Cómo mejorar la eficiencia, precisión e innovación de los procesos

La simulación en el tratamiento de agua potable y residual

Gilles Lebiez, director de Ansys Iberia

14/10/2013

Son muchos los retos a los que se enfrentan actualmente las empresas dedicadas al tratamiento de agua potable y residual a la hora de conseguir los objetivos ecológicos y de ahorro energético, seguridad y eficiencia impuestos a nivel comunitario, estatal y europeo. Por un lado, deben adaptarse a una legislación medioambiental cada vez más estricta en cuanto a la contribución al cambio climático, pero además, la coyuntura económica actual les obliga a responder a unas exigencias de seguridad y eficacia de procesos con menos recursos económicos. Esto, unido al elevado coste de explotación y mantenimiento de los procesos de tratamiento de aguas, hace que una de las principales preocupaciones de las empresas más innovadoras en el área sea la de mantener los máximos niveles de eficiencia en sus inversiones, tanto las dirigidas al desarrollo de nuevos sistemas, como las de optimización de los existentes.

Las empresas han encontrado en el uso de la simulación una herramienta perfecta que viene a mejorar la eficiencia, precisión e innovación de los procesos, contribuyendo así al ahorro de costes y la reducción del impacto medioambiental. La simulación para la ingeniería es una de las ramas de la ingeniería que más rápido está creciendo en el mundo. Consiste en la aplicación de herramientas de software al proceso de diseño, permitiendo probar virtualmente el rendimiento operacional de diseños existentes o potenciales para productos o procesos. Sin herramientas de simulación para ingeniería, los prototipos físicos para cada diseño candidato se deberían fabricar y probar mediante experimentación física. Las pequeñas correcciones para un diseño necesitarían la fabricación y prueba de un prototipo totalmente nuevo, retrasando el desarrollo e incrementando los costes.

Las empresas que cuentan con un equipo de ingenieros para desarrollo de productos pueden adoptar este tipo de herramientas de forma sencilla. De media, una formación de cuatro días es suficiente para que los ingenieros puedan asimilar los conceptos básicos de la simulación e integrar el software de simulación en sus flujos de trabajo de diseño. La tecnología disponible actualmente permite realizar cálculos de simulación en equipos convencionales, pudiendo utilizar desde un ordenador portátil con núcleos básicos, o sacar partido a los recursos disponibles en la red empresarial paralelizando la simulación y aprovechando las capacidades no utilizadas por otras CPU.

Los desafíos de la industria de tratamiento de agua potable y residual

Son muchos los aspectos que las empresas deben tener en cuenta a la hora de buscar soluciones para recoger, drenar, almacenar, transportar, tratar, descargar y distribuir el agua de forma segura y efectiva. Estas organizaciones dependen de multitud de análisis físicos, como la dinámica de fluidos computacional (CFD), la hidráulica o las predicciones de transferencia de masa, para modelar y verificar el comportamiento y los flujos de agua bajo un amplio rango de condiciones. Entre los principales desafíos de la industria de tratamiento de agua potable y residual a los que se puede responder más eficazmente a través de la simulación para la ingeniería se encuentran:

  • Reducir el tamaño de los tanques (depósitos) sin minimizar la eficacia de los procesos de tratamiento de agua
  • Modelado de flujos de líquido en los embalses y presas, incluyendo las áreas de sedimentación, las zonas de estancamiento y de las regiones de flujo de circuito corto.
  • Optimización de las tasas de mezcla del tanque y geometrías
  • Medir y mejorar la eficacia de la desinfección, incluidas las tecnologías UV
  • Modelo de flujos de fluidos
  • Maximizar las tasas de transferencia de oxígeno
  • Optimizar la eficacia de diferentes sistemas de bombeo
  • Ampliar los sistemas de tratamiento para dar cabida a mayores flujos
  • El modelo de flujo de agua dentro de las tuberías y canales
  • Modelado de flujos en colectores de fango y canales abiertos
  • Mejorar la eficacia de turbina de aireación.

Un ejemplo que nos gusta comentar es el del control de la vibración de los equipos de bombeo de los canales de Nueva Orleans. Tras el huracán Katrina, que azotó esta ciudad en 2006, los ingenieros de la oficina de protección frente a huracanes de la U.S. Army Corps pidieron a la empresa Weston Solutions, Inc. un proyecto que buscaba incrementar la capacidad de bombeo de los desagües de los canales de las calles London Avenue y 17th Street, que permitiera un mayor drenaje hacia las afueras de la ciudad y hacia el lago Pontchartrain. Concretamente, el canal de la calle 17th Street debía incrementar la capacidad de flujo en 2.316,5 metros cúbicos por segundo. Esto requería incluir en la construcción de la estación de bombeo del canal varias piezas de equipamiento, como plataformas masivas, 11 bombas de turbina vertical, motores diésel, cajas de cambio y canalizaciones asociadas.

La simulación permitió a los ingenieros realizar los cálculos estructurales necesarios y manejar los problemas derivados de los nuevos diseños cuando se iban produciendo, antes de la fecha límite de la construcción de la estación, a principios de 2007, previa a la llegada de la siguiente temporada de huracanes. Los análisis verificaron que la plataforma de bombeo del Canal de la calle 17th Street resistiría la carga de los equipos mecánicos sin vibraciones excesivas en cualquier localización clave del sistema. El resultado fue confirmado por el test que llevaron a cabo los ingenieros y, más tarde, por la propia madre naturaleza. Las plataformas y las bombas de agua operaron como se había establecido en el diseño cuando el Huracán Gustav, de categoría 2, llegó en 2008, manteniendo la riada de las aguas bajo control.

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Gilles Lebiez, director de Ansys Iberia.

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