manteniendo entre 0,3 y 0,5.

i. Longitud de canal, Lc

La longitud del canal del separador viene dada por la expresión que se presenta a continuación:

)( ashc vvDFL ⋅⋅= (5.8.15)


j. Altura de salida del líquido, H

La altura sobre el vertedero puede ser obtenida de dos maneras. La primera es a través de la Ecuación de Francis:

−

+⋅=

gv

gv

LAQH hh

ch 2218381 2

3/22/32

(5.8.16)

La segunda, corresponde a la simplificación de la Ecuación de Francis presentada en la Norma PDVSA MDP – 09 – EF – 05 “Diseño Conceptual de Tecnologías de Control de Efluentes”, la cual resulta en la siguiente expresión:

3/2

212,0

⋅=

h

c

ALQ

H (5.8.17)

5.8.3. SEPARADOR DE PLACAS CORRUGADAS (CPI)


Antes de iniciar con los cálculos para dimensionar el separador CPI, es imprescindible disponer de la siguiente información:



• Flujo de agua, Qin;


• Radio equivalente promedio de las gotas de hidrocarburos, ro;


• Viscosidad absoluta del agua a la temperatura de operación, μw; o viscosidad cinemática, νw.

Además, es necesario establecer ciertos criterios de diseño en cuanto a las dimensiones de las placas corrugadas. Los valores para el ancho, WP, largo, LP y espesor, eP son obtenidos por parte de los proveedores. Sin embargo, los mismos no deben ser mayores que 2 m para WP y LP y 1 cm para eP.


• Dimensiones de la placa

El tamaño del separador está estrechamente relacionado con las dimensiones de las placas corrugadas que se vayan a utilizar.

• Inclinación de las placas, θP

El ángulo de inclinación varía entre 45 y 60° de acuerdo a la mayoría de los modelos comerciales y a las especificaciones de la Norma PDVSA MDP – 09 – EF – 03 ”Sistemas de Control de Efluentes”.

• Separación entre las placas, sP

La separación entre las placas por lo general oscila entre los 2 y 5 cm.


a. Velocidad crítica de sedimentación, vsc

La velocidad de sedimentación crítica (Ecuación 5.8.18) es la velocidad mínima necesaria para que el fluido que atraviesa el separador resuspenda los sólidos depositados en el fondo.

( )5,0

18

−=

f

oosc F

Sdgv

β (5.8.18)

Donde β es una constante cuyo valor es 0,06 por tratarse de un material no uniforme, do es el diámetro de las gotas de hidrocarburos y Ff es el factor de fricción de Weisbach – Darcy, cuyo valor se tomará como 0,03 por tratarse de un flujo laminar.

b. Velocidad entre las placas, vP

La teoría que sustenta el proceso de sedimentación laminar se basa en la siguiente relación:

w

P

sc

P

PPP s

vs

sLv

νθα

θ2058.0

cos

tan

+⋅⋅

+= (5.8.19)

Donde vP es la velocidad de desplazamiento entre las placas [cm/s], vsc es la velocidad crítica de sedimentación [cm/s], LP es la longitud de


placa [cm], sP es la separación entre las placas [cm], νw es la viscosidad cinemática del agua [cm2/s] y α es una constante cuyo valor es 1,3 para el flujo laminar entre las placas.

c. Verificación del número de Reynolds, Re

Debido a que para el cálculo de la velocidad de desplazamiento del fluido entre las placas se requiere el uso de una constante, cuyo valor es sólo válido para el caso de flujo laminar, es necesario comprobar que el fluido se encuentre en dicho estado, por lo cual el número de Reynolds debe estar comprendido entre 400 y 1600.

w

PPe

svRν⋅

= (5.8.20)

d. Área Superficial, As

El área superficial de la unidad se puede determinar de acuerdo a la siguiente expresión:

Pins vQA = (5.8.21)

e. Número de placas, NP

La cantidad de placas dentro del separador viene dada por:

)( PP

sP esW

senAN

+⋅⋅

=θ

(5.8.22)

El valor de W, el cual representa el ancho de la zona de sedimentación, será fijado tomando como referencia los anchos de las placas comerciales, WP.

f. Longitud del separador, L

Por último, la longitud de la unidad se puede obtener según:

WA

L s= (5.8.23)


5.8.4. SISTEMA DE FLOTACIÓN POR AIRE DISUELTO (DAF)


Para el dimensionamiento del sistema de flotación por aire disuelto (DAF) será necesario contar con la siguiente información:




• Concentración de sólidos suspendidos en la entrada, CS in;

• Concentración de sólidos suspendidos en la salida, CS out;

• Concentración de hidrocarburos en la entrada, Co in;

• Concentración de hidrocarburos en la salida, Co out;

• Tasa de producción de lodo por cantidad de coagulante agregado, CL;

• Presión manométrica del tanque presurizado, Pman;

• Dosis de coagulante, Cg;

• Porcentaje de sólidos en el lodo, %S lodo.

El valor para la presión manométrica del tanque presurizado, por lo general, se fija entre 40 y 60 psig (275 414 kPaman).

Por otra parte, es necesario realizar pruebas de laboratorio con el efluente que se desea tratar para poder determinar la dosis de coagulante óptima, Cg, y los parámetros: CS out, Co out, %S lodo.

Además, es necesario establecer ciertos criterios de diseño los cuales son requeridos para el procedimiento de cálculo:

• Factor de eficiencia, FE

Se refiere al nivel de eficiencia que tiene el equipo en cuanto a la remoción tanto de hidrocarburos como de sólidos suspendidos. El valor de FE varía entre 0,5 y 0,8.


• Tiempo de retención en el tanque presurizado, tr pres

Este valor se refiere a la cantidad de tiempo que debe permanecer cierto volumen de agua para que se alcance la concentración deseada de aire disuelto en la misma. Por lo general, dicho valor es obtenido experimentalmente a través de pruebas de laboratorio, sin embargo, el mismo oscila entre 1 y 3 min.

• Tiempo de retención en el tanque de floculación, tr floc

El período de retención en el tanque de floculación es el tiempo necesario para que el coagulante ejerza su función y propiciando la formación de partículas lo suficientemente grandes como para que puedan ser arrastradas por las burbujas de aire hacia la superficie o para que sedimenten por su propio peso. Este tiempo usualmente se determina experimentalmente, sin embargo, por lo general se encuentra entre los 5 y los 15 min.

• Tiempo de retención en el tanque de flotación, tr flot

Al igual que el caso anterior, este valor se obtiene a partir de estudios previos sobre el efluente y comúnmente varía entre 20 y 40 min. El tiempo de retención dentro de este tanque representa el tiempo necesario para lograr una separación óptima, es decir, obtener un efluente lo suficientemente clarificado para continuar el tren de tratamiento, sin tener que contar con equipos excesivamente grandes para compensar mayores tiempos de retención.


a. Relación aire / sólido, ma/mS.

Representa el factor más importante en la eficiencia de la flotación, y depende del tipo de efluente a tratar. Se refiere a la masa de aire liberado en la despresurización por masa de sólidos presentes en el afluente, y puede afectar el proceso de flotación, por cuanto influye en la concentración final de sólidos o aceites en el efluente, así como en la velocidad de ascenso de éstos.

La Norma PDVSA MDP – 09 – EF – 05 proporciona una serie de datos (Tabla 5.8.5) que representan la variación de la relación ma/mS en función de la concentración de sólidos suspendidos en el efluente, CS out.


TABLA 5.8.5. RELACIÓN ma/ms EN FUNCIÓN DE LA CONCENTRACIÓN DE SÓLIDOS SUSPENDIDOS EN EL EFLUENTE.

CS out [mg/L] ma/mS 12,5 0,068 16,0 0,050 15,0 0,055 20,0 0,030 25,0 0,022 30,0 0,019 40,0 0,015 50,0 0,013

Fuente: Norma PDVSA MDP – 09 – EF – 05.

A partir del gráfico realizado (Figura 5.8.2), se obtuvo un par de correlaciones. La Ecuación 5.8.24a es válida cuando la concentración de sólidos suspendidos en el efluente, CS out, oscila entre 12,5 y 20 mg/L; mientras que la Ecuación 5.8.24b es válida para cuando CS out está entre 20 y 50 mg/L.

13,0005,0 +⋅−= SoutS

a Cmm (5.8.24a)

061,0002,010.2 25 +⋅−⋅= −SoutSout

S

a CCmm (5.8.24b)

FIGURA 5.8.2. VALORES PARA ma/ms EN FUNCIÓN DE Cs out

ma/mS = -2E-18.Cs out2 - 0.005.Cs out + 0.13

R2 = 1

ma/mS = 2E-05.Cs out2 - 0.0021.Cs out + 0.0619

R2 = 0.9734

-0.02

0

0.02

0.04

0.06

0.08

0 10 20 30 40 50 60CS out [mg/L]

ma/

mS



b. Tasa de desbordamiento superficial, Ts

Como criterio de diseño este valor se encuentra comprendido entre 1 y 4 gpm/ft2 [59 y 235 m3/(m2.d)].

La tasa de desbordamiento se puede determinar a partir de las correlaciones presentadas en las Ecuaciones 5.8.25a y 5.8.25b, las cuales son válidas cuando Co out está entre 14 y 23 mg/L para el primer caso, y 23 y 37,5 mg/L para el segundo.

297,8949,002,0 −⋅+⋅−= ooutoout CCTs (5.8.25a)

(R2 = 0,990)

065,2044,00002,0 2 +⋅+⋅−= ooutoout CCTs (5.8.25b)

(R2 = 1)

Dichas correlaciones fueron obtenidas al graficar (Figura 5.8.3) los valores de la Tabla 5.8.6 y hacer los ajustes correspondientes.

FIGURA 5.8.3. Ts EN FUNCIÓN DE Co out

Ts = -0.02.Co out2 + 0.949.Co out - 8.2978

R2 = 0.9906

Ts = -0.0002.Co out2 + 0.0444.Co out + 2.0653R2 = 1

00.5

11.5

22.5

33.5

4

10 15 20 25 30 35 40Co out [mg/L]

Ts, g

pm/f

t 2



TABLA 5.8.6. TASA DE DESBORDAMIENTO SUPERFICIAL EN FUNCIÓN DE LA CONCENTRACIÓN DE HIDROCARBUROS EN EL EFLUENTE.

Ts [gpm/ft2] Co out [mg/L] 0,70 14,0 1,00 14,0 1,50 15,0 2,00 16,5 2,60 20,0 3,00 23,0 3,25 30,0 3,50 37,5

Fuente: Norma PDVSA MDP – 09 – EF – 05.

c. Solubilidad del aire, Cs

La solubilidad del aire en el agua es un factor que depende de la temperatura. Se calcula a partir de la Ecuación 5.8.26, la cual se obtuvo a partir del ajuste hecho a la gráfica (Figura 5.8.4) derivada de los datos de la Tabla 5.8.7.

80,58880,0007,010.310.4 23548 +−⋅+⋅−⋅= −− TTTTCs (5.8.26)

(R2 = 0,999)

TABLA 5.8.7. SOLUBILIDAD DEL AIRE EN AGUA A DIFERENTES TEMPERATURAS (P=Patm).

T [°F] Cs [mg/L] 32 37,2 50 29,3 68 24,3 86 20,9 104 18,5 122 17,0 140 15,9 158 15,3 176 15,0 194 14,9 212 15,0

Fuente: Norma PDVSA MDP – 09 – EF – 05 “Diseño Conceptual de Tecnologías de Control de Efluentes”


FIGURA 5.8.4. SOLUBILIDAD DEL AIRE, Cs, EN FUNCIÓN DE LA TEMPERATURA, T A PRESIÓN ATMOSFÉRICA (1 atm).

Cs = 4E-08Ta4 - 3E-05Ta3 + 0.0072Ta2 - 0.8808Ta + 58.802R2 = 0.9998

101520253035404550

0 50 100 150 200 250Ta [°F]

Cs

[mg/

L]


d. Caudal de reciclo, QR

El caudal de recirculación o reciclo viene definido por la siguiente expresión:

−

+⋅⋅

⋅⋅=

117,14man

E

SoutinSaR PFCs

CQmmQ (5.8.27)

Donde QR es el caudal de reciclo [gpm], ma/mS es la relación aire/sólido, Qin es el caudal del afluente [gpm], Cs es la solubilidad del aire, CS out es la concentración de sólidos suspendidos en el efluente [mg/L] y Pman es la presión manométrica en el tanque presurizado [psig]. FE es el factor de eficiencia de la disolución del aire en el agua, el cual varía entre 0,5 y 0,8.

e. Porcentaje de reciclo, %R

Éste se determina por:

100% ⋅

=

in

RR Q

Q (5.8.28)

Normalmente, el reciclo varía entre 30 y 40%, pero pueden aceptarse reciclos por encima del 15%.


f. Área superficial del tanque de flotación, As flot

El cálculo del área superficial requerida en el tanque de flotación sería según:

TsQQ

A Rnisflot

+= (5.8.29)

g. Volumen del tanque de flotación, Vflot

El volumen del tanque de flotación sería según:

( ) flotrRniflot tQQV ⋅+= (5.8.30)

h. Profundidad del tanque de flotación, Dflot

Una vez obtenido el volumen y el área superficial del tanque, la profundidad del mismo será:

sflot

flotflot A

VD = (5.8.31)

i. Volumen del tanque presurizado, Vpres

Se tiene que:

presrRpres tQV ⋅= (5.8.32)

j. Volumen del tanque de floculación, Vfloc

Este parámetro se obtiene por:

( ) flocrinRfloc tQQV ⋅+= (5.8.33)

k. Flujo másico de lodo (sólidos suspendidos), mlodoS

El lodo producido por los sólidos suspendidos contenidos en el afluente, tiene un flujo másico, que se puede obtener mediante la siguiente expresión:

inSoutSinlodoS QCCm ⋅−= )( (5.8.34)


l. Flujo másico de lodo (coagulante), mlodoC

La masa de coagulante agregada al afluente también produce una cantidad significante de lodo que se determina mediante la expresión presentada a continuación:

inlodoC QCLCgm ⋅⋅= (5.8.35)

m. Flujo másico de lodo (total), mlodo

El flujo másico total de lodo producido por la unidad sería la sumatoria del lodo proveniente de la remoción los sólidos suspendidos y del producido por el coagulante.

lodoClodoSlodo mmm += (5.8.36)

n. Caudal de lodo, Qlodo

Tomando como referencia el porcentaje en peso de sólidos contenido en el lodo se puede determinar el caudal de producción del mismo, tal como lo expresa la Ecuación 5.8.37.

100%

⋅=lodoS

lodolodo

mQ (5.8.37)

5.8.5. SISTEMA DE AERACIÓN


En caso del dimensionamiento del sistema de aeración será necesario contar con la siguiente información:




• Demanda biológica de oxígeno en la entrada, DBOin;

• Demanda biológica de oxígeno a la salida, DBOout.

Por otra parte, también es importante establecer ciertos criterios de diseño requeridos durante el procedimiento de cálculo:



Éste se refiere al tiempo que debe permanecer cierto volumen del fluido tratado dentro del aerador, para lograr reducir la demanda biológica de oxígeno (DBO) hasta el nivel deseado. En la mayoría de los casos, el tiempo de retención es determinado de manera experimental, ya que el mismo puede variar considerablemente según las características del afluente y el tipo de aeración que se elija.

Los dos tipos de aeración más utilizados son la convencional y la de mezcla completa, cuyos tiempos de retención son 4 – 8 h y 3 – 5 h respectivamente.

• Profundidad o nivel de agua en el tanque, Dw

El nivel de agua en el tanque debe oscilar entre 6 y 15 ft (1,83 y 4,57 m) de profundidad.

• Relación Ancho / Profundidad del tanque, (W/D)

Para garantizar buenas condiciones de mezcla, la relación W/D debe estar entre 1,5 y 2.


Se refiere a la distancia entre el nivel normal del líquido y el tope del tanque. Esta altura adicional depende del tipo de aerador que se escoja para el tanque. Para el caso de los aeradores de superficie, se recomienda que la altura adicional no sea menor a 3 ft (0,91 m), en cambio, para los de difusión se recomienda un valor estándar de 18 in (0,46 m).

• Porcentaje de exceso de oxígeno, %O2

El oxígeno es el componente principal para lograr la oxidación de la materia orgánica en el efluente. Por lo tanto, la cantidad requerida del mismo viene dada por el porcentaje de disminución de DBO que se desee. Como en todo proceso, los requerimientos reales en condiciones de operación siempre se alejan de los teóricos, razón por la cuál es necesario añadir un exceso de oxígeno para propiciar que las condiciones de operación se asemejen lo más posible a las teóricas. Por lo general, en el diseño se incluye un 20% de exceso de oxígeno.


• Temperatura del aire, Ta

La temperatura del aire influye en el grado de solubilidad del gas en el agua, hecho que afecta de manera directa el proceso de oxidación.

• Tipo de aerador

Tal como se mencionó anteriormente, los aeradores se clasifican en dos grandes grupos de acuerdo al principio de su funcionamiento: aeradores mecánicos de superficie y los de difusión. De acuerdo con las características mencionadas y las necesidades del efluente se debe seleccionar uno de los siguientes tipos: turbina, difusor poroso o no poroso y aerador superficial de plato o de hélice.


a. Volumen de agua, Vw

La cantidad de volumen de agua en el tanque implica el volumen mínimo del mismo. Este valor viene dado por el caudal de entrada a la unidad, Qin, y el tiempo de retención de la misma, tr.

rinw tQV ⋅= (5.8.38)

b. Ancho del tanque, W

Al fijar la relación W/D y la profundidad del agua en el tanque se obtiene directamente el ancho del mismo de la siguiente forma:

( )DWDW w ⋅= (5.8.39)

c. Largo del tanque, L

Dado el volumen total de agua del tanque y sus dimensiones de ancho y alto, la longitud queda determinada según:

w

W

DWV

L⋅

= (5.8.40)

d. Profundidad del tanque, D

La profundidad total del tanque de aeración se obtiene a partir de la contribución de la altura de líquido, Dw, y el espacio libre (freeboard) que se deja como borde sobre el mismo, HF.


Por lo tanto:

Fw HDD += (5.8.41)

e. Volumen del tanque, V

El volumen total del tanque se obtiene a través de la sumatoria del volumen ocupado por el agua y el volumen adicional obtenido cuando se agrega el freeboard.

( )Fw HDLWV +⋅⋅= (5.8.42)

f. Requerimiento de oxígeno, mO2

El flujo másico de oxígeno requerido depende de los niveles de DBO en el afluente y que tan alto sea el porcentaje de remoción. A su vez, incluye el exceso de oxígeno establecido anteriormente.

( ) ( )100%1 22 OQDBODBOm inoutinO −⋅⋅−= (5.8.43)

g. Requerimiento de aire, ma

Debido a que la mayoría de los sistemas de aeración funcionan con aire y no con oxígeno puro, es necesario calcular la cantidad equivalente de aire en función del oxígeno requerido. Para esto se debe considerar que la fracción molar del oxígeno en el aire es 0,21 y que su peso molecular es 32 kg/kmol, mientras que el del aire es 28,9 kg/kmol. Partiendo del flujo másico oxígeno necesario en kg/d se hacen las transformaciones necesarias (Ecuación 5.8.44a) y se obtiene la Ecuación 5.8.44b que define el flujo de aire requerido.

aire

aire

O

aireOOa kmol

kgkmol

kmolkg

kmoldkgmm

19,28

21,01

321

]/[2

22 ⋅⋅⋅= (5.8.44a)

( )22 301,4 OaireOa kgkgmm ⋅= (5.8.44b)

h. Consumo energético, p

El consumo energético se refiere a la potencia necesaria para poder suministrar la cantidad de aire requerida para lograr el proceso de oxidación y para mantener los sólidos en suspensión. El cálculo del mismo depende del tipo de aerador que se emplee.


• Aerador mecánico de superficie

En este caso, la potencia requerida para suministrar el oxígeno viene dada por la Ecuación 5.8.45, donde ma es la demanda de aire [lbaire/d] y RO2 es la tasa de transferencia de oxígeno [lbO2/hp.h] que varía de acuerdo al tipo de aerador según se muestra en la Tabla 5.8.8.

22 /24 O

aO Rdh

mp

⋅= (5.8.45)

TABLA 5.8.8. TASA DE TRANSFERENCIA DE OXÍGENO SEGÚN EL TIPO DE AERADOR MECÁNICO DE SUPERFICIE

Tipo de aerador RO2 [lbO2/hp.h] Plato 2,0 – 2,5

Turbina 3,0 – 3,5 Hélice 2,5 – 3,5


En cuanto a la energía para mantener los sólidos en suspensión se debe utilizar la Ecuación 5.8.46, donde Vw es el volumen de agua en el tanque [gal] y pO2 es la potencia [hp] calculada por la expresión anterior (Ecuación 5.8.45).

⋅

=

galkgalV

pkgal

p

w

O

1000

2 (5.8.46)

Si el valor obtenido es mayor o igual a 0,14, implica que la potencia calculada con la Ecuación 5.8.45 es suficiente para suministrar la cantidad de aire necesaria y mantener los sólidos en suspensión. Si dicho valor es menor a 0,14, entonces la potencia total necesaria tanto para los requerimientos de oxígeno como para el de los sólidos suspendidos se obtiene a partir de la Ecuación 5.8.47, donde el Vw es el volumen de agua en el tanque [gal].

wVp ⋅= −410.4,1 (5.8.47)


• Aerador por difusión

Para los sistemas de aeración por difusión se utiliza una única ecuación.

- Caudal de aire necesario

El caudal de aire requerido Qa [scfm] viene dado por la expresión:

E

aa

mQ

%100

1262,96 ⋅⋅= (5.8.48)

Donde %E se refiere al porcentaje de eficiencia del aerador (Tabla 5.8.9), y ma es la masa de aire requerida [lbO2/d].

TABLA 5.8.9. PORCENTAJE DE EFICIENCIA DE ACUERDO AL TIPO DE AERADOR

Tipo de aerador %E Poroso 12

No poroso 8


- Potencia requerida

La ecuación para el cálculo de la potencia es:

( )

−

−

+⋅+⋅+⋅⋅= − 1

2,05,1433,0

46010.6099,6283,0

4

amb

ambaa P

DPTQp

(5.8.49)

Donde Pamb es la presión atmosférica [psi], Ta es la temperatura del aire [°F], Qa es el caudal de aire [scfm] y D es la profundidad del tanque.

5.8.6. CLARIFICADOR


Para el dimensionamiento del clarificador será necesario contar con la siguiente información:






• Concentración de sólidos suspendidos en la entrada, CS.


• Porcentaje de reciclo, %R

Se refiere al porcentaje del efluente clarificado que es recirculado nuevamente a la unidad. El porcentaje varía entre 0 y 30%.


Implica el tiempo en el que un volumen determinado de afluente debe permanecer dentro del tanque para su tratamiento. Normalmente este valor se obtiene de forma experimental de acuerdo a las características que presente el afluente.

• Razón de alimentación de sólidos (promedio), Rsav

Especifica la velocidad con que se alimentan los sólidos por unidad de superficie de clarificador para el caso del caudal promedio de la planta. El valor debe oscilar entre 4 – 6 kg/h.m2 [0,8 – 1,2 lb/h.ft2].

• Razón de alimentación de sólidos (pico), Rsp

Especifica la velocidad con que se alimentan los sólidos por unidad de superficie de clarificador para el caso del caudal pico de la planta. El valor recomendado es 10 kg/h.m2 [2lb/h.ft2].

• Profundidad de la capa de lodo en el fondo del clarificador, Dlodo

Representa la profundidad del clarificador que estará ocupada por la capa de lodo formado por los sólidos sedimentados. Este valor por lo general se encuentra en 0,6 – 0,9 m.

• Relación Largo / Ancho, L/W

Esta relación es necesaria para el dimensionamiento del clarificador de sección rectangular. Su valor debe estar ubicado en el rango 2 – 5.


• Relación Largo / Profundidad, L/D

Este valor se requiere en el caso de un clarificador de geometría rectangular. La relación largo /profundidad debe estar comprendida entre 5 y 20.

• Número de unidades, Nrec o Ncir

Se refiere al número de unidades en las cuales se desea distribuir la carga total a tratar. Este número debe ser asignado tanto para unidades con base de geometría rectangular como circular.


a. Flujo másico de sólidos, mS

El flujo másico de sólidos que recibe el clarificador, tanto para caudal promedio como caudal pico se calcula a través de la Ecuación 5.8.50. Tomando en cuenta que para el caso promedio, mS av se utiliza como cauda de entrada Qin av, y para el caso de mS p se utiliza Qin p.

SR

inS CQm ⋅

+⋅= 100

%1 (5.8.50)

b. Área superficial total requerida, As

El área superficial total requerida depende del flujo másico de sólidos alimentados y la tasa de alimentación de los mismos. Este valor debe ser calculado para condiciones de caudal promedio y pico, el caso que de cómo resultado un área mayor será el dominante y por lo tanto ese será el valor designado como área de diseño, As d.

sSs RmA = (5.8.51)

Al igual que en el caso anterior, es necesario sustituir los valores correspondientes a cada condición de flujo, pico y promedio, para obtener los valores de área deseados y poder realizar la comparación y obtener el área superficial de diseño.

c. Área superficial por clarificador, As’

El área superficial que tendrá cada clarificador depende del número de unidades en las que se haya decidido distribuir la carga de tratamiento. El cálculo es el mismo sin importar el tipo de geometría (rectangular o circular) que se elija para el clarificador.

NAA ss =' (5.8.52)


Donde N varía de acuerdo a si se trata de un clarificador de base rectangular, Nrec, o uno de base circular, Ncir. Después de obtener el área por unidad, es importante verificar que la misma no sea mayor a 18750 ft2 para el caso rectangular y 12272 ft2 para el caso circular. Estos valores de área provienen de las dimensiones máximas para las cuales el desempeño del clarificador no se ve afectado. En el caso del clarificador circular, el diámetro máximo es de 125 ft. En cuanto al clarificador rectangular, el largo y el ancho máximo es 250 ft y 75 ft, respectivamente.

d. Dimensiones del clarificador

Las dimensiones finales de cada unidad dependen de la geometría escogida para las mismas.

• Clarificador rectangular

Este tipo de geometría queda definido al obtener el largo, ancho y profundidad. Para esto se consta de un sistema de tres ecuaciones con tres variables:

JWL = (5.8.53a)

KDL = (5.8.53b)

WLAs ⋅= (5.8.53c)

Debido a que J y K fueron preestablecidos en los criterios de diseño, el largo, ancho y profundidad quedan definidos según:

JAL s ⋅= (5.8.54a)

JLW = (5.8.54b)

( ) lodoDKLD += (5.8.54c)

• Clarificador circular

Para este tipo de geometría es necesario definir el diámetro y la profundidad de acuerdo a las siguientes ecuaciones:

π'4 sA

d⋅

= (5.8.55)


s

rin

AtQ

D⋅

= (5.8.56)

e. Tasa de desbordamiento superficial, TDS

La tasa de desbordamiento superficial se obtiene mediante la Ecuación 5.8.57. Por criterios de diseño, este parámetro debe estar comprendido entre 200 y 1300 gal/d.ft2.

s

in

AQ

TDS = (5.8.57)

f. Tasa de desbordamiento perimetral, TDP

Esta variable se puede calcular de acuerdo a la expresión presentada en la Ecuación 5.8.58. Por criterios de diseño, este parámetro debe estar comprendido entre 10000 y 30000 gal/d.ft.

NpeQ

TDP in

⋅= (5.8.58)

Donde pe es el perímetro del clarificador. Para el caso del circular pe=d.π y para el caso del rectangular pe = 2.W+2.L.

5.8.7. SISTEMA DE CLORACIÓN


Para el dimensionamiento del sistema de cloración será necesario contar con la siguiente información:





• Dosis de cloro, Cc;

• Concentración de cloro disponible en la solución a utilizar en la cloración, CCl.



• Tiempo de contacto o retención, tr

Tiempo que debe pasar el volumen a tratar dentro del tanque de cloración para lograr que el cloro disponible en el efluente sea el deseado. Este valor se determina de forma experimental a partir de análisis realizados al afluente tanto en condiciones de flujo promedio como en condiciones de flujo pico.

• Número de pantallas (baffles) dentro del tanque, NB

Las pantallas facilitan el contacto entre el fluido y el cloro, ya que proporcionan condiciones de flujo turbulento que favorece el estado de mezcla completa. Su número varía de forma impar entre 3 y 11.

• Ancho del canal, WC

Se refiere al ancho del canal por donde circula el fluido, más no al ancho de la unidad.

• Profundidad del agua, DW

Se refiere al nivel de líquido dentro del tanque.


Se refiere a la distancia entre el nivel normal del líquido y el tope del tanque.


a. Volumen del tanque, V

El volumen del tanque se puede obtener de acuerdo a la Ecuación 5.8.59, donde tanto el caudal como el tiempo de retención deben ser sustituidos por los valores correspondientes a las condiciones promedio y pico. Éste debe ser calculado para condiciones de flujo promedio y pico, de manera de determinar cuál es la condición crítica y tomar dicho volumen como el volumen de diseño.

rin tQV ⋅= (5.8.59)


b. Relación Profundidad / Ancho, Dc/Wc

Este parámetro resultante del cociente de la profundidad con el ancho del canal debe ser menor a 1.

c. Área transversal del canal, At

El área transversal de cada canal viene dada por la expresión mostrada a continuación:

wct DWA ⋅= (5.8.60)

d. Longitud total del canal, Lc

La longitud total que tiene que recorrer el líquido para poder atravesar la unidad, es decir, la longitud total del canal es según la Ecuación 5.8.61.

tC AVL = (5.5.61)

e. Longitud de cada paso, Ln

La longitud de cada paso depende del número seleccionado de pantallas, tal como se muestra a continuación:

BCn NLL = (5.8.62)

f. Relación Largo / Ancho, L/Wc

Este parámetro resultante del cociente del largo con el ancho del canal debe estar entre 40 y 70.

g. Dimensiones del tanque

En cuanto al largo del tanque, L, este será igual al largo de cada paso.

Para el caso de la profundidad, D, ésta será igual a la sumatoria de la contribución de la profundidad del agua y del espacio libre dejado sobre el nivel de la misma.

Fw HDD += (5.8.63)


Por último, al ancho de la unidad, W, vendrá dado por el ancho de canal y el número de pantallas.

Bc NWW ⋅= (5.8.64)

h. Consumo de cloro, mCl

El consumo de cloro varía de acuerdo al caudal alimentado a la unidad y a la dosis de cloro suministrada. El mismo representado en forma de flujo másico se presenta en la Ecuación 5.8.65.

CcQm inCl ⋅= (5.8.65)

i. Caudal de cloro necesario, QCl

El caudal de solución de cloro requerido en la unidad depende del flujo másico de cloro necesario y de a concentración de cloro en la solución inyectada.

ClClCl CmQ = (5.8.66)

5.8.8. PAQUETES QUÍMICOS

A lo largo del tren de tratamiento es necesario dosificar diversas sustancias químicas que faciliten el proceso de acondicionamiento del afluente y permitan el correcto funcionamiento de los equipos.

Por lo general, estos sistemas de dosificación no se diseñan sino que se comprar a modo de paquete de acuerdo a las necesidades específicas de la planta. Los mismos, suelen incluir las bombas dosificadoras, el tanque de almacenamiento del reactivo, la válvula reguladora, entre otros. Algunos de los paquetes que se deben considerar son:

- Dosificación de ácido: para neutralizar las corrientes con pH muy elevados, ya que los mismos generan corrosión en los equipos y tuberías y disminuyen la actividad microbiana en los tratamientos biológicos. Se suele utilizar ácido sulfúrico (H2SO4) o ácido fosfórico (H3PO4).

- Dosificación de álcalis: para neutralizar las corrientes con características muy ácidas porque causan problemas de corrosión en el sistema y disminuyen la efectividad de los tratamientos biológicos. Comúnmente se utilizan soluciones de amoníaco (NH3) o de hidróxido de sodio (NaOH).

- Dosis de coagulantes: ayuda a la desestabilización de mezclas con partículas suspendidas por neutralización de las cargas, facilitando la


separación física en procesos como la sedimentación y la flotación por aire disuelto. Entre los tipos de coagulantes que existen están: sales de hierro y aluminio, polímeros orgánicos, entre otros. La escogencia del coagulante depende en gran parte de las características del afluente.

- Dosis de floculantes: propicia la aglomeración de partículas, aumentando el tamaño de las partículas y facilitando su separación por sedimentación. Básicamente existen tres tipos de floculantes: electrolitos inorgánicos, polímeros orgánicos naturales y polielectrolitos sintéticos.

- Dosis de agentes secantes: muchas veces son sales o polímeros con cualidades de floculante o coagulante que propician la formación de partículas más grandes que son separadas con más facilidad en los procesos de espesamiento de lodos.

- Dosis de cloro: el cual es necesario para la oxidación de la materia orgánica por parte del sistema de cloración.

- Dosis de agentes removedores: son sustancias químicas específicas para los sistemas de precipitación donde generalmente se remueven compuestos de fósforo, metales pesados y sólidos disueltos.

Es importante verificar que los paquetes que se adquieran para suplir la demanda de aditivos químicos en la planta cumplan con el conjunto de normas bajo las cuales se está realizando el diseño. En caso de que se trate de una instalación de PDVSA, se debe cumplir la norma FH – 203 – R “Sistema de alimentación de Químicos de Procesos”.

Al finalizar el dimensionamiento de los equipos, se debe compilar los cálculos realizados en un documento denominado “Memoria de Cálculo”. Para la elaboración del mismo, Empresas Y&V consta con el procedimiento C-PC-11P “Memoria de Cálculo”.

5.9. VERIFICACIÓN DEL BALANCE DE MASA, DFP Y DTI

Una vez que se tienen los equipos dimensionados, se debe recalcular el balance de masa completo de la planta de tratamiento, a modo de verificar que efectivamente las condiciones de salida de diseño coinciden con las deseadas. La elaboración y presentación del balance de masa final debe hacerse siguiendo las indicaciones del documento C-PC-08P “Elaboración de Balance de Masa y Energía”.

De la misma manera, se debe verificar que el diagrama de flujo del proceso, DFP, y el de tuberías e instrumentación, DTI, estén acorde con las modificaciones que puedan surgir de la verificación del balance de masa.


Tanto el DFP como el DTI deben cumplir con los procedimientos C-PC-05P “Elaboración de Diagrama de Flujo de Procesos (DFP)” y C-PC-06P “Elaboración de Diagrama de Tuberías e Instrumentación (DTI)” establecidos por Empresas Y&V.

Aunque la elaboración del Plot Plan no es parte de las tareas del departamento de Procesos, sino del departamento de Tuberías, una vez que éste haya sido realizado, es recomendable que sea revisado por algún ingeniero de procesos para verificar que el mismo cumpla con las especificaciones de diseño y seguridad de la planta y que a su vez tenga un orden de tratamiento y una distribución espacial adecuada.

5.10. ELABORACIÓN DE CÁLCULOS HIDRÁULICOS

Los cálculos hidráulicos comprenden la realización de los cálculos necesarios para el dimensionamiento de tuberías y bombas requeridas en el proyecto. Estos cálculos se basarán en simulaciones y balances de masa y energía. Dependiendo de la complejidad del proceso y sensibilidades requeridas, los cálculos hidráulicos podrán hacerse mediante paquetes de simulaciones específicos (INPLANT; PIPEPHASE, etc.) y/o hojas de cálculo (C-PC-11PH9 “Hoja de cálculo para Cálculos Hidráulicos”). Luego de dimensionar las líneas, se debe transcribir la información a un documento denominado “Lista de líneas”, el cuál se debe crear siguiendo el procedimiento C-PC-13P “Elaboración de Listas de Líneas”.

Para el procedimiento de cómo realizar los cálculos hidráulicos del proyecto se recomienda revisar el documento C-PC-10P “Cálculos Hidráulicos”.

5.11. ELABORACIÓN DE LAS HOJAS DE DATOS Y LISTAS DE CHEQUEO

Una vez que se tienen dimensionados los equipos del tren de tratamiento para la PTEI, se debe transcribir esta información a las hojas de datos de cada uno de ellos, ya que ésta será utilizada por otras disciplinas (Mecánica, Tuberías, etc.) para hacer una descripción más detallada de las características de diseño de cada uno de los equipos necesarios.

Para el caso particular de este documento se elaboraron 8 hojas de datos correspondientes a los siguientes equipos: fosa de acumulación previa, separador API, separador CPI, sistema DAF, clarificador circular, clarificador rectangular, sistema de aeración y cámara de cloración. Estas hojas contienen la siguiente información:

- Temperatura y presión de operación y diseño;

- Condiciones de operación para caso de diseño, flujo máximo y flujo mínimo;


- Flujo de entrada a la unidad y sus propiedades a las condiciones de operación;

- Caracterización del fluido en cuanto a los parámetros regulados por la legislación ambiental vigente;

- Parámetro a controlar en el flujo de salida del equipo (Concentración de aceite o sólidos suspendidos, DBO, etc.)

- Capacidad volumétrica y área superficial de las unidades;

- Dimensiones del equipo: largo, ancho, profundidad y diámetro, éste último para el caso del clarificador circular;

- Tiempo de retención en el caso de los equipos que se rijan por este parámetro;

- Material de construcción;

- Dosis de químicos en el caso de que sean necesarios para dicha etapa del tratamiento;

- Características específicas de cada equipo, por ejemplo: tipo de aerador, número de pantallas, número de placas corrugadas y sus dimensiones, número de canales, etc.;

- Esquema del equipo o sistema de tratamiento correspondiente a la hoja de datos.

Además, se elaboraron las listas de chequeo referentes a cada hoja de datos. Estas listas permiten verificar que el documento entregado contiene toda la información referente a la especificación del equipo.

En caso de que se dimensionen equipos diferentes a los incluidos en este documento, se debe consultar el procedimiento C-PC-19P “Hoja de Datos de Equipos” para la elaboración de las hojas de datos de los mismos, También se debe crear una lista de chequeo para cada uno de las hojas de datos creadas.

5.12. ENTREGA DE DOCUMENTOS

Como resultado de las actividades descritas anteriormente, se obtienen una serie de documentos que describen el diseño de la PTEI por parte de la disciplina de procesos. La selección de documentos a ser entregados al cliente depende del tipo de Ingeniería (conceptual o básica) que se haya solicitado inicialmente para el proyecto. Sin embargo, al finalizar con las actividades descritas en este documento se deben obtener los siguientes documentos:

- Bases de Diseño del Proyecto;


- Criterios de diseño de procesos;

- Matriz de evaluación de tecnologías;

- Diagramas de Bloques de Procesos (DBP);

- Balance de Masa y Energía;

- Diagramas de Flujo de Procesos (DFP);

- Diagramas de Tuberías e Instrumentación (DTI);

- Descripción de Procesos;

- Hoja de Datos de equipos;

- Memoria de Cálculo del dimensionamiento de los equipos y los cálculos hidráulicos;

- Lista de Equipos;

- Lista de Líneas;

- Sumario de Químicos;

- Listas de chequeo correspondientes a cada uno de los documentos anteriores;

6. NOMENCLATURA

• Acrónimos API Instituto Americano de Petróleo (American Petroleum Institute)

DBO Demanda Biológica de Oxígeno

DQO Demanda Química de Oxígeno

CPI Interceptor de Placas Corrugadas (Corrugated Plate Interceptor)

DAF Flotación por Aire Disuelto (Disolved Air Flotation)

DBP Diagrama de Bloques de Procesos

DFP Diagrama de Flujo de Proceso

DTI Diagrama de Tuberías e Instrumentación

COT Carbono Orgánico Total

TS Sólidos Totales

SST Sólidos Suspendidos Totales

SSV Sólidos Suspendidos Volátiles

• Símbolos A Área

C Concentración


Cc Dosis de cloro (Sistema de cloración)

Cg Dosis de coagulante (Sistema DAF)

CL Tasa de producción de lodo por cantidad de coagulante agregado (Sistema DAF)

Cs Solubilidad del aire en agua a presión atmosférica

D Profundidad

d Diámetro

e Espesor

F Factor de diseño

g Aceleración de la gravedad

H Altura

TDS Tasa de Desbordamiento Superficial (Clarificador)

I Coeficiente de impermeabilidad del suelo

L Longitud

m Flujo másico

N Número de

P Presión

p Potencia

pe Perímetro

Q Caudal

R Tasa de transferencia

Re Número de Reynolds

RL Tasa de recolección de lluvia

Rp Registro pluviométrico anual [mm lluvia/año o in lluvia/año]

Rs Tasa de alimentación de sólidos

r Radio equivalente de la gota

S Gravedad específica

s Separación

T Temperatura

t Tiempo

Ts Tasa de desbordamiento superficial (Sistema DAF)

V Volumen

v Velocidad

W Ancho


TDP Tasa Desbordamiento Perimetral (Clarificador)

• Símbolos Griegos β Constante para el cálculo de la velocidad crítica de sedimentación. Su

valor es igual a 0,04 por tratarse de materiales no uniformes (hidrocarburos líquidos)

θ Ángulo de inclinación de las placas en el separador CPI

μ Viscosidad absoluta (dinámica)

ν Viscosidad cinemática

π Constante, π = 3,1415

ρ Densidad

• Subíndices A Acumulación de lluvia

a Aire

av Promedio

amb Condición ambiental (para T y P)

as Ascenso

B Pantallas (Baffles)

c Canal

cc Corto Circuito

cir Referente al clarificador de geometría circular

cl Cloro

d Diseño

E Eficiencia

F Freeboard (espacio libre sobre el nivel de líquido en un tanque)

f Fricción

floc Referente al tanque de floculación (Sistema DAF)

flot Referente al tanque de flotación (Sistema DAF)

h Horizontal

in Entrada

L Lluvia

l Líquido


lodo Referente al lodo producido en el Sistema DAF

lodoC Lodo producido por la acción del coagulante (Sistema DAF)

lodoHC Lodo producido a partir de los hidrocarburos retirados del efluente (Sistema DAF)

man Manométrica

n Paso (dentro del tanque de cloración)

o Hidrocarburos

O2 Oxígeno

P Placa corrugada (Separador CPI)

p Pico

pres Referente al tanque presurizado (Sistema DAF)

R Reciclo

r Retención

rec Referente al clarificador de base rectangular

S Sólidos Suspendidos

s Superficial

sc Sedimentación crítica

sp Superficie de la planta servida por la red de drenajes

T Turbulencia

t Transversal

w Agua

ww Agua residual

1 Compresor

7. DOCUMENTOS DE REFERENCIA

• Procedimientos C-PC-02P Bases de Diseño del Proyecto

C-PC-04P Diagramas de Bloques de Procesos (DBP)

C-PC-05P Elaboración de Diagramas de Flujo de Procesos (DFP)

C-PC-06P Elaboración de Diagramas de Tuberías e Instrumentación (DTI)

C-PC-07P Descripción de Procesos

C-PC-08P Elaboración de Balance de Masa y Energía

C-PC-10P Cálculos Hidráulicos


C-PC-11P Memoria de Cálculo

C-PC-12P Elaboración de Lista de Equipos

C-PC-13P Elaboración de Lista de Líneas

C-PC-18P Sumario de Químicos

C-PC-19P Hoja de Datos de equipos

C-PC-23P Criterios de diseño de procesos

• Hojas de Cálculo C-PC-11PH9 Cálculos Hidráulicos

C-ZZ-MMP Fosa de Acumulación Previa

C-ZZ-MMP Separador API

C-ZZ-MMP Separador CPI

C-ZZ-MMP Sistema DAF

C-ZZ-MMP Sistema de Aeración

C-ZZ-MMP Clarificador Circular

C-ZZ-MMP Clarificador Rectangular

C-ZZ-MMP Sistema de Cloración

C-ZZ-MMP Matriz de Evaluación de Tecnologías

• Hojas de Datos de los Equipos C-ZZ-MMP Fosa de Acumulación Previa

C-ZZ-MMP Separador API

C-ZZ-MMP Separador CPI

C-ZZ-MMP Sistema DAF

C-ZZ-MMP Sistema de Aeración

C-ZZ-MMP Clarificador Circular

C-ZZ-MMP Clarificador Rectangular

C-ZZ-MMP Sistema de Cloración

• Listas de Chequeo C-PC-01L Bases de diseño del proyecto

C-PC-02L Diagrama de Flujo de Procesos (DFP)

C-PC-05L Balance de Masa y Energía


C-PC-07L Descripción del Proceso

C-PC-08L Diagrama de Tuberías e Instrumentación (DTI)

C-PC-09L Lista de Equipos

C-PC-10L Lista de Líneas

C-PC-20L Sumario de Químicos

C-PC-31L Diagrama de Bloque de Procesos (DBP)

C-PC-39L Cálculos Hidráulicos

C-PC-40L Criterios de diseño de procesos

C-PC-XXL Hoja de Datos de Separador API

C-PC-XXL Hoja de Datos de Separador CPI

C-PC- XXL Hoja de Datos de Fosa de Acumulación Previa

C-PC- XXL Hoja de Datos de Sistema DAF

C-PC- XXL Hoja de Datos de Cámara de Cloración

C-PC- XXL Hoja de Datos de Clarificador Rectangular

C-PC- XXL Hoja de Datos de Clarificador Circular

C-PC- XXL Hoja de Datos de Sistema de Aeración

8. NORMAS, CÓDIGOS Y REGLAMENTOS

Decreto 883 “Normas para la clasificación y el control de la calidad de los cuerpos de agua y vertidos o efluentes líquidos”, Gaceta Oficial Extraordinaria, N° 5021, 11 de octubre de 1995.

Decreto 2635 “Normas para el control de la recuperación de materiales peligrosos y el manejo de desechos peligrosos”, Gaceta Oficial Extraordinaria, N° 5245, 3 de agosto de 1998.

Norma PDVSA FH – 203 – R “Sistema de Alimentación de Químicos de Procesos” (1989).

Norma PDVSA MDP – 01 – DP – 01 “Temperatura y Presión de Diseño” (1996).

Norma PDVSA MDP – 09 – EF – 03 “Sistemas recontrol de Efluentes” (1997).

Norma PDVSA MDP – 09 – EF – 05 “Diseño Conceptual de Tecnologías de Control de Efluentes” (1995).

Norma PDVSA MDP – 09 – RS – 03 “Técnicas de Manejo de Residuos Sólidos” (1997).


Norma PDVSA MDP – 09 – RA – 01 “Legislaciones Ambientales de Venezuela, Estados Unidos y Comunidad Económica Europea” (1997).

Norma PDVSA SI-S- 13 “Normativa Legal en Seguridad, Higiene y Ambiente (SHA)” (2001).

World Bank (2003), Water Resources and Environment. Water Quality: Assesment and Protection, The International Bank for Reconstruction and Development / The World Bank, Washington, Estados Unidos.

9. REFERENCIAS

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• Electrónicas

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“Dissolved Air Flotation”. Disponible en: http://en.citizendium.org/wiki/Dissolved _air_flotation, consultado el 12 de agosto de 2009.

“BFD – Block Flow Diagram”, Disponible en: http://www.engineeringtoolbox.com /bfd-block-flow-diagram-d_467.html, consultado el 17 de agosto de 2009.

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Da Cámara, L. et al. “Manual de diseño para plantas de tratamiento de aguas residuales alimenticias”. Disponible en: http://www.frbb.utn.edu.ar/carreras/ efluentes/manual_tratamiento.pdf, consultado el 14 de abril de 2009.

APÉNDICE F

DIAGRAMAS DE FLUJO

247

Figura F.1. Flujograma para selección de tecnologías para el tratamiento de efluentes industriales.

248

Figura F.2. Flujograma del procedimiento para el diseño de una planta de tratamiento de efluentes industriales

249

Figura F.3. Diagrama IDEF0 para la Información del Cliente.

Figura F.4. Diagrama IDEF0 para la Identificación de Tecnologías.

Figura F.5. Diagrama IDEF0 para la Selección de Tecnologías.

Figura F.6. Diagrama IDEF0 para el Dimensionamiento de los Equipos.

Procedimiento para el Diseño de una Planta de Tratamiento ...

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