EDAR de Biodiscos.

El agua es indispensable para las personas. Hogares, oficinas, comercios, escuelas e industrias no podrían funcionar sin ella. No hace tanto tiempo las aguas residuales eran vertidas directamente a los ríos o al mar, sin pasar por un proceso de tratamiento, generando focos de contaminación, infecciones y enfermedades. Afortunadamente la Directiva 91/271/CEE obligó a tomar medidas estableciendo unos objetivos mínimos en la calidad de las aguas vertidas.

VERTIDO BRUTO		SALIDA DEPURADA
Parámetro	Concentración	Límite de vertido	% Reducción
DQO	400-600 mg O2 / l	125 mg O2 / l	75
DBO5	250-300 mg O2 / l	25 mg O2 / l	90
SS	350-450 mg / l	60 mg / l	70
NT	40-60 mg / l	10-15 mg / l	70-80
PT	10-15 mg / l	1-2 mg / l	80

Lograr este objetivo de vertido es relativamente sencillo en las grandes ciudades, pero en poblaciones de menos de 2.000 habitantes, las limitaciones técnicas y económicas imposibilitan el empleo de los sistemas convencionales de depuración. Afortunadamente la tecnología ya dispone de soluciones exitosas con bajos costes de  inversión y de mantenimiento. De lo que se trata ahora es de elegir la tecnología más apropiada a cada situación.

PRETRATAMIENTOS	PRIMARIOS	SECUNDARIOS EXTENSIVOS	SECUNDARIOS INTENSIVOS
Desbaste	Fosas sépticas	Lagunaje	Aireaciones
Desarenado	Tanques Imhoff	Humedal artificial	Lechos bacterianos
Desengrasado	Decantación	Filtros de arena	Biodiscos
		Infiltración-Percloración	Reactores secuenciales

Uno de los tratamientos secundarios intensivos que mejores resultados está dando es el de Biodiscos, también llamado de Contactores Biológicos Rotativos (CBR). En esta tecnología los microorganismos responsables de la depuración se encuentran adheridos formando una biopelícula sobre un soporte que gira semisumergido. Este sistema de depuración consta de las siguientes etapas:

  

Pretratamiento.  Prepara el agua residual para los tratamientos posteriores reduciendo los residuos sólidos y protegiendo a los equipos situados aguas abajo. Se emplean rejas de desbaste.

Tratamiento Primario. Tiene como objeto reducir  la materia suspendida por medio de la precipitación o sedimentación. Se utilizan decantadores primarios o tanques Imhoff.

Tratamiento Secundario. Elimina la contaminación orgánica disuelta mediante su oxidación. Se emplea un CBR “Contactor Biológico Rotativo”, llamando comúnmente Reactor de Biodiscos. Con este sistema la oxidación se realiza mediante bacterias fijas a varios discos que permanecen aproximadamente el 40% del tiempo sumergidas y el tiempo restante al aire. Mientras las bacterias permanecen sumergidas están captando materia orgánica disuelta para su asimilación, y el resto de tiempo toman el oxígeno necesario para su respiración. Las bacterias se desarrollan en capas sobre los discos alcanzando varios milímetros de espesor. Cuando el espesor de biomasa es excesivo las capas interiores mueren y se desprenden del disco.

Para realizar este proceso los discos giran lentamente, movidos por un motor eléctrico y acoplados a un eje, estando lo suficientemente juntos para que tengamos la mayor superficie posible sin que se impida la entrada de aire y agua entre ellos. Los discos están formados por láminas onduladas de polipropileno que soportan la radiación ultravioleta y presentan una elevada resistencia mecánica. El uso de decantadores lamelares anexos al módulo de biodiscos aumenta la superficie específica de sedimentación.

Este tratamiento resulta especialmente adecuado para núcleos entre 500 y 2000 h-e, que no requiere mucho espacio y que no produce un gran impacto ambiental. Los biodiscos consumen el 20% de la energía que consume una EDAR convencional de Lodos Activos. El volumen de lodos producido es mínimo pudiendo funcionar seis meses sin necesidad de extraerlos. Los olores producidos son inferiores a los de los filtros percloradores.  Y aunque sus costes de instalación son elevados (entre 325 y 400 €/h-e para poblaciones entre 200-2.000 h-e), su explotación es sencilla y económica (sobre 20 €/h-e/año).

Diseño del reactor.

La tecnología de los biodiscos empezó a aplicarse en España en los años 80, pero algunos criterios de diseño erróneos ralentizaron su implantación:

·   Se emplearon parámetros  de carga orgánica e hidráulica excesivos, sobrecargando los módulos y obteniendo mala calidad en el efluente.

·         No se resolvió adecuadamente el tratamiento de los fangos producidos

·  Se emplearon esquemas de tratamiento inadecuados, por ejemplo, combinándolos con otras tecnologías blandas como el lagunaje.

·  Hubo fallos mecánicos, pues aunque es  conceptualmente un equipo sencillo, su construcción es suficientemente compleja como para necesitar un cálculo de todos los elementos si queremos asegurar la fiabilidad mecánica de todos sus componentes en especial el eje, los rodamientos, los brazos soporte y el grupo de accionamiento.

Por eso, para conseguir los resultados deseados es fundamental conocer la superficie necesaria de los biodiscos para tratar nuestra agua residual.

a)  Para el cálculo de la superficie necesaria para eliminar la DBO se emplea la ecuación de conservación del sustrato en condiciones de régimen a la que se han incorporado un factor para considerar la temperatura y otro para considerar el estado de aireación de las aguas residuales

A = Q (So - S) · Tc · P / Rc

Siendo:       Q = caudal del proyecto (m³/d).

So = concentración del substrato entrada (mg/l).

S = concentración del substrato en salida (mg/l).

Rc = substrato específico consumido (g/m² · d) .

A = superficie de los biodiscos (m²).

P = Factor de aireación

Tc =Factor de temperatura =  1,0537 ^(12,7-T)

Para calcular el substrato específico consumido Rc, (g/m².d) se emplea la ecuación de MONOD corregida con un factor de carga ϒ, siendo S el DBO5 soluble en la salida.

Rc = 19,4 · ϒ . S / (15,1 + S)

b) Para el cálculo de la superficie adicional necesaria para eliminar el nitrógeno amoniacal aplicaremos de nuevo la ecuación de conservación del sustrato en condiciones de régimen: 

A = Q (So - S) · TN . / RN       donde So es la concentración de NH4+  a la entrada y S es la concentración de NH4+  a la salida y a la que hemos incorporado un factor de temperatura TN

                        TN = 0,7 · T / (T - 4,13)

Para el cálculo del substrato específico eliminado  RN, (g/m²·d) del NH4+ se utiliza una fórmula que tiene en cuenta la cinética que depende de (NH₄+)E y de (NH₄+)S

RN = (NH4+)S · (NH4+)E / 2[(NH4+)E  +  (NH4+)S + 0,05 (NH4+)E · (NH4+)S]

La superficie AN  así determinada, es complementaria de la superficie necesaria para reducir la (SDBO5)S a un valor inferior a 15 mg/l. 

En la foto puede verse un momento del montaje del Reactor Biológico de Discos para la EDAR de Xunqueiro en Oleiros (A Coruña) para 280 h-e diseñado por Carral Design y comercializado por Sande y Diaz S.L. en el año 2017.

Diseño de Cabrestantes de Varadero.

Un cabrestante, cabestrante o cabestante es un dispositivo mecánico, rodillo o cilindro giratorio, de eje vertical impulsado manualmente o por un motor sobre el que se arrolla un cable, una cuerda o una maroma, que sirve para arrastrar, levantar y/o desplazar objetos o grandes cargas. 

Los malacates eran máquinas de tipo cabrestante, de eje vertical, muy usadas en las minas, en los carros varaderos y en los barcos  que inicialmente tenían un tambor en lo alto del eje, y en su parte baja unas barras a las que se enganchan las caballerías o se aplicaba la fuerza humana   que lo movían. Posteriormente pasaron a utilizar energía eléctrica y el tambor se dispuso en posición horizontal adoptando la forma constructiva de un chigre, si bien la denominación de cabrestante de varadero se mantuvo.

  

1.- Varaderos.

Los varaderos son una de las infraestructuras portuarias que prestan servicios de reparación y mantenimiento a las embarcaciones. Normalmente constan de una rampa con raíles que se extiende desde la tierra hasta mar adentro sobre la que desliza una o varias camas (o carros) con ruedas móviles unidas por un cable, a un cabrestante (chigre) que los controla.

Hay dos tipos fundamentales de carros; los de tipo plano y los de contrapendiente. En este último el carro permanece paralelo a la línea de flotación del buque facilitando los trabajos de reparación del buque.

El tiro que debe realizar el carro para subir el buque se obtiene como:

F = Pt + Fr + Fv         siendo ;      Ft = Componente horizontal del peso

                                                     Fr = Fuerza pasivas en el carro

                                                     Fv = Fuerza del viento

                                                                      

·     La componente horizontal del peso a subir es de fácil cálculo aplicando;

 Pt = (Pb + Pc) . sen α,    siendo Pb el peso del buque, Pc el peso del carro y α el ángulo de la rampa

·    Las fuerzas pasivas son principalmente las de  rozamiento y la deformación de la rueda en el carril.  A efectos prácticos se considera:

Fr =  P . cos α ( w + fc. r + fr ) / R / d ,   siendo w el efecto del desplazamiento de la normal, fc el coeficiente de rozamiento del cojinete de la rueda , fr el coeficiente de rozamiento de la rueda con el carril, R el radio de la rueda, r el radio del eje de la rueda, y d el descentre de la carga.

El descentre de la carga se suele suponer de 2/3 y para la deformación, w,  se acepta 0,5% del radio de la rueda.

·    La fuerza del viento dependerá de su orientación, de la presión dinámica, de la superficie expuesta del buque y de su coeficiente aerodinámico.

Fv = S .q . c,     siendo S la superficie expuesta, q la presión dinámica y c el coeficiente aerodinámico .

2.- Cabrestante de varadero

El cabrestante de varadero se compone de un carretel donde se aloja el cable, un sistema de accionamiento que proporciona el tiro requerido, un sistema de estibado encargado de colocar ordenadamente el cable en el carretel y un chasis que soporta todo el conjunto. 

En la foto se puede ver un cabrestante para 1300 m. de cable de 40 mm de diámetro y un tiro de 80 Ton en primera capa diseñado por Carral Design y fabricado por Hidrofersa S.L.en el año 2016. 

Los parámetros principales que definen un chigre son el tiro nominal, la velocidad de izada y la capacidad del carretel.

El tiro nominal necesario en el cabrestante será el resultado de dividir el tiro en el carro entre el número de reenvíos y del rendimiento de estos. En el esquema adjunto se muestra el caso de un solo reenvío, pero lo normal son tres o más. Si se prevé la dificultad de la desvarada, por la poca pendiente del carro, se coloca una polea de desvarada en el final de la grada.

La velocidad media de izada dependerá de la longitud total de cable y el tiempo deseado de duración de la varada. A partir de estos dos valores podemos determinar la potencia del motor de accionamiento aplicando la fórmula:

     P = 0,23 . T . v  / η       siendo; T la tracción, v la velocidad y η 

                                                         el rendimiento del conjunto

Este rendimiento dependerá del tipo de reductor empleado. Viene indicado en los catálogos de los fabricantes.

El accionamiento se compondrá de un motor asíncrono, un variador de frecuencia y una reductora de engranajes. La reductora de engranajes debe tener una relación de trasmisión tal que consigamos las revoluciones necesarias en el carretel obtenidas a partir de:

     N =  v  /  (π . D_m)    siendo; v la velocidad media y D_m el diámetro                                                           medio.

El carretel debe tener unas dimensiones tales que pueda albergar todo el cable, podemos comprobar su capacidad mediante la expresión:

C = L (D² – d²) / 1350 / ز   siendo; L la longitud del carretel, D su diámetro exterior, d el diámetro interior y Ø el diámetro del cable

Aunque el motor eléctrico va dotado de un electro freno, el carretel suele incorporar su propio freno de cinta de control manual o automático. Por motivos de seguridad su capacidad de retenida suele ser de 1,5 a 2 veces superior al tiro del cabrestante.

Finalmente el sistema de estibación normalmente se compone de un carro con dos rodillos que van guiando el cable. El desplazamiento de los rodillos debe estar sincronizado con el giro del carretel de modo que para cada vuelta del carretel el avance del rodillo sea un poco mayor que el diámetro del cable. Así se garantiza que el cable se arrolla ordenadamente en el carretel sin que se solapen sus capas aumentado su vida útil y facilitando la desvarada.

Los autocargadores forestales. Riesgos en su uso.

 El autocargador (forwarder) es uno de los tractores forestales por excelencia empleado en el desembosque de los materiales a corta distancia.

La particularidad de este tractor está en sus componentes principales, por un lado, la caja o remolque en su parte trasera y el tractor con grúa o pinza que facilita enormemente la operación de carga y descarga. Sus ruedas son anchas causando muy poco daño al suelo y a la regeneración.

Solo se puede utilizar para trozas cortas de longitud similar, por lo que el árbol debe ser procesado en el lugar que se corta.

La cabina está protegida con un conjunto de barras, R.O.P.S. "Roll Over Protection Structure",  que evitan su hundimiento en caso de vuelco y de un sistema de protección F.O.P.S. (“Fallen Objects Protections System”), que protege el habitáculo de la invasión de objetos o ramas.

Los principales riesgos en el uso del autocargador son;

•       Vuelco lateral
•       Situaciones de pérdida de control
•       Caídas.
•       Atrapamientos.
•       Riesgos ergonómicos.
•       Vibraciones.
•       Sobreesfuerzos.
•       Ruido.
•       Atropellos
•       Incendio. 

Todos estos riesgos deben estar identificados y evaluados, Normalmente forman parte de un Manual del Operador que debe entregarse al operario que maneja la máquina y que, junto al certificado CE de conformidad de la máquina, debe estar a disposición de la Autoridad Laboral.

  

A modo de ejemplo se muestra el análisis para los atropellos o vuelcos con el autocargador:

Además el operario deberá disponer del siguiente equipo de protección individual:

•     Casco de seguridad con protector auditivo incorporado.
•     Botas de seguridad con puntera de acero.
•     Guantes de cuero.
•     Chaleco reflectante.
•     Máscara anti polvo (en zonas donde sea necesario).