Clarificadores rectangulares frente a circulares: ¿Cuál es la mejor opción?

La elección entre configuraciones de balsas de clarificación rectangulares y circulares es un debate que viene de lejos. Los clarificadores son vitales para separar las partículas de los líquidos en los procesos de tratamiento de aguas y aguas residuales, por lo que merece la pena debatir cuál es la mejor opción.

En los primeros tiempos del diseño de plantas de tratamiento de aguas residuales en Estados Unidos, las opciones rectangulares y circulares se consideraban relativamente iguales. Durante años, los ingenieros y las empresas de diseño se basaron en experiencias pasadas y preferencias personales para elegir entre las formas de los clarificadores.

Más tarde, con el advenimiento del tratamiento biológico, la preocupación por la corrosión debida a los sistemas de colectores o rascadores diseñados a partir de acero hizo cambiar la marea de la opinión popular hacia los clarificadores circulares.

En los últimos tiempos, los avances tecnológicos, especialmente la introducción de sistemas de cadena y vuelo no metálicos, han provocado un resurgimiento de los clarificadores rectangulares, sobre todo en las grandes plantas de tratamiento de aguas residuales.

Adentrémonos en un análisis comparativo de las ventajas que ofrece cada configuración, empezando por el rendimiento.

Rendimiento del clarificador rectangular frente al circular

La forma de los clarificadores por sí sola no influye significativamente en el rendimiento, siempre que estén bien diseñados. Sin embargo, cuando profundizamos en los detalles, los clarificadores rectangulares presentan ventajas distintivas.

Una investigación documentada del Distrito Sanitario del Condado de Los Ángeles (LACSD) destaca la eficacia de los clarificadores rectangulares poco profundos (3 m de profundidad) con eliminación simultánea de lodos. Este diseño destaca con una tasa de desbordamiento superficial (SOR) tan alta como 2000 gpd/pie2. En particular, la concentración de sólidos suspendidos en el efluente (SSE) del clarificador rectangular de 3 m iguala la eficacia de los clarificadores circulares de 5,5 m de profundidad.

Ese hallazgo sugiere que los clarificadores rectangulares pueden construirse menos profundos para lograr una calidad equivalente del efluente, lo que supone un ahorro potencial de costes.

Sistema hidráulico del clarificador

Cuando se trata de la hidráulica de los clarificadores, la forma única de los rectangulares destaca sobre los circulares. El tiempo de retención hidráulica (TRH), o tiempo de detención, es esencial en el tratamiento de aguas y aguas residuales, y eso se amplía con un diseño rectangular, en comparación con el circular. 

Las configuraciones rectangulares de los clarificadores ofrecen un recorrido más largo para el flujo de las aguas residuales, lo que garantiza un TRH prolongado que minimiza los cortocircuitos y maximiza la sedimentación de los lodos, favoreciendo la separación eficaz de las partículas sólidas. Esto optimiza el tiempo de contacto entre el agua y los procesos de tratamiento dentro del sistema, lo que conduce a un tratamiento más eficaz y completo. En el contexto de los clarificadores, donde el objetivo es separar los sólidos de los líquidos, un caudal más largo contribuye a mejorar el rendimiento y la calidad del agua. 

Esta ventaja se hace especialmente evidente cuando se compara con el diseño de alimentación central/desbordamiento periférico de los clarificadores circulares. Ese diseño mueve los lodos más rápidamente en el perímetro del colector que en el centro, permitiendo la posibilidad de resuspensión de sólidos. 

Además, la distribución uniforme del caudal en los clarificadores rectangulares desempeña un papel fundamental. No sólo favorece la eficacia, sino que también exige menos pérdidas de carga, lo que los diferencia de sus homólogos circulares. Esta distribución uniforme es especialmente ventajosa cuando se trata de varios clarificadores. 

Construcción de clarificadores

Si hablamos de la construcción de clarificadores, las ventajas de los diseños rectangulares también destacan claramente. Los clarificadores rectangulares suelen exigir menos terreno que sus homólogos circulares, ofreciendo una reducción teórica de 21% para una superficie similar. Esta reducción se hace aún más pronunciada en los diseños de unidades múltiples cuando se aprovechan los muros de hormigón comunes entre las cuencas rectangulares y se optimiza el uso del terreno en la disposición de las plantas de tratamiento. 

El coste de construcción también se ve favorecido por el uso de muros de hormigón comunes y configuraciones rectangulares, lo que contribuye al ahorro global de costes de este diseño. 

Además de la eficacia en tierra, la configuración de distribución uniforme del caudal en los clarificadores rectangulares se traduce en trazados de tuberías y requisitos de bombeo más sencillos y menos costosos. 

Estas ventajas constructivas contrastan notablemente con las de los clarificadores circulares, en los que las tuberías requieren un patrón de trazado más intrincado, lo que puede exigir una estación de bombeo independiente. Además, la naturaleza de una red de clarificadores circulares que requiere mayores huellas para la misma superficie los sitúa en desventaja en instalaciones de tratamiento bien diseñadas. 

Teniendo en cuenta la necesidad de cubiertas en muchos clarificadores para el control de olores o de compuestos orgánicos volátiles (COV), los clarificadores rectangulares, especialmente los que utilizan sistemas de cadena y vuelo, ofrecen otra ventaja más. El diseño y la instalación de cubiertas para los clarificadores rectangulares no sólo son más sencillos, sino también más rentables.

Funcionamiento y mantenimiento del clarificador

Los aspectos operativos y de mantenimiento de los clarificadores rectangulares son otra área en la que se aprecian ventajas, haciendo hincapié en la eficacia y la fiabilidad a largo plazo. La cadena no metálica y los sistemas de vuelo (como nuestro Sistema Polychem), con múltiples aletas instaladas a una distancia fija (normalmente 3 m o 10 pies), desempeñan un papel crucial. Estos sistemas destacan por lograr tanto la eliminación de lodos como de escoria, rascando el fondo del tanque para presentar flujos de lodos consistentes hacia las tolvas. 

En los clarificadores rectangulares, a medida que las paletas se desplazan hacia la superficie a lo largo de la cadena colectora, la escoria/espuma es arrastrada eficazmente hacia la cubeta de escoria, mostrando un mecanismo de atrapamiento eficaz. Esta facilidad de eliminación de la escoria y los sólidos flotantes es una ventaja distintiva asociada a los clarificadores rectangulares. 

En cambio, los sistemas de rascador circular, con sólo dos brazos colectores giratorios y varios rascadores en cada brazo, siguen un planteamiento diferente. Arrastran los lodos sedimentados hasta una tolva situada en el centro del tanque, y un único brazo rascador en voladizo gira en la superficie para recoger las escorias. Sin embargo, este método, que implica una espumadera articulada y el posterior arrastre hacia arriba de una playa de escoria y una artesa, presenta desafíos en comparación con la eliminación directa de la escoria en los clarificadores rectangulares.

Velocidad operativa

Más rápido no siempre es mejor, especialmente cuando se trata de tener que repetir la tarea en cuestión. Aunque los clarificadores circulares pueden mover los lodos con mayor rapidez, eso conlleva una desventaja. 

La velocidad de funcionamiento de los sistemas de cadena y de vuelo no metálicos en los clarificadores rectangulares, manteniendo una velocidad constante de aproximadamente 600 mm (2 pies)/min, garantiza una eliminación eficaz de los lodos sin riesgo de resuspensión de los sólidos sedimentados. 

Los colectores circulares, como ya se ha mencionado, mueven los lodos a mayor velocidad en el perímetro que en el centro, con velocidades del rascador superiores a 1800 mm/min que suponen un riesgo de resuspensión. 

Consideraciones para grandes coleccionistas

Al abordar los retos relacionados con los grandes colectores, los clarificadores rectangulares demuestran su superioridad en el control de la escoria y la eficacia de los mecanismos de soplado por el viento, especialmente en los tanques cubiertos. Mientras que las preocupaciones históricas incluían la necesidad relativamente frecuente de sustituir las cadenas de los colectores en los clarificadores rectangulares, avances como la implantación de cadenas no metálicas han ampliado significativamente las frecuencias de sustitución.

Antes de la década de 1970, era necesario sustituirlas cada 10-20 años, pero tras la adopción de las cadenas no metálicas, la frecuencia se redujo a una vez cada 15-20 años.

Coste del ciclo de vida del clarificador

Al evaluar los costes del ciclo de vida de los clarificadores, tanto las configuraciones rectangulares como las circulares se sitúan en un rango similar. Sin embargo, un examen más detallado revela que, efectivamente, una sale ganando. 

En términos de coste de capital, que abarca el equipo del clarificador, los gastos civiles y los posibles costes de la estación de bombeo, la configuración rectangular brilla con luz propia. Generalmente incurre en gastos iniciales más bajos, lo que contribuye a una solución más rentable. 

Aunque los clarificadores circulares pueden presumir de tener unos costes de funcionamiento y mantenimiento (O&M) más bajos, especialmente en la sustitución y el mantenimiento de los mecanismos, el panorama general de los costes del ciclo de vida favorece a los clarificadores rectangulares. Un estudio de caso de un nuevo diseño de clarificador de 32 MGD en California lo ejemplifica. El coste total de capital del proyecto para la configuración rectangular es 12% inferior, incluso con un coste anual de mantenimiento 50% superior. La frecuencia de sustitución del mecanismo, estimada en cada 10 años para el rectangular y 20 años para el circular, apoya aún más el escenario favorable de costes del ciclo de vida de los clarificadores rectangulares. 

Estas consideraciones ponen de relieve la ventaja estratégica de optar por clarificadores rectangulares, ya que ofrecen una solución rentable no sólo en términos de inversión de capital, sino también en gastos de ciclo de vida a largo plazo.

Resumen

Hemos creado una visión global de las ventajas y consideraciones de los clarificadores rectangulares y circulares, desde el rendimiento y la fiabilidad hasta la eficacia operativa y las consideraciones estratégicas de costes.

Rendimiento y fiabilidad:

La adopción de sistemas de cadena y vuelo no metálicos convierte a los clarificadores rectangulares en una elección inteligente, ya que ofrecen soluciones no corrosivas y de bajo mantenimiento. Con componentes ligeros y sin necesidad de lubricación rutinaria, garantizan la facilidad de instalación y la fiabilidad operativa. La ausencia de costosas grúas para el mantenimiento rutinario aumenta aún más su practicidad.

Eficiencia en el consumo de energía:

Los clarificadores rectangulares presentan una ventaja estratégica en el consumo de energía, ya que utilizan motores de baja potencia (0,5 kW). Esto no sólo garantiza la eficiencia, sino que también contribuye a ahorrar costes con el tiempo. 

Caudal constante para un dimensionamiento óptimo de la bomba

El diseño de los clarificadores rectangulares facilita un flujo constante de lodos y escorias, optimizando la eficacia del dimensionamiento de las bombas. Esta ventaja operativa mejora el rendimiento global y contribuye a la eficacia de los procesos de tratamiento de aguas residuales.

Comparación directa

He aquí una comparación directa de los puntos fuertes y débiles de cada forma de clarificador.

Clarificadores rectangulares:

• Paso de caudal más largo y lineal
• Tiempo de retención hidráulica (TRH) ampliado para una decantación eficaz de los lodos
• Distribución uniforme del caudal, minimizando la pérdida de carga
• Eliminación constante de lodos a aproximadamente 2 pies/min.
• Posibilidad de reducir los costes iniciales, especialmente en diseños de unidades múltiples
• Huella más pequeña y uso eficiente del suelo

Clarificadores circulares:

• Mayor velocidad operativa, pero riesgo de resuspensión
• Reducción potencial de los costes de O&M, especialmente en la sustitución de mecanismos
• Huella más grande y trazados de tuberías más intrincados

Consideraciones combinadas:

• Costes de ciclo de vida similares, con una ventaja en costes de capital para los clarificadores rectangulares
• Reducción estratégica de costes durante todo el ciclo de vida de los clarificadores rectangulares

Clarificadores rectangulares vs circulares - ¿Cuál elegir?

La elección entre clarificadores rectangulares y circulares depende, como siempre, de los requisitos específicos de su proceso de tratamiento de aguas o de aguas residuales, pero las ventajas de los rectangulares son significativas para muchas aplicaciones. 

Los expertos de Brentwood entienden esta industria y están a su disposición para responder a sus preguntas y ayudarle a tomar la mejor decisión para sus necesidades particulares. Póngase en contacto con nosotros para saber más sobre nuestras soluciones de tratamiento de agua y aguas residuales y otros productos y servicios

La forma de los clarificadores rectangulares proporciona un recorrido más largo al flujo de aguas residuales y a los sólidos en suspensión y, por consiguiente, un mayor tiempo de detención que garantiza menos cortocircuitos y más sedimentación de lodos en comparación con los clarificadores circulares de alimentación central/desbordamiento periférico. Además, la distribución del caudal entre varios clarificadores suele ser más uniforme y suele requerir menos pérdidas de carga en el caso de los clarificadores rectangulares.