FUNCIONAMIENTO DEL TÚNEL DE SECADO TÉRMICO
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1. a _ Introducci n La estaci n depuradora de aguas residuales de Ibi entr en servicio el a o 1993 Inicialmente la l nea de agua contaba con un tratamiento t sico qu mico mientras que los fangos recib an un tratamiento qu mico de estabilizaci n mediante adici n de cal y posterior deshidrataci n en filtros banda La sequedad media obtenida bajo estas condiciones de funcionamiento era del 28 Debido a la importancia de la industria del juguete los fangos contienen una alta concentraci n de metales pesados lo cual impide su aplicaci n en agricultura debiendo ser tratados como residuos peligrosos con el consiguiente incremento de los costes de explotaci n Esta circunstancia unida a la necesidad de completar el tratamiento de las aguas para su vertido en zona catalogada como sensible motiv la reforma de la depuradora finalizada en el a o 2002 habi ndose construido los siguientes elementos Tratamiento biol gico con eliminaci n de nutrientes Desinfecci n del agua tratada mediante radiaci n ultravioleta e Instalaci n de un secado t rmico de lodos por convecci n a baja temperatura PAR METROS Fuentes de energ a t rmica primaria Fuente de energ a 1 bombas de calor Fuente de energ a 2 sistema de cogeneraci n Capacidad nominal de evaporaci n Producci n diaria de fangos deshidratados Seguedad de fangos deshidratados Producci n diaria de fangos secados Sequedad en fang2. EX Wh exportado gara r bca 1 Oraciones en el coste de suministro de gasol Y precios de vi TUG de GETUIG Finalmente y a modo de resumen se establece el ahorro econ mico que supone el secado t rmico en los costes de tratamiento y evacuaci n de lodos Dicho ahorro supone un periodo de amortizaci n para el t nel de secado t rmico de lodos de 4 9 a os mientras que para las instalaciones de cogeneraci n se incrementa hasta los 17 8 a os si bien la disponibilidad de los motores instalados como grupo electr geno de emergencia supone una notable mejora en la fiabilidad de funcionamiento de la depuradora Secado con bombas de calor frente a la evacuaci n directa de los lodos Secado con cogeneraci n frente a la evacuaci n directa de los lodos Secado con cogeneraci n frente a secado con bombas de calor a o l loba 3 Ahoro econ mico Conclusiones 176 205 35 203 291 57 27 086 22 52 60 m0 10 20 ahor La implantaci n y funcionamiento del t nel de secado t rmico de fangos en la EDAR de Ibi ha supuesto un importante ahorro econ mico en los costes de explotaci n al reducirse en un 60 el coste de transporte y tratamiento de los lodos As mismo cabe destacar la notable mejora medioambiental conseguida al reducirse en torno al 66 el volumen de fangos a evacuar IA US Foto 4 Fango secado t rmicamente y agua eliminada del mismo El aporte del calor necesario para el sec
3. FUNCIONAMIENTO DEL T NEL DE SECADO T RMICO DE FANGOS DE LA EDAR DE IBI ALICANTE Jos Juan MORENILLA MART NEZ Dr Ingeniero industrial Ignacio BERN CER BONORA Licenciado en Farmacia Jos M SANTOS ASENSI Ingeniero Industrial Entidad P blica de Saneamiento de Aguas Residuales COMUNIDAD VALENCIANA Jacinto MU OZ ROBLEDILLO Ingeniero T cnico Industrial INGENIER A ALICANTINA S A GRUPO TYPSA Resumen El presente art culo analiza las cuestiones t cnicas y econ micas relativas al funcionamiento del t nel de secado t rmico de fangos instalado en la EDAR de Ib1 Alicante La inversi n en la construcci n del secado t rmico se justifica por los altos costes que supon a el tratamiento de los fangos debido al gran contenido en metales pesados que presentan lo cual provoca que deban ser gestionados como residuo peligroso En la instalaci n construida la energ a t rmica necesaria para el secado se puede aportar de dos formas mediante el empleo de bombas de calor o mediante el aprovechamiento del calor producido en el sistema de cogeneraci n Con esta instalaci n de la EDAR adem s de reducir en un 66 el volumen de lodos producido se cuenta con un sistema aut nomo de energ a que permite incluso exportar a la red el 58 de la que se genera Por tanto est pr cticamente garantizado el suministro el ctrico de la EDAR con la consiguiente mejora en la disponibilidad de la Instalaci n mE 8 l 2 a
4. ado t rmico de lodos se puede efectuar mediante el empleo de bombas de calor o el acoplamiento del sistema de cogeneraci n existente siendo sta ltima la opci n econ micamente m s ventajosa Asimismo al tener dos sistemas alternativos de aporte de energ a t rmica la instalaci n est dotada de una mayor flexibilidad y fiabilidad de funcionamiento La viabilidad econ mica del sistema de cogeneraci n est condicionada por las variaciones existentes en el coste del suministro de gasoil y en los precios de venta de energ a a la red el ctrica En todo caso los motores existentes permiten asegurar el suministro de energ a el ctrica a todos los equipos de la depuradora en caso de corte en el suministro Vista lateral del t nel de secado e o Bibliograf a Sistemas de Transferencia de calor S A 2001 Manual de usuario secado t rmico EDAR Ibi Tomos I y II 1 Edici n M Mu oz y F Payri 1989 Motores de combusti n interna alternativos Secci n de publicaciones de la E T S de Ingenieros Industriales Fundaci n General Universidad Polit cnica de Madrid 3 Edici n Enrique Torrella Alcaraz 1996 La producci n de fr o E T S de Ingenieros Industriales Editorial de la Universidad Polit cnica de Valencia P J Rapln 1986 Instalaciones frigor ficas Tomos I y II 3 Edici n Marcombo Boixareu Editores
5. atamiento de los lodos En la tabla 2 se recogen los costes de tratamiento y evacuaci n de los lodos de la depuradora de Ibi teniendo en cuenta las siguientes hip tesis de trabajo Transporte y evacuaci n de fango deshidratado procedente de los filtros banda sin secado t rmico Transporte y evacuaci n de fango deshidratado tratado en el t nel de secado t rmico funcionando con bombas de calor y Transporte y evacuaci n de fango deshidratado tratado en el t nel de secado t rmico funcionando con la instalaci n de cogeneraci n Tipo de tratamiento Fango a Coste Coste Coste total evacuar Tratamiento Evacuaci n la o t a o la o a o Sin secado t rmico 2 331 339 323 67 339 323 67 Con secado t rmico 787 48 554 73 114 563 59 163 118 32 bombas de calor Con secado t rmico 187 21 468 51 114 563 59 136 032 10 cogeneraci n Tabla 2 Comparativa de costes de tratamiento y evacuaci n de lodos en la EDAR de Ibi En la tabla 2 correspondiente a los costes medios del ejercicio 2003 se observa que la alternativa econ micamente m s ventajosa es el funcionamiento del secado t rmico acoplado al sistema de cogeneraci n si bien la rentabilidad del sistema de cogeneraci n est condicionada tal como se ha comentado anteriormente por las variaciones del coste de suministro de gasoil y en menor medida de los precios de venta de energ a a la empresa suministradora tal como se observa en el gr fico 1
6. cesaria para la condensaci n del vapor de agua sirve adicionalmente para transmitir la energ a t rmica disponible en el aire h medo hacia la m quina t rmica nuevamente En estas condiciones se tiene un circuito cerrado continuo y con m nima p rdida de calor M quina t rmica de compresi n directa con gas Fre n R 134 como fluido refrigerante Este sistema sirve para la transmisi n de energ a t rmica entre los circuitos de agua fr a y caliente Los par metros medios de funcionamiento obtenidos en el secado t rmico con las bombas de calor son los siguientes Foto 2 Detalle del conformado de fangos y cinta de tracci n Funcionamiento del secado t rmico con los equipos de cogeneraci n El funcionamiento del t nel de secado t rmico acoplado al sistema de cogeneraci n es b sicamente igual que el modo de trabajo empleando las bombas de calor As la nica variante que existe en esta modalidad de trabajo es que la potencia t rmica necesaria es aprovechada del calor residual de los dos motores de combusti n existentes mediante los siguientes circuitos Circuito de agua de refrigeraci n de los motores de combusti n Se trata del circuito de refrigeraci n de cualquier motor de combusti n si bien en este caso se dispone de un intercambiador intermedio que permite transmitir el calor generado en el bloque motor hacia un circuito secundario de agua Circuito de aprovechamiento de tos gases de escape Este cir
7. cuito canaliza los gases de escape del motor hacia un segundo intercambiador donde la potencia t rmica de los mismos es transmitida al circuito secundario de agua procedente del intercambiador que aprovecha la energ a del circuito de refrigeraci n Circuito de agua caliente para la aumentaci n del t nel de secado t rmico Este circuito permite transmitir la potencia t rmica recuperada del circuito de refrigeraci n mas la potencia t rmica recuperada del intercambiador de los gases de escape hacia las bater as de intercambio del foco caliente del t nel de secado t rmico Circuitos auxiliares Estos circuitos sirven para la alimentaci n de combustible de los motores y para la refrigeraci n de los gases de escape antes de su entrada en los turbo compresores Los par metros medios de funcionamiento obtenidos en el secado t rmico acoplado al sistema de cogeneraci n son los siguientes _ 4 Tin y A a SE E A pa i a m g LA F i e al P E pE e A al q Thi ad a i apan a s pa ii p ce m w 2 ta ad Elg er lt a F l Foto 3 Agua condensada a la salida del t nel de secado Costes de explotaci n del secado t rmico Una vez vistas las alternativas t cnicas para el aporte de calor al secado t rmico de lodos bombas de calor o sistema de cogeneraci n y teniendo en cuenta que ambas aportan pr cticamente la misma potencia t rmica el funcionamiento mediante la instalaci n de cogeneraci n
8. el mismo a la salida de las extrusoras permitan su correcto secado fotos 1 y 2 Cintas de tracci n Estos elementos recogen el fango deshidratado a la salida de las extrusoras y lo transportan horizontalmente a trav s del t nel de secado t rmico donde una corriente de aire caliente y seco a 65 C forzado por los ventiladores interiores incide perpendicularmente a las cintas El aire caliente y seco a su paso por las cintas absorbe la humedad del fango en proceso de tratamiento convirti ndose en aire h medo aire seco vapor de agua a 57 C Posteriormente el aire h medo ser enfriado deshumectado calentado y recirculado nuevamente a trav s de las cintas Cepillos de limpieza Estos elementos permiten la limpieza continua de las cintas de tracci n Husillos de descarga El fango secado t rmicamente es transportado y elevado mediante un sistema de tornillos hasta la tolva de almacenamiento de secado lermico Ei f La a a a Funcionamiento del secado t rmico seg n la fuente de energ a calor fica Seg n se ha visto anteriormente el funcionamiento del t nel de secado t rmico exige una fuente de calor o foco caliente que permita disponer de aire caliente y seco a una temperatura de 65 C En el secado t rmico de la EDAR de Ibi los sistemas t rmicos que permiten aportar dicha energ a son los siguientes Bombas de calor e Instalaci n de cogeneraci n A continuaci n se explica el funcionam
9. iento espec fico de cada uno de estos sistemas a B E Foto 1 Detalle de las extrusoras n 1 y n 2 para el conformado fangos y carga de cintas Funcionamiento del secado t rmico mediante bombas de calor El t nel de secado t rmico de Ibi est constituido por dos m dulos id nticos conectados en serie cada uno de ellos formando un sistema independiente del otro y constituido por los siguientes elementos Circuito de agua caliente Circuito de agua que sirve para la transmisi n t rmica de calor desde el condensador de la maquina t rmica hasta el intercambiador de calor existente en el interior del t nel de secado bater a de intercambio de foco caliente El aire a su paso por este elemento alcanza la temperatura nominal de trabajo de 65 C Circuito de agua Ir a Circuito de agua que sirve para la obtenci n de la temperatura de roc o en el segundo nter cambiador dispuesto en el interior del t nel de secado bater a de intercambio de foco fr o El aire caliente y seco a 65 C a su paso por las cintas de tracci n se convierte en una mezcla de aire seco m s vapor de agua aire h medo El aire h medo al entrar en contacto con el intercambiador de foco fr o desciende su temperatura hasta el punto ptimo para la condensaci n del vapor de agua El agua condensada en este elemento es eliminada posteriormente del sistema fotos 3 y 4 En este segundo intercambiador adem s de producirse la temperatura ne
10. os secos Volumen de agua a evaporar Capacidad de secado de fango CAR CTER STICAS 4 m quinas t rmicas de compresi n directa Instalaci n de cogeneraci n constituida por 2 motores Diesel Potencia total instalada 640 kW 500 lh 15 200 kg dia 25 4 500 kg dia 85 10 830 agua dia 708 kg h Descripci n del secado t rmico de lodos El secado t rmico de lodos a baja temperatura Instalado en la EDAR de Ibi se basa en el principio de secado por convecci n de aire caliente en t nel cerrado y continuo efectu ndose el aporte del calor necesario para el secado de los lodos mediante dos fuentes alternativas bombas de calor y aprovechamiento del calor generado en los circuitos de refrigeraci n del bloque motor y gases de escape de dos motores diesel En la tabla 1 se indican los par metros de dise o del secado t rmico de lodos y en la figura 1 pueden verse los elementos de la unidad de tratamiento Los principales elementos del t nel de secado t rmico son Tomillo de carga y tornillo repartidor a extrusoras Ambos elementos conectados en serie recogen y transportan el fango deshidratado de los filtros banda almacenado en una arqueta o muelle de carga hasta las extrusoras Extrusoras Previamente al extendido del fango deshidratado en las cintas el fango debe ser distribuido uniformemente a lo largo de las mismas As mismo debe ser conformado de tal forma que la geometr a longitud y espesor d
11. presenta una serie de ventajas frente al funcionamiento con las bombas de calor Paralelamente a la producci n de potencia t rmica la instalaci n de cogeneraci n genera energ a el ctrica la cual es aprovechada para el funcionamiento de la estaci n depuradora El excedente de energ a el ctrica generada por los equipos de cogeneraci n y no consumida en la estaci n depuradora es vendida a la red de distribuci n de la compa a el ctrica conforme a la normativa legal existente al respecto En caso de interrupci n del suministro de energ a el ctrica por parte de la compa a suministradora la instalaci n de cogeneraci n permite dotar de una mayor flexibilidad y fiabilidad de funcionamiento a la estaci n depuradora dado que se puede trabajar con total independencia de la red de distribuci n La desventaja que presenta la instalaci n de cogeneraci n respecto al empleo de las bombas de calor es que su viabilidad econ mica depende de las variaciones existentes en el precio de suministro de gasoil as corno de los precios de venta de energ a el ctrica a la empresa suministradora La existencia de un sistema alternativo de aporte de energ a t rmica mediante bombas de calor concede a la instalaci n una mayor flexibilidad de funcionamiento frente a aver as u operaciones de mantenimiento del mismo modo que en caso de variaciones bruscas en el precio de suministro de gasoil permite asegurar unos costes ajustados de tr
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