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Herramientas para la simulación de EDAR, un presente con aún más FUTURO

23/10/2016

Herramientas para la simulación de EDAR, un presente con aún más FUTURO

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Héctor Rey Gosálbez

Héctor Rey Gosálbez

  • Ingeniero Químico
  • Especialista de proceso en la empresa Prointec
  • Responsable del Área de Modelado y Simulación en EDAR del Aula Bioindicación Gonzalo Cuesta
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Considero que lo adecuado es no dar por hecho que toda persona que se interesa por el tema de modelado y simulación del proceso en EDAR posee ya una opinión al respecto, así que empecemos brevemente por el principio, ya que es la mejor forma de ayuda a la toma de decisiones acerca de la conveniencia o no, que pueden ofrecernos este tipo de herramientas a las necesidades concretas de cada persona.
 
Diseñar una planta o trazar las líneas principales de operación de la misma durante la explotación es algo que tradicionalmente se ha realizado mediante la hoja de cálculo convencional. De hecho, es algo que hoy en día sigue vigente y conserva su campo de aplicación, ya que para cada necesidad y recursos disponibles, hay una solución, y la hoja de cálculo sigue reteniendo su aplicabilidad.
 
No obstante, su campo de actuación se encuentra limitado con los avances en el campo del tratamiento de las aguas residuales, o mejor dicho, pierde el total protagonismo del pasado, pasando a convertirse en una herramienta de apoyo a otras que toman el “mando” en la obtención de soluciones a diseños y criterios de explotación, que resultan ser las de modelado y simulación.
 
 
 
 
Estas nuevas herramientas se basan en un conjunto de expresiones matemáticas que vienen a reproducir los mismos fenómenos de depuración convencionales que conocemos. No vamos a entrar en conocer dichas expresiones, ya que para el objeto de esta exposición nos basta con conocer las ventajas  que proporcionan respecto a la hoja de cálculo convencional. Estas son:
 
  • Aportan un grado de detalle superior a la de la hoja de cálculo y son capaces de gestionar gran cantidad de información de una manera dinámica (con variaciones temporales), permitiendo conocer más información sobre lo que está ocurriendo en nuestra planta. Esto ya es una ventaja, pero pequeña si la comparamos con la siguiente, y que por sí misma no justifica el auge que han tenido este tipo de herramientas. ¿De qué serviría tanta cantidad de información pormenorizada generada, si no se tiene una alta fiabilidad en las predicciones obtenidas, que permita por tanto tomar decisiones importantes acerca de, por ejemplo, una inversión económica de mejora en la planta?. Además, ¿se puede aumentar por tanto la certeza sobre las predicciones del modelo?
     
  • La respuesta es que sí es posible, y se consigue mediante una calibración del modelo matemático que simula nuestra planta, es decir, diferenciando nuestra depuradora de la del “vecino” mediante una caracterización acorde a su afluente, y regulando con exactitud el rendimiento del reactor biológico, pudiendo ser superior o inferior al estándar esperable indicado por la bibliografía, para cada uno de los procesos implicados. Es decir, mediante el uso de datos experimentales de la explotación y parámetros de operación aplicados, calibramos el modelo correspondiente a nuestra planta para un periodo de tiempo conocido del pasado, aumentando el grado de fiabilidad de las predicciones realizadas por el modelo.
     
Ante esta afirmación cualquier lector perspicaz puede argumentar que ese calibrado se habría realizado con ciertos grados de libertad (composición del afluente, parámetros cinéticos y estequiométricos), y aunque se hayan seguido protocolos establecidos para una correcta calibración, que los hay, diferentes combinaciones de parámetros regulados podrían conducir a una calibración ajustada a un periodo concreto, pero que no se tendría la certeza de que ese modelo calibrado fuese capaz de predecir adecuadamente otros escenarios de explotación diferentes al utilizado para dicha calibración. 
 
Efectivamente, ese “sagaz” lector, estaría en lo correcto y poniendo “entre la espada y la pared” esa valiosa fiabilidad de la predicción de las herramientas de modelado y simulación. Pues bien, para ello se procede a una segunda fase consistente en usar otros periodos de tiempo, diferentes al utilizado para la calibración, en los que ya sin ningún grado de libertad y utilizando los datos experimentales y de explotación conocidos, el modelo ya calibrado es utilizado para obtener nuevas predicciones (calidad del efluente principalmente), y compararlos con los experimentales registrados, habiendo establecido unos márgenes de error entre ellos máximo aceptables que permitan, en caso de éxito, dar por validado el modelo.
 


El Futuro de la simulación

 
Hasta ahora he hablado del presente de estas herramientas, que hace ya algún tiempo se implantaron, pero no hemos comentado nada sobre su futuro. Todo evoluciona o se estanca y desaparece, así que estas herramientas han evolucionado y mucho desde que las conozco, tanto en potencial como en facilidad de manejo (y que me digan qué hacemos si sólo mejora lo primero y nada lo segundo…). Ya somos capaces de conocer lo que ocurre en nuestro sistema desde el punto de vista biológico y químico de una manera dinámica, pero bajo la arriesgada hipótesis que en algunos casos puede representar, que el limitado número de reactores en los que podemos dividir nuestro sistema, posee una mezcla ideal en todo su volumen.
 
 
Por ello, a mi modo de ver, el siguiente salto y muy notable, sería el de considerar cómo la hidrodinámica y la inclusión del fenómeno de la aireación, en qué medida afecta a esos procesos que ya somos capaces de reproducir, y por lo tanto, de optimizarlos desde otra perspectiva más completa y robusta. Este hecho hoy en día supone todavía un reto para la comunidad científica por diversas dificultades tales como el excesivo tiempo computacional, debido la complejidad resultante de la implementación de los modelos de fangos activados (ASM) en herramientas de mecánica de fluidos computacional (CFD).
 


Seminario on-line gratuito

 
Si deseas conocer un poco más acerca de las posibilidades y forma de trabajar de estas herramientas, estás invitado a participar gratuitamente en el próximo seminario on-line el próximo día 25 de octubre, que organiza DHI (software WEST) y el Aula Bioindicación Gonzalo Cuesta (ABGC), perteneciente a la Universitat Politècnica de València.
 
Puede realizar la inscripción gratuita entrando en el siguiente ENLACE.
 
 
Héctor Rey Gosálbez
 
 
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