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Diseño y cálculo de equipos mecánicos para estaciones depuradoras de aguas residuales

_____________________________________________________________________________ Ricardo López Roldán - 1

4. SEPARADORES O CONCENTRADORES DE GRASAS Y ACEITES

4.1. Objetivos

Introducción al proceso de desengrasado. Norma UNE-EN 12255-3 Plantas de aguas

residuales, parte 3: Tratamiento preliminar. 4.3.3 Separación de grasas y aceites.

Diseño del concentrador de grasas de cuba metálica.

Cálculo mecánico, según norma: Código ASME Section VIII - Div. 1 - Mandatory

appendix 13 - VESSELS OF NON-CIRCULAR CROSS SECTION para el cálculo de tanques

rectangulares sometidos a presión hidrostática.

Medición y presupuesto.

Cálculo informático con el software " Concentradores de Grasas V. 2017".

4.2. Proceso de desengrasado. Función del concentrador o separador de grasas

La función básica de un separador de grasas (también llamado concentrador de grasas)

es como su propio nombre indica separar el aceite o las grasas del agua, gracias a la diferencia

de peso específico de ambas sustancias. Debido a que el peso específico de las grasas (en

torno a 700 Kgf/m3) es menor que el del agua (1000 Kgf/m3), éstas tienden a flotar en la

superficie del líquido, así posteriormente y mediante unas rasquetas guiadas por cadenas, se

pueden retirar y separar el agua residual.

Aunque hablemos de grasas y/o aceites, en realidad habría que hablar de "flotantes",

pues todo aquello cuyo peso específico sea menor que el del agua residual flotará y se podrá

separar mecánicamente mediante unas rasquetas móviles, como ya hemos comentado, por

ello quizás un nombre más adecuado para este equipo sería "separador de flotantes".

Las concentración de grasas de un agua residual urbana se encuentra entre 50 y 150

mg/l, se deben eliminar cuanto antes en el proceso de pretratamiento ya que aumentan la

DQO en un 20-30%, y antes de entrar en decantación y en la depuración biológico mediante

fangos activos ya que formarán una película o capa superficial que dificulta la aireación y

produce un mal rendimiento de estos otros procesos.

La eliminación de grasas (así como la eliminación de arenas) es un proceso de

pretratamiento que generalmente se suele realizar en las EDAR de dos formas distintas:

Mediante un concentrador de grasas (que es el equipo que estamos describiendo) y un

tornillo clasificador de arenas (un equipo que también veremos más adelante)



O bien mediante un equipo de pretratamiento compacto que realiza los dos procesos

(el de desengrasado y desarenado) de forma simultánea.

Generalmente en estaciones depuradoras de gran tamaño se suele utilizar la primera

opción, donde el proceso de pretratamiento mas común está formado por un puente

desarenador-desengrasador instalado sobre un depósito rectangular de obra civil, que realiza

la separación de flotantes del agua residual, mediante una rasqueta barredora superficial,

enviándolos al concentrador de grasas. Por otra parte las arenas que tienden a acumularse en

el fondo son extraídas mediante una bomba y enviadas a un canal de recogida de arenas desde

donde se vuelven a enviar al tornillo clasificador de arenas, con lo que se tendrán 3 equipos de

pretratamiento distintos.

La segunda opción se suele presentar en estaciones de pequeño y mediano tamaño,

con el fin de no realizar la obra civil para la instalación del puente desarenador-desengrasador

ahorrando los costes que ello supone, sobre todo en la construcción del depósito de hormigón

armado (movimiento de tierras, encofrado, etc.), de tal forma que mediante la instalación de

un equipo de pretratamiento compacto se logra realizar el desarenado y desengrasado, así

como la separación de sólidos entrantes en el equipo con una instalación muy sencilla del

mismo y sin necesidad de obra alguna.

Figura 4.1.- Equipo de pretratamiento compacto que se fabrica en varias medidas en función de

los caudales a tratar y mediante elementos modulares.

Volviendo al tema que nos ocupa de los concentradores de grasas, recordamos que

tradicionalmente un separador de grasas automático de rasquetas, estaba formado por un

tanque o depósito de hormigón armado de planta rectangular, sobre el que se instalaban las

rasquetas que se ocupaban de barrer los flotantes y vaciarlos sobre un contenedor.

Posteriormente estos residuos bien se incineran en un horno, bien se retiran a un vertedero.



Figura 4.2.- Separador de grasas en cuba de hormigón, en la actualidad se encuentra en

deshuso

Pero este equipo formado por ese depósito de hormigón armado disparaba los gastos

ya que se debía ejecutar obra civil para la construcción del mismo, aparte del inconveniente

que podría suponer que no es un equipo móvil, sino fijo, sin embargo el separador de grasas

de cuba metálica se puede mover y cambiar de lugar, aunque generalmente se sitúa en el

edificio industrial y lo más cercano al desarenador-desengrasador, desde donde recibirá el

agua residual de la cual separará los flotantes, aparte de que suele ser un equipo más

económico y compacto, al no tener que ejecutar obra civil alguna.

Por ello estudiaremos con profundidad el diseño, cálculo, medición y presupuestado

de dicho equipo mecánico con cuba o tanque metálico.

4.3. Diseño. Planos de conjunto. Planos de detalle

Un separador o concentrador de grasas con depósito o cuba de acero, está formado

por las siguientes partes, según la figura 4.3:



Figura 4.3.- Plano de conjunto de separador o concentrador de grasas

1. Tapas.- Pueden ser de acero inoxidable en sus diferentes calidades (AISI-304, AISI-316,

etc.), acero carbono de diferentes calidades y/o acabados (galvanizado en caliente,

pintado, etc.), aunque algunos fabricantes las realizan de PRFV (Polietilento Reforzado

de Fibra de Vídrio), debido a que es más barato que el acero inoxidable. La justificación

es que como no se encuentran en contacto directo con el agua residual se pueden

fabricar de este material PRFV. Algunos fabricante no suelen poner estas tapas,

quedando la parte superior del tanque al descubierto.

2. Cuba metálica.- Está formada por chapas soldada, preferíblemente de acero

inoxidable en sus diferentes calidades, debido a que estará en contacto directo con el

agua residual, aunque también se puede fabricar en acero carbono, mucho más barato

pero de mucha peor calidad debido a que la afecta en gran medida la corrosión.



3.

Figura 4.6.- Plano de sección de separador o concentrador de grasas

Figura 4.7.- Plano de detalle de separador o concentrador de grasas

En algunos de estos desengrasadores se les suele instalar un equipo de aireación

mediante difusores porosos (u otro procedimiento) para insuflar aire al agua a tratar en el



interior de la cuba. Con ello se consigue un desemulsionado de las grasas, mejorando así la

flotabilidad de las mismas y aumentando el rendimiento del equipo.

4.4. Componentes mecánicos. Proveedores

Disco o rueda dentada.- También recibe el nombre de piñón o rueda dentada para

cadena transportadora. Generalmente se suele comprar al mismo proveedor que dicha cadena

transportadora. Se pedirá por número de referencia y suele venir dada por el número de

dientes de dicha rueda que es lo que indica la letra "Z", el más común utilizado en los

concentradores de grasas es el "Z8" (con 8 dientes), pudiéndose ser de acero inoxidable, o bien

debido su alto precio, de acero carbono al que posteriormente se aplique un recubrimiento de

Zinc (acero carbono zincado), para transmitirle una mayor protección frente a la corrosión, ya

que el acero carbono en contacto casi directo con el agua residual terminaría oxidándose con

cierta rapidez. También puede ser de material plástico, mucho más barato y por ello muy

utilizado en los últimos tiempos. Se fabrican en base a la norma DIN-8165. Uno de los

proveedores más importantes es "Cadersa", para más información y catálogos se puede visitar

su web: www.cadersa.es. Ver figura 4.8.

Figura 4.8.- Varios tipos de ruedas dentadas de diversos materiales

Las características de la clásica rueda Z8 según DIN-8165, que es la más utilizada en

este tipo de equipos se pueden ver en la figura 4.9.



Figura 4.9.- Rueda para cadena tansportadora DIN-8165 para cadena tipo Redler. La fila de la

tabla con el recuadro en color rojo, representa las características de la rueda "Z8" más

utilizada.

Cadena transportadora con aletas y unión de cadena.- Entre los diversos tipos de

cadenas empleados en transmisiones de potencia las más usadas son las cadenas de rodillos.

Como hemos comentado la cadena de transporte se suele pedir al mismo proveedor que la

rueda transportadora. Generalmente se pide en metros, además de un par de uniones, una

para cada cadena que va a cada lado. En la figura 4.10 se puede observar como coinciden

exactamente la cadena transportadora junto con la rueda dentada, por ello es importante

pedir al mismo proveedor tanto la rueda como la cadena.

Figura 4.10.- Cadena transportada junto con la rueda dentada



La típica cadena que se utiliza en los concentradores de grasas es la que cuenta con

esta referencia: Cadena 100/24/42 con aletas C 10, donde el número "100" indica el paso en

mm., el número "24" la longitud del rodillo en mm., el número "42" el diámetro de dicho

rodillo, y que llevará aletas "C 10", cada 10 pasos, siendo en dichas "aletas" donde se atornillen

las correspondientes rasquetas barredoras, Ver figura 4.11.

Con respecto al material de construcción de la cadena puede ser de acero inoxidable,

acero carbono o plástico, coincidiendo con el material de la rueda dentada.

Figura 4.11.- Partes de la cadena transportadora

Unidad de fijación autocentrante.- La unidad de fijación autocentrante, tiene como

misión fijar la rueda dentada o disco (por la parte interior de su orificio -para lo cual es

necesario saber su Diámetro máximo "Dm" en la figura 4.9-) al eje, para que dicha rueda se

mueva solidaria al mismo y arrastre las cadenas junto con las rasquetas para realizar la

operación de barrido de flotantes sobre la superficie del agua residual contenida en el tanque

o cuba metálica.

El número de unidades de fijación será igual al número de de ruedas, en caso de que el

concentrador de grasas cuente con 2 ejes = 4 ruedas, serán 4 unidades de fijación las

necesarias. Si por el contrario cuenta con 3 ejes = 6 ruedas, serán 6 unidades las necesarias.



Figura 4.26.- Pantalla de bienvenida al programa "Concentrador

Figura 4.27.- A la izquierda aparece la pantalla de introducción de datos y a la derecha el visor

3D con la vistas del concentrador de grasas en 3 dimensiones. Los cambios en las cotas y

componentes mecánicos seleccionados, surtirán efecto inmediato en el dibujo.

Así mismo en esta primera pestaña "Diseño I" podremos seleccionar el número de

tapas que lleva el concentrador de grasas, su material, y lo mismo con los soportes tensores,

soportes de brida, ejes y ruedas dentadas con sus unidades de fijación autocentrantes.



En la pestaña de "Diseño 2" (ver figura 4.28) se calcularán automáticamente los metros

lineales de cadena necesaria, así como el número de rasquetas barredoras, que estará en

función como es obvio, de las dimensiones de la cuba metálica que forma el concentrador y

que hemos introducido en la pestaña anterior. También podremos introducir aquí y para que

quede reflejado en el informe que se imprimirá, las toberas de entrada, salida y vaciado con

sus correspondientes bridas y su diámetro nominal y presión nominal, incluso indicando si la

tobera irá con valona soldada o no (caso común de los equipos de acero inoxidable con bridas

de aluminio).

Figura 4.28.- Pestaña "Diseño II"

En la pestaña "Diseño III", se introducen las patas de anclaje del equipo (pudiendo

elegir entre 2 modelos diferentes), así como los espesores de chapa y medidas del canal de

salida de agua y de la chapa deflectora o tranquilizadora que se sueldan en el interior del



equipo. De tal forma que se hallará el peso en Kg de toda la chapa necesaria. Del mismo modo

también se calculará de forma automática las orejetas de izado y las medidas y cotas que

deberán de tener en función del peso en vacío del equipo. Dichas orejetas son absolutamente

necesarias para poder transportar e instalar adecuadamente el equipo en la obra, izándolo con

una grúa. Estas dimensiones se ajustan a lo dictado según el código ASME, Sección VIII,

indicando la carga máxima que pueden soportar en Kg. Ver figura 4.29.

Figura 4.29.- Pestaña "Diseño III"

En la pestaña "Cálculo" aparecerá automáticamente como su propio nombre indica el

cálculo de los espesores de chapa laterales y fondo, en función de la opción seleccionada:

o Concentrador de grasas sin rigidizadores

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