universidad andrÉs bello facultad de ingenierÍa escuela de
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UNIVERSIDAD ANDRÉS BELLO FACULTAD DE INGENIERÍA
ESCUELA DE INDUSTRIAS
INGENIERÍA EN AUTOMATIZACIÓN Y ROBÓTICA
“PLANTA DE ABASTECIMIENTO, TRATAMIENTOS DE AGUAS Y MANEJO DE RILES”
AUTOR:
RODRIGO ALEXANDER CANCINO ARCILA
PROFESOR GUÍA: Msc FRANCISCO FERRADA ALVAREZ
MEMORIA PARA OPTAR AL TÍTULO DE
INGENIERO EN AUTOMATIZACIÓN Y ROBÓTICA
CORREO: [email protected]
TELEFONO: 49085972
SANTIAGO – CHILE
30 NOVIEMBRE, 2017
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Índice
Resumen .................................................................................................................................. 7
Capítulo I- Aspectos Generales y Objetivos ............................................................................... 8
1.2 Objetivos ............................................................................................................................ 9
1.3 Desarrollo ........................................................................................................................... 9
Capítulo II- Normativa y fiscalización en Chile .......................................................................... 10
2.1.- Leyes y normas existentes ............................................................................................... 10
2.2 Legislación Vigente ........................................................................................................... 14
CAPITULO III- Descripción de la planta y sus procesos .............................................................. 18
3.1 Proceso de potabilización del agua ................................................................................... 18
3.1.1 Captación ....................................................................................................................... 18
3.2 Etapa de tratamiento ........................................................................................................ 21
3.2.1 Tratamiento secundario ................................................................................................. 28
3.2.2 Etapa de desinfección ..................................................................................................... 33
3.3 Etapa de Distribución ........................................................................................................ 35
3.4 Tratamiento de riles .......................................................................................................... 38
3.4.1 Tratamientos primarios .................................................................................................. 39
3.2.2 Tratamientos secundarios .............................................................................................. 43
3.4.3 Tratamiento Terciario ..................................................................................................... 46
Capítulo IV- Instrumentación implementada en el proceso ...................................................... 48
4.1 Sensores y equipos ............................................................................................................ 48
4.2 Equipos de Planta y Actuadores ......................................................................................... 56
Capítulo V- Planta de tratamiento secundario de efluentes ..................................................... 60
5.1 Diagrama de Flujo. ............................................................................................................ 60
5.2 Plano P&ID Planta tratamiento secundario de efluentes .................................................... 63
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5.3 Lazos de control ................................................................................................................ 66
Cámara de bombeo ................................................................................................................ 66
Cámara selectora .................................................................................................................... 69
Tanque de aireación y cámara de desgasificación .................................................................... 71
Clarificador ............................................................................................................................. 73
Canaleta Parshall .................................................................................................................... 75
Tanque de lodos activados ...................................................................................................... 77
Bomba de recirculación de lodos ............................................................................................. 80
Bomba de extracción de lodos ................................................................................................ 82
Implementación de un sistema SCADA para control y monitoreo de la planta .......................... 84
Cámara de bombeo ................................................................................................................ 85
Referencias Bibliográficas ....................................................................................................... 95
Conclusiones .......................................................................................................................... 98
Tablas e Imágenes
Imagen N° 1 “Estación de bombeo”, Bioagua .............................................................................. 19
Imagen N°2 Reservorio, TDM Chile ............................................................................................... 20
Imagen N°3 Proceso de desbaste .................................................................................................. 22
Imagen N°4 Proceso de desarenado ............................................................................................. 23
Imagen N°6 Proceso de Decantación ............................................................................................ 27
Tabla N°1 Procesos en el tratamiento de riles .............................................................................. 38
Imagen N°7 Proceso de cribado .................................................................................................... 40
Tabla N°2 Comparacion de adición de coagulación ...................................................................... 42
Tabla N° 3 Descomposicion en procesos anaeróbicos y aeróbicos ............................................... 43
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Tabla N° 4 Sensor Clorine 3000. .................................................................................................... 48
Tabla N° 5 Controlador 2020XT .................................................................................................... 49
Tabla N°6 Analizador de elementos químicos ............................................................................... 50
Tabla N°7 Sistema de preparación de muestras ........................................................................... 51
Tabla N°8 Transmisor ................................................................................................................... 51
Tabla N°9 Sensor de conductividad .............................................................................................. 52
Tabla N°10 Sensor de conductividad ............................................................................................ 52
Tabla N°11 Sensor de amonio y nitrato........................................................................................ 53
Tabla N° 12 Sensor de turbiedad y sólidos suspendidos ............................................................... 53
Tabla N°13 Fotómetro. ................................................................................................................ 54
Tabla N° 14 Medidor de pH. .......................................................................................................... 54
Tabla n°15 Sonda Multiparamétrica............................................................................................. 55
Tabla n°16 Sensor de nivel y caudal ............................................................................................. 55
Tabla n°17 Tamiz fino autolimpiante ........................................................................................... 56
Tabla n°18 Tornillo compactador ................................................................................................. 56
Tabla n°19 Puente desarenador ................................................................................................... 57
Tabla n°19 Puente giratorio ......................................................................................................... 57
Tabla n°20 Agitador ...................................................................................................................... 58
Tabla n°21 Bomba de recirculación de fangos ............................................................................. 58
Tabla n°22 Tornillo transportador ................................................................................................ 59
Imagen N°8 Diagrama de flujo planta de tratamiento de aguas residuales. ................................ 61
Imagen N° 10: P&ID Planta de tratamiento secundario de efluentes........................................... 63
Imagen N°11 : Simbología y denominación del código de las líneas. ........................................... 65
Imagen N°12: Cámara de bombeo, tratamiento secundario de efluentes ................................... 68
Imagen N°13: Cámara selectora, tratamiento secundario de efluentes ....................................... 70
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Imagen N°14: Tanque de aireación, tratamiento secundario de efluentes .................................. 72
Imagen N°15: Clarificador, tratamiento secundario de efluentes ................................................ 74
Imagen N°16: Canaleta Parshall, tratamiento secundario de efluentes ....................................... 76
Imagen N°17: Tanque de lodos activados, tratamiento secundario de efluentes ........................ 79
Imagen N°18: Bomba de recirculación de lodos activados, tratamiento secundario de efluentes81
Imagen N°19: Bomba de extracción de lodos existentes, tratamiento secundario de efluentes . 83
Imagen N°20: Estado inicial SCADA ............................................................................................... 86
Imagen n°21: Cámara de bombeo control Manual ....................................................................... 87
Imagen n°22: Control manual cámara en nivel cero ..................................................................... 88
Imagen n°23: Cámara de bombeo en control automático............................................................ 89
Imagen n°24: Cámara de bombeo en control automático, auto detención por nivel igual a diez 90
Imagen n°25: Cámara de bombeo con control automático, reactivación de bombas ................. 91
Imagen N°26: Cámara de bombeo sistema de control en off ....................................................... 92
Imagen n°27: Código de estado inicial cámara de bombeo .......................................................... 93
Imagen n° 28: Codigo de funcionionamiento de camara de bombeo .......................................... 94
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Agradecimientos
Primero que todo quiero agradecer a Loreto cornejo por estar día a día dándome todo el
apoyo para seguir adelante y no rendirme, decirle que sin ella nada de esto hubiera sido posible
Debo agradecer a la empresa CMPC por abrirme las puertas para poder realizar mi
investigación y su gran disposición ante cualquier duda
A mis compañeros de universidad que me apoyaron para resolver dudas y darme animo
día a día
Finalmente agradecer a la facultad de Ingeniería en Automatización y Robótica de la
Universidad Andrés Bello, en especial a los profesores y a mi profesor guía por brindar las
herramientas para enfrentar una nueva etapa.
Muchas gracias.
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Resumen
El objetivo de esta memoria es estudiar la planta de tratamiento y abastecimiento de
aguas, se realizó una investigación sobre los diferentes tipos de tratamientos que existen dentro
de estos procesos.
Se realizó una descripción detallada de la instrumentación implementada en cada uno de
estos tratamientos, explicando si estos instrumentos pertenecen al área de control o a los equipos
de planta y haciendo una breve descripción de su función dentro del proceso
Se realizó una descripción sobre las normativas y leyes vigentes en chile que afectan a las
plantas de tratamiento y abastecimiento para sus distintos usos, ya sea este industrial o domestico
Se realizó un análisis a un plano de una planta de tratamiento real ubicada en CMPC con el
fin de poder identificar la instrumentación, los lazos de control y los proceso que se realizan en
esta planta
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Capítulo I- Aspectos Generales y Objetivos
1.1.- Introducción
El tratamiento de aguas es una materia muy importante hoy en día, es un recurso
indispensable tanto para el sector industrial como para el sector domiciliario, de esta necesidad
nace la idea de poder reutilizar este recurso dando paso a las plantas de tratamiento de aguas, en
la cual su primordial función es poder reutilizar el agua ya desechada.
La automatización está presente en gran parte de los procesos en una industria, el
tratamiento y abastecimiento de aguas no es un proceso que se quede fuera de la implementación
de sistemas de control dentro de sus procesos.
La automatización y el control cumplen un papel fundamental dentro del tratamiento de
aguas mejorando sus procesos tanto en rendimiento, calidad, dinero y protección al
medioambiente
Debido a la gran relevancia de este tema, se presentara en esta memoria el estudio de las
plantas de tratamiento desde distintas áreas, una descripción de los distintos tipos de procesos
que son llevados a cabo dentro de la planta dependiendo del uso que se le dará al fluido
posteriormente tratado, la normativa que regula estos procesos en el tratamiento y la calidad que
se espera cumplir. Se realizar un estudio sobre la instrumentación y tipos de control utilizados
dentro de la planta desde el punto de vista de la automatización.
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1.2 Objetivos
Objetivo general
Estudiar y comprender cada uno de los procesos llevados a cabo dentro de una planta de
tratamiento de agua
Objetivos específicos:
Describir las tecnologías utilizadas en los distintos tipos de tratamiento ejecutados
Investigar las normativas y leyes que se desea cumplir en una planta
Analizar un modelo real de un plano de tratamiento de aguas vigente en chile llevando a
cabo su desarrollo desde el punto de vista instrumental y control. Proponer e implementar
un sistema de mejora hacia dicho proceso
1.3 Desarrollo
Un sistema de abastecimiento de agua es el conjunto de infraestructura, equipos y
servicios destinados al suministro de agua para consumo humano. El suministro de agua es
principalmente para consumo doméstico; también para uso comercial, industrial y otros. El agua
suministrada debe ser en cantidad suficiente y de buena calidad física, química y bacteriológica; es
decir, apta para el consumo humano.
Para construir un sistema de abastecimiento se deben elaborar estudios que definan las
unidades operacionales requeridas. Las unidades deben tener capacidad hidráulica para las
condiciones actuales y futuras de la localidad. Las opciones tecnológicas dependen de varios
factores: rendimiento, tipo de fuente, demanda de la localidad y característica de la población
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Capítulo II- Normativa y fiscalización en Chile
En Chile existen tres entidades del Estado que están encargados de supervisar, de aprobar,
de legislar y de hacer cumplir las normas que exigen para un buen desempeño de las empresas el
uso de los residuos industriales líquidos sobre sistemas públicos de alcantarillado.
SEIA: Sistema de Evaluación de Impacto Ambiental, permite la supervisión y corrección
anticipada de los impactos ambientales negativos. Este instrumento permite introducir la
dimensión ambiental en el diseño y la ejecución de los proyectos y actividades que se
realizan en el país, tanto público como privado.
SISS: Superintendencia de Servicios Sanitarios es la encargada de fijar tarifas por los
servicios de agua potable y alcantarillado de aguas servidas. Otorga concesiones de
servicios sanitarios, fiscaliza las empresas-sanitarias respecto del servicio otorgado.
Fiscaliza establecimientos industriales que generan residuos industriales líquidos (RIL).
También participa en el establecimiento de normas y estándares junto con la difusión de la
información sobre el mercado con respecto al sector sanitario nacional.
SMA: Superintendencia Medio Ambiente tiene como por objetivo organizar, coordinar el
seguimiento y la fiscalización de los instrumentos de gestión ambiental. Debe impartir
instrucciones en el ejercicio de su función reguladora. Ejecutar anualmente un programa
de fiscalizaciones ambientales.
2.1.- Leyes y normas existentes
En 1990 se publica la Ley N°18.902 dando paso a la creación de la súper intendencia de
servicios sanitarios, como un servicio funcionalmente descentralizado, con personalidad jurídica y
con patrimonio propio. Corresponde a la fiscalización de los prestadores de servicios sanitarios, del
cumplimiento de las normas a servicios sanitarios y al control de los residuos industriales líquidos.
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D.S. Nº 185/91 del Ministerio de Minería. Se crea un decreto que regula a los
establecimientos y fuentes emisoras de anhídrido sulfuroso, material particulado o arsénico,
cantidades mayores o iguales a 3 toneladas diarias de Anhídrido sulfuroso junto con 1 tonelada
diaria de material particulado por medio de chimeneas.
La SISS actualizó el reglamento D.S. MOP 351/92 en 1992. Se establece el reglamento para
la neutralización de residuos líquidos industriales a la que se refiere la ley N°3.133. De acuerdo con
lo establecido en los artículos 1° y 2°, los establecimientos no podrán vaciar sus Riles u otras
sustancias nocivas al riego o a la bebida en ningún acueducto, cauce natural o artificial, superficial
o subterráneo que conduzcan aguas, o vertientes, lagos, lagunas, depósitos de agua o terrenos
que pueden filtrar la napa subterránea sin autorización del Presidente de la Republica, otorgada
por el decreto del Ministerio de Obras Públicas. Igual autorización será necesaria para los
establecimientos cuyos Riles u otras sustancias desagüen en redes de alcantarillado y pueden
dañar los sistemas de recolección o tratamientos de aguas servidas, o contravengan las normas
vigentes sobre la calidad de los afluentes, aun cuando no sean nocivas a la bebida o al riego.
En 1994 se publicó la Ley N°19.300 que establece las bases generales del medio ambiente,
junto con la creación de la Comisión Nacional de Medio Ambiente (CONAMA). En la cual busca la
calidad ambiental y preservación de la naturaleza y conservación del patrimonio natural.
La SISS en 1997 traspasa funciones de fiscalización a los prestadores de servicios sanitarios
(D.S MOP 1172/97). Modifica el Decreto Supremo N°351/92, principalmente en lo que respecta a
la competencia de empresas de servicios sanitarios, en la aprobación y fiscalización de los sistemas
de tratamientos de Riles descargados a sus redes. Norma técnica relativa a descargas de residuos
industriales líquidos, directamente a cursos y masas de agua superficiales y subterráneas.
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En 1998 se dicta la Orden N°558 de Autocontrol – Métodos de Análisis Físico – Químico.
Las empresas que cuenten con autorización para usar sistemas de depuración y neutralización de
los riles, es necesario que en sus laboratorios apliquen las normas técnicas correspondientes,
como por ejemplo la Norma Nch 2313/5 Of. 95 para DBO5 y la Nch 2313/8 Of. 97 para el sulfato.
En caso de no contar con el procedimiento ha de recurrirse a un laboratorio externo que cuente
con metodologías descritas por ORD. N°558/98.
En 1998 se dicta la Orden N°828 Criterios análisis de estudios de impacto de un relleno
sanitario. La SISS requiere que se precisen el caudal aproximado y caracterización fisicoquímica de
los residuos líquidos industriales, líquidos percollados y la eficiencia de remoción de los principales
parámetros contaminantes en el sistema de tratamiento propuesto. También, se debe indicar la
norma a cumplir en la descarga de los efluentes. Además, el titular del proyecto deberá proponer
un programa de monitoreo que ofrezca la seguridad de evaluar la eventual contaminación.
En 1998 se publica la Norma de emisión para descarga al sistema de alcantarillados (D.S
MOP 609/98). Norma de emisión de regulación de contaminantes asociados a las descargas de
residuos industriales líquidos al sistema de alcantarillado. Con el fin de mejorar la calidad
ambiental de las aguas sanitarias. Proteger y preservar los servicios públicos de recolección y
disposición de aguas servidas incluyendo las plantas de tratamiento de aguas servidas. Los Riles no
podrán contener sustancias radioactivas, corrosivas, venenosas, infecciosas, explosivas y otras de
carácter peligroso. No se pueden diluir con aguas ajenas. Lodos y sedimentos no podrán
descargarse.
D.S. Nº 165/99 del Ministerio Secretaría General de la Presidencia establece la norma de
emisión para la regulación de contaminante arsénico emitido al aire, en la cual busca promover y
proteger la salud de las personas y los recursos naturales, mejorando substancialmente la calidad
atmosférica.
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Norma de emisión para descarga de Riles en aguas marinas y continentales superficiales
(D.S. Nº 90 de 2000 del Ministerio Secretaría General de la Presidencia). Tiene como objetivo
prevenir la contaminación de las aguas marinas y continentales superficiales de la República
mediante el control de contaminantes asociados a los residuos líquidos que se descargan a estos
cuerpos receptores, aplicada a todo el territorio nacional. La presente norma establece la
concentración máxima de contaminantes permitida para residuos líquidos descargados por
fuentes emisoras en aguas marinas y continentales superficiales. Ésta norma establece unas series
de tablas en la que se indica la cantidad máxima de contaminante permitida para los residuos
industriales líquidos descargados por los establecimientos industriales en distintas áreas del
territorio nacional
En el año 2002 se publica la Ley N°19.821 la que derroca la Ley N°3.133, en la cual se
realiza algunas modificaciones en los Artículos de la Ley N°18.902 en materia de Residuos
Industriales.
En el año 2002 se publica la Orden N°870, produciendo un aumento de caudal de descarga
al alcantarillado, en la cual, las empresas sanitarias tendrán que revisar informes de autocontrol
antes de otorgar autorización a las empresas para aumentar el caudal de descarga, debiendo
solicitar anticipadamente la modificación del sistema de tratamiento.
En 2003 se aprueba el reglamento sanitario sobre manejo de residuos peligrosos N°148,
esta establece las condiciones sanitarias y de seguridad mínimas a que deberá someterse la
generación, tratamiento, transporte y otras formas de eliminación de los residuos peligrosos,
dejando a la Autoridad Sanitaria fiscalizar y controlar el cumplimiento del reglamento.
Resolución Exenta N°2505 en el año 2003, el objetivo de dicha resolución es disponer de
procedimientos técnicos, administrativos y exigencias, para ser aplicado por fiscalizadores y
fiscalizados para la determinación de la carga contaminante diaria de los residuos industriales
líquidos, generados por actividades que se descarga en la red pública de alcantarillado y definir
junto con el DS 608/98, si corresponde o no a residuos industriales líquidos que deban ser
depurados y/o neutralizados por un sistema de tratamiento.
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En 2009 se publicó el Decreto MINSEGPRES N°4 que establece un reglamento para el
manejo de lodos generados en plantas de tratamiento de aguas servidas, dejando como objetivo
regular el manejo de lodos provenientes de platas de tratamiento de aguas servidas, para prevenir
impactos negativos en la salud humana y para el medio ambiente.
En 2010 se publicó la Ley N°20.417, en la cual modifica la Ley N°19.300 junto con la
creación de la Superintendencia del Medio Ambiente (SMA), como un servicio público
descentralizado, con personalidad jurídica y patrimonio propio, capaz de fiscalizar y velar por el
cumplimiento de las medidas impuestas por el Gobierno.
En 2013 se publicó el reglamento del sistema de evaluación de impacto ambiental D.S
N°40, en el que se dicta que los titulares deberán presentar un estudio de impacto ambiental del
proyecto o actividad que genere riesgos para la salud de la población, debido a la cantidad y
calidad de efluentes, emisiones o residuos. También deberá presentar un estudio de impacto
ambiental ante el efecto adverso sobre recursos naturales renovables.
2.2 Legislación Vigente
Hoy en día en Chile, la legislación que existe respecto a la forma de disponer las aguas
residuales hace una separación de dos grupos potencialmente contaminantes, que son: las aguas
residuales industriales y las aguas residuales domésticas.
Respecto a las aguas residuales domésticas, la legislación chilena establece normativas por
separado de acuerdo con la manera de disposición de las aguas residuales provenientes de
alcantarillado público y las provenientes de alcantarillado particular.
A continuación, se pretende dar una orientación de los distintos reglamentos y normas a
los que están sujetos los sistemas de tratamiento de aguas residuales domésticas, en especial los
que se refieren a sistemas individuales. Además, mencionar los distintos organismos que velan
porque se cumplan dichas disposiciones.
Las leyes y cuerpos normativos que hacen mención sobre contaminación de aguas son las
siguientes:
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Ley 19.300 “Ley sobre bases generales del medio ambiente”.
Código sanitario.
Código de aguas.
Reglamento general de alcantarillados particulares.
Norma NCh 1333 “Requisitos de calidad de aguas para diferentes usos”.
Ley 19.300 “Ley sobre las bases generales del medio ambiente”.
Organismo Fiscalizador: CONAMA y los organismos del Estado que, en uso de sus
facultades legales, participan en el sistema de evaluación de impacto ambiental.
Norma: En esta ley se hace referencia a todas las actividades que sean susceptibles de
causar impacto ambiental. Se señalan las actividades que pueden producir
específicamente contaminación de recursos hídricos y se establecen áreas de protección,
además se indica que los respectivos organismos encargados de la protección de los
distintos recursos naturales deben velar por el cumplimiento de las normas
Código sanitario
Organismo Fiscalizador: Servicio de salud.
Norma: Establece el cumplimiento de los reglamentos y normas que resguardan las
condiciones sanitarias de todos los ambientes susceptibles de ser contaminados producto
de las actividades humanas, de manera de proteger la salud e higiene ambiental de la
población.
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Código de aguas
Organismo Fiscalizador: Dirección general de aguas (DGA).
Norma: Vela por la protección de todos los recursos hídricos. Regula el aprovechamiento
de aguas y prohíbe cualquier tipo de contaminación que pudiera afectar dicho
aprovechamiento
Reglamento General de Alcantarillados Particulares
Organismo Fiscalizador: Servicio de Salud.
Norma: El reglamento se refiere a la manera de disponer las aguas residuales domésticas
(o caseras) que no puedan ser descargadas a una red de alcantarillado público.
En general, se establece que para disponer las aguas residuales domésticas (o caseras) en
algún cuerpo o curso de agua, o por incorporación en el subsuelo, será menester
someterlas previamente a un tratamiento de depuración que permita obtener un afluente
libre de materia orgánica putrescible. Propone como sistema de tratamiento individual de
aguas residuales domésticas (o caseras), la fosa séptica con sus respectivos dispositivos de
apoyo para cada caso en particular. Sin embargo, proporciona la variante de uso de
cualquier otro sistema de tratamiento que sea capaz de purificar las aguas servidas dentro
de los parámetros de calidad establecidos tanto por las normas vigentes como por el
propio reglamento
Esta norma requiere la aprobación previa del “Servicio de Salud Regional”, para proceder a
construir, alterar, modificar o reparar cualquier obra destinada a la disposición o
tratamiento de aguas residuales.
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Norma NCh 1333 “Requisitos de calidad de aguas para diferentes usos”
Organismo Fiscalizador: Dirección general de aguas (DGA), Servicio de salud.
Norma: Indica los parámetros más relevantes sobre caracterización que deben cumplir los
efluentes de aguas residuales domésticas. Establece parámetros que permiten fijar
criterios de calidad del agua para distintos usos. El objetivo de estos criterios es proteger y
preservar la calidad de las aguas que se destinen para usos específicos, de la degradación
producida por contaminación con residuos de cualquier tipo u origen.
En dicha norma establece los requisitos de calidad del agua de acuerdo con su uso y se
debe aplicar a las aguas destinadas a los usos siguientes
Agua para Consumo Humano.
Agua para la bebida de Animales.
Riego.
Recreación y Estética.
Recreación con Contacto Directo.
Recreación sin Contacto Directo.
Vida Acuática.
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CAPITULO III- Descripción de la planta y sus procesos
3.1 Proceso de potabilización del agua
Proceso en el cual el agua obtenida es sometida a una serie de tratamientos para un
futuro consumo doméstico cumpliendo las exigencias de calidad que este uso requiere.
3.1.1 Captación
Línea de conducción
Se entiende por línea de conducción al tramo de tubería que transporta agua desde la
captación hasta la planta potabilizadora, o bien hasta el tanque de regularización, dependiendo de
la configuración del sistema de agua potable.
Una línea de Conducción debe seguir, en lo posible, el perfil del terreno y debe ubicarse de
manera que pueda inspeccionarse fácilmente. Esta puede diseñarse para trabajar por gravedad o
bombeo.
Para que se utilice la distribución por gravedad, es necesario que la fuente de suministro
sea un lago o un embalse, este situado en algún punto elevado respecto a la planta, de manera
que pueda mantenerse una presión suficiente en las tuberías principales. Este método es el más
aconsejable si la conducción que une la fuente con la planta es de tamaño adecuado y está bien
protegida contra roturas accidentales.
Cuando las condiciones de terreno o el gasto necesario del suministro de agua no
permiten el diseño de la línea de conducción por gravedad, se utiliza el bombeo, teniendo dos
variantes.
La primera es utilización de bombas, más el almacenado de cierta cantidad de agua. En
general, cuando se emplea este método, el exceso de agua se almacena en un tanque elevado
durante los periodos de bajo consumo. Durante los periodos de alto consumo el agua almacenada
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se utiliza para aumentar la suministrada por la bomba. Este sistema permite obtener un
rendimiento uniforme en las bombas y, por lo tanto, económico, ya que se puede hacer trabajar a
las bombas en condiciones óptimas. Por otra parte, como el agua almacenada proporciona una
reserva que puede utilizarse en los casos de incendio y cuando se producen averías en las bombas,
este método de operación proporciona una amplia seguridad.
La segunda opción es la de utilización de bombas sin almacenamiento, en este caso las
bombas introducen el agua directamente en la tubería sin otra salida que la del agua realmente
consumida. Es el sistema menos deseable, ya que una avería en la fuente de energía ocasionaría
una interrupción completa en el suministro de agua. Al variar el consumo, la presión en las
tuberías fluctuara fácilmente. Si las bombas se accionan eléctricamente, su punta de consumo es
fácil que coincida con la de la demanda general, lo que incrementa el costo de la energía
Estación de bombeo
Las estaciones de bombeo (ver imagen n°1) son utilizadas para elevar y transportar aguas
residuales por medio de sistemas de recolección cuando la continuación por la fuerza de gravedad
ya no resulta factible. En terreno plano, las aguas residuales en camino hacia un sistema de
tratamiento de aguas residuales pueden aumentar en profundidad donde no resulta práctico
continuar por flujo de gravedad. Se pueden instalar estaciones de bombeo de aguas residuales
altamente eficientes con el objeto de elevar el agua residual hasta una cloaca interceptora ubicada
en un nivel superior.
Imagen N° 1 “Estación de bombeo”, Bioagua
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Reservorios
Es un depósito de concreto (ver imagen n°2) que sirve para almacenar y controlar el agua
que se distribuye a la población, además de garantizar su disponibilidad continua en el mayor
tiempo posible.
Partes del reservorio
Tubería de ventilación: Permite la circulación del aire, tiene una malla que evita el ingreso
de cuerpos extraños al tanque de almacenamiento.
Tapa sanitaria: Tapa metálica que permite el ingreso al interior del reservorio, para realizar
la limpieza, desinfección y cloración.
Tanque de almacenamiento: Es un depósito de concreto que puede ser de forma circular o
cuadrada para almacenar el agua.
Tubo de rebose: Accesorio que sirve para eliminar el agua excedente.
Tubería de salida: Es una Tubería de PVC que permite la salida del agua a la red de
distribución.
Tubería de rebose y limpia: Sirve para eliminar el agua excedente y para realizar el
mantenimiento del reservorio.
Canastilla: Permite la salida del agua de la cámara de recolección, evitando el paso de
elementos extraños.
Imagen N°2 Reservorio, TDM Chile
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3.2 Etapa de tratamiento
Separación de grandes sólidos (Pozo de gruesos)
Cuando se prevé la existencia de sólidos de gran tamaño o de una gran cantidad de arenas
en el agua bruta, se debe incluir en cabecera de instalación un sistema de separación de estos
grandes sólidos, este consiste en un pozo situado a la entrada del colector de la depuradora, de
tronco piramidal invertido y paredes muy inclinadas, con el fin de concentrar los sólidos y las
arenas decantadas en una zona específica donde se puedan extraer de una forma eficaz.
Dicho pozo tiene una reja instalada, una serie de vigas de acero colocadas en vertical en la
boca de entrada a la planta, que impiden la entrada de troncos o materiales demasiado grandes
que romperían o atorarían la entrada de caudal en la planta.
La extracción de los residuos se realiza, generalmente, con cucharas anfibias o bivalvas de
accionamiento electrohidráulico. Los residuos separados con esta operación se almacenan en
contenedores para posteriormente transportarlos a un vertedero o llevarlos a incineración.
Estos grandes sólidos, dificultan la llegada del agua residual al resto de la planta, y deben
ser retirados con frecuencia, así como se ha de limpiar el fondo del pozo para que no se produzca
anaerobiosis, y consecuentemente malos olores.
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Desbaste
Los objetivos de este proceso son:
Proteger a la estación depuradora de aguas residuales de la posible llegada intempestiva
de grandes objetos capaces de provocar obstrucciones en las distintas unidades de la
instalación.
Separar y evacuar fácilmente las materias voluminosas arrastradas por el agua, que
podrían disminuir la eficacia de los tratamientos posteriores.
Esta operación consiste en hacer pasar el agua residual a través de una reja (ver imagen
n°3) . De esta forma, el desbaste se clasifica según la separación entre los barrotes de la
reja en: desbaste fino, desbaste grueso, reja de gruesos, reja de finos.
Imagen N°3 Proceso de desbaste
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Tamizado
Consiste en una filtración sobre soporte delgado, y sus objetivos son los mismos que se
pretenden con el desbaste, es decir, la eliminación de materia que por su tamaño pueda interferir
en los tratamientos posteriores.
El tamizado es imprescindible cuando las aguas residuales brutas llevan cantidades
excepcionales de sólidos en suspensión, flotantes o residuos. Cuando existen vertidos industriales
importantes provenientes principalmente del sector alimentario (residuos vegetales, de matadero,
semillas, cáscaras de huevo).
Disponemos de una extensa gama de tamices: macro tamices rotatorios, tamices de auto
limpieza, tamices estáticos, tamices rotativos, tamices deslizantes.
Desarenado
El objetivo de esta operación es eliminar todas aquellas partículas de granulometría
superior a 200 micras (ver imagen n°4), con el fin de evitar que se produzcan sedimentos en los
canales y conducciones, para proteger las bombas y otros aparatos contra la abrasión, y para
evitar sobrecargas en las fases de tratamiento siguiente.
Canales desarenadores de flujo variable y de flujo constante, desarenadores rectangulares
aireados, desarenadores circulares con alimentación tangencial
Imagen N°4 Proceso de desarenado
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Desaceitado-Desengrasado
El objetivo en este paso es eliminar grasas, aceites, espumas y demás materiales flotantes
más ligeros que el agua, que podrían distorsionar los procesos de tratamiento posteriores, se
efectúa mediante insuflación de aire, para des emulsionar las grasas y mejorar la flotabilidad.
Los desengrasadores separados del desarenado son aconsejables cuando se busca una
mayor calidad del agua o cuando el agua proviene de ciertos tipos de industrias: Petroquímicas y
refinerías de petróleo producen gran cantidad de aceites, los mataderos producen gran cantidad
de grasas
Pre aireación
Es la inyección de aire u oxígeno en el fluido en una etapa preliminar o de pretratamiento.
Tiene como objetivo fundamental, el reducir los malos olores que se generan en esta etapa
producto de las condiciones anaerobias, es decir, libres de oxígeno, que se presentan en estas
aguas al ingreso a la planta de tratamiento.
Estas condiciones anaerobias favorecen la multiplicación de bacterias que crecen en este
medio y las que producen, como consecuencia de su metabolismo, gases que son muy
malolientes. Estas emanaciones malolientes pueden causar serios problemas con la comunidad
circundante cuando son transportadas por los vientos.
Coagulación – Floculación
En muchos casos parte de la materia en suspensión está formada por partículas de muy
pequeño tamaño, lo que conforma una suspensión coloidal. Estas suspensiones coloidales suelen
ser muy estables, en muchas ocasiones debido a interacciones eléctricas entre las partículas. Por
tanto, tienen una velocidad de sedimentación extremadamente lenta, por lo que haría inviable un
tratamiento mecánico clásico.
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Una forma de mejorar la eficiencia de todos los sistemas de eliminación de materia en
suspensión es la adición de ciertos reactivos químicos que, en primer lugar, desestabilicen la
suspensión coloidal (coagulación) y a continuación favorezcan la floculación de las mismas para
obtener partículas fácilmente sedimentables (ver imagen n°5). Los coagulantes suelen ser
productos químicos que en solución aportan carga eléctrica contraria a la del coloide.
Habitualmente se utilizan sales con cationes de alta relación carga/masa (Fe3+, Al3+) junto con
polielectrolitos orgánicos, cuyo objetivo también debe ser favorecer la floculación
Sales de Fe3+: Pueden ser Cl3Fe o Fe2 (SO4)3, con eficacia semejante. Se pueden utilizar
tanto en estado sólido como en disoluciones. La utilización de una u otra está en función del
anión, si no se desea la presencia de cloruros o sulfatos.
Sales de Al3+: Suele ser Al2 (SO4)3 o policloruro de aluminio. En el primer caso es más
manejable en disolución, mientras que en el segundo presenta la ventaja de mayor porcentaje en
peso de aluminio por kg dosificado.
Polielectrolitos: Pueden ser polímeros naturales o sintéticos, no iónicos (poliacrilamidas)
aniónicos (ácidos poliacrílicos) o catiónicos (polivinilaminas). Las cantidades a dosificar son mucho
menores que para las sales, pero tanto la eficacia como el coste es mucho mayor.
Imagen N°5 Proceso de Coagulación
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Sedimentación o decantación
La sedimentación es un proceso físico de separación por gravedad que hace que una
partícula más densa que el agua tenga una trayectoria descendente, depositándose en el fondo
del sedimentador (ver imagen n°6). Este sistema está en función de la densidad del líquido, del
tamaño, del peso específico y de la morfología de las partículas. Esta operación será más eficaz
cuanto mayor sea el tamaño y la densidad de las partículas a separar del agua, es decir, cuanto
mayor sea su velocidad de sedimentación, siendo el principal parámetro de diseño para estos
equipos.
El objetivo fundamental de la decantación primaria es, por un lado, permitir eliminar los
sólidos en suspensión (en un 60%, aproximadamente) presentes en la aguas residuales y la
materia orgánica (en un 30%, aproximadamente). Por otro lado, proteger los procesos posteriores
de oxidación biológica de la intrusión de fangos inertes de densidad elevada.
La forma de los equipos donde se lleva a cabo la sedimentación es variable, en función de
las características de las partículas a sedimentar (tamaño, forma, concentración, densidad).
Sedimentadores rectangulares: La velocidad de desplazamiento horizontal del agua es
constante y se suelen utilizar para separar partículas densas y grandes (arenas).Suelen ser
equipos poco profundos.
Sedimentadores circulares: En ellos el flujo de agua suele ser radial desde el centro hacia
el exterior, por lo que la velocidad de desplazamiento del agua disminuye al alejarse del
centro del sedimentador.
Sedimentadores lamelares: Han surgido como alternativa a los sedimentadores poco
profundos, al conseguirse una mayor área de sedimentación en el mismo espacio.
Consisten en tanques de poca profundidad que contienen paquetes de placas (lamelas) o
tubos inclinados respecto a la base, y por cuyo interior se hace fluir el agua de manera
ascendente. En la superficie inferior se van acumulando las partículas, desplazándose de
forma descendente y recogiéndose en el fondo del sedimentador.
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Las partículas depositadas en el fondo de los equipos (denominados fangos) se arrastran
mediante rasquetas desde el fondo, donde se “empujan” hacia la salida. Estos fangos, en muchas
ocasiones, en la misma planta de tratamiento, se someten a distintas operaciones para reducir su
volumen y darles un destino final.
Imagen N°6 Proceso de Decantación
Flotación
Es el proceso físico fundamentado en la diferencia de densidades. La flotación permite
separar la materia sólida o líquida de menor densidad que la del fluido, por ascenso de ésta hasta
la superficie del fluido, ya que, en este caso, las fuerzas que tiran hacia arriba (rozamiento y
empuje del líquido) superan a la fuerza de la gravedad. Se generan pequeñas burbujas de gas
(aire), que se asociarán a las partículas presentes en el agua y serán elevadas hasta la superficie,
donde son arrastradas y sacadas del sistema.
En el tratamiento de aguas se utiliza aire como agente de flotación, y en función de cómo
se introduzca en el líquido, se tienen dos sistemas de flotación
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Flotación por aire disuelto (DAF): En este sistema el aire se introduce en el agua residual
bajo una presión. Los elementos principales de estos equipos son la bomba de presurización, el
equipo de inyección de aire, el tanque de retención o saturador y la unidad de flotación
propiamente dicha, donde tiene lugar la reducción brusca de la presión, por lo que el aire disuelto
se libera, formando multitud de micro burbujas de aire.
Flotación por aire inducido: La operación es similar al caso anterior, pero la generación de
burbujas se realiza a través de difusores de aire, normalmente situados en la parte inferior del
equipo de flotación, o bien inducidas por rotores o agitadores. En este caso el tamaño de las
burbujas inducidas es mayor que en el caso anterior.
Filtración
La filtración es una operación en la que se hace pasar el agua a través de un medio poroso,
con el objetivo de retener la mayor cantidad posible de materia en suspensión. El medio poroso
tradicionalmente utilizado es un lecho de arena, de altura variable.
3.2.1 Tratamiento secundario
Tiene como objetivo eliminar la materia orgánica en disolución y en estado coloidal
mediante un proceso de oxidación de naturaleza biológica seguido de sedimentación. Este proceso
biológico es un proceso natural controlado en el cual participan los microorganismos presentes en
el agua residual, y que se desarrollan en un reactor o cuba de aireación, más los que se
desarrollan, en menor medida en el decantador secundario. Estos microorganismos,
principalmente bacterias, se alimentan de los sólidos en suspensión y estado coloidal produciendo
en su degradación en anhídrido carbónico y agua, originándose una biomasa bacteriana que
precipita en el decantador secundario. Así, el agua queda limpia a cambio de producirse unos
fangos para los que hay que buscar un medio de eliminarlos.
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En el decantador secundario, hay un flujo tranquilo de agua, de forma que la biomasa, es
decir, los flóculos bacterianos producidos en el reactor sedimentan. El sedimento que se produce y
que, como se dijo, está formado fundamentalmente por bacterias, se denomina fango activo.
Los microorganismos del reactor aireado pueden estar en suspensión en el agua (procesos
de crecimiento suspendido o fangos activados), adheridos a un medio de suspensión (procesos de
crecimiento adherido) o distribuidos en un sistema mixto (procesos de crecimiento mixto).
Las estructuras usadas para el tratamiento secundario incluyen filtros de arena
intermitentes, filtros percoladores, contactores biológicos rotatorios, lechos fluidizados, estanques
de fangos activos, lagunas de estabilización u oxidación y sistemas de digestión de fangos
Filtros Intermitentes de Arena
Son lechos poco profundos (0,6-1,1 m), dotados de un sistema superficial de distribución
del agua a tratar y de un drenaje inferior para la recogida de los efluentes tratados.
Las aguas residuales, tras ser sometidas a etapas previas de pretratamiento y tratamiento
primario, atraviesan verticalmente el sustrato filtrante, sobre el que se desarrolla una película
bacteriana, que se mantiene sin saturar, y en condiciones aerobias, gracias a que la alimentación a
los filtros se efectúa de forma discontinua y a la ventilación del sistema de drenaje inferior. Son
tres los mecanismos básicos en los que se fundamenta esta tecnología de tratamiento:
La filtración en la superficie de los filtros, en la que queda retenida la mayor parte de la
materia en suspensión presente en las aguas a tratar.
La adsorción de los contaminantes solubles y coloidales presentes en las aguas a tratar
sobre la superficie de la biopelícula, que se forma en torno a las partículas de arena.
La oxidación biológica de la contaminación retenida y adsorbida, llevada a cabo por la
biomasa adherida a las partículas del material filtrante.
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Filtro Percolador
Es un Filtro biológico constituido por una masa o lecho fijo compuesto por una cama de
grava o un medio plástico de material pedregoso, carbón entre otros, que trabaja bajo condiciones
principalmente aeróbicas y es en donde se rocían las aguas negras pre –tratadas sobre el filtro
para la depuración de la misma al pasar por medio de una capa de sustancia porosa. En este
sistema los microorganismos se apegan al medio del lecho formando una capa biológica, donde la
materia orgánica se degrada por la biomasa que cubre el material del filtro. Todo con el fin de
eliminar los contaminantes del agua median la percolación de las aguas.
Los filtros percoladores son unidades de tratamiento biológico que dentro del sistema
global de tratamiento de aguas residuales tienen la labor de remover la materia orgánica
mediante la metabolización de está, a cargo de una población bacteriana adherida a un medio
filtrante, traduciéndose esto en un efluente con una menor concentración de DBO5 (demanda
bioquímica de oxigeno). Donde este efluente continuara la cadena de tratamiento hasta cumplir
con las especificaciones técnicas.
Contactores Biológicos
Los Contactores Biológicos Rotativos son sistemas de tratamiento de las aguas residuales
en los que los microorganismos responsables de la degradación de la materia orgánica se hallan
adheridos a un material soporte, que gira semi-sumergido en el agua a depurar.
Al girar lentamente, el soporte expone su superficie alternativamente al agua y al aire.
Sobre el soporte se desarrolla, de forma natural y gradualmente, una película de biomasa
bacteriana que emplea como sustrato la materia orgánica soluble presente en el agua residual y
que toma el oxígeno necesario para su respiración del aire atmosférico, durante la fase de
emersión.
El crecimiento de la película continúa hasta que llega un momento en que su espesor es
tal, que se ve muy dificultada la difusión de oxígeno hasta las capas bacterianas más profundas. En
estas condiciones el esfuerzo cortante, producido por la rotación del soporte en el seno del
líquido, es suficiente para producir su desprendimiento.
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Una vez desprendida la porción de película bacteriana comienza en ese lugar el
crecimiento de nueva biomasa, y así indefinidamente, regulándose el espesor de la biopelícula de
forma natural. La biomasa desprendida se separa del fluente depurado en la etapa de
decantación, que sigue al tratamiento biológico.
Dentro de los CBR cabe distinguir entre Biodiscos y Biocilindros. En los Biodiscos el soporte
para la fijación bacteriana está constituido por un conjunto de discos de material plástico de 2 a 4
m de diámetro. Los discos se mantienen paralelos y a corta distancia entre ellos gracias a un eje
central que pasa a través de sus centros.
Los Biocilindros constituyen una modificación del sistema de Biodiscos, en ellos el rotor es
una jaula cilíndrica perforada, que alberga en su interior un relleno de material plástico, al que se
fija la biomasa bacteriana.
Fangos Activos
Es un proceso aerobio de biomasa suspendida, que requiere un contacto íntimo entre el
agua residual, la biomasa activa y el oxígeno. Consiste en poner en contacto en un medio aerobio,
normalmente en una balsa aireada o en un tanque de aireación, el agua residual con flóculos
biológicos previamente formados, en los que se adsorben la materia orgánica y donde es
degradada por las bacterias presentes (se mantiene una determinada concentración de
microorganismos aerobios). Para acelerar los procesos naturales se les suministra oxígeno disuelto
aumentando así la capacidad de tratamiento además de obtener una mejor calidad del efluente y
menor cantidad de fangos.
Se clasifican en procesos de mezcla completa o flujo pistón. Los procesos de mezcla
completa se caracterizan por la uniformidad de las características del licor en el tanque de
aireación o balsa aireada. Los procesos de flujo pistón, sin embargo, mantienen un gradiente de
concentración en función de la distancia a la entrada del proceso. En estos procesos no existe
mezcla.
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El modelo de mezcla completa puede adoptar las siguientes variantes:
Aireación prolongada: Consiste en un tanque de aireación, con un sistema de aireación por
turbinas, aireadores sumergibles o difusores cerámicos. Éstos mantienen la biomasa en
suspensión e introducen el oxígeno necesario. Estos procesos se caracterizan por su baja
carga másica y baja producción de fangos. Además, su utilización es interesante cuando se
pretendan eliminar compuestos con nitrógeno simultáneamente con la materia orgánica
Contacto-estabilización: Este proceso se desarrolla en dos tanques. El primero
denominado de contacto en el que se mezclan el efluente con el fango recirculado, en el
existe aireación y mezcla completa. Después del contacto se produce la sedimentación,
recirculando el fango al tanque de estabilización. En el tanque de estabilización se
desarrolla la nueva biomasa, que es enviada al tanque de contacto y así iniciar de nuevo el
ciclo.
Laguna de estabilización u oxidación
Tipo de laguna de oxidación en la cual se realiza la oxidación biológica de la materia
orgánica mediante la transferencia natural o artificialmente acelerada del oxígeno del aire al agua.
Son estanques de dimensiones específicas, diseñados para el tratamiento biológico de las aguas
residuales por un proceso natural de purificación bioquímica.
Son de estructura sencilla de tierra, abiertos al sol y al aire para que puedan cumplir su
misión depuradora. Para el correcto funcionamiento de una laguna de estabilización, en ella deben
desarrollarse los procesos que se expresan a continuación:
Oxidación progresiva de la materia orgánica en condiciones aeróbicas.
Re aeración superficial.
Descomposición de la materia orgánica en condiciones anaeróbicas
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3.2.2 Etapa de desinfección
Desinfección
Las aguas servidas tratadas normalmente contienen microorganismos patógenos que
sobreviven a las etapas anteriores de tratamiento. Las cantidades de microorganismos van de
10.000 a 100.000 coliformes totales y 1.000 a 10.000 coliformes fecales por 100 ml de agua, como
también se aíslan algunos virus y huevos de parásitos. Por tal razón es necesario proceder a la
desinfección del agua. Esta desinfección es especialmente importante si estas aguas van a ser
descargadas a aguas de uso recreacional, aguas donde se cultivan mariscos o aguas que pudieran
usarse como fuente de agua para consumo humano.
Los métodos de desinfección de las aguas servidas son principalmente la cloración y la
iozonización, pero también se ha usado la bromación y la radiación ultravioleta. El más usado es la
cloración por ser barata, fácilmente disponible y muy efectiva. Sin embargo, como el cloro es
tóxico para la vida acuática el agua tratada con este elemento debe ser sometida a decloración
antes de disponerla a cursos de agua natural.
Desde el punto de vista de la salud pública se encuentra aceptable un agua servida que
contiene menos de 1.000 coliformes totales por 100 ml y con una DBO inferior a 50 mg/L.
La estructura que se usa para efectuar la cloración es la cámara de contacto. Consiste en
una serie de canales interconectados por los cuales fluye el agua servida tratada de manera que
ésta esté al menos 20 minutos en contacto con el cloro, tiempo necesario para dar muerte a los
microorganismos patógenos.
Tratamiento de los fangos
Los sedimentos que se generan en las etapas primaria y secundaria se denominan fangos.
Estos fangos contienen gran cantidad de agua (99%), microorganismos patógenos y contaminantes
orgánicos e inorgánicos. Se han desarrollado varios métodos para el tratamiento de los fangos e
incluyen: digestión anaerobia, digestión aerobia, compostaje, acondicionamiento químico y
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tratamiento físico. El propósito del tratamiento de los fangos es destruir los microbios patógenos y
reducir el porcentaje de humedad.
La digestión anaerobia se realiza en un estanque cerrado llamado digestor y no requiere la
presencia de oxígeno pues es realizada por bacterias que se desarrollan en su ausencia. Para el
óptimo crecimiento de estos microorganismos se requiere una temperatura de 35 ° C. Las
bacterias anaerobias degradan la materia orgánica presente en el agua servida, en una primera
fase, a ácido propiónico, ácido acético y otros compuestos intermedios, para posteriormente dar
como producto final metano (60 - 70 %), anhídrido carbónico (30%) y trazas de amoníaco,
nitrógeno, anhídrido sulfuroso e hidrógeno. El metano y el anhídrido carbónico son inodoros; en
cambio, el ácido propiónico tiene olor a queso rancio y el ácido acético tiene un olor a vinagre.
La digestión aerobia se realiza en un estanque abierto y requiere la presencia de oxígeno y, por
tanto, la inyección de aire u oxígeno. En este caso la digestión de la materia orgánica es efectuada
por bacterias aerobias, las que realizan su actividad a temperatura ambiente. El producto final de
esta digestión es anhídrido carbónico y agua. No se produce metano. Este proceso bien efectuado
no produce olores.
El compostaje es la mezcla del fango digerido aeróbicamente con madera o llantas
trituradas, con el objetivo de disminuir su humedad para posteriormente ser dispuesto en un
relleno sanitario.
El acondicionamiento químico
Se puede aplicar tanto a los fangos crudos como digeridos e incluye la aplicación de
coagulantes tales como el sulfato de aluminio, el cloruro férrico y los polímeros, los que tienen
como función ayudar a la sedimentación de las materias en suspensión y solución en el fango; la
elutriación o lavado del fango, la cloración y la aplicación de floculante.
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El tratamiento físico
Incluye el tratamiento por calor y el congelamiento de los fangos.
Una vez concluida la etapa de digestión microbiana, ya sea aerobia o anaerobia, los fangos aún
contienen mucha agua (alrededor de un 90%) por lo que se requiere deshidratarlos para su
disposición final. Para ello se han diseñado dos métodos principales: secado por aire y secado
mecánico.
Deshidratación de los fangos
Se han hecho diversas estructuras para el secado por aire de los fangos. Entre ellas están:
lechos de arena, lechos asistidos de arena, lagunas de fangos, lechos adoquinados y eras de
secado. Para el secado mecánico existen filtros banda, filtros prensa, filtros de vacío y centrífugas.
Los fangos deshidratados deben disponerse en una forma ambientalmente segura. Para ello,
según el caso, pueden llevarse a rellenos sanitarios, ser depositados en terrenos agrícolas y no
agrícolas o incinerados. La aplicación en terrenos agrícolas requiere que el fango no presente
sustancias tóxicas para las plantas, animales y seres humanos. Lo habitual es que sí las contengan
por lo que lo normal es que sean dispuestos en rellenos sanitarios o incinerados
3.3 Etapa de Distribución
Redes de distribución
La red de distribución o red matriz de un sistema de acueducto es el conjunto de tuberías
mayores que son utilizadas para la distribución de agua potable, que conforman las mallas
principales del servicio y que distribuyen el agua procedente de la planta de tratamiento hacia las
redes menores del sistema. Las redes de distribución secundaria y terciaria son el conjunto de
tuberías destinadas al suministro en ruta del agua potable a las viviendas y otros establecimientos
de la población.
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Componentes principales
Válvula de control: Se coloca en la red de distribución, sirve para regular el caudal del agua
por sectores y para realizar la labor de mantenimiento y reparación
Válvula de paso: Sirve para controlar o regular la entrada del agua al domicilio y para el
mantenimiento y reparación.
Válvula de purga: Se coloca en los puntos más bajos del terreno que sigue la línea de
conducción. Sirve para eliminar el barro o arenilla que se acumula en el tramo de la
tubería.
Línea de aducción
Entre la captación y la planta de potabilización del agua, como entre esta y la red de
distribución urbana, suele darse la necesidad de conducir ya sea el agua cruda o el agua tratada, o
ambas, para salvar distancias y obstáculos naturales entre la fuente de suministro y los
consumidores. El trazado y el tipo de conducción, en sus efectos sobre los suelos y la propiedad,
son factores ambientales que deben ser convenientemente valorados en la etapa de diseño.
El diseñador desde el punto de vista ambiental debe plantear las alternativas de trazado
tanto para la aducción como para la conducción teniendo en cuenta los siguientes aspectos, los
cuales influyen directamente sobre las aguas, suelos, vegetación y población cercana:
Longitud
Condiciones geológicas y geo mecánicas del suelo que cruza
Actividad sísmica de la zona
Usos del suelo por el corredor previsto
Tipo y numero de cruces que se presentan (vías, fuentes superficiales, humedales)
Vegetación predominante en los corredores de posible utilización
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Infraestructura actual existente a lo largo del trazado y proyecto futuro previsto
Dimensiones (Longitud, diámetro, sección del canal si aplica).
Material y tipo de las tuberías.
Profundidad de instalación.
En canales para aducción especificar la sección e inclinación de taludes, bordes libres.
Número y tipo de válvulas necesarias.
Estructuras especiales requeridas (anclajes, puentes, sifones, etc.)
Usos del suelo
Posibles fuentes de contaminación del agua.
Requerimientos del bombeo (sí aplica)
Tipo de Aducción y Conducción
El diseñador debe establecer el tipo de aducción y conducción que tendrá el sistema. Las
alternativas para la aducción pueden ser abiertas o cerradas a presión o gravedad; y para las
conducciones, las cuales deben ser cerradas también pueden ser a presión o gravedad. La
incidencia ambiental está relacionada por una parte con la calidad del agua que se transporta, por
otra con los riesgos que se generan para los predios y población del área de afectación directa.
En aducciones abiertas, se deben prever inspecciones rutinarias que permitan establecer
posibles fuentes de contaminación de las aguas transportadas. En caso de detectarse algún
cambio en las características de las mismas, la empresa prestadora del servicio debe suspender
inmediatamente el flujo de agua, identificar la procedencia de la contaminación y solucionar el
problema. Se debe mantener un control efectivo sobre los sedimentos atrapados en las tuberías
de aducción, para el efecto se deben llevar estadísticas sobre la cantidad retenida en las tuberías y
el tipo de material producido. Cuando se abran las válvulas de purga se deben dejar registros del
volumen de sedimento evacuado y características físicas del mismo. Se debe evitar que este tipo
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de residuos llegue a las fuentes residuales implementando procedimientos adecuados de
disposición.
En los casos en que la aducción sea mediante tuberías a presión o canales en los cuales
existan tramos por encima de la superficie del terreno, debe verificarse los asentamientos
producidos en anclajes y uniones, válvulas y codos. Se debe implementar una ficha de control por
cada accesorio que permita llevar en record de los asentamientos producidos con el tiempo, así
mismo en los casos donde se hallen zonas inestables llevar un registro fotográfico y control de los
desplazamientos observados.
3.4 Tratamiento de riles
Los tipos de tratamiento para los residuos líquidos se presentan en la siguiente tabla. En
este cuadro se puede apreciar las variaciones de tiempo y las cantidades de remoción de
materiales orgánicos, tanto sólidos como biológicos
Tabla N°1 Procesos en el tratamiento de riles
Sistema de separación de sólidos Tiempo Remoción
Sedimentación 2 a 4 hrs Sólidos: 50 - 98%
DBO5: 10 - 30%
Flotación 5 a 30
Min
Solidos: 75 - 98%
DBO5: 10 - 30%
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Sistemas de tratamiento biológico Tiempo Remoción
Lagunas facultativas 10 a 25
días.
DBO5: 60 - 75%
Filtros biológicos 0.4 a 2 días. DBO5: 60 - 85%
Lagunas de aireación 3 a 7 días DBO5: 70 - 97%
Lodos activados 0.3 a 2 días. DBO5: 70 - 97%
Digestión anaerobia 0.5 a 3 días. DBO5: 30 - 90%
3.4.1 Tratamientos primarios
El tratamiento primario es la fase que generalmente comprende en la eliminación de la
masa de los sólidos sediméntales, a este tipo de operaciones de tratamientos primarios se les
conoce como operaciones preliminares, las cuales cuentan con una serie de procesos físicos que
ayudan a eliminar cuerpos sólidos o materias grasas para evitar interferencia en los procesos
posteriores.
Cribado
Este proceso se aplica cuando el agua residual acarrea materiales excesivamente gruesos,
para este proceso se utilizan rejillas de desbaste, las cuales separan los sólidos flotantes de gran
tamaño entre 6 y 1.5 mm (ver imagen n°7). Las aberturas de las rejillas dependen netamente del
objeto que se deba utilizar para limpiar el agua residual, en tanto en la limpieza de este sistema se
puede hacer manual o mecánicamente.
El Cribado cuenta con dos tipos de rejillas para materiales finos de 5 mm o menos,
fabricadas de mallas o planchas metálicas de acero. En tanto las rejillas para materiales gruesos de
4 a 9 cm se utilizan como medidas de protección para evitar que estos mismos materiales dañen
bombas y otros equipos mecánicos.
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Imagen N°7 Proceso de cribado
Tamizado
En este proceso se realiza la separación de sólidos con volúmenes superiores a 1 mm de
espesor. Se pueden emplear tamices tanto estáticos o rotativos para que puedan ser limpiados.
Los Tamices estáticos, son rejas con barras horizontales de secciones triangulares, hechas de acero
inoxidable en la cual presenta una inclinación entre 45° y 65°.
Los Tamices rotativos, son rejas de forma cilíndrica de ejes horizontales que giran a través
de barras trapezoidales, hechas también de acero inoxidable.
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Desarenado
Este proceso se realiza mediante un canal de desarenado, formadas por partículas de
gravillas de tamaño alrededor de 1 mm o por arenas inorgánicas. Cuya finalidad de este proceso es
evitar que se produzcan sedimentos en los canales del pretratamiento de la planta evitando que
dañen los equipos, eliminando sustancias como semillas, cascaras, etc. Existen 3 tipos de
desarenado en las cuales encontramos.
Desarenado de flujo horizontal: este tipo de desarenado se utiliza en pequeñas
instalaciones, consistiendo en ensanchar el canal del pretratamiento para reducir la velocidad de
flujo y que decanten las partículas. Este tipo necesita diseñarse con un canal paralelo para poder
proceder a la limpieza que se realiza manualmente.
Desarenado de flujo vertical: este utiliza varios canales con compartimientos de diferentes
anchos, que producen que las velocidades del flujo vayan disminuyendo mientras va avanzando
Desarenado de flujo inducido: es de tipo rectangular, en el cual los equipos inyectan aire
mediante moto sopladores, generando una corriente espiral, efectuando así la decantación de las
arenas y separación de las materias orgánicas, no obstante, el hecho de que se produzca la
separación de materias orgánicas produce malos olores.
Desengrasado
El proceso de desengrasado consiste en la separación de aceites, grasas y sustancias que
son menos densas en el agua. Este proceso se realiza mediante flotacion de dichas materias por
medio de aire disuelto. Consta de la inyeccion de aire a presión, generando microburbujas, en el
que estas mismas microburbujas se adhieren al material graso, formando nuevas particulas que
son menos densas y que pueden llegar a flotar.
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Sedimentación
La sedimentación que se lleva a cabo en los decantadores, es el proceso por el cual el
material sólido, que es transportado por la corriente de agua, se deposita en el fondo del tanque
por la acción de gravedad, cuyo peso específico es mayor que la del agua.
En este proceso, es fundamental las características que deba tener el tanque de agua, ya
que, al momento de ingresar el Ril, se debe facilitar la reducción de la velocidad, debe tener
también un canal de salida para captar el líquido clarificado, y por último debe presentar una zona
de sedimentación que represente la capacidad del tanque junto con las zonas de almacenamiento
y eliminación de sedimentos.
Se señala que estos procesos se pueden mejorar mediante la adición de coagulantes,
como sales de hierro, cal o aluminio, antes de la decantación, para luego así poder aumentar el
proceso de decantación de las materias. Para eso existen los procesos de floculación y
coagulación, con la finalidad de producir neutralizaciones en las cargas eléctricas de las materias
para luego originar aglomeraciones de materias con mayor densidad para facilitar la precipitación.
Tabla N°2 Comparacion de adición de coagulación
Parámetros Rendimiento de la eliminación en la decantación primaria
Con coagulación % Sin coagulación %
STS 60 a 90 40 a 70
DBO5 40 a 70 25 a 40
DQO 30 a 60 20 a 30
Bacterias 80 a 90 50 a 60
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Los procesos mencionados anteriormente son los mismos que para el proceso de
potabilizacion de agua descritos en el punto anterior, la diferencia entre estos procesos viene en el
tipo de tratamiento secundario ya que este varia según la procedencia y el uso posterior de los
residuos
3.2.2 Tratamientos secundarios
El tratamiento secundario o proceso biológico en el tratamiento de aguas residuales, tiene
como propósito reducir los contenidos de materia orgánica y de solidos suspendidos no removidos
por los tratamientos primarios. El tratamiento secundario solo se realiza en las industrias
alimentarias de mayor tamaño, el resto de las otras industrias, solo van a parar a la red de
alcantarillado, en el cual las plantas de tratamiento de agua municipales serán las encargadas de
realizar la depuración de las aguas.
Las principales tareas en los tratamientos secundarios es poder rebajar los niveles de
DBO5, DQO, nitrato, fosforo y estabilizar los lodos, mediante procesos aeróbicos, anaeróbicos o
mezclados entre sí
Tabla N° 3 Descomposicion en procesos anaeróbicos y aeróbicos
Procesos aeróbicos Procesos anaeróbicos
Dióxido de carbono Metano
Nitrito Dióxido de Carbono
Nitratos Amoniaco
Sulfatos Hidrógeno Nitrógeno
Ácidos sulfhídricos
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El proceso consiste en controlar el medio ambiente de los microorganismos que se
producen para conseguir niveles óptimos del crecimiento de aquellos, y así poder degradar la
materia orgánica y transformar en subproductos en el cual, la eliminación de estos son mucho más
fáciles y pueden ser incorporados en la síntesis de materia celular, junto con ser eliminados por
procesos de separación entre sólido y líquido.
Sistemas aeróbicos
Los sistemas aeróbicos se basan en lodos activos, proceso desarrollado para que toda agua
residual, urbana o industrial, sea sometida a procesos de aireación durante un periodo de tiempo,
para poder lograr la reducción de materia orgánica, formando lodos, en el que a su vez alberga
microorganismos vivos, como bacterias, hongos, algas, que son capaces de degradar la materia
orgánica. El proceso se desarrolla en un tanque, en donde se mantiene suspendida toda la materia
orgánica por el actuar de la aireación forzada. Los microorganismos utilizan la materia en
suspensión para generar energía y nuevos microorganismos, además de la generación de carbono
y amoniaco, junto con la formación de agua. Todo este proceso viene con la recirculación de los
lodos activos para la estabilización y posterior eliminación.
Dentro del sistema aeróbico, se encuentran los filtros biológicos o percoladores. Los
tanques utilizan un material permeable al cual se adhieren los microorganismos y se percola el Ril,
también otro material que se utiliza, es un sistema de discos rotativos, con el fin de sumergirse en
el agua, girar colocando en contacto los microorganismos, absorbiendo el oxígeno que entra en
contacto con la materia orgánica, además, el efecto que provocan los discos al girar, ayudan a ir
eliminando los sólidos suspendidos que son arrastrados a un tanque posterior.
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Biofiltro dinámico y aeróbico o sistema Tohá
El sistema Tohá consiste en el afluente del residuo industrial líquido, esparcido
uniformemente a través de aspersores en toda la superficie del filtro. El proceso consiste en
drenar el agua residual por diferentes capaz de materiales, en las cuales corresponden en piedras
del tamaño de unos bolones, junto con piedras pequeñas, aserrín y en la parte superior una capa
entre 20 a 30 cm de humus en el cual alberga una cantidad entre 5.000 a 10.000 gusanos de
tierra/m2. El agua se traslada de forma limpia y la materia orgánica ha sido reducida a menos de
un 90% de su carga inicial.
La materia orgánica del efluente queda retenida en la superficie y aserrín para ser
consumida por lombrices, provocando una oxidación y transformación en anhídrido carbónico y
agua. El sistema Tohá permite recuperar el líquido una vez que haya pasado por los distintos tipos
de filtros que se presentan, el líquido recuperado cumplirá con la norma para luego ser
descargados en cursos fluviales, todo esto se genera y queda retenido la materia orgánica por
medio de los distintos tipos de filtros.
Para que el sistema Tohá funcione de manera ideal, debe pasar por otros procesos como
por ejemplo una cámara de rejas para atrapar los sólidos, luego por un estanque de ecualización,
que servirá para igualar los flujos de agua y evitar el impacto en los procesos por alguna alteración
hidráulica, en seguida, pasara por el biofiltro que en este caso, será el Sistema Tohá. En el instante
en que el agua ya tratada, deje el biofiltro pasara por una desinfección por irradiación ultravioleta
gracias a una lámpara con poder de radiación aproximada a 30 W/m2s, con el fin lograr la
eliminación de bacterias patógenas.
Sistemas Anaeróbicos
Los sistemas anaeróbicos se basan en aguas residuales con un DBO superior a 5 kg/m3. Su
sistema funciona con un proceso de descomposición de la materia orgánica por bacterias con una
particular característica, en ausencia de aire, ya que, el oxígeno que es necesario para para la
descomposición proviene del mismo material orgánico, no es necesario en estos tipos de sistemas
una inyección de oxígeno para aumentar su descomposición.
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Los procesos anaeróbicos sobre los procesos aeróbicos presentan algunas ventajas, de las
cuales se destacan las bajas cantidades de energías que se utilizan, la producción de energía-
producto y rendimientos más bajos de lodos activos.
En los caudales de aguas residuales, se consideran complejos de tratar, como por ejemplo,
aguas residuales de lácteos, presenta niveles altos de materia orgánica, tales como proteínas,
lípidos y carbohidratos. Para los carbohidratos, se consideran fácilmente biodegradables. Para las
proteínas, presentan problemas en su biodegradación siempre cuando el pH y las temperaturas no
se descontrolen, ya que produce, que las proteínas precipiten en el momento en que el pH es
excesivamente bajo. En tanto los lípidos, se consideran sumamente problemáticos, por el hecho
de que se acumulan dentro de los reactores generando un estancamiento en la biomasa para que
no se descomponga.
3.4.3 Tratamiento Terciario
En los procesos terciarios y finales, que se aplican en los Riles, se incluye determinados
procesos, considerando el ablandamiento, el intercambio iónico y la absorción con carbón activo.
En la depuración de los Riles provenientes de las fábricas de alimentos, generalmente no incluyen
la aplicación de un tratamiento terciario, limitándose solamente a los procesos primarios y
secundarios, ya que, el proceso terciario, se encargan las plantas de tratamientos.
En el tratamiento terciario, se incluyen formas para eliminar contaminantes como por
ejemplo, microorganismos patógenos, metales, nitrógeno, fosforo, compuestos coloreados y
compuestos no biodegradables.
En el proceso de ablandamiento, junto con el intercambio iónico y la absorción con carbón
activo, se enfocan en la estabilización del agua a nivel molecular, evitando que se transforme el
agua en aguas duras, regulando los niveles de calcio, magnesio y bicarbonatos, evitando que estos
elementos o minerales se depositen en tuberías y en equipos utilizados en el proceso de
tratamiento de riles, provocando daños e impidiendo el paso del caudal a otros tanques de agua.
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Cloración
Es un proceso habitualmente utilizado en el tratamiento de aguas residuales, tanto
urbanas como industriales, con el objetivo de desinfectar, en la oxidación compuestos químicos
que son utilizados en la destrucción e inhibición del crecimiento de bacterias, reducir el DBO por la
oxidación de componentes orgánicos, disminuyendo olores y colores en las aguas.
Los compuestos utilizados en proceso de cloración, son cloro gas, dióxido de cloro,
hipoclorito de calcio y sodio. Una de las ventajas de utilizar cloro a gas, aparte de ser un buen
desinfectante, las partículas permanecen en las descarga de riles, reduciendo el nuevo crecimiento
de bacterias. Mientras tanto, para la desinfección de aguas de residuos líquidos industriales, se
evita utilizar cloro, ya que, en presencia de altas cargas de nitrógenos, forma compuestos como
por ejemplo cloraminas de reacciones muy lentas que necesitan estar más en contacto para poder
desinfectarse.
Un método más efectivo, en la desinfección de residuos industriales líquidos, pero más
caro de mantener, por el hecho de que se necesita una constante mantención a los equipos de
operación, es la desinfección por rayos U.V, produciendo cambios fotoquímicos en las bacterias,
alterando e interfiriendo en la replicación. Se utilizan unas lámparas bajo un canal donde pasa el
agua, en el cual genera formas de longitudes de ondas entre 250 y 265 nm, entre un periodo de 5
a 10 segundos.
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Capítulo IV- Instrumentación implementada en el proceso
Instrumentos ocupados para la medición de tratamiento de aguas en Industrias,
agregando también alguna planta industrial como modelo y guía para ejemplificar como se
efectúan el control en los procesos con sus normas.
Si bien sabemos, las Industrias, investigaciones y laboratorios, necesitan constantemente
instrumentos para llevar a cabo tanto sus objetivos en la manufacturación de un producto como la
seguridad del personal y maquinas, también para realizar alguna medición del Medio Ambiente
4.1 Sensores y equipos
Chlorine 3000: Analizador de cloro mediante el método DPD (dietil-p-fenilen diamina).
Tabla N° 4 Sensor Clorine 3000.
Rango de medición 0 a 10 mg/l.
Precisión: ± 0,03 mg/l.
Salidas: RS 485 y 4 a 20 mA
Alimentación: 100 a 240 VAC y 47 entre 63
Hz
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Controlador 2020XT: Adaptable a cualquier aplicación por ejemplo medición de turbidez,
pH, conductividad, temperatura, análisis de aguas residuales
Tabla N° 5 Controlador 2020XT
Conexión para hasta 20 sensores digitales IQ (Instalación Calificada).
Alimentación de corriente 100–240VAC o 24V.
Salidas analógicas 0/4-20 mA
Salida digital: PROFIBUS DPV0, PROFIBUS DPV1, Modbus RTU,
EtherNet/IP Modbus TCP.
Conexión a una red informática con modem analógico o GSM (Global
System Mobile).
Conexión inalámbrica vía radio.
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TresCon: Analizador amonio, nitrato, fosforo, ortofosfato, nitrito
Tabla N°6 Analizador de elementos químicos
Puede operar simultáneamente con tres contenedores de flujos para
análisis.
Tres salidas de 0/4-20 mA, 100% configurables separadas galvánicamente.
12 relés libres de potencial, 100% configurables
230 VAC a 50 Hz o 115 VAC a 50 – 60 H
Temperatura de almacenamiento: 25 a 60 °C
Temperatura de operación 0 a 40 °C
Amonio: 0,05 a 1000 mg/l NH4-N
Nitrato: 0,10 a 60 mg/l NO3-N.
Nitrito: 0,05 a 1,200 mg/l NO2-N.
Ortofosfato: 0,05 a 3,00 mg/l PO4-P.
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PurCon: Sistema de preparación de muestras para analizadores de amonio, nitrito, nitrato,
fosforo, ortofosfato. Suministra un flujo constante libre de sólidos y bacterias.
Tabla N°7 Sistema de preparación de muestras
Calidad Libre de material sólido y bacterias.
Flujo de la muestra Aprox. 400 a 1.500 l/h, ajustable en cuatro niveles.
Transmisor EcoLine Oxi: Permite trasmitir en línea a sensores análogos de pH,
conductividad, oxígeno disuelto y temperatura.
Tabla N°8 Transmisor
Medición de D.O: 0 a 60.0 mg/l.
Medición de pH: 0 a 14.00 pH.
Medición de ORP (Potencia Reducción Oxidación): -1500 mV a +1500 mV.
Medición de temperatura: -5 °C a 100 °C.
Medición de conductividad: 0 a 1.999 µS/cm.
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TetraCon: Sensor robusto de conductividad con 4 electrodos con amplia medición y
altamente resistente a la suciedad.
Tabla N°9 Sensor de conductividad
Conductividad 10 µS/cm a 1000 mS/cm.
Constante de la celda K = 0,917 cm-1.
Medición de temperatura 0 °C a 50 °C.
Presión máxima 10 bar a 20 °C.
SensoLyt SEA: Sensor robusto de acero inoxidable, a la presión y a las temperaturas para
aguas muy contaminadas.
Tabla N°10 Sensor de conductividad
Temperatura: 0 °C a 60 °C.
PH: 2 a 12.
Presión: 10 bar / 20°C.
ORP (Potencia Reducción Oxidación): ±2000 mV.
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Varion: Para la medición de Amonio y Nitrato, ayudando a la optimizar el desempeño de
limpieza y consumo energético.
Tabla N°11 Sensor de amonio y nitrato
Amonio NH4-N.:
PH: 4 a 8.5.
Medición: 1 a 1000 mg/l.
Nitrato: NO3-N:
pH: 4 a 11
Medición: 1 a 1000 mg/l.
Presión máxima: 0,2 bar.
Temperatura de operación: 0°C a 40°C.
Visoturb: Sensor de turbiedad y sólidos suspendidos, funcionando por un sistema
ultrasónico, generando altas frecuencias de vibraciones.
Tabla N° 12 Sensor de turbiedad y sólidos suspendidos
Temperatura de operación: 0°C a 60°C.
Rango de medición:
0,1 a 4000 mg/l SIO2.
0,05 a 4000 NTU (Unidad Nefelométrica de Turbidez).
0,001 a 1000 g/l TSS (Sólidos Suspendidos Totales).
Presión máxima: 10 bar.
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Fotómetro pHotoFlex: Control de condiciones medioambientales, tratamiento de aguas,
industria de bebidas, industria vinícola, controles de procesos. Medición de pH y
Turbiedad es factible en este fotómetro.
Tabla N°13 Fotómetro.
Longitudes de onda nm: 436, 517, 557, 594, 610,
690.
PH: 0-16.
Turbidez: 0-1100 UNT.
ProfiLine: Medidor de pH.
Tabla N° 14 Medidor de pH.
Profundidad: 100m.
PH: 0 a 14.
Temperatura de operación: 0°C a 100°C.
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MPP 930 IDS: Sonda multiparamétrica tiene la capacidad de medir simultáneamente tres
parámetros, midiendo pH, profundidad, conductividad, oxígeno disuelto, turbidez,
temperatura.
Tabla n°15 Sonda Multiparamétrica
Profundidad: 0,5 hasta 100m.
PH: 2 a 12.
OBP (Potencia Reducción Oxidación): ±1200
mV.
Conductividad: 1 µS/cm a 2000 mS/cm.
Micropilot FMR20: medición de nivel y caudal (mediante tabla de linealización) sin
contacto continúa con un ajuste perfecto para aplicaciones de tratamiento de aguas y
aguas residuales y de servicios en todas las industrias.
Tabla n°16 Sensor de nivel y caudal
Profundidad: 0 hasta 20m.
Presión: -1 ; 3 bar
Temperatura -40 hasta 80 °C
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4.2 Equipos de Planta y Actuadores
Tamiz Fino Autolimpiante Quilton mod. Q‐100‐M-D‐I
Tabla n°17 Tamiz fino autolimpiante
Caudal por unidad: 5.400 m3/h
Luz de malla: A = 1,5 mm
Altura total: H2 = 10.545 mm
Tornillo compactador MR53C: Equipo especialmente diseñado para transporte,
compactación, escurrido y reducción de volumen de los residuos sólidos húmedos,
procedentes de un desbaste de aguas residuales
Tabla n°18 Tornillo compactador
Accionamiento: 3/5 kW*
Revoluciones: 30 rev./min
Peso: aprox. 300/450 kg
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Puente desarenador-desengrasador PRLD: Esta unidad se utiliza en tanques rectangulares
para eliminación de arenas, grasas y otras sustancias flotantes y partículas sedimentables
del agua residual.
Tabla n°19 Puente desarenador
Carga de 250kg/m2
Flecha máxima de 1/500 de la luz
Velocidad: 0.8 m/min
Fuente de alimentación: 0.92-2.6 kW
Puente giratorio raspador de lodo ZBG 50: Máquina que raspa y descarga lodos en el
tanque de sedimentación primaria, tanque de sedimentación secundaria y lodo del tanque
de espesamiento
Tabla n°19 Puente giratorio
Diámetro: 50 m
Profundidad: 4.5 m
Velocidad: 1-3 m/min
Potencia del Motor: 1.5 kW
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Agitador de turbina 6 Palas: Es un agitador de flujo radial que fuerza el líquido tangencial o
radialmente. Opera con velocidades bajas (20-150 rpm) y se emplea para líquidos que son
de viscosidad variable
Tabla n°20 Agitador
Velocidad: 20-150 RPM
Gradiente mezcla: 50- 500
Bomba sumergible de recirculación Gama ABS RCP: Las bombas sumergibles de
recirculación RCP están especialmente diseñadas para el bombeo y la recirculación de
lodos activados en el proceso de desnitrificación/nitrificación en plantas depuradoras.
Bomba compacta y de fácil manejo, alta eficiencia y fiabilidad.
Tabla n°21 Bomba de recirculación de fangos
50 Hz/60 Hz
Caudal máximo: 4.500 m³/h
Altura máxima: 1.8 m
Bridas de descarga: DN 250, DN 400, DN 500
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Tornillo transportador tubular: Es un sistema modular muy versátil que ofrece las
soluciones de manejo de material normales. Dependiendo de las características del
material a ser manejado, diferentes tipos de soportes intermedio son utilizados, una
variedad de sellos de ejes, transmisiones directas con o sin acoples, o montaje lateral con
transmisión de cadena. Según la aplicación, los varios diseños de tornillos, así como la
entrada y variaciones de salidas de toma están disponibles.
Tabla n°22 Tornillo transportador
Diámetro: 114- 588 mm
Capacidad de transporte: 29 TON/Hrs a 220 TON/Hrs
Longitud: 1-15 m
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Capítulo V- Planta de tratamiento secundario de efluentes
En el presente capítulo de este proyecto, se desarrollará una planta de tratamiento
secundario de efluentes implementada en CMPC Talagante chile, dando a conocer un diagrama de
flujo, para luego ir entrando en más detalle sobre los diagramas de instrumentos P&ID, en donde
se explicará cada instrumento que se utilizara a lo largo del proceso, incluyendo, motores,
sensores, actuadores.
Cabe agregar que en este capítulo, se ocupará la norma ISA quien se encarga de
estandarizar internacionalmente la simbología que presenta los diagramas de tuberías e
instrumentación o en ingles piping and instrumentation diagram. Con el fin de realizar la lectura
de los diagramas con mayor facilidad, permitiendo que el mismo lector pueda entender cada parte
del proceso, junto con explicar en detalles los lazos de control que presenta la planta de
tratamientos secundario de efluentes.
5.1 Diagrama de Flujo.
En el siguiente diagrama de flujo, que se presenta en la Figura N°1, esta basado en todo el
proceso que pasa el agua residual para ser tratada por la planta de tratamientos de aguas
residuales. Los diagramas de flujo estan creados para resumir y ver esquematicamente, los pasos
que se deben seguir o que seguirá el producto a realizar.
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El agua residual, entra por la primera fase, que sera el tamizado y la sedimentacion
primaria, como ya hemos mencionado anteriormente, esta primera fase esta dedicada a los
tratamientos primarios de la planta de tratamientos, en el cual, el liquido residual que proviene de
los procesos, pasa por el tamizado, en este proceso se realiza la separación de solidos con
volúmenes superiores a 1 mm de espesor. Para luego dar paso a la sedimentación primaria, este
proceso es por el cual pasa el material solido decantando por la acción de gravedad, cuyo peso
específico es mayor que la del agua. Para aumentar la efectividad del proceso de sedimentación se
puede agregar coagulantes, como sales de hierro, cal o aluminio, para crear aglomeraciones
gracias a la atracción por cargas eléctricas, poder así aumentar la sedimentación y limpieza del
agua residual.
Imagen N°8 Diagrama de flujo planta de tratamiento de aguas residuales.
Luego de finalizar el tratamiento primario, el agua residual comienza su segundo
tratamiento, siendo este el proceso que abordaremos como punto final de esta tesis
desarrolandose mas a detalle en en plano P&ID.
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El tratamiento secundario comienza con el tratamiento anóxico, esta fase llamada anóxico
o desnitrificación se caracteriza por la eliminación de nitrógeno en forma de nitrato, mediante
bacterias y microorganismos bajo condiciones sin oxígeno. A continuación, se presenta el proceso
anaeróbico, consiste en un proceso de descomposición de la materia orgánica por bacterias con
una particular característica, en ausencia de aire. Una vez terminado el proceso de
descomposición, volvemos nuevamente al tratamiento de sedimentación, para seguir eliminando
materia orgánica, una vez más para aumentar la efectividad del tratamiento de sedimentación se
agregara coagulantes.
Una vez más repetimos nuevamente los tratamientos anóxicos y sedimentación, para
obtener el máximo rendimiento en descomposición y filtrado de materia orgánica. Al momento de
terminar la sedimentación secundaria por segunda vez, se abre paso a la última parte del proceso
de tratamiento, al que se le denomina tratamiento terciario, encontramos la fase de precipitación
química, en la cual estará encargada de verter elementos químicos para la desinfección de
bacterias y microorganismos que pueda llevar el agua residual, junto con provocar una reacción
química para la precipitación de restos sólidos para luego ser separados y llevados a fangos de
depósitos, el agua residual ya lista, se descargará y podrá ser reutilizada o sino, será enviada a otra
planta de tratamientos para luego seguir siendo procesada.
Cabe señalar, que la materia acumulada, ya sea organica o no biodegradable, se
transporta a otras camaras para luego ser tratadas, como se puede observar, en cada tratamiento
tanto primario como secundario, toda materia que se filtra, va a parar a un estanque de espesado,
cuyo fin es eliminar el exceso de agua, para formar constantemente pulpas de concentrado de
materias, mezclando todo material existente en el tanque, para luego pasar a la siguiente fase de
la molienda, el proceso consiste en reducir el tamaño de la materia, hasta obtener granulos muy
pequeños entre 5 y 20 mm. Inmediatamente luego de terminar con la fase de molienda, entra a
una nueva fase, denominada prensado, logrando compactar toda la materia. En el último proceso
del tratamiento de agua residual se encuentra la fase de compostaje, este proceso, la materia
organica es descompusta, con la ayuda del aire y de los microorganismos, la materia que se
degrada, se le denomina compost, el proceso de compostaje permite reciclar residuos organicos,
provenientes de municipales, comerciales, industriales o agricola, para que luego pueda ser
retornada al suelo.
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5.2 Plano P&ID Planta tratamiento secundario de efluentes
Imagen N° 10: P&ID Planta de tratamiento secundario de efluentes
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Diagrama Identificación de elementos
En la siguiente tabla se presenta el código y la característica de los elementos que
constituyen parte del diagrama de flujo y que estan presentes en el proceso de tratamiento
secundario para efluentes.
Tabla N°23: Codigo y caracteristicas de los equipos en el plano
Código Característica
10_TQ701 Cámara de bombeo
10_TQ702 Cámara selector
10_TQ703 Tanque de aireación
10_TQ704 Cámara de desgasificación
10_TQ707 Tanque de lodos activos
10_BB701 A/B/C Bombas efluente primario
10_AS702 A/B/C/D Aireadores
20_TQ705 Clarificador secundario
20_TQ706 Canaleta Parshall
20_TQ711 Cámara de bombeo
20_MC703 Puente clarificador secundario
20_BB704 A/B/C Bombas de recirculación de lodos RAS
20_BB705 A/B/C Bombas de extracción de lodos WAS
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A continuación en la siguiente imagen, se presenta la simbología y la estructuración de los
códigos de las líneas implementadas en la planta de tratamiento secundario de efluentes en la que
podemos ver el diámetro del conductor, el área del proyecto, el tipo de fluido, el tipo de material,
los tipos de señales y la simbología utilizada para diferenciar los instrumentos de control y los de
terreno.
Imagen N°11 : Simbología y denominación del código de las líneas.
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5.3 Lazos de control
A continuación se explicara a detalle cada lazo de control ubicado dentro del P&ID,
detallando sus componente, las características de estos y la función y/o beneficio del proceso que
desarrolla dicho lazo.
Cámara de bombeo
La entrada del material efluente proviene de la salida del turbocirculator (decantador-
floculación) en el cual se realiza un proceso de eliminación de partículas por decantación o por
flotación, una vez que el fluido pasa por la salida del tubocirculator es introducido en la cámara de
bombeo.
Dentro de la cámara de bombeo podemos encontrar las bombas de efluentes (10_BB701),
un switch de seguridad que funciona bajo un valor bajo de nivel (LSLL), un sensor de nivel (LE), un
transmisor e indicador de nivel (LIT) y una alarma que se activa cuando el nivel es bajo (LAL)
Dichas bombas son controladas de dos formas gracias a un sistema de enclavamiento, el
primer método es la apertura de un interruptor manual (HS) y el segundo es el control que efectúa
un switch de seguridad de nivel instalado dentro de la cámara de bombeo junto con el sensor de
nivel (LSLL, LE)
La salida de la cámara de bombeo hacia la cámara selectora consta de un indicador de
presión el cual tiene conectada una válvula de globo manual para poder cerrar la salida y realizar
mantención al instrumento sin tener que cortar todo el fluido
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Instrumentación y equipos en el plano:
10-WCR-HDP: Entrada de agua cruda en la cámara de bombeo desde el turbocirculator
HS 701 A/B/C : Interruptor Manual para la partida de la bomba instalado en terreno
Válvula de bola manual
PI 703 : Indicador de presión en la salida de la cámara de bombeo
LSLL: Switch de seguridad de valor bajo para nivel con luz piloto
LE: Sensor de nivel de la cámara de bombeo
LIT: Transmisor e indicador de nivel
LIR : Indicador y registro de nivel
LAL: Alarma de nivel valor bajo
LALL: Alarma de nivel valor bajo con luz piloto
10-WCR-ACC : Salida de agua cruda hacia la cámara selectora
Bomba centrifuga con motor eléctrico y una turbina en la salida
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Plano cámara de bombeo
Imagen N°12: Cámara de bombeo, tratamiento secundario de efluentes
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Cámara selectora
La función de la cámara selectora es mezclar el agua residual cruda proveniente de la
cámara de bombeo con las bacterias provenientes de las bombas de recirculación de lodos
activados, permitiendo repartir flujos iguales a las líneas de tratamiento.
Como entradas consta de las líneas provenientes de la cámara de bombeo con agua
residual cruda, con la línea de lodos activados provenientes de las bombas de recirculación de
lodos y a la adhesión de químicos para mejorar el tratamiento
La urea se utiliza como agente reductor para eliminar los óxidos de nitrógeno (Nox), el
antiespumante se ingresa para eliminar la espuma que se pueda provocar por el proceso de
aireación y el ácido fosfórico se utiliza como nutriente para el proceso biológico de la separación
de lodos
La salida de la cámara selectora traslada internamente el material al tanque de aireación
Instrumentación y equipos en el plano:
10-WCR-ACC : Entrada de agua cruda hacia la cámara selectora
20-LAR-ACC: Entrada de lodos activados recirculados
UREA: se utiliza como agente reductor para eliminar los óxidos de nitrógeno (Nox)
Antiespumante: Se utiliza como agente eliminador de espuma que puede provocarse
gracias al proceso de aireación
Ácido Fosfórico : se utiliza como nutriente para el proceso biológico de la separación de
lodos
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Plano de cámara selectora
Imagen N°13: Cámara selectora, tratamiento secundario de efluentes
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Tanque de aireación y cámara de desgasificación
Este proceso es utilizado en el tratamiento de aguas residuales, para eliminar gases
disueltos no deseados o eliminar substancias inorgánicas disueltas, por oxigenación. El caso más
importante es la transferencia de oxígeno al agua residual y luego al floculo bacteriano, cuyo
objetivo es llevar a cabo todas las reacciones aerobias que son fundamentales en la procesos de
lodos activados y filtros biológicos.
La cámara de desgasificación consiste en separar gases o materias volátiles disueltas en el
agua. Se efectúa mediante flujo contracorriente con otro gas (que puede ser vapor de agua), con
equipos de gran superficie de contacto, mediante pulverización y a veces con uso de rellenos
Dentro del tanque podemos encontrar los aireadores, y un sensor de análisis de O2 (AE)
que envía la medición al trasmisor e indicador de O2 (AIT) y este a su vez el valor al registro e
indicador con alarma de valor alto de análisis de O2 (AAH, AIR)
El control de los motores para hacer funcionar los aireadores (10_AS702) tiene un sistema
de control con enclavamiento que permite su partida a través de un interruptor manual (HS) y el
sistema de monitoreo de análisis de O2 por valor alto (AAH, AIR)
La salida del tanque de aireación va internamente a la cámara de desgasificación, una vez
realizado este proceso el fluido en la salida de la cámara de desgasificación se transforma en agua
aireada siendo enviada al clarificador.
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Instrumentación y equipos en el plano:
HS 702: Interruptor manual
AIT 706: Transmisor e indicador de análisis de O2
AE: Sensor de análisis de O2
AIR: 706: Registro e indicador de análisis de O2
AAH: Alarma de análisis de O2 valor alto
10-WAI-ACC: Salida de agua aireada hacia clarificador
Plano tanque de aireación
Imagen N°14: Tanque de aireación, tratamiento secundario de efluentes
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Clarificador
El fluido de alimentación se conduce inicialmente a un depósito auxiliar solidario al
Clarificador donde se elimina el aire y se aporta el floculante necesario para acelerar el efecto de
sedimentación. La mezcla de la pulpa / floculante pasa a la zona inferior del tanque clarificador a
través de un lecho fluido creado en el fondo por los sólidos sedimentados. De este modo se fuerza
el contacto de las partículas sólidas con el floculante retenido en el lecho, potenciándose así el
efecto del reactivo.
La entrada del agua aireada (10-WAI-ACC) se produce por la parte baja del clarificador,
una vez dentro de este se le añade hipoclorito de sodio que sirve como desinfectante en el
proceso de clarificación. Una vez que el fluido es tratado y separado este tiene dos salidas, uno
lleva el líquido clarificado (20-WCF-ACC) a la canaleta Parshall y el otro lleva los lodos activados
recirculados (20-LAR-ACC) al tanque de lodos
El accionamiento del motor en el clarificador se efectúa mediante un control con
enclavamiento que consta de por un lado de un interruptor de seguridad de fuerza por valor alto
(WSH) instalado en campo y un sistema de control con alarma de fuerza por valor altor (WAH)
Instrumentación y equipos en el plano:
10-WAI-ACC : Entrada de agua aireada hacia clarificador
20-LAR-ACC: Salida de lodos hacia tanque de lodos activados
WSH 707 : Interruptor de seguridad de fuerza valor alto
WAH 707 Alarma de fuerza valor alto
Hipoclorito de sodio: se utiliza como desinfectante para el proceso de clarificación
20-WCF-ACC: salida de agua clarificada hacia canaleta Parshall
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Plano Clarificador
Imagen N°15: Clarificador, tratamiento secundario de efluentes
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Canaleta Parshall
La canaleta Parshall es un elemento primario de caudal con una amplia gama de
aplicaciones para medir el caudal en canales abiertos
Como entrada consta con el líquido clarificado proveniente del clarificador que pasa a
través de la canaleta con el fin de realizar una medición de caudal y luego ser enviada a la cámara
de salida
Dentro de la canaleta encontramos sensor de análisis de pH (AE), un indicador y
transmisor de análisis de pH (AIT), un sensor de temperatura (TE), un indicador y transmisor de
temperatura (TIT), un sensor de caudal (FE) y un transmisor e indicador de caudal (FIT), todo esto
con el fin de conocer el estado general del agua que será enviada a la salida de la planta.
Instrumentación y equipos en el plano:
20-WCF-ACC: entrada de agua clarificada hacia canaleta Parshall
AE: Sensor de análisis de PH
AIT: Indicador y transmisor de análisis de PH
TE: Sensor de temperatura
TIT: Indicador y transmisor de temperatura
FE: Sensor de caudal
FIT: Indicador y transmisor de caudal
20-WCF-ACC: salida de agua clarificada hacia cámara de salida
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Plano canaleta Parshall
Imagen N°16: Canaleta Parshall, tratamiento secundario de efluentes
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Tanque de lodos activados
El lodo activado es un proceso de tratamiento por el cual el agua residual y el lodo
biológico (microorganismos) son mezclados y aireados en un tanque denominado reactor. Los
flóculos biológicos formados en este proceso se sedimentan en un tanque de sedimentación, lugar
del cual son recirculados nuevamente al tanque aireador
El tanque clarificador envía los lodos (20-LAR-ACC) para ser tratados en el tanque de lodos
activados este fluido pasa por un agitador (DN 100) que evita que se formen coágulos luego llega a
una válvula de compuerta manual (20_SK715) y un despiche de salida opcional mediante una
válvula de globo (20_ES781), luego de la válvula de compuerta existe una válvula de pinza
(20_GA716) que combina el aire que inyecta la planta con el lodo
El aire que ingresa a la planta entra por una válvula de bola (00_ES780), una válvula de
seguridad de presión de accionamiento neumático (PSV), una válvula de velocidad con
accionamiento solenoide (SV) y por último la válvula de pinza que combina con los lodos
El tanque consta con switch de seguridad de nivel que actúa por valor bajo (LSL), una
alarma de nivel que actúa por valor bajo con luz piloto (LALL), un sensor de nivel (LE), un
transmisor e indicador de nivel (LIT) y un indicador y registro de nivel con alarma que actúa por
valor bajo (LIR, LAL)
Las salidas del tanque transportan lodo activo recirculado hacia las bombas de
recirculación (20_BB704) y lodo de exceso (20-LEX-ACC) hacia las bombas de extracción de lodos
(20_BB705)
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Instrumentación y equipos en el plano:
20-LAR-ACC: Lodos activados recirculados provenientes del clarificador
: Agitador para eliminar la coagulación
: Válvula de bola
: Válvula de compuerta
: Válvula de pinza
00-ACO-ACG: Inyección de aire para el tanque de lodos
PSV: Válvula de seguridad de presión con accionamiento neumático
SV: Válvula de velocidad con accionamiento solenoide
LSL: Switch de control de nivel que actúa por valor bajo
LALL: Alarma de nivel que actúa por valor bajo con luz piloto
LE: Sensor de nivel en el tanque
LIT: Transmisor e indicador de nivel
LIR-LAR: Indicador y registro con alarma de nivel que actúa por valor bajo
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Plano tanque de lodos activados
Imagen N°17: Tanque de lodos activados, tratamiento secundario de efluentes
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Bomba de recirculación de lodos
Las bombas de recirculación de lodos son las encargadas de enviar el lodo proveniente del
tanque de lodos activados hacia la cámara selectora para volver a ser tratado nuevamente
El lodo activado recirculado (20-LAR-ACC) es enviado a las bombas de recirculación
(20_BB704) mediante una válvula de compuerta manual (20_SK717), entre la válvula y la bomba
de recirculación podemos encontrar un despiche como salida opcional mediante una válvula de
bola (20_ES723). Las bombas envían el lodo recirculado hacia la cámara selectora, en esta salida se
encuentra un indicador de presión (PI) conectado de forma paralela a la línea mediante una
válvula de bola (20_ES720) para poder realizar mantención al instrumento
El control de estas bombas se emplea mediante un enclavamiento, la partida del motor de
la bomba se puede hacer mediante un interruptor manual (HS) o el control que ejecuta el
indicador y registro con alarma de nivel que actúa por valor bajo (LIR-LAL)
Instrumentación y equipos en el plano:
Válvula de compuerta para la salida del tanque hacia las bombas
Válvula de globo
Bomba centrifuga con motor eléctrico y turbina en la salida
HS: Interruptor Manual para el accionamiento de las bombas
PI: Indicador de presión
20-LAR-ACC : Lodos activados recirculados
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Plano de bomba de recirculación de lodos
Imagen N°18: Bomba de recirculación de lodos activados, tratamiento secundario de efluentes
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Bomba de extracción de lodos
Este proceso es el encargo de extraer los lodos que no serán reutilizados dentro de la
planta y llevarlos hacia el tanque de lodos existentes donde serán almacenados
El lodo excesos (20-LEX-ACC) es enviado a las bombas de extracción de lodos (20_BB705)
mediante una válvula de compuerta manual (20_SK729), entre la válvula y la bomba de extracción
podemos encontrar un despiche como salida opcional mediante una válvula de bola (20_ES728).
Las bombas envían el lodo exceso hacia el tanque de lodos existentes, en esta salida se encuentra
un indicador de presión (PI) conectado de forma paralela a la línea mediante una válvula de bola
(20_ES720) para poder realizar mantención al instrumento, una válvula anti retorno (20_JD732) y
una válvula de compuerta (20_SK735)
El control de estas bombas se emplea mediante un enclavamiento, la partida del motor de
la bomba se puede hacer mediante un interruptor manual (HS) o el control que ejecuta el
indicador y registro con alarma de nivel que actúa por valor bajo (LIR-LAL)
Instrumentación y equipos en el plano:
• Válvula de compuerta
• Válvula de globo
• Bomba centrifuga con motor eléctrico y turbina en la salida
• HS: Interruptor Manual para el accionamiento de las bombas
• PI: Indicador de presión
• 20-LEX-ACC: Lodos exceso
Válvula anti retorno
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Plano de bombas de extracción de lodos en exceso
Imagen N°19: Bomba de extracción de lodos existentes, tratamiento secundario de efluentes
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Implementación de un sistema SCADA para control y monitoreo de la planta
Un sistema SCADA corresponde a un sistema de Supervisión, Control y Adquisición de
datos, se emplea para referenciar softwares que permiten controlar y supervisar procesos
industriales de manera local y remota en tiempo real. Permite la comunicación entre los
dispositivos de campo (sensores y actuadores) con el fin de realizar un proceso de realimentación
para el control automático de la planta, la programación de alarmas determinadas y crear
registros históricos de funcionamiento
Beneficios de un sistema SCADA:
Posibilidad de crear paneles de alarma, que exigen la presencia del ordenador para reconocer
una parada o situación de alarma, con registro de incidencias.
Generación de datos históricos de señal de planta, que pueden ser incorporados para su
proceso sobre una hoja de cálculo.
Creación de informes, avisos y documentación en general.
Ejecución de programas que modifican la ley de control o incluso el programa total sobre el
autómata (bajo ciertas condiciones).
Posibilidad de programación numérica, que permite realizar cálculos aritméticos de elevada
resolución sobre la CPU del ordenador y no sobre la del autómata, menos especializado
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Cámara de bombeo
La implementación del sistema SCADA para la cámara de bombeo consiste en el control
tanto automático como manual de las bombas de efluente, el registro y monitoreo del nivel del
tanque mediante un sensor de nivel y aplicación y registro de alarma de nivel cuando el valor es
bajo
Los beneficios de la implementación de este sistema son, la posibilidad de controlar ya sea
automática o manualmente el proceso desde nuestra propia pantalla HMI y poder detenerlo ante
cualquier emergencia, consta también con un registro en tiempo real de la situación actual dentro
de la cámara y un sistema de alarma y switch para detener todo el proceso si se está bajo los
niveles deseados del nivel de la cámara, en este caso se detiene todo el proceso, se activa y se
registra una alarma si el nivel del tanque es menor a 10
Detalle y funcionamiento del SCADA
La etapa inicial de nuestro sistema SCADA es en donde el control esta en off, el nivel del
tanque está al 100%, las bombas de extracción de efluentes están apagadas, el llenado de nuestro
tanque está en off y nuestro registro de alarmas vacío (ver imagen n°20).
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Imagen N°20: Estado inicial SCADA
Si llevamos el control de nuestra cámara de bombeo a modo manual, el llenado del tanque
será constante y dependerá del usuario la activación o desactivación de las bombas mediante un
switch manual visualizado en el HMI, una vez que las bombas sean activadas el nivel del tanque se
mantendrá en valor constante ya que el llenado del tanque trabaja al mismo valor que la
extracción del fluido (ver imagen n°21), la desventaja de este sistema es que si por cualquier
eventualidad nuestro sistema pierde el llenado las bombas deberán ser detenidas manualmente o
seguirán funcionando aunque el nivel del tanque sea 0, esto podría provocar un daño significativo
a nuestros equipos
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Imagen n°21: Cámara de bombeo control Manual
Como podemos observar este sistema funciona mientras este todo en óptimas
condiciones pero no nos responde ante una falla, como por ejemplo la detención del suministro
del fluido provocando el vaciamiento total del tanque y el mal funcionamiento de la extracción de
líquidos. Como podemos observar el nivel del tanque llego a 0, y las bombas no se detuvieron, se
puede observar por otro lado que como configuramos anteriormente se eleva y se registra una
alarma cuando el nivel del tanque es menor a 10 (ver imagen n°22)
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Imagen n°22: Control manual cámara en nivel cero
Si el sistema se implementa en modo automático las bombas se activan de inmediato
siempre y cuando el nivel de la cámara no sea igual o menor a 10, al igual que en el modo anterior
se asume que tanto la entrada como la salida funcionan bajo el mismo caudal por ende el nivel del
tanque se mantiene parejo y las bombas en constante funcionamiento (ver imagen n°23)
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Imagen n°23: Cámara de bombeo en control automático
Si por algún motivo, sea falla de un sistema anterior, error del operador, en este modo de
control automático el suministro de fluido se detiene, este sigue funcionando hasta que el nivel
del tanque sea igual o mayor al 10%, si el nivel del tanque es menor a eso el sistema detiene
automáticamente las bombas de extracción y genera una alarma para informar al operador del
problema, está queda registradas en las tabla de alarmas para su posterior revisión en el tiempo
(ver imagen n°24)
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Imagen n°24: Cámara de bombeo en control automático, auto detención por nivel igual a diez
Una vez que las bombas son detenidas el sistema espera que el sistema de llenado se
regularice, cuando este logra un nivel óptimo en este caso configurado al 95% las bombas vuelven
a ser activadas de forma automática sin la intervención del operador manteniendo un nivel óptimo
de funcionamiento (ver imagen n°25)
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Imagen n°25: Cámara de bombeo con control automático, reactivación de bombas
Como sistema final de seguridad sea cual sea el tipo de proceso que se esté ejecutando si
el operador mueve el interruptor de control a off todos los procesos se detienen tanto la
extracción como el llenado del tanque (ver imagen n°26)
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Imagen N°26: Cámara de bombeo sistema de control en off
Para una correcta implementación de un sistema SCADA se necesita generar un código
aplicando todas las condiciones de las variables que creamos en este caso sea nivel, el encendido y
apagado de las bombas, la alarma por valor bajo, el control automático y el control manual
Este código es el que nos permite ejecutar todo el control que deseamos lograr tanto
sobre la simulación de nuestra pantalla HMI como el control que ejerceremos sobre el proceso,
dentro de la ventana de nuestro código podemos configurar las condiciones iniciales (ver imagen
n°27) y las condiciones que se ejecutaran mientras nuestro programa este corriendo (ver imagen
n°28)
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Imagen n°27: Código de estado inicial cámara de bombeo
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Imagen n° 28: Codigo de funcionionamiento de camara de bombeo
Finalmente agregar que este fue un proceso simulado, en la implementación en terrero de
este sistema SCADA, se debe realizar una conexión con el controlador para la obtención en tiempo
real de los sensores y actuadores del sistema llevando a cabo un control completo sobre el
proceso
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Referencias Bibliográficas
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[Consultado 20 Noviembre 2017]
Página | 98
Conclusiones
En este estudio se adquiere los conocimientos necesarios para comprender el
funcionamiento de una planta de tratamientos y abastecimiento de agua. Asimismo, se adquiere
conocimientos necesarios sobre los procesos de tratamientos de residuos líquidos, por la cual
debe transitar el agua residual para ser tratada y posteriormente ser reutilizada en sistemas de
riego, reutilización industrial o de usos urbanos.
Se adquirieron conocimiento de las principales entidades que fiscalizan a las industrias y
sus leyes y decretos que legislan el procedimiento y los desechos provenientes desde tratamiento
de agua, y como estas han sido modificados durante las décadas para mejorar este proceso y
resguardar la naturaleza.
Se realizó una descripción general de una planta de tratamiento de aguas y de sus etapas,
como la captación, la etapa de tratamiento primario y secundario, la desinfección, el tratamiento
de riles y la distribución del producto final que es el agua potable.
También comprendimos las tecnologías utilizadas en las plantas de tratamiento de agua,
nombramos la principal instrumentación implementada en el proceso, como los sensores y el
equipo de plantas y actuadores.
Las tecnologías utilizadas dentro de la planta se pueden catalogar como actuadores que
son los equipos que realizan una acción dentro del proceso (motores, bombas, compuertas),
sensores que son utilizados para realizar mediciones del proceso ya sean variables de control
(presión, caudal, nivel, pH,) que se utilizan para hacer un procesamiento dentro del sistema de
control o variables de mantención para saber el estado de los equipos (vibración, temperatura) y
la instrumentación que se utiliza para ejercer acciones de control ( válvulas de control, pulsadores
switch) .
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Para finalizar se analizó un modelo de planta real de tratamiento secundario de efluentes
de CMPC Talagante, realizando en primera instancia un diagrama de flujo de planta de
tratamiento de aguas residuales para comprender a grande escala el proceso que se realiza. Luego
se detalla el plano P&ID de la planta de tratamiento secundario de efluentes, con su respectiva
simbología y un detalle de cada proceso llevado a cabo en esta.
Se concluye que el manejo de la norma ISA para el análisis de los planos P&ID es una
herramienta muy útil, gracias a esta se puede comprender cada parte de un proceso, su
instrumentación y función sin la necesidad de verlo en terreno. Nos permite entender la
configuración técnica y las funciones de control que se realizan dentro de este plano e identificar
claramente los distintos lazos de control y su propósito.
La planta de tratamiento secundario de efluentes analizada en esta memoria fue hecha
para un propósito en específico, cabe destacar que esta planta tiene como propósito devolver el
fluido tratado al cause del rio y en un proceso futuro reutilizar esto dentro de los procesos de
CMPC nuevamente.
La configuración correcta de una planta de tratamiento se realiza tomando en cuenta el
propósito final que uno desee darle al agua, ya sea riego, uso doméstico potable, uso industrial o
depositar en una fuente natural. Dependiendo del tipo de uso se elegirán los distintos tipos de
tratamiento incluyendo todos (pre-tratamiento, primario, secundario y terciario) o alguno de ellos.
El tratamiento de agua es una aplicación muy importante en estos días, ya que es un
material indispensable para la vida y es finito, esta debería ser una aplicación recurrente en las
empresas de chile con el compromiso de ser empresas más amigables con el medio ambiente.
Se pudo realizar una mejora al proceso ya analizado de tratamiento secundario de
efluentes, implementando un sistema SCADA para el control y monitoreo de la cámara de bombeo
Dicha implementación trae una serie de beneficios, permite el control directo del
operador desde una pantalla HMI, permite el registro y análisis de datos ya sea de variables de
control o fallas ocurridas en el proceso, nos permite elevar la seguridad dentro del proceso gracias
a su fácil acción y entendimiento para el usuario
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Anexos
Norma ISA:
Representación de líneas bajo la norma ISA
Representación de instrumentos bajo la norma ISA
Representación de las válvulas bajo la norma ISA
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Representación de actuadores bajo la norma ISA
Definición de letras para la identificación funcional de un instrumento bajo la norma ISA
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Proceso de identificación de los actuadores bajo la norma ISA
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Caso de identificación
Cuando se emplean 2 variables
Cuando se emplean 3 variables
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Cuando se emplean 4 variables
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Cuando se emplean 5 variables
Condiciones de trabajo para equipos de planta de tratamiento secundario de efluentes
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Fuentes de alimentación
Se presentan a continuación algunos pares de letras que forman parte de las fuentes de
alimentación presentes en la producción.
AS: Air Supply o suministro de aire. Ejemplo: SA-100: Aire a 100 psi
ES: Electric Supply o suministro eléctrico. Ejemplo: ES-24CD: Alimentación de 24V
de corriente continua.
GS: Gas Supply o suministro de gas.
HS: Hydraulic Supply o suministro hidraulico.
NS: Nitrogen Supply o suministro de nitrogeno.
SS: Steam Supply o fuente de vapor.
WS: Water Supply o suministro de agua.
Alarmas
La norma ISA, también se hace presente en la asignación de pares de letras ubicadas en
ciertas partes del sistema, de las cuales se encuentran:
LAH Alarma de nivel alto.
LSL Alarma de nivel bajo.
LAHH Alarma de nivel alto alto.
LSLL Alarma de nivel bajo bajo.
LSH Interruptor (switch) por nivel alto.
LDA Desviación de set point.
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Simbología usada en el control digital y distribuido
Este tipo de simbología corresponde a un componente accesible al operador, con
visualización y control compartidos, con acceso a la red de comunicación y con una
interfaz para el operador.
Corresponde a una estación manual o interface auxiliar montada en un panel.
Corresponde a un equipo no accesible normalmente al operador, puede ser un
controlador de visualización compartida instalada en campo, capaz de realizar
cálculos.
Aplicación a las Industrias
A pesar de la variedad de instrumentos que se han creado, todos ellos encajan dentro de
las categorías comunes de funcionamiento. La Norma resulta adecuada para ser utilizada en
química, petróleo, aire acondicionado, refinación de materiales y numerosas de otras industrias.
Sin embargo existen ciertos campos excepcionales como la astronomía, navegación y
medicina, que usan instrumentos muy especializados que son diferentes a los instrumentos
convencionales de los procesos industriales. La sociedad no hizo un esfuerzo específico para hacer
que la norma cubriera dichos campos. Aun así, se espera que la norma sea lo bastante flexible
para cubrir muchas de las necesidades de campos especiales.
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Definiciones Generales
Alarma: Un dispositivo que señala la existencia de una condición anormal por medio de un
cambio discreto que puede ser sonoro, visual o ambos, con el fin de atraer la atención del
operador.
Balón: El símbolo circular usado para denotar un instrumento o la identificación de un
instrumento.
Detrás del tablero: Termino aplicado a una ubicación en la cual está dentro del área que
contiene el tablero, o de otra forma no accesible al operario para su uso normal y no esta
designado como local.
Tablero: Una estructura que contiene un grupo de instrumentos montados sobre sí, y que
se ha escogido para tener una designación individual. El tablero puede consistir en uno o
más paneles o estantes componentes.
Montado en tablero: Un término aplicado a un instrumento que está montado en un
tablero y el cual es accesible por el operario de forma normal.
Relé de computación: Es un relé que realiza uno o más cálculos o funciones lógicas o
ambas para enviar una o más señales de salidas.
Controlador: Es un dispositivo que tiene una salida que puede ser variada para mantener
una variable controlada a un valor especifico o dentro de los limites específicos o también
para poder alterar alguna variable. También existe el controlador automático, que puede
variar automáticamente en respuesta de una entrada directa o indirecta de una variable
de proceso medida por sensores.
Controlador manual: Es una estación de carga manual, y su salida no depende de una
variable de proceso medida, siendo variada solo por ajuste manual.
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Estación de control: Es una estación de carga manual, la cual proporciona conmutación
entre modos de control manual y automático de un cuadro de control, este tipo de
estación también puede ser llamada como estación auto-manual o estación auto-
selectora.
Válvula de control: Es un dispositivo distinto de una válvula común operada a mano tipo
On/Off, el cual manipula directamente el flujo de uno o más corrientes de proceso fluido.
Se espera que el uso de la válvula de control manual se limite a válvulas actuadas a mano,
las cuales se utilizan para la regulación de proceso.
Convertidor: Se trata de un dispositivo que recibe información en forma de una señal de
instrumento, altera la forma de la información, y envía una señal resultante de salida. Un
convertidor es una forma especial de relé.
Elemento final de control: Corresponde a un dispositivo que directamente cambia el valor
de la variable manipulada de un cuadro de control.
Función: El propósito de la acción realizada por un dispositivo.
Identificación: La secuencia de letras o dígitos o ambos usados para designar un
instrumento a un lazo de control.
Instrumento: Este término corresponde a un dispositivo utilizado directa o indirectamente
para medir o controlar una variable o ambos. Este término incluye válvulas de control,
válvulas de desahogo y dispositivos eléctricos tales como anunciadores y botones de
presionar.
Local: La ubicación de un instrumento que no está dentro, ni detrás de un tablero, los
instrumentos locales están comúnmente en las cercanías de un elemento primario o un
elemento final de control.
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Tablero local: Corresponde a un tablero que no es un tablero central o principal. Los
tableros locales están comúnmente en las cercanías de subsistemas o sub-áreas de
plantas.
Cuadro: Es una combinación de uno o más instrumentos interconectados dispuestos para
medir y controlar una variable de proceso o incluso ambos.
Estación de carga manual: Este concepto define a un dispositivo que tiene una salida
ajustable manualmente y que se usa para actuar en uno o más dispositivos remotos. Si
bien los dispositivos remotos pueden ser elementos controladores, la estación no
proporciona conmutación entre los modos de control manual y automático de un cuadro
de control. La estación puede tener manómetros, luces u otras características integrales.
También se conoce como estación manual o un cargador manual remoto.
Medición: La determinación de la existencia o magnitud de una variable. Los instrumentos
de medición incluyen todos los dispositivos usados directa o indirectamente para este
propósito.
Luz piloto: Corresponde a una luz que indica cual de un número de condiciones normales
de un sistema o dispositivo existen. No es igual que una luz de alarma, que indica una
condición anormal. La luz piloto se conoce también como luz monitora.
Elemento primario: Aquella parte de un cuadro o de un instrumento que detecta primero
el valor de una variable de proceso, y que asume un correspondiente predeterminado e
inteligible estado o salida. El elemento primario puede estar separado o integrado con
otro elemento funcional de un cuadro. El elemento primario también se conoce como
detector o sensor.
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Proceso: Se define como proceso a cualquier operación o secuencia de operaciones que
implica un cambio de estado de energía, de composición, de dimensión o de otra
propiedad que pueda ser definida con respecto a un punto de referencia. El termino
proceso se usa en la norma ISA para aplicarse a todos los variables distintos de señales de
instrumentos.
Variable de proceso: Se refiere a cualquier propiedad variable de un proceso.
Relé: Dispositivo que recibe información en forma de una o más señales de un
instrumento, modifica la información o su forma, o ambos, si se requiere, envía una o más
señales resultantes de salida, y no se designa como un controlador, n interruptor, o de
otra forma.
El termino relé es también aplicado específicamente a un interruptor eléctrico actuado
remotamente por una señal eléctrica. Sin embargo, para los fines de esta norma, el
término no es tan restringido.
Muestreo: El termino muestreo se refiere a analizar cada uno de un número de entradas
intermitentes. Un dispositivo de muestreo puede proporcionar funciones adicionales tales
como registro o alarma.
Interruptor: define a un dispositivo que conecta, desconecta o transfiere uno o más
circuitos y no está designado como controlador, relé o válvula de control.
Telemetría: Esta es la práctica de transmitir la medición de una variable para lectura u
otros usos. El término es más comúnmente usado aplicado a los sistemas de señales
eléctricas.
Punto de prueba: Hace referencia a una conexión de proceso a la cual está conectada
permanentemente un instrumento, pero está dispuesto para la conexión temporal,
intermitente o futura de un instrumento.
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Transmisor: Es un dispositivo que detecta una variable de proceso por medio de un
elemento primario y tiene además una salida cuyo valor de estado-estable varia solo como
una función predeterminada de la variable de proceso. El elemento primario puede o no
estar integrado al transmisor.
Símbolos para válvulas de control
Globo, compuerta u otra.
Angulo
Mariposa, persiana o compuerta.
Obturador rotativo o valvula de bola.
Tres vías.
Cuatro vías (alternativa 1).
Cuatro vías (alternativa 2).
Sin clasificar.
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Tabla de identificación de instrumentos