Mecánica de fluidos para limpiar el agua

El investigador de la UPCT Francisco Sánchez./J. M. Rodríguez / AGM
El investigador de la UPCT Francisco Sánchez. / J. M. Rodríguez / AGM

Un estudio de la Universidad Politécnica de Cartagena, financiado por la Fundación Séneca, mejora el funcionamiento de las estaciones de depuración en la Región

MARÍA JOSÉ MORENO

Fueron los romanos los primeros que en la Región de Murcia emplearon un sistema de cloacas en Carthago Nova. Más tarde, los árabes acometieron esta tarea con los albollones (depósitos de aguas residuales). Posteriormente, en la Edad Media está documentada la existencia de numerosos albollones en Murcia, que desembocaban en un pozo ciego o bien que iban a parar desde la ciudad hasta el río por medio de canalizaciones que se ramificaban hacia colectores generales desde cada vivienda. Esta circunstancia provocó más de un problema en Murcia por la posibilidad de contaminación del agua que se consumía y porque sin una red de alcantarillado por donde eliminar los residuos líquidos, los habitantes de la Región se deshicieron de ellos, durante siglos, a través de las acequias y azarbes o bien vertiéndolos directamente al río.

Además de por motivos medioambientales y de salud pública, la depuración de aguas residuales constituye un tema especialmente relevante en la Región pues, dadas las escasas aportaciones pluviales, desde siempre ha sido necesario reutilizar las aguas sobrantes para la agricultura, jardinería, limpieza de calles y otras actividades.

En 1964 surge el Plan Nacional de Abastecimiento y Saneamiento, que supone un intento de dotar de saneamiento y depuración a todas las poblaciones españolas, y ya en los años 70 se construyen estaciones de depuración de aguas residuales (EDAR) en distintos puntos de la Región: Beniaján, Calasparra, Molina de Segura, Lorca... La implantación de depuradoras a lo largo del Segura se incrementa en los años 80 y 90, sufriendo un aumento muy importante en los primeros años de la década de 2000, con la incorporación de una treintena de nuevas depuradoras y la ampliación y modernización de algunas ya existentes.

La investigación de Francisco Sánchez se centra en las instalaciones de Los Alcázares, Caravaca y San Pedro

Una incorrecta desinfección de las aguas puede causar problemas de contaminación de cultivos

Dadas las escasas lluvias, ha sido necesario reutilizar las aguas sobrantes para la agricultura, jardinería, limpieza...

Las leyes sobre el tema son abundantes durante esta época. Una de las más importantes y próximas, aprobada en 2001, es el Plan General de Saneamiento y Depuración de la Región de Murcia. El plan propone cumplir los niveles de tratamiento de aguas residuales exigidos por la directiva europea 91/271 CEE, la recuperación del río Segura y protección de sus afluentes regionales y la recuperación del agua utilizada, así como una especial protección para el Mar Menor, en el que se debe evitar el vertido de todo tipo de aguas residuales. En el año 2002 inicia su actividad la Entidad Regional de Saneamiento y Depuración de Aguas Residuales (Esamur), la empresa pública encargada de recaudar y gestionar el canon de saneamiento, aplicando estos recursos económicos a la explotación, mantenimiento y control de las EDAR públicas.

Actualmente, la Región cuenta con más de cien EDAR. La mayor parte de ellas emplean la tecnología de fangos activados para la eliminación de la materia orgánica presente en el agua. Las depuradoras más modernas incorporan tratamientos de tipo terciario, un método que incluye procesos de decantación complementarios, filtraciones o radicación ultravioleta, que eliminan todo tipo de microorganismos y consiguen un agua apta para su reutilización.

Implementación

Aunque el funcionamiento biológico de estas instalaciones se conoce perfectamente y su correcta puesta en marcha está garantizada, en la mayoría de los casos, el diseño de estas instalaciones se realiza en base a parámetros biológicos, tales como eliminación de amonio, nitratos o fósforo, sin considerar los fenómenos hidráulicos que tienen lugar en el interior de las mismas. En la Universidad Politécnica de Cartagena, Francisco Sánchez investiga cómo mejorar los procesos a nivel de mecánica de fluidos.

Este ingeniero industrial cuenta con un contrato de formación de personal investigador, concedido por la Fundación Séneca, para trabajar en el marco del grupo de investigación de 'Mecánica de Fluidos e Ingeniería Térmica', cuyo investigador principal es el catedrático Antonio Viedma. Él, junto a Antonio Sánchez Kaiser, dirigen el proyecto que culminará con la lectura de tesis de Francisco Sánchez como doctor en Tecnologías Industriales, en la que estudia diferentes depuradoras de la Región.

«Mediante CFD (del inglés Computational Fluid Dynamics), una herramienta empleada en ingeniería para simular el comportamiento fluidodinámico en distintas instalaciones y entornos, se analiza la hidráulica en el interior de las instalaciones de depuración: campos de velocidad, líneas de corriente, tiempos de residencia. La información proporcionada permite detectar ineficiencias en el funcionamiento, tales como caminos preferentes o zonas muertas. A continuación se realizan y simulan modificaciones a la geometría de la instalación con el fin de evitar los errores detectados, aumentando así la eficiencia del proceso», como explica el investigador de la Fundación Séneca.

En concreto, la Dinámica de Fluidos Computacional o CFD es el área de conocimiento que trata sobre la simulación numérica de flujos fluidos, transferencia de calor y fenómenos relacionados tales como reacciones químicas, combustión, aeroacústica, etc. La CFD tuvo origen a partir de la combinación de dos disciplinas: mecánica de los fluidos y cálculo numérico. Las ecuaciones que rigen el flujo fluido tienen origen en la mecánica de los fluidos y pueden ser resueltas por medio de diferentes métodos numéricos.

El trabajo, para el que se ha contado con la colaboración de la Entidad de Saneamiento y Depuración de Aguas Residuales de la Región de Murcia (Esamur), ha analizado mediante esa técnica de simulación numérica dos tipos de instalaciones diferentes: un canal ultravioleta (Los Alcázares y Caravaca de la Cruz) y un reactor biológico (San Pedro del Pinatar). Afirma Francisco Sánchez que «se trata de una investigación especialmente interesante dado que va a ayudar a mejorar la eficiencia de ambas instalaciones y garantizar los calidad del agua tratada pero con el mínimo gasto energético».

Salud pública

Este tipo de investigaciones son de gran relevancia para la salud pública, ya que el buen funcionamiento de las instalaciones garantiza no solo un uso eficiente de las mismas y los correspondientes beneficios para el medio ambiente, sino también para la sociedad. Y es que una incorrecta desinfección de las aguas puede llevar a problemas, por ejemplo, de contaminación de cultivos con bacterias como la e-coli que, estando en el intestino de personas y animales (por tanto en sus heces), puede resultar muy peligrosa si los vegetales que se consumen crudos entran en contacto con la misma al ser regados con aguas mal desinfectadas.

A eso hay que añadirle que las mejoras implementadas por el investigador de la Fundación Séneca en la Universidad Politécnica de Cartagena, algunas de las cuales han sido ya publicadas en diferentes revistas científicas, como 'Water Research' (la de mayor relevancia en este campo), serán extrapolables a otras instalaciones similares en cualquier parte del mundo por lo que, en adelante, se podrán mejorar los protocolos de funcionamiento de las mismas, con las ventajas a nivel energético y de seguridad que eso supone.

Las conclusiones finales se publicarán a finales de 2018 cuando Francisco Sánchez presente su tesis doctoral y estarán a disposición de las administraciones públicas y empresas gestoras de aguas, tanto a nivel nacional como internacional.

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