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Filtración (II): selección del equipo de filtrado

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Sobre el blog

Miguel Angel Monge Redondo
Ingeniero Técnico Agrícola por la UPM. Autor del libro: Diseño agronómico e hidráulico de riegos agrícolas a presión. Nominado mejor post premios iagua 2017
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En el post anterior se vieron los diferentes tipos de contaminantes que podría llevar un agua para uso agrícola. En esta entrada veremos cómo seleccionar el equipo de filtrado más adecuado según las características del agua a filtrar.

Hidrociclón

Son utilizados cuando el agua está contaminada por arena y actúan como equipo de prefiltrado con el objeto de evitar una limpieza frecuente del equipo de filtrado posterior. La procedencia de esta agua suele ser de pozos. El hidrociclón no tiene medio filtrante. Se diseña para que provoque en el agua un movimiento rotacional que origina una fuerza centrífuga. Los sólidos, al ser más pesados, son desplazados hacia el exterior de la corriente, chocando contra las paredes del filtro, pierden energía y se recogen en un colector de impurezas. La pérdida de presión de los hidrociclones depende del caudal a tratar exclusivamente. Si bien esta pérdida suele estar comprendida entre 1 y 6 mca, debe dimensionarse el cabezal de filtrado para que no llegue a 3 mca combinando tamaño y número de hidrociclones para que no se supere este cifra ya que el agua debe de alcanzar una velocidad adecuada.

La limpieza del filtro siempre es manual, desalojando del colector la arena acumulada.

En la imagen siguiente a la izquierda vemos una batería de hidrociclones. A la derecha los elementos de un hidrociclón y su funcionamiento.

Filtro de arena

Su instalación es indicada para retener materia orgánica principalmente y arcillas, siendo utilizados cuando la procedencia del agua es de canales y balsas en contacto directo con la radiación solar. Se combinan en la instalación con los filtros de malla.

Consisten en tanques, generalmente metálicos, rellenos de arena, grava o de partículas de vidrio reciclado, produciéndose un filtrado en profundidad cuando el agua atraviesa el lecho del relleno (las partículas de vidrio ofrecen una mejor respuesta tanto al filtrado como a la limpieza).

La velocidad de filtración debe estar comprendida entre 40 y 60 m3/h por m2 de lecho filtrante y será más lenta cuanto más sucia se encuentre el agua a tratar.

Las pérdidas de presión admisibles, con filtro limpio, son del orden de 1 a 3 mca, efectuándose la limpieza cuando estas pérdidas alcancen 4 o 5 mca.

La limpieza se realiza por contra-lavado, es decir, invirtiendo el sentido de circulación del agua utilizando el agua limpia procedente de uno o más filtros. La operación de lavado, además de limpiar la suciedad del lecho, sirve para agitarlo y evitar que se compacte y se formen grietas o canales. La limpieza automática de filtros de arena requiere su instalación en paralelo con al menos dos filtros.

En las imágenes siguientes observamos una batería de filtros de arena instalados en el cabezal de una comunidad de regantes y debajo el esquema de los procesos de filtrado y de lavado de la arena. Las válvulas permiten el cambio del sentido del agua para realizar la limpieza de la arena.

Filtro de discos

Estos filtros retienen sólidos en suspensión y materia orgánica. En el cabezal se pueden combinar con el uso de filtros de arena e hidrociclones según la calidad del agua a filtrar. Las impurezas quedan atrapadas entre unos discos ranurados que se encuentran agrupados y ajustados unos contra otros en un cartucho insertado en el interior de la carcasa del filtro.  

Al mismo filtro se le pueden cambiar los discos por otros de otro grado de filtración, pero hay que tener en cuenta que habrá que respetar los nuevos caudales máximos de funcionamiento.

Los filtros de discos pueden limpiarse a mano o ser auto-limpiantes. Esto últimos incluyen un mecanismo de inversión del flujo y aprovechan la misma presión del agua para expulsar la suciedad al exterior mediante un circuito de drenaje.

Las pérdidas de presión admisibles con filtro limpio son del orden de 1 a 3 mca efectuándose la limpieza cuando estas pérdidas alcancen 4 o 5 mca.

Seguidamente podemos observar el proceso de filtración y autolimpieza en un filtro de discos: mediante el uso de válvulas hidráulicas de tres vías se invierte el sentido del flujo del agua. Previamente un pistón descomprime la torre de discos para permitir su separación y limpieza efectiva. Debajo de estas líneas tenemos diferentes modelos de filtros de discos; el color de los discos indica el grado de filtración.

Filtro de malla

Son indicados para retener todo tipo de partículas de carácter inorgánico u orgánico requiriéndose su uso en aguas de cualquier procedencia, ya que en el cabezal se pueden combinar con los filtros de arena e hidrociclones según la calidad del agua a filtrar.  

Constan de una carcasa, normalmente de plástico para diámetros pequeños (1 a 3 pulgadas) y metálicos para el resto, que aloja en su interior el elemento o cartucho filtrante. El agua circula desde el interior al exterior de la malla. La malla del cartucho puede ser de nylon o bien de acero inoxidable.

Las pérdidas de presión admisibles con filtro limpio son del orden de 1 a 3 mca, efectuándose la limpieza cuando estas pérdidas alcancen 4 o 5 mca.

La limpieza puede hacerse manual (extrayendo el cartucho filtrante y limpiándolo con un chorro de agua a presión) o bien puede ser automática.

Conviene colocar varios filtros en paralelo con el fin de espaciar el intervalo entre limpiezas consecutivas y permitir seguir regando mientras se repara o se realiza las labores de mantenimiento de alguno de ellos.

En las siguientes imágenes vemos de arriba a abajo un filtro de malla de plástico de dos pulgadas con el sentido del circulación del agua. A su derecha la carcasa y en el interior la malla filtrante. Debajo podemos ver el mecanismo de filtrado y limpieza de un filtro de malla autolimpiante: el conjunto escáner consta de unas boquillas que, durante el proceso de autolimpieza, giran y a la vez recorren el interior del cartucho filtrante succionando las adherencias. Por último vemos un pequeño cabezal de filtros de malla de plástico.

Criterios para seleccionar los tipos de filtros

Las pautas que se dan a continuación son muy generales. La decisión final a tomar sobre los tipos de filtros a instalar en una explotación dependerá del análisis de la calidad de agua así como de la tecnificación de los equipos de filtrado.

Si el agua de riego proviene de pozos y sondeos convendrá colocar un filtrado previo mediante la instalación de hidrociclones para retener las partículas de arena. A continuación se instalarán filtros de malla o de discos.

Si el agua procede de balsas, canales o acequias, y hay riesgo de que se produzca materia orgánica, se instalarán filtros de arena para retener la materia orgánica y a continuación filtros de malla o de discos.

En las tomas de agua en parcela de instalaciones colectivas de riego con sistemas de filtrado en cabecera se instalarán filtros de malla o de discos.

A efectos de cálculo hidráulico se deben considerar las pérdidas de carga de los filtros en situación de colmatación, es decir, cuando originan una pérdida de carga que hace imprescindible su limpieza.

El equipo de filtrado se instalará al principio del cabezal de riego, antes del equipo de fertirriego. Después del equipo de fertirriego debe colocarse filtros de malla o de discos para retener las sales precipitadas que se puedan formar cuando se mezclan los fertilizantes con el agua.

En la tabla siguiente se resume lo comentado, teniendo en cuenta que la combinación de filtros se hace en función de la calidad del agua a filtrar, pudiéndose optar en el cabezal, si la calidad del agua lo permite, por baterías únicas de filtros de malla o bien de filtros de discos. Los hidrociclones y los filtros de arena siempre se deben de combinar con los filtros de malla o con los de discos.  

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