ES2954119T3 - Procedimiento para extraer agua de un tanque - Google Patents

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Abstract

La invención se refiere a un método para drenar agua de un tanque (22), más particularmente un tanque de clarificación, en donde el agua se drena opcionalmente a través de un aparato de drenaje mientras se mantiene un nivel de líquido sustancialmente constante (23). (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Procedimiento para extraer agua de un tanque
La invención se refiere a un procedimiento para extraer agua de un tanque, en particular de un clarificador, de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1.
La extracción de agua de clarificadores se realiza típicamente a través de dispositivos de extracción, los cuales presentan elementos de cierre accionables mecánicamente, como, por ejemplo, válvulas, correderas o similares. En vista de las impurezas contenidas en el agua, tales elementos de cierre son complejos y propensos a fallos.
Por el documento EP 0979668 A se conoce un dispositivo de extracción flotante para plantas de tratamiento de aguas residuales basada en el principio SBR, en las cuales está previsto un cuerpo flotante que se coloca sobre un paralelogramo articulado para poder adaptarse al nivel de líquido cambiante. La extracción de agua de este cuerpo flotante puede controlarse a este respecto mediante suministro selectivo de aire comprimido. Este dispositivo también es complejo y requiere mucho mantenimiento.
Por el documento EP 1731 487 A, el documento US 5,009,261 A, el documento US 5,540,257 A y el documento FR 645 285 A se conocen diferentes dispositivos de extracción, los cuales se pueden controlar a través de soplado de aire comprimido. Sin embargo, estos son complejos de producir y susceptibles a ensuciamiento.
La presente invención tiene el objeto de indicar un procedimiento y un dispositivo que eviten estas desventajas y que permitan implementar procesos cíclicos en plantas de tratamiento de aguas residuales de una manera sencilla y económica, en cuanto que se controla la extracción de agua en gran medida sin accionamientos mecánicos.
De acuerdo con la invención, un procedimiento de este tipo se caracteriza por las características de la reivindicación 1.
En este contexto, aire comprimido significa aire que está bajo un ligero exceso de presión que es suficiente para bajar el nivel de líquido en el volumen de cierre a un nivel por debajo del nivel de líquido en el resto del tanque. En el caso ideal, no fluye a este respecto aire desde el volumen de cierre por el canto de extracción hacia el tanque, debido a lo cual se mantiene el consumo de aire al mínimo. Sin embargo, una ligera fuga de aire no es perjudicial para el procedimiento de acuerdo con la invención. Típicamente, la sobrepresión del aire comprimido se encuentra en un rango de entre 5 milibares y 100 milibares. El aire comprimido requerido puede ser generado o bien directamente por un compresor e introducirse a presión en el volumen de cierre, o la cantidad de aire requerida se mantiene en un tanque de aire a presión con la presión mínima necesaria y, en caso de necesidad, se introduce a presión en el volumen de cierre. Con la ayuda de un tanque de aire a presión es posible utilizar una bomba de aire con una potencia muy baja sin influir negativamente en la eficacia del dispositivo. Otra opción es utilizar un sistema de ventilación de tanque existente, introduciéndose mediante la presión hidrostática sobre los aireadores sumergidos en un tanque la presión de introducción necesaria de forma controlada a través de una válvula.
Un aspecto esencial del procedimiento de acuerdo con la invención consiste en que, de este modo, es posible mantener esencialmente constante el nivel de líquido en el tanque, pero al mismo tiempo extraer agua selectivamente o interrumpir la extracción. En caso de introducirse aire comprimido en el volumen de cierre, esto evita entonces la entrada de agua en la abertura de extracción. En este caso, el nivel de líquido se regula, por ejemplo, debido a que se produce una entrada en otro tanque. En este contexto, pueden ocurrir ligeras fluctuaciones en el nivel de líquido, siendo, no obstante, el cambio en el volumen del contenido del tanque, mínimo.
Si se airea el volumen de cierre, el agua puede fluir libremente hacia la abertura de extracción y, de este modo, extraerse del tanque, finalizando la extracción a más tardar cuando el nivel de líquido desciende hasta el nivel de la abertura de extracción.
Sin embargo, en una variante de realización preferente del procedimiento de acuerdo con la invención está previsto que el agua extraída fluya a través de un codo de sifón a un espacio de desbordamiento con un aliviadero, a través del cual el agua puede salir libremente. De este modo se determina el nivel de líquido en el tanque a través de la altura del aliviadero y se encuentra durante el funcionamiento normal de forma permanente por encima de la abertura de extracción. En otra variante de realización, el codo del sifón se eleva hasta la zona de la altura teórica del nivel de agua del tanque y la salida libre del líquido se produce a través del canto de desbordamiento de tubería.
Cabe señalar que el nivel de líquido en el tanque arriba representado es en gran medida constante, es decir, varía como máximo en el rango de unos pocos centímetros. A diferencia de ello, es importante que el nivel de líquido en el volumen de cierre esté sujeto a fluctuaciones relativamente grandes en función del suministro de aire comprimido, concretamente entre un nivel por encima y un nivel por debajo de la abertura de extracción.
La invención también se refiere a un dispositivo de extracción para extraer agua de un tanque, en particular de un clarificador, con un equipo de extracción sumergido en el tanque, que presenta al menos una abertura de extracción, la cual se abre hacia el tanque, estando cerrado el equipo de extracción por la parte superior a través de una cubierta, para formar un volumen de cierre entre el equipo de extracción y la cubierta, y estando previsto un equipo para suministrar selectivamente aire comprimido al interior del volumen de cierre.
De acuerdo con la invención, este dispositivo se caracteriza porque el dispositivo de extracción está dispuesto de forma fija en el tanque.
Por lo tanto, el dispositivo de acuerdo con la invención, a excepción de posibles válvulas de aire comprimido, no tiene componentes de movimiento mecánico.
Además, en la presente invención está previsto que el equipo de extracción esté configurado como un tubo de extracción dispuesto horizontalmente y que la abertura de extracción esté dispuesta en su lado superior. De esta manera es posible extraer agua con velocidades de flujo muy bajas, por ejemplo, a través de partes esenciales de un lado del tanque, ya que el tubo puede configurarse con cualquier longitud.
La cubierta está configurada a este respecto como cuerpo concéntrico con respecto al tubo de extracción, que presenta por su lado inferior al menos un canto de extracción, de manera que preferentemente se forma un espacio anular con esencialmente grosor uniforme entre el tubo de extracción y el cuerpo. El cuerpo concéntrico está configurado, por lo tanto, por ejemplo, como medio casquillo de un tubo de extracción. Ha podido verse que el flujo laminar no perturbado que se configura en el espacio anular permite una regulación muy selectiva del agua que sale. Se logra una eficiencia particularmente alta cuando se prevén dos cantos de extracción paralelos entre sí, los cuales están dispuestos preferentemente a la misma altura.
Como ya se ha indicado anteriormente, ha resultado ser ventajoso cuando la abertura de extracción está dispuesta por debajo de un nivel de líquido que debe mantenerse constante. Esto representa junto con el canto de extracción una protección adicional contra la entrada de cuerpos flotantes. En este contexto, es particularmente ventajoso cuando el equipo de extracción está conectado directamente con un espacio de desbordamiento terminado en un aliviadero. Por lo tanto, la altura del aliviadero es decisiva para el nivel de líquido en el tanque.
Los trabajos de mantenimiento y el mantenimiento del equipo de extracción pueden facilitarse significativamente, en particular, cuando la cubierta está configurada para que pueda levantarse o retirarse.
Para garantizar una extracción de líquido uniforme a lo largo del eje longitudinal del equipo de extracción, las distancias entre las aberturas de extracción pueden alternarse. Las distancias entre las aberturas deben aumentar con la proximidad al codo del sifón para compensar la pérdida de carga de presión en el tubo de extracción en dirección de flujo. Una posibilidad alternativa consiste en la reducción de las superficies de sección transversal de abertura manteniendo las mismas distancias entre aberturas.
Otra variante de realización ventajosa de la presente invención prevé una válvula de salida para ventilar la cubierta. A través de la ventilación se provoca la extracción de agua.
Como alternativa a esto, se puede prever una válvula de tres vías para introducir, ventilar o retener el aire comprimido en la cubierta.
En el caso de tanques correspondientemente grandes, pueden estar previstos varios equipos de salida, los cuales forman preferentemente una estructura lineal. A este respecto, el control de los equipos de extracción individuales puede producirse individualmente o de forma conjunta. Como alternativa a esto, los equipos de salida también pueden conformar una estructura anular. De este modo, por ejemplo, un tanque circular puede estar provisto de una disposición concéntrica de equipos de salida en la zona del borde.
La presente invención se explica con más detalle a continuación haciendo referencia a los ejemplos de realización que se muestran en los dibujos esquemáticos. Muestran:
Fig. 1 un equipo de extracción de acuerdo con la invención en sección;
Fig. 2 el equipo de extracción de la Fig. 1 en una vista en planta;
Fig. 3 una variante de realización alternativa en una vista en planta;
Fig. 4 un detalle de la Fig. 1;
Fig. 5 una representación correspondiente a la Fig. 1, que explica la expansión del colchón de aire al llenarse el volumen de cierre;
Fig. 6 una representación correspondiente a la Fig. 1, que explica la consecución del equilibrio de presión tras llenarse el volumen de cierre;
Fig. 7 una variante de realización no inventiva sin cubierta;
Fig. 8 la variante de realización de la Fig. 7 con colchón de aire en el tubo de extracción y codo de sifón con nivel de llenado máximo en el tanque;
Fig. 9 la variante de realización de la Fig. 7 en sección longitudinal con umbral y distancias escalonadas entre las aberturas de extracción.
El equipo de extracción de la Fig. 1 y Fig. 2 consiste en un equipo de extracción en forma de un tubo de extracción 1 con eje horizontal, el cual está dispuesto completamente por debajo del nivel de líquido en un tanque 22 sobre una consola 5 fija. Por el lado superior del tubo de extracción 1 está prevista una pluralidad de aberturas de extracción 3. El tubo de extracción 1 está cubierto concéntricamente por una cubierta 2 en forma de medio casquillo de tubo, de manera que resulta un espacio anular entre el tubo de extracción 1 y la cubierta 2.
El agua que ha entrado en el tubo de extracción 1 se conduce a través de una tubería de presión o codo de sifón 4 conectado al tubo de extracción 1 a un espacio de desbordamiento 25 que termina en un aliviadero 10.
El aire comprimido se puede introducir en el espacio anular a través de una tubería de aire comprimido 6, siendo generado el aire comprimido por un compresor 9, el cual está conectado con un tanque de aire a presión 8. Válvulas 7 controlan el suministro y descarga de aire comprimido.
Si el aliviadero está ajustado demasiado bajo, el nivel de agua 23 puede caer entonces hasta el nivel de las aberturas de entrada 3. No es posible un descenso adicional cuando la válvula de escape de aire está abierta, ya que a través de la ventilación del punto alto no puede generarse presión negativa y, por lo tanto, el contenedor no puede continuar vaciándose de acuerdo con el principio de sifón. Un aumento en el nivel de agua 23 por encima del nivel de las aberturas de entrada solo es posible cuando el colchón de aire comprimido en el espacio anular desciende nuevamente por debajo del nivel de las aberturas de entrada y la presión hidrostática es la misma en ambos lados del colchón de presión. Es decir, la diferencia de nivel de agua en el lado de entrada entre el nivel de agua de tanque 23 y el borde inferior del colchón de aire en el espacio anular es igual a la diferencia de nivel de agua en el lado de salida entre el nivel de agua en el hueco de salida y el nivel de agua en el tubo de extracción. Es decir, cuando sube el nivel de agua 23 en el tanque 22, la diferencia de nivel de agua en el lado de salida debe aumentarse correspondientemente mediante introducción de aire adicional en la zona del tubo de extracción 1 o debe elevarse el aliviadero.
El equipo de extracción es el más adecuado para procedimientos de tratamiento de aguas residuales cíclicos con un nivel de agua prácticamente constante. En particular, aquí se abordan procedimientos en los que el flujo de entrada se guía alternativamente entre tanques paralelos y este flujo de entrada desplaza el agua sobrenadante del tanque con nivel de agua aproximadamente constante.
En la Fig. 3 se representa una variante con disposición en forma de anillo de tubos de extracción 1, que están conectados entre sí a través de correspondientes piezas de conexión 10.
La Fig. 4 muestra en detalle la conexión del tubo de presión 4 en la zona de una pieza de conexión 11 entre dos tubos de extracción 1.
En la Fig.5 se representa la dinámica al llenarse el volumen de cierre 24:
a este respecto, se representan las siguientes diferencias de altura para la explicación:
14: diferencia de altura entre el nivel de agua 20 en el espacio de desbordamiento 25 y el nivel de agua 23 en el tanque 22.
15: diferencia de altura entre el nivel de agua 26 en el tubo 1 y el nivel de agua 20 en el espacio de desbordamiento 25.
16: diferencia de altura entre el nivel de agua 28 en el espacio anular 29 y el nivel de agua 23 en el tanque 22.
17: diferencia de altura entre el nivel de agua 26 en el tubo 1 y el nivel de agua 28 en el espacio anular 29.
Durante la extracción del líquido, el nivel del agua 20 en el aliviadero es más bajo que en el tanque 22 debido a las pérdidas por fricción en el dispositivo de extracción. Entonces se cierra el volumen de cierre 24 a través de la tubería de aire comprimido 6 en el vértice de la cubierta con presión (pcom). El colchón de aire se extiende desde allí y llega a las aberturas de extracción y evita que continúe entrando líquido. Se forma un equilibrio entre la altura de presión hidrostática 15
( Pin — S w * 9 * h ¡ n )
en el colchón de aire desde el lado interior del codo de sifón 4 y la altura de presión 16
( P e x = 9 w * g * h e x )
en el colchón de aire desde el lado exterior del tanque. Las dos presiones hidrostáticas son por tanto iguales, despreciando el peso del colchón de aire, y el exceso de presión del aire comprimido debe superar esta presión contraria. La diferencia de altura 17 de estas dos superficies de presión hidrostática se corresponde con la diferencia de altura 14 entre el nivel de agua de tanque 23 y la altura de desbordamiento 20. De modo análogo, las diferencias de altura 15 y 16 también son iguales.
En la Fig. 6 se muestra el logro de un equilibrio de presión estacionario. El colchón de aire llega por el lado exterior hasta los bordes de extracción y el exceso de aire sube hasta la superficie del tanque. Por el lado interior, el colchón de aire se extiende hasta tal punto por el tubo de extracción o en el codo de sifón 4, que también aquí la altura de presión 15 hasta la altura de desbordamiento 20 se corresponde con la diferencia de altura 16 entre el canto de extracción 27 y el nivel de agua de tanque 23.
La Fig. 7 muestra una variante de realización sin cubierta. A este respecto, se introduce el aire comprimido directamente en el vértice del tubo de extracción 1 y el colchón de aire llega entonces hasta las aberturas de extracción 3 dispuestas en el lado inferior del tubo y el exceso de aire comprimido escapa a través de estas aberturas de extracción 3.
En la Fig. 8 se indica la altura de llenado de tanque máxima posible con alturas de sifón y desbordamiento dadas. A este respecto, el nivel de agua de tanque máximo empuja el volumen de cierre 24 lleno hasta que se alcanza la altura de paso mínima del codo de sifón 4 y puede escapar aire comprimido adicional en dirección del rebosadero.
En la Fig. 9 se muestra una sección longitudinal a través del equipo de extracción sin cubierta (véanse la Fig. 7 y la Fig. 8). Al disponerse un umbral con la altura de 18, se evita la entrada de agua debido a fluctuaciones de presión, por ejemplo, debido a ventilación en el tanque. Las distancias escalonadas 19 de las aberturas de extracción 3 están destinadas a nivelar la entrada de líquido a lo largo del eje longitudinal del equipo de extracción a medida que aumenta la velocidad de entrada.
La presente invención permite controlar de manera robusta la extracción de agua de clarificadores o similares de una manera muy sencilla.

Claims (15)

REIVINDICACIONES
1. Procedimiento para la extracción de agua de un tanque (22), en particular de un clarificador, en el cual, manteniéndose un nivel de líquido (23) esencialmente constante, está prevista opcionalmente la extracción de agua a través de un dispositivo de extracción, en cuanto que se controla el suministro de aire comprimido en un volumen de cierre (24), que está previsto por encima de al menos una abertura de extracción (3) de un equipo de extracción (1) dispuesto de forma fija en el tanque (22), caracterizado por que el equipo de extracción (1) está configurado como tubo de extracción dispuesto horizontalmente con una cubierta (2) concéntrica con respecto a este, en cuyo lado superior está dispuesta la abertura de extracción (3) y que se cierra en dirección hacia arriba a través de la cubierta (2) , que la cubierta (2) presenta por su lado inferior al menos un canto de extracción (27) y que entre el tubo de extracción (1) y la cubierta (2) hay formado un espacio anular (29) que forma el volumen de cierre (24), con esencialmente grosor uniforme.
2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado por que la extracción de agua se interrumpe, en cuanto que se introduce suficiente aire comprimido en el volumen de cierre (24) para bajar el nivel de líquido (23) en el volumen de cierre (24) a un nivel por debajo de la abertura de extracción (3).
3. Procedimiento según la reivindicación 1 o 2, caracterizado por que la extracción se activa, en cuanto que se descarga aire comprimido del volumen de cierre (24) para elevar el nivel de líquido (23) en el volumen de cierre (24) a un nivel por encima de la abertura de extracción (3).
4. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por que se permite que el agua extraída fluya hacia un espacio de desbordamiento (25) con un aliviadero (10), a través del cual el agua puede salir libremente.
5. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado por que la abertura de extracción (3) se dispone por debajo de un nivel de líquido (23) que debe mantenerse constante.
6. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado por que la distancia entre un aliviadero y el vértice de un codo de sifón (4) es al menos tan grande como la distancias entre canto de extracción y el nivel de agua máximo.
7. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado por que se logra una absorción uniforme del líquido hacia el equipo de extracción mediante una ampliación de las distancias (19) de las aberturas de extracción (3) en dirección de flujo en el tubo de extracción (1) o mediante reducción de las anchuras de abertura de las aberturas de extracción (3) en dirección de flujo en el tubo de extracción (1).
8. Dispositivo de extracción para la extracción de agua de un tanque (22), en particular de un clarificador, con un equipo de extracción (1) sumergido en el tanque (22), que presenta al menos una abertura de extracción (3) que se abre en dirección hacia el tanque (22), estando previsto un equipo para suministrar selectivamente aire comprimido a un volumen de cierre (24), estando dispuesto el dispositivo de extracción de forma fija en el tanque (22), caracterizado por que el equipo de extracción está configurado como tubo de extracción (1) dispuesto horizontalmente, en cuyo lado superior está dispuesta la abertura de extracción (3) y que se cierra en dirección hacia arriba a través de la cubierta (2) y que la cubierta (2) está configurada como cuerpo concéntrico con respecto al tubo de extracción (1), que presenta por su lado inferior al menos un canto de extracción (27) y que entre el tubo de extracción (1) y el cuerpo hay formado un espacio anular (29) con esencialmente grosor uniforme, formándose entre el equipo de extracción (1) y la cubierta (2) el volumen de cierre (24).
9. Dispositivo de extracción según la reivindicación 8, caracterizado por que el tubo de extracción (1) está conectado por un codo de sifón (4) a un espacio de desbordamiento (25) que termina en un aliviadero.
10. Dispositivo de extracción según una de las reivindicaciones 8 o 9, caracterizado por que la cubierta (2) está configurada para ser levantada o retirada.
11. Dispositivo de extracción según una de las reivindicaciones 8 a 10, caracterizado por que está prevista una válvula de salida (7) para airear el volumen de cierre (24).
12. Dispositivo de extracción según una de las reivindicaciones 8 a 11, caracterizado por que está prevista una válvula de tres vías para introducir, airear o mantener el aire comprimido en el volumen de cierre (24).
13. Dispositivo de extracción según una de las reivindicaciones 8 a 12, caracterizado por que están previstos dos cantos de extracción paralelos entre sí, los cuales están dispuestos preferentemente a la misma altura.
14. Dispositivo de extracción según una de las reivindicaciones 8 a 13, caracterizado por que están previstos varios equipos de extracción (1), los cuales forman preferentemente una estructura anular.
15. Dispositivo de extracción según una de las reivindicaciones 8 a 14, caracterizado por que un umbral en el tubo de extracción (1) es al menos tan alto como las fluctuaciones de nivel de presión que se esperan en el tanque (22).
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