¿Se miden correctamente los caudales en las campañas de aforo de aguas residuales?

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Sobre el blog

Juan José Salas
Doctor en Química por la Universidad de Sevilla Director de I+D+i de la Fundación CENTA 35 años dedicado al tratamiento de las aguas residuales, especialmente de los vertidos generados en las pequeñas aglomeraciones urbanas MEDICO DEL AGUA
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En los estudios previos para el diseño de una Estación Depuradora de Aguas Residuales (EDAR), una actividad de capital importancia se centra en determinar la carga (expresada en kg DBO5/d, o habitantes equivalentes) que va a tratar.

Para ello, se llevan a cabo campañas de aforo y muestreo de las aguas residuales, pues de multiplicar su caudal por su concentración (DBO5 en proceso aerobios y DQO en los anaerobios), se obtiene la carga a tratar.

En lo referente a las campañas de muestreo, estas están sujetas a normas que regulan tanto la forma en que deben llevarse a cabo, como la conservación de las muestras y las determinaciones analíticas pertinentes. Pero ¿ocurre lo mismo con el aforo de las aguas residuales a tratar?

El Médico del Agua ha tenido la oportunidad de conocer los trabajos que en este campo se están llevando a cabo en la empresa CONSULNIMA, sita próxima al “Hospital Universitario del Agua”, de Carrión de los Céspedes (Sevilla), en el que desarrolla su actividad profesional. Para hablar sobre estos trabajos ha contactado con Antonio Luis Cabello (ingeniero de CONSULNIMA, especialista en esta área) y con Luis Manuel Canedo, que les asesora en estas actividades.

Médico del Agua (MdA).- Cuando hacemos campañas de aforo de aguas residuales ¿estamos midiendo correctamente los caudales?

Luis Manuel Canedo (LMC).- Generalizando te diría que no. El ensayo de caudal es uno de los que presenta mayor dificultad en su realización. Hay que tener en cuenta que se realiza “in situ”, estando sometidos durante su ejecución a las condiciones meteorológicas, que en muchos casos se utilizan equipos que no están del todo bajo el control del laboratorio o de la entidad de inspección y, para colmo, el resultado es una combinación de medidas de diferentes parámetros. Queda claro que su correcta ejecución es un reto en sí misma.

El ensayo de caudal es uno de los que presenta mayor dificultad en su realización

MdA.- ¿En qué aspectos centrarías las principales dificultades a la hora de llevar a cabo una correcta medición de caudales?

LMC.- En relación con los puntos de medida, estos no suelen cumplir los estándares necesarios para realizar medidas fiables.

En lo referente al aparataje, su instalación no siempre es acorde con los requisitos asociados a los canales de aproximación, condiciones de flujo, pendientes y ubicaciones de los puntos de medida.

En ciertos casos, los laboratorios o entidades de inspección deben de agudizar el ingenio, desarrollando útiles ad-hoc para poder realizar las mediciones, que se ven condicionadas por la dificultad en la ubicación de los sensores. Tampoco es fácil realizar correctas calibraciones de los sensores de velocidad con los que operan ciertos tipos de caudalimetros. Las dificultades, como puedes ver, se presentan en toda las direcciones.

Y no olvidemos la situación del mercado, que también hay que mencionarla, donde no se valora la realización de una correcta medida, en muchos casos, porque esta tampoco es exigida por la propia administración.

MdA.- Y tú Antonio ¿cómo lo ves?

Antonio Luis Cabello (ALC).- Distinguiría dos ámbitos de actuación, en función de la magnitud de los caudales a medir. La mayoría de la formulación para la medición de caudal mediante superficies de control (vertederos de diversos tipos, con o sin contracción, etc.), aun partiendo de estudios matemáticos-hidráulicos, al final proponen fórmulas empíricas, obtenidas por distintos autores, que normalmente están concebidas para grandes caudales, lo que arroja errores importantes en las mediciones de pequeños caudales, del orden de 5 m3/h, o inferiores. Además, dichas fórmulas llevas aparejadas unas condiciones de contorno tales, que impiden su uso en caudales pequeños y que muchas veces no se respetan, dando lugar a importantes errores de medición.

En el caso de caudales mayores, las razones más habituales de los distintos errores de medición vienen de la propia ejecución o instalación de los sistemas de medida, no respetando las distancias exigidas en función de la formulación empleada. Hay que observar que las distintas fórmulas que existen sólo son válidas si se respetan, no sólo una serie de valores en la geometría de la superficie de control, sino en las distancias a mantener entre el punto de medición aguas arriba y la superficie, la turbulencia del flujo de agua, la presencia o no de sedimentación en la conducción, etc.

En definitiva, hay toda una serie de variables a tener en cuenta antes de dar por válido un sistema de medición de caudal y por válida una formula determinada, lo que hace complicado elegir acertadamente.

MdA.- Y ¿cómo se comportan los diferentes dispositivos existentes para la medición de caudales?

ALC.- En lo que atañe a mediciones mediante equipos doppler, como los habituales caudalímetros portátiles, para caudales pequeños es prácticamente imposible medir sin superficies de control, debido a que el sensor no queda sumergido, o queda escasamente sumergido, y las turbulencias en el sensor hacen imposible la medida. Por ello, finalmente debemos incorporar una superficie de control, tipo vertedero, aguas abajo del sensor, y, solamente usar el sensor como medida de altura, seleccionando la fórmula adecuada al caso concreto, algo que a priori, no es nada fácil, por las razones antes comentadas, y siendo al final necesario usar superficies de control, con la problemática que lleva aparejada.

Actualmente, los caudalímetros electromagnéticos dan unos resultados muy precisos en la medición, pero cuando tenemos que medir caudales pequeños en aguas residuales, la cosa cambia. La combinación Agua Residual-Caudales Pequeños es muy negativa a la hora de medir caudales en caudalímetros electromagnéticos, ya que, para garantizar unas velocidades de paso adecuadas, habría que seleccionar diámetros de paso muy pequeños, algo totalmente contraproducente para el paso de agua residual.

Por último, la medición mediante canales Parshall presenta como principales dificultades que su uso portátil en distintas instalaciones es en la práctica casi imposible, a la vez que garantizar la geometría perfecta del parshall es muy complicado. Aunque existe una normativa para definir la geometría del parshall, cumplir escrupulosamente la norma es harto difícil, ya que no se permiten variaciones de más del 2% de tolerancia en las distintas medidas del canal.

MdA.- De los dos factores que empleamos para determinar las cargas a tratar, o tratadas (caudales y concentraciones), la determinación de estas últimas está muy normalizada, ¿ocurre igual con los caudales?

LMC.- Las medidas de caudal sí están normalizadas a nivel documental. Existen multitud de normas ISO, ASTM, EPA que recogen cualquier situación para realizar una medida. No solo canales Parshall en todas su modalidades o vertederos, sino medidas de punto final, medidas aproximadas mediante métodos empíricos como Manning, medidas mediante altura y velocidad, uso e instalación de caudalímetros, etc. Por lo tanto, normalizado está. El problema radica en que esa normalización, es de salón. La implantación de esas normas en las medidas del día a día es casi nula. En la mayoría de los casos, basta con instalar los sensores y hacer unas pequeñas comprobaciones de funcionamiento y listo. El uso final del resultado no requiere mayor fiabilidad. Al final, hay que recordar, que en cualquier análisis, es necesario adaptar los requerimientos del ensayo a la usabilidad del resultado, con objeto de garantizar su rentabilidad.

MdA.- ¿Qué es lo que se está haciendo actualmente en este campo para mejorar la problemática anteriormente descrita?

LMC.- En la actualidad sí que es verdad, que desde los propios laboratorios y entidades de inspección se está haciendo un esfuerzo notable en aumentar la fiabilidad de las medidas de caudal. También desde la propia administración se ha tomado conciencia de su trascendencia, de hecho el Protocolo de Inspección de Vertidos del Ministerio de Agricultura y Pesca, Alimentación y Medio Ambiente ya recoge específicamente la inspección del control efectivo de los volúmenes vertidos, en su objeto 2.

A nivel técnico, el estado del arte permite la ejecución de las medidas de forma fiable en caso cualquier situación.

Por tanto, si todos quieren y se puede, no cabe duda que se alcanzaran, en las medidas de caudal, estándares de calidad similares a los que se obtienen en otro tipo de ensayos.

MdA.- ¿Qué estáis haciendo en CONSULNIMA a este respecto?

ALC.- Actualmente lo que pretendemos es protocolizar el trabajo de medición, junto a una verificación en un banco de pruebas hidráulico (que hemos instalado en nuestras dependencias), de los distintos equipos de medición existentes. De esta forma, definimos unas guías de actuación estandarizadas y normalizadas por la normativa actual, en función del tipo de medición a realizar en campo, de modo que podamos establecer un método de medición lo más reproducible posible en las distintas instalaciones.

MdA.- Agradecemos a Luis y a Antonio sus declaraciones, y espero que hayan sido útiles a los lectores.

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