¿Qué es un tanque de igualación?

Los tanques de igualación se emplean en plantas de tratamiento de aguas residuales y en plantas industriales que requieren un caudal constante de fluido, a través de sus tuberías o a través de todo el sistema diseñado para un proceso específico.

Tanque de igualación de geometría circular
Tanque de igualación puesto en marcha. Imagen de Aireo2

Estos tanques permiten regular el caudal que va a tener la planta de tratamiento y evitar daños de los equipos, ubicados aguas abajo del proceso de tratamiento de aguas residuales o procesos industriales que requieren un control total de la cantidad de fluido que se utilice.

En este artículo, hablaremos sobre la importancia de los tanques de igualación, sus usos y otras características relacionadas con estos tanques, que forman parte importante en el diseño de una planta de tratamiento de aguas y otras aplicaciones en las que se requiere regular el caudal de operación.


Tabla de contenidos

  1. Conceptos básicos
    1. Aguas residuales
    2. Tratamiento de aguas residuales
    3. Caudal de diseño
  2. Igualación de caudales
  3. Importancia del tanque de igualación
  4. Usos de un tanque de igualación
  5. Proceso de igualación de caudal dentro del tanque de igualación
    1. Uso de motobombas
    2. Uso de canaletas
  6. Algunos parámetros para diseño de un tanque de igualación


Conceptos básicos

Para diseñar o seleccionar un tanque de igualación para un proceso industrial o para una planta de tratamiento de aguas residuales, es importante conocer algunos conceptos básicos que veremos a continuación:


Aguas residuales

Son aguas contaminadas con compuestos orgánicos o inorgánicos que pueden causar daños a la vida vegetal o animal, y que son producidas por centros poblados, fábricas y todo tipo de procesamiento de agua que conlleve a su contaminación


Tratamiento de aguas residuales

El tratamiento de aguas residuales es un conjunto de acciones a tomar para eliminar la mayor cantidad de contaminantes existentes en éstas, antes de expulsarlas al medio ambiente y de esta manera, reducir de manera considerable su impacto ambiental y la posibilidad de propiciar enfermedades y daños al entorno.


Caudal de diseño

Este es el caudal de trabajo óptimo con el cual se trabaja en una planta de tratamiento de aguas o en un proceso industrial que requiera un control total de su caudal de operación. Por lo general, se trabaja con un caudal promedio entre el máximo caudal permitido por la planta y el menor caudal con el cual se puede trabajar para no dañar equipos que forman parte del proceso, y que son sensibles a cambios drásticos de caudal de operación.


Igualación de caudales

Igualación de caudales en tanques
Igualación de caudales. Imagen de Fibras y Normas

El proceso de igualación de caudales permite al ingeniero moderar las variaciones de caudal que puede tener una planta de tratamiento de aguas residuales, los cuales varían a lo largo del día. De esta manera, es posible mantener un caudal constante de trabajo, que por lo general, es el mismo caudal de diseño de una planta de tratamiento o de un proceso industrial muy controlado.

En otras palabras, la igualación de caudales trata de eliminar las diferencias de caudal que llegan a la planta de tratamiento, creando un caudal constante que servirá de guía durante todo el proceso industrial o de purificación de agua residual.

Entonces, con el concepto de igualación de caudales se puede definir al tanque de igualación como la zona de la planta o el recipiente en donde se iguala o se homogeneiza el caudal de agua que va a ser tratado o utilizado industrialmente. También, se puede decir que es el tanque en donde se amortiguan las variaciones de las descargas de aguas residuales con la finalidad de trabajar con un caudal uniforme de líquido.

Además de homogeneizar el caudal, un tanque de igualación, también ofrece la posibilidad de amortiguar las variaciones de pH y las concentraciones de constituyentes tóxicos presentes en el agua residual.


Importancia del tanque de igualación

Tanques de igualación en funcionamiento
Tanque de igualación en funcionamiento. Imagen de Fibras y Normas

La importancia principal de un tanque de igualación radica en suministrar un caudal constante a una planta de tratamiento de aguas, ya que estos caudales varían de acuerdo a la temporada, la hora del día y la fluctuación de población o de desechos de aguas industriales.

Mantener este caudal constante asegura que no se dañaran equipos sensibles durante el proceso, además será factible controlar por completo las descargas de agua, y facilitar la capacidad de tratamiento de aguas tomadas en el diseño preliminar, sin salirse de los parámetros de operación, lo que pudiese afectar de manera considerable la calidad del proceso.

El uso de un tanque de igualación bien diseñado, va a permitir al ingeniero reducir el tamaño de las plantas de tratamiento y dimensionar mejor los equipos a utilizar, así como también, homogeneizar el pH. Cabe destacar, que en los tanques de igualación se debe proporcionar una correcta aireación y mezclado al agua que retienen, para evitar olores y que los sólidos se sedimenten dentro de éste, ya que más adelante durante el tratamiento de aguas se realizará una operación unitaria de sedimentación en otros tanques diseñados para esta tarea.




Usos de un tanque de igualación

Los principales usos de un tanque de igualación son los siguientes:
  1. Homogeneizar caudales de aguas residuales en temporadas secas.
  2. Regular caudales de aguas residuales durante temporadas de lluvia en los sistemas de alcantarillado.
  3. Igualar caudales que ingresan a una planta de tratamiento de aguas residuales.
  4. Regular caudales de plantas industriales.


Proceso de igualación de caudal dentro del tanque de igualación

El tanque de igualación debe contar con un diseño específico, que permite realizar de manera eficiente la homogenización de caudales. Principalmente, existen dos formas de lograr la igualación de caudales dentro de un tanque de igualación y son las siguientes:


Uso de motobombas

Accesorios de mezclado en tanques de igualación
Accesorios de mezclado en tanques de igualación. Imagen de Universidad da Coruña

El agua residual alimenta al tanque de igualación desde el sistema de alcantarillado. Dentro del tanque se encuentra una motobomba o un sistema de bombeo compuesto por varias motobombas, que al estar funcionando proporcionan un caudal constante que va hacia la planta de tratamiento de aguas. Mientras que el agua restante en el tanque, es devuelta al sistema de alcantarillado y eventualmente regresará al tanque de igualación. De esta manera, se evita acumulación dentro del tanque, así como, sedimentación no deseada.


Uso de canaletas

El agua ingresa al tanque de igualación desde el sistema de alcantarillado. Dentro del tanque se colocan tuberías con orificios por las que se suministra el agua al tanque. Estas tuberías cuentan con un diámetro interno reducido, obligando a que el caudal que fluye dentro de ellas sea constante.

Este sistema de llenado se conoce como sistema de canaletas perforadas. También se pueden utilizar canaletas dentadas. Allí, el agua pasa a través de las aberturas dentadas de la tubería, permitiendo la visualización del caudal de agua y dejando pasar al tanque un caudal constante. Al igual que con las motobombas, el agua restante se devuelve al sistema de alcantarillado.


Algunos parámetros para diseño de un tanque de igualación

El diseño de un tanque de igualación es relativamente sencillo y se basa principalmente en un balance de masa o balance de materia del caudal entrante a la planta de tratamiento de aguas o al proceso industrial. Una vez que tengamos el balance de masa y el caudal promedio con el cual se va a trabajar, ya sea en el proceso industrial o en la purificación del agua, se puede calcular el volumen del tanque de igualación.

Hidrograma representativo del caudal de aguas
Hidrograma representativo del caudal de aguas

Para realizar el diseño del tanque, hay que disponer de un hidrograma representativo del caudal de aguas residuales que se descargan en la planta de tratamiento, o de las aguas que ingresan al proceso industrial.

Con este hidrograma (que no es otra cosa que la cantidad de metros cúbicos de agua que ingresan por hora del día) se puede construir una curva de masa de agua que ingresa al tanque de igualación. Esta curva consiste en levantar una gráfica de la masa que entra y la masa que sale del tanque (volúmenes acumulados de agua en función del tiempo). La diferencia entre ambas curvas, nos dará una idea del volumen que debe tener el tanque.

La manera gráfica de calcular el volumen del tanque de igualación, es combinar la curva de masa de agua que entra al tanque y la curva de masa de agua que sale del tanque, para los mismos intervalos de tiempo. Para ello, se trazan ambas curvas en un mismo sistema de ejes coordenados, haciéndolas coincidir con las mismas escalas de tiempo. La diferencia de ordenadas entre las curvas, nos dará el valor del volumen excedente o faltante de almacenamiento para un intervalo de tiempo específico.

Curva de masa para el calculo de volumen de un tanque de igualación
Curva de masa para cálculo de volumen de un tanque de igualación

Si la curva de masa entrante está por encima de la curva de masa saliente, habrá un excedente. En caso contrario, se tendrá un faltante. La estimación del volumen, radica en ubicar en las gráficas la diferencia mayor de excedente y la diferencia mayor de faltante, siendo el volumen la sumatoria entre ambas diferencias de curvas. Esto lo podemos representar con la siguiente ecuación:


Vti=Maxexcedente+Maxfaltante

Donde:
  • Vti: Volumen del tanque de igualación en m^3
  • Maxexcedente: Volumen máximo excedente en m^3
  • Maxfaltante: Volumen máximo faltante en m^3

En caso de no existir máximo faltante, sólo se toma en consideración la máxima diferencia excedente y viceversa.

Como comentamos anteriormente, el mezclado es indispensable para evitar sedimentación y olores. Para ello, se requieren equipos agitadores que deben proporcionar una razón de 0.005 a 0.010 HP/m^3 de tanque y que permitan suministrar al agua oxígeno, a razón de 0.15 a 0.20 m3/min de aire por m^3 de tanque.




La selección de estos equipos dependerá del presupuesto y del tamaño del tanque. Por lo general, se colocan sobre balsas que flotan sobre el agua del tanque, permitiendo la agitación mediante aspas y la aireación mediante bombeo de aire dentro del tanque. Estos pueden tener un eje vertical o u eje oblicuo. Otros equipos para realizar el mezclado y aireación, pueden estar en el fondo del tanque, logrando su objetivo mediante sistemas eyectores directamente al agua.

Asimismo, los tanques deberían tener una pendiente en sus lados laterales para minimizar la variación del nivel. De este modo, se obtienen tanques de tipo trapezoidales bastante eficientes. La altura del tanque dependerá directamente del área donde se colocará y el volumen de éste.

Existen muchas maneras de realizar diseño de tanques de igualación, según la geometría de éstos. Un tipo de tanque muy utilizado es el circular. En estos tanques se tendría que definir la profundidad dada por el diseñador, y con el volumen, se puede estimar el área del círculo que sería el volumen/profundidad. Y con el área, se obtiene el diámetro del tanque.

Hay muchos modelos matemáticos para dimensionamiento de tanques de igualación. Varían según el autor del modelo y la geometría seleccionada, así como, de los equipos de agitación que se utilizarán.

Equipo de mezclado para tanque de igualación del tipo flotante
Equipo de mezclado para tanque de igualación. Imagen de Universidad da Coruña

Otro de los parámetros a tomar en cuenta es el tiempo de retención hidráulico que tendrá el agua a tratar. Es decir, el tiempo que debe estar el agua residual dentro del tanque de igualación para poder homogeneizar los caudales. El TRH (tiempo de retención hidráulica) es igual al volumen del tanque dividido entre el caudal de operación. Con el volumen del tanque, podemos calcular su área. Por ejemplo, en un tanque de geometría rectangular el área será el volumen/2 y de allí, despejar las dimensiones de los lados con relación de 2:1. Incluso, se toma en consideración el ángulo de inclinación de los laterales.

La profundidad, es recomendable que se encuentre entre 1.5 m y los 3 m, a conveniencia del diseñador, tomando en cuenta el espacio disponible para ubicar el tanque de igualación.

Las consideraciones básicas de diseño son bastante simples, sin embargo, para diseños completos es importante tener en cuenta el área de los accesorios de mezclado y aireación, los cuales, forman parte de otro estudio complementario que describiremos en un próximo artículo.

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