La soplante de aire para depuradora es un equipo clave en las EDARs. La aireación en una depuradora de aguas residuales es uno de los procesos más importantes para provocar la reducción de la contaminación en las aguas.
Esta actividad, según diferentes estudios, representa el 44% del consumo eléctrico total de la EDAR. Por este motivo, el diseño del circuito de aire, la selección de la soplante y la regulación del caudal son aspectos determinantes para reducir el consumo energético y mantener estable el tratamiento biológico.
Función de la aireación en una EDAR
Los reactores biológicos del tratamiento secundario de aguas residuales es habitual que tengan una profundidad de 5m a 6m. Para inyectar aire en estas condiciones se requiere una contrapresión de 0.5 - 0.6 bar (g) en las soplantes de aireación.
El aire comprimido se introduce en el tanque biológico para favorecer los procesos aeróbicos y provocar la reducción de la contaminación en las aguas. La cantidad de aire necesaria depende del proceso instalado, de la carga contaminante, del nivel de agua y de la demanda instantánea del tratamiento.
Balsas aireadas, lodos activados, MBR, MBBR, SBR, .... Existe una amplia gama de procesos de tratamiento aeróbico presentes en una planta de tratamiento de aguas residuales, que van desde pequeñas capacidades (<1 000 PE) hasta capacidades gigantes (>1 000 000 PE), y de procesos simples a complejos.
Como la cantidad de aguas residuales que necesitan purificarse varía a lo largo del día, la cantidad de aire comprimido necesario también varía. Un variador de velocidad ayuda a controlar la cantidad de aire comprimido haciendo coincidir el flujo de aire y el consumo de energía con la demanda de flujo.
Elementos principales del circuito de soplantes
Un circuito de soplantes de aire para depuradora integra los equipos que aspiran, comprimen, regulan, transportan y distribuyen el aire hasta los reactores biológicos. La configuración exacta depende de la capacidad de la EDAR y del proceso de tratamiento.
- Soplante de aireación: genera el caudal de aire comprimido necesario.
- Motor: proporciona la energía mecánica para accionar la soplante.
- Filtro de aspiración: retiene partículas antes de que el aire entre en la máquina.
- Silenciador de aspiración y de escape: reducen el ruido producido durante el funcionamiento.
- Variador de frecuencia: permite adaptar la velocidad y el caudal a la demanda real.
- Tuberías de impulsión: conducen el aire desde la soplante hasta los tanques.
- Sistema de control: supervisa el funcionamiento y puede integrar señales de proceso.
En la parte superior de la etapa de compresión tiene un silenciador con filtro de aspiración integrado. Una vez que el aire ha sido comprimido, dentro de la etapa, éste fluye hacia el silenciador de escape situado en la parte inferior de la misma.
Contrapresión y profundidad del tanque
La presión que debe vencer la soplante está relacionada principalmente con la profundidad del agua y con las pérdidas de carga del circuito. Los reactores biológicos del tratamiento secundario de aguas residuales es habitual que tengan una profundidad de 5m a 6m.
| Condición de funcionamiento | Valor indicado |
|---|---|
| Profundidad habitual de los reactores biológicos | 5m a 6m |
| Contrapresión requerida | 0.5 - 0.6 bar (g) |
| Límite habitual de soplantes de tres lóbulos | Inferior a 4 m de nivel de agua |
| Resistencia de contrapresión de soplantes tradicionales | 0,45 bar (g) o inferior |
Las soplantes de tres lóbulos tradicionales son eficientes hasta que el nivel del agua en el tanque de aireación sea inferior a 4 m. Esto ofrece una resistencia de contrapresión de solo 0,45 bar (g) o inferior.
Por lo tanto, se recomienda utilizar la tecnología de soplantes de tornillo rotativos para presiones superiores a 0,5 bar (g).
Soplantes de lóbulos rotativos
Las soplantes de lóbulos rotativos funcionan según el sistema roots. Este sistema consiste en instalar dos rotores trilobulares en paralelo que giran coordinados y en sentido opuesto en el interior de una cámara.
El aire queda atrapado en los espacios entre los lóbulos y la cámara y es conducido a través de la cámara mediante el movimiento rotativo de los rotores hacia el escape.
El accionamiento se realiza mediante un motor dotado de un sistema de transmisión por correas.
Las soplantes de lóbulos rotativos pueden utilizarse en diferentes instalaciones de aireación, pero su rendimiento depende de la presión de trabajo, del nivel de agua y de la variación del caudal requerido.
Soplantes de tornillo rotativo
Las soplantes de tornillo también son conocidas como como soplantes Roots. Tienen un promedio de eficiencia energética 30% mejor en comparación con la tecnología tradicional de lóbulo.
Las soplantes de tornillo son máquinas de acoplamiento directo, es decir, están accionadas por engranajes. Por eso, son más eficientes que las soplantes tradicionales accionadas por correa.
Otra ventaja importante de las soplantes de tornillo exentas de aceite accionadas por engranajes es que tienen una amplia regulación.
Un par de rotores suministran un volumen fijo de aire en cada rotación.
Las soplantes de tornillo trabajan a velocidades superiores a las nominales del motor, mediante variadores de frecuencia y multiplicadores mecánicos, en comparación con las soplantes lobulares.
Ventajas energéticas
Así, las nuevas soplantes de tornillo ofrecen varias ventajas. En comparación con las soplantes de émbolo giratorio convencionales, pueden ser hasta un 35 % más eficientes en función de las condiciones de servicio, y también ofrecen ventajas energéticas considerables en comparación con muchas soplantes de tornillo y turbo existentes en el mercado.
Este efecto de ahorro de energía se debe, entre otras cosas, a la presión interna previa de la soplante de tornillo, que ya se aproxima bastante a la presión del sistema.
De esta forma se evita la llamada "sobrecompresión". Esta se genera cuando la soplante de tornillo, debido a las condiciones geométricas internas, acumula una presión superior a la que necesita la instalación de aguas residuales.
Los rotores no tienen revestimiento para que su eficiencia no se vea alterada durante los años de uso.
Regulación y rango de operación
El concepto de bloque pendiente de patente trae nuevas ventajas que refuerzan la ventaja de ahorro de energía y mejoran sustancialmente el rendimiento específico de toda la instalación.
Entre otras cosas, permite operar las máquinas a velocidades más bajas de forma más eficiente que con las soplantes de tornillo conocidas hasta ahora, lo que resulta en un intervalo de regulación más amplio que el habitual del mercado.
Turbocompresores de alta velocidad
La principal característica de este turbocompresor es que funciona mediante levitación magnética. Los cojinetes de inducción generan un campo magnético que hace levitar el único elemento móvil de la máquina.
Este tipo de equipos es similar.
Estos equipos funcionan de la siguiente manera: el aire se aspira a través de un filtro mediante el giro del rodete del turbocompresor.
El impulsor se acciona por el motor eléctrico de imanes permanentes de alta velocidad.
La energía eléctrica se conecta al equipo con corriente alterna y se regula por el variador de frecuencia.
El motor es una parte fundamental en estos equipos. Presentan un motor síncrono de imanes permanentes (PMS).
Variadores de frecuencia y control del caudal
El caudal se regula mediante un variador de frecuencia incluido en el equipo que, al variar la velocidad, controla el volumen o la presión y, además, consigue un ahorro sustancial a bajas velocidades, ya que disminuye la potencia.
Los variadores de velocidad (VSD) o los variadores de frecuencia (VFD) que funcionan con el medidor de oxígeno disuelto (OD) ahorran más energía en comparación con las soplantes de velocidad fija.
La regulación permite adaptar el aire suministrado a la demanda real del proceso, evitando que la soplante trabaje de manera constante a un caudal superior al necesario.
Como la cantidad de aguas residuales que necesitan purificarse varía a lo largo del día, la cantidad de aire comprimido necesario también varía. Un variador de velocidad ayuda a controlar la cantidad de aire comprimido haciendo coincidir el flujo de aire y el consumo de energía con la demanda de flujo.
Control automático de la aireación
Colocr una soplante de aire para depuradora ya no es suficiente.
Hay dos tendencias importantes que afectan directamente a la aireación y al funcionamiento de las EDAR en España durante este año.
Para 2026 se estima que, entre el 25 y el 30 % de las depuradoras de aguas residuales incorporarán soluciones basadas en inteligencia artificial y gemelos digitales para optimizar procesos.
Dentro de los cuales se priorizan: la aireación, el consumo de productos químicos y la gestión energética en tiempo real.
Esto significa que no solo se trata de insuflar aire, sino de hacerlo de manera inteligente y adaptativa.
Los proyectos más recientes en España desarrollan sistemas de control automático de aireación multivariable.
Estos sistemas permiten ajustar el caudal de aire al tanque biológico en función de parámetros como oxígeno disuelto, concentración de biomasa o demanda de nitrógeno/amoniaco.
Ejemplo de funcionamiento en una planta SBR
La asociación de municipios de Cochem forma parte de un grupo de plantas depuradoras innovador que busca continuamente oportunidades para mejorar su eficiencia.
La planta depuradora de Treis Karden es un Sequencing Batch Reactor (instalación SBR). Esto significa que las aguas residuales se tratan de manera discontinua.
Un ciclo en un tanque dura aproximadamente 300 minutos.
Las plantas depuradoras funcionan con unos 5,5 metros a una presión física de aproximadamente 570 mbar.
Además, la cantidad de agua residual continua varía drásticamente en función de la estación del año.
Mientras que en el verano la región del Mosela acoge a multitud de turistas y productores de vino, la cantidad de agua es considerablemente inferior en los meses de invierno.
Además, la presión varía entre 480 y 570 mbar g) en función del nivel de agua de la instalación SBR.
Sustitución de la soplante existente
Hasta entonces se utilizaban soplantes de émbolo giratorio en la planta depuradora de Treis Karden, con las que el operador estaba bastante satisfecho.
Con tanques de seis metros de profundidad, la planta depuradora presenta una profundidad de agua dentro de la media, ya que la profundidad de soplado óptima en Alemania es de un máximo de cinco metros.
Esta es la profundidad de agua ideal para la penetración de aire.
La asociación de municipios de Cochem decidió instalar a prueba una soplante de tornillo FBS con un caudal de hasta 67 m³/min para asumir el trabajo de la soplante de émbolo giratorio.
La propia instalación tiene un bloque de tornillo con una presión inicial de 650 mbar (g) que se adapta muy bien al sistema.
Ahorro obtenido
Como las soplantes de émbolo giratorio existentes también funcionaban de forma relativamente económica en su clase y el nivel de agua de la planta depuradora era variable, el valor de ahorro previsto no alcanzó el máximo en el caso de Treis.
Debido al nivel de agua variable (con una contrapresión máxima de 570 mbar), se alcanzó ocasionalmente un ahorro de energía del 25 % en comparación con la soplante de émbolo giratorio.
Instalación, integración y mantenimiento
Además, las soplantes de tornillo se suministran como instalaciones completas.
Esto significa que el compresor está equipado con un control Sigma Control 2 integrado y con todos los equipamientos eléctricos necesarios, como un convertidor de frecuencia.
Como el convertidor de frecuencia ya se encuentra programado y toda la instalación se ha probado en la fábrica, la instalación se simplifica bastante.
Por otra parte, el controlador permite una monitorización amplia y continua de la instalación, y, simultáneamente, la integra de forma sencilla y rentable los sistemas de control de procesos ya existentes en la planta depuradora.
La integración puede realizarse de forma convencional a través de contactos sin potencial, o a través de Profibus DP y ethernet.
Como las plantas depuradoras ya están equipadas con los controladores de procesos más modernos y disponen de Profibus DP, el concepto de instalación encaja perfectamente con el funcionamiento de la planta depuradora orientada al futuro.
Refrigeración y fiabilidad
Las soplantes de tornillo ofrecen otras ventajas que se notan a nivel energético y de costes.
Dispone de un concepto de refrigeración interno que evita el uso de bombas y refrigeradores de aceite, que consumen mucha energía.
Además, cuentan con una hermetización eficaz que garantiza una estanqueidad a largo plazo sin bomba de vacío.
Al no utilizar equipos auxiliares ni lubricación por circuito continuo, también se aumenta la longevidad y fiabilidad de las máquinas.
Para una refrigeración y eficiencia óptimas, el aire de proceso y el de refrigeración se aspiran de manera independiente del exterior del edificio.
Esto resulta en un mayor caudal másico de aire útil con la misma potencia.
Las soplantes son fáciles de instalar, de funcionamiento continuo y fiable, resistentes y duraderas.
Gracias a una disposición inteligente de los componentes, es posible instalarlas junto a la pared o lado a lado.
Esto permite un mantenimiento más fácil y económico, además de una instalación en menos espacio.
Instalación en espacios de acceso limitado
Aunque la soplante de tornillo sea una instalación completa, hubo que entregarla e instalarla por componentes a Treis Karden, pues la planta depuradora estaba equipada con un sistema de compresión de residuos que limitaba físicamente el acceso a la sala de soplantes.
Durante el funcionamiento de la instalación, no es posible parar el sistema de compresión de residuos.
Gracias a la estructura modular de la soplante de tornillo, esto no supuso ningún problema.
La soplante se desmontó, volvió a montarse en la propia sala y se puso en funcionamiento.
Aspectos que deben comprobarse en el diseño
- Profundidad del tanque: determina una parte importante de la contrapresión que debe vencer la soplante.
- Caudal mínimo y máximo: debe cubrir las variaciones de la carga y del funcionamiento de la EDAR.
- Presión de trabajo: debe considerar el nivel de agua y las pérdidas de carga del circuito.
- Variación temporal: el consumo de aire puede cambiar a lo largo del día y según la estación del año.
- Control de oxígeno disuelto: permite ajustar el suministro a las necesidades del reactor.
- Integración con la automatización: puede realizarse mediante contactos sin potencial, Profibus DP y ethernet.
- Accesibilidad: la estructura modular puede facilitar la instalación cuando el acceso a la sala sea limitado.
- Mantenimiento: la disposición de los componentes debe permitir intervenciones sencillas y seguras.
La elección de la tecnología debe realizarse según las condiciones concretas de servicio, especialmente la contrapresión, el caudal requerido y el grado de variación de la demanda.
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