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Septiembre 2.011 ANÁLISIS EXERGÉTICO EN PLANTAS DE TRATAMIENTO EN EL CICLO INTEGRAL DEL AGUA Proyecto Final Master Energías Ren ovables y Eficiencia Energética Autor: Ana Isabel Lozano García Director: Javier Uche y Amaya Martínez ANÁLISIS EXERGÉTICO EN PLANTAS DE TRATAMIENTO DE AGUA ANA ISABEL LOZANO GARCÍA Página 2 de 91 Agradecimientos En primer lugar mis más sinceros agradecimientos a las dos personas que han dirigido este proyecto, Javier Uche y Amaya Martínez, por el apoyo y dedicación a la hora de solucionar problemas y resolver dudas, siempre han estado cuando lo he necesitado. Igualmente quiero agradecer a Beatriz Carrasquer sus desinteresados momentos dedicados a mis múltiples preguntas. Muchas gracias. Quiero destacar que este trabajo no habría sido posible sin la aportación de los datos de planta analizadas, y ha sido necesaria la colaboración de muchas personas responsables del ciclo integral del agua en Zaragoza. Reduciendo la lista al mínimo posible dentro del personal del Ayuntamiento de Zaragoza (Infraestructuras) quiero reconocer el apoyo de Carlos Lafuente en la recopilación de datos de la potabilizadora de Casablanca. Además, agradecer a Enric Roche y Joaquín Suescun (Utedeza) por la cesión de datos de la depuradora de La Cartuja, y Miguel Ángel López y María Ruiz (Depuración de Aguas del Mediterráneo, DAM), por la obtención de datos de la depuradora de La Almozara. ANÁLISIS EXERGÉTICO EN PLANTAS DE TRATAMIENTO DE AGUA ANA ISABEL LOZANO GARCÍA Página 3 de 91 RESUMEN El objetivo del presente trabajo es la aplicación del análisis exergético a las tres plantas de tratamiento de agua situadas en Zaragoza, partiendo de datos reales. Las plantas objeto de estudio son las depuradoras de “La Almozara y “La Cartuja” y la potabilizadora de “Casablanca”. El análisis se centrará tanto en el proceso global como en las distintas etapas que se llevan a cabo dentro de las depuradoras, con especial interés en la etapa de valorización de los fangos. Dentro de las posibilidades que se tiene de valorización de fangos, la depuradora de “La Almozara” lleva a cabo la digestión anaerobia con uso posterior del biogás en cogeneración, mientras que “La Cartuja” incinera los fangos producidos en el proceso de depuración con uso posterior de los gases de combustión calientes. Los resultados del análisis exergético constatan un mayor coste exergético de los procesos de depuración frente a la potabilización. Dentro de los procesos de depuración, la etapa de tratamiento secundario (la de eliminación de materia orgánica) supone mayor coste exergético que la de tratamiento primario, como era esperado. La valorización energética de los fangos en las depuradoras es una cuestión crucial en el análisis de la eficiencia energética de la depuración de aguas residuales, ya que éstos presentan un gran contenido exergético como residuos en el proceso de depuración de las aguas. Estudiadas las dos formas más típicas de valorización de fangos en las depuradoras, tratadas en el presente trabajo con las dos depuradoras existentes en Zaragoza, se ha llegado a la conclusión de que el tratamiento de los mismos vía digestión anaerobia y cogeneración posterior presenta una mayor eficiencia energética que su incineración. ANÁLISIS EXERGÉTICO EN PLANTAS DE TRATAMIENTO DE AGUA ANA ISABEL LOZANO GARCÍA Página 4 de 91 1. INTRODUCCIÓN. ........................................................................................................... 7 2. ESTADO DEL ARTE ........................................................................................................ 9 3. METODOLOGÍA ........................................................................................................... 10 3.1 Ambiente de referencia (RE) .............................................................................. 11 3.2 Exergía de los flujos de agua. ............................................................................. 13 3.3 Exergía de los flujos de subproductos generados en los procesos de tratamiento. .................................................................................................................... 16 3.3.1 Arenas ............................................................................................................ 16 3.3.2 Grasas ............................................................................................................ 17 3.3.3 Fangos ........................................................................................................... 17 3.4 Exergía de los compuestos químicos.................................................................. 18 3.5 Exergía asociada a flujos de energía. ................................................................. 19 3.6 Exergía asociada a flujos en procesos de valorización de los fangos. ................ 19 3.6.1 Biogás. ........................................................................................................... 19 3.6.2 Gases de combustión .................................................................................... 21 3.6.3 Fluidos térmicos. ........................................................................................... 21 3.6.4 Combustibles líquidos. .................................................................................. 22 3.6.5 Aire de combustión. ...................................................................................... 22 3.7 Definición del coste exergético unitario. ........................................................... 22 4. CASOS DE ESTUDIO .................................................................................................... 24 4.1 Potabilizadora: “Casablanca” ............................................................................. 24 4.2 Depuradora: “La Almozara” ............................................................................... 27 4.3 Depuradora: “La Cartuja” ................................................................................... 33 5. ANÁLISIS DE RESULTADOS Y CONCLUSIONES ............................................................ 38 6. BIBLIOGRAFÍA. ............................................................................................................ 43 ANÁLISIS EXERGÉTICO EN PLANTAS DE TRATAMIENTO DE AGUA ANA ISABEL LOZANO GARCÍA Página 5 de 91 ANEXOS ANEXO A. PARÁMETROS CARACTERÍSTICOS DE CALIDAD EN LAS AGUAS ………………………………………………………………………………………………………………………..44 ANEXO B. PLANTAS DE TRATAMIENTO: DESCRIPCIÓN DETALLADA Y DATOS TÉCNICOS 1. PLANTAS DE TRATAMIENTO ....................................................................................... 54 1.1 Plantas de depuración. ....................................................................................... 54 1.1.1 Pretratamiento. ............................................................................................. 54 1.1.2 Tratamiento primario. ................................................................................... 55 1.1.3 Tratamiento secundario. ............................................................................... 55 1.1.4 Tratamiento de fangos. ................................................................................. 55 1.1.5 Procesos de precipitación química. ............................................................... 57 1.2 Plantas de potabilización. ................................................................................... 58 1.2.1 Desbaste o cribado. .......................................................................................... 58 1.2.2 Coagulación ...................................................................................................... 58 1.2.3 Floculación ........................................................................................................ 59 1.2.4 Sedimentación .................................................................................................. 59 1.2.5 Filtración ........................................................................................................... 59 1.2.6 Ablandamiento del agua .................................................................................. 59 1.2.7 Desinfección ..................................................................................................... 59 1.2.8 Tratamiento de lodos en plantas potabilizadoras. ........................................... 60 2. DEPURADORA DE “LA ALMOZARA” ............................................................................ 61 2.1 Descripción detallada del proceso de depuración en “La Almozara”. ............... 61 2.2 Datos técnicos de la planta “La Almozara” ........................................................ 64 3. DEPURADORA DE “LA CARTUJA” ................................................................................ 70 3.1 Descripción detallada del proceso de depuración en “La Cartuja”.................... 70 3.2 Datos técnicos referentes a “La Cartuja”. .......................................................... 72 4. PLANTA POTABILIZADORA “CASABLANCA”. .............................................................. 79 ANÁLISIS EXERGÉTICO EN PLANTAS DE TRATAMIENTO DE AGUA ANA ISABEL LOZANO GARCÍA Página 6 de 91 4.1 Descripción detallada del proceso de potabilización en “Casablanca” ............. 79 4.2 Datos técnicos referentes a la ETAP. .................................................................. 80 ANEXO C . RESULTADOS DETALLADOS 1. Resultados detallados “Casablanca”. ......................................................................... 83 2. Resultados detallados “La Almozara”. ....................................................................... 85 3. Resultados detallados “La Cartuja”. ........................................................................... 88 ANÁLISIS EXERGÉTICO EN PLANTAS DE TRATAMIENTO DE AGUA ANA ISABEL LOZANO GARCÍA Página 7 de 91 1. INTRODUCCIÓN. La exergía se define como la máxima cantidad de trabajo que un sistema puede realizar llevándolo hasta el estado de equilibrio con el medio que le rodea (estado de referencia externo) en una secuencia de procesos reversibles [1]. En definitiva es una propiedad termodinámica que indica la energía disponible, una medida la calidad de energía en los sistemas. Al contrario que ocurre durante las transformaciones de masa o energía en las cuales ambas son conservadas, la exergía es destruida en forma de irreversibilidades. Así, el método exergético (o análisis exergético) es una técnica basada en la exergía, y por tanto es una medida de la cantidad de trabajo o calidad de diferentes formas de energía en relación con un ambiente de referencia dado. El balance exergético aplicado a un proceso o planta nos permite saber cuánta de la exergía empleada ha sido consumida por el proceso. Las pérdidas de exergía, denominadas irreversibilidades, nos indican de manera cuantitativa las ineficiencias del proceso. Estos balances son fruto de la combinación de las dos leyes principales de la Termodinámica: la Primera Ley nos dice que la energía ni se crea ni se destruye, mientras que por la Segunda Ley introduce el térmico de la entropía. El análisis exergético constituye de esta manera una herramienta útil en el estudio de eficiencia energética de los sistemas y procesos. Aunque el método de análisis exergético ha estado enfocado a detectar y cuantificar posibilidades de mejoras en procesos y sistemas tanto térmicos como químicos [2], la introducción del térmico “Exergoecología” amplia la posibilidad de aplicar la exergía al ámbito de la ecología. La Exergoecología es la aplicación de la Segunda Ley de la Termodinámica mediante el análisis exergético en la evaluación de los recursos naturales [3]. El uso de estos recursos conlleva cambios en sus condiciones tanto químicas (composición) como físicas (temperatura, presión…). El valor termodinámico de un recurso natural caracterizado por sus propiedades específicas como situación o composición se define como la mínima cantidad de trabajo (exergía) necesario para producirlo mediante los materiales presentes en el ambiente de referencia. En consecuencia, la exergía de los recursos naturales nos da una idea de su potencial al no estar en equilibrio con el medioambiente, lo que en este caso representaría el ambiente de referencia (Dead State). En la ilustración 1 se muestra de forma simplificada el ciclo que sigue cualquier recurso natural que sirve como un producto. La restauración de dichos recursos a su estado inicial (ambiente de referencia) requiere la introducción de una cierta cantidad de exergía lo que da lugar a un coste exergético. ANÁLISIS EXERGÉTICO EN PLANTAS DE TRATAMIENTO DE AGUA ANA ISABEL LOZANO GARCÍA Página 8 de 91 Ilustración 1. Procesos principales en la evaluación de los recursos naturales [3]. Si pensamos en los recursos hídricos mundiales como recursos naturales que tienen que responder a múltiples demandas cada vez más crecientes a medida que la población aumenta, es un hecho grave vemos que la contaminación y el uso excesivo de las aguas tanto superficiales como subterráneas provocan impactos sobre su cantidad y calidad [4]. La valoración del estado de las masa de agua en función de su cantidad y calidad energética, se puede medir mediante la metodología denominada exergoecológica, “Hidronomía Física” [5]. La Hidronomía Física compara el perfil exergético de los ríos (o masa de agua) con el perfil que tendría en las condiciones que impone la normativa medioambiental. Para poder restaurar tanto en cantidad como en calidad las aguas es necesario el uso de tecnologías, entre las que podemos destacar los tratamientos de depuración de las aguas residuales, los cuales llevan asociado el consumo de materia y energía mediante procesos tecnológicos reales y por tanto con un coste exergético (ilustración 1). Dentro del análisis exergético del ciclo del agua (Hidronomía Física), el presente trabajo se centrará en los procesos de tratamiento de depuración de aguas residuales y tratamiento de aguas para uso humano (potabilización). Se analizarán tres plantas de tratamiento situadas en Zaragoza. Dos de ellas corresponden con plantas de tratamiento de aguas residuales, “La Cartuja” y “La Almozara”, mientras que la tercera será una planta potabilizadora de agua, “Casablanca”. El fin del análisis será la comparación de dos procesos de depuración en los cuales la valorización de los fangos se realiza por medios diferentes: digestión anaerobia e incineración. Y por otro lado, poder comparar las dos tecnologías de tratamiento de aguas más extendidas, depuración y potabilización, desde el punto de vista del análisis exergético, es decir, de la ANÁLISIS EXERGÉTICO EN PLANTAS DE TRATAMIENTO DE AGUA ANA ISABEL LOZANO GARCÍA Página 9 de 91 eficiencia energética de unas plantas diseñadas para cumplir unos objetivos de eficacia en el proceso (estándares de calidad a la salida de dichas plantas). 2. ESTADO DEL ARTE Uno de los primeros trabajos realizados con el objetivo de aplicar el análisis exergético a depuradoras de agua fue realizado por Hellström [16]. Dicho trabajo se centró en el cálculo de las exergías asociadas a las corrientes de los compuestos químicos añadidos, la materia orgánica presente en el agua y los compuestos de nitrógeno y fósforo. La aplicación del análisis exergético fue empleada más tarde por este mismo autor para comparar diferentes plantas de tratamiento de aguas con sistemas diferentes de eliminación de nutrientes [21]. Anterior a estos trabajos cabe destacar la aportación de Tai [17], que aunque no realizando un análisis exergético, estudió la relación entre la exergía química de la materia orgánica presente en el agua y los parámetros indicadores de esta. El uso del análisis exergético para determinar el coste y eficiencia exergética en los proceso de depuración ha sido escasamente analizado en la literatura científica. No obstante, es una línea emergente y se está empleado ya recientemente por varios autores, estableciendo distintos índices o ratios exergéticos, útiles para evaluar su funcionamiento. Así podemos destacar los trabajo de Martínez y Uche [19], donde los autores llevaron a cabo un análisis de los costes exergéticos de tecnologías de desalación y depuración de las aguas diferenciando entre dos ratios, el del proceso y el de producto, con el fin de considerar el valor exergético de los subproducto generados en los procesos. Estos mismos autores junto a Carrasquer [42], enfocaron el estudio en la aplicación del análisis exergético para observar la mejora de eficiencia en la eliminación de los residuos al valorizarlos. Un planteamiento parecido realizaron Mora- Bejarano y Oliveira [33],[43] empleando los ratios exergéticos, eficiencia exergética ambiental (η env,exerg ) y ratio de polución (R pol,t ) como indicadores en el análisis de plantas depuradoras de agua. Reseñar también que Gallegos y Zaleta [44] desarrollaron como modelo para medir la eficiencia exergética el ratio que relaciona la variación entre la exergía en el agua de entrada y de salida con la exergía de los recursos empleados en el proceso. De entre los trabajos científicos relacionados con la aplicación de análisis exergético en plantas de tratamiento de aguas, con el fin último de determinar el estado de las masas de aguas naturales mediante la cuantificación de su contenido exergético, caben destacar los desarrollados por Valero, Uche y Martínez [5][11], aplicados a las cuentas de la región de ANÁLISIS EXERGÉTICO EN PLANTAS DE TRATAMIENTO DE AGUA ANA ISABEL LOZANO GARCÍA Página 16 de 91 La ecuación 10 puede ser utilizada indistintamente con el TOC o con el COD, debido a la poca diferencia en los resultados obtenidos al aplicar una u otra [18]. En el caso de los compuestos de nitrógeno y fósforo la aplicación de la ecuación 12 nos daría la exergía de formación a partir de las exergías estándar de los elementos que dan lugar al compuesto. F GH,I =∑JK(∆N IK +∑O P F GH,OP ) PK Ec. 12 Tomando la afirmación de Hëllstrom de que todo el nitrógeno se puede considerar como amonio (NH 4+ ) y el fósforo como fosfatos (PO 43- ) [16], las exergía específicas de formación para cada uno de estos compuestos de acuerdo con Szargut [15] es, b ch,N (kJ/mol)=322.1 y b ch,P (kJ/mol)=204,4. 3.3 Exergía de los flujos de subproductos generados en los procesos de tratamiento. Al tratar las aguas en las estaciones de tratamiento su contenido exergético disminuye. Gran parte de la exergía contenida en el agua a la entrada de la planta se debe a su carga orgánica e inorgánica, parte de las cuales son retiradas en forma de residuos. Los residuos que se van a considerar en el estudio son las arenas, fangos y grasas. 3.3.1 Arenas Las arenas retiradas durante el proceso de depuración de las aguas residuales provienen de la sedimentación de parte de la materia en suspensión contenida en el agua residual (sólidos en suspensión). Para poder evaluar en el análisis exergético se consideran las arenas como sílice (SiO 2 ) [19]. Dado que la sílice es un compuesto muy minoritario en la composición de las aguas de mar (0,447 ppm), no se ha considerado este como elemento presente en el ambiente de referencia, realizándose los cálculos a partir de la exergía química de formación de la sílice. El valor de exergía química estándar para el caso de la molécula de SiO 2 se ha consultado en diferentes fuentes, considerándose como cuarzo, ya que existen otras formas de este compuesto en la naturaleza (cristobalita, amorfo). Dependiendo de la fuente consultada, el valor dado difiere desde 2,2 kJ/mol [15] hasta 0,82 kJ/mol [20]. Para la realización de los cálculos, con lo que la exergía química estándar será, b ch,arena (kJ/mol)=0.82, según la coherencia del análisis de los resultados obtenido con diferentes valores. ANÁLISIS EXERGÉTICO EN PLANTAS DE TRATAMIENTO DE AGUA ANA ISABEL LOZANO GARCÍA Página 17 de 91 3.3.2 Grasas Los ácidos grasos que se encuentran en estado sólido se denominan grasas. Las grasas presenten en las aguas residuales urbanas proviene principalmente de las grasas animales, aceites y ceras. La molécula que representa a la mayoría de los ácidos grasos presentes en la naturaleza es C 18 H 32 O 2 , la cual tiene un peso molecular de 282 g/mol y un poder calorífico de 38,874 kJ/kg [19]. Al ser las grasas un compuesto constituido por carbono, hidrógeno y oxígeno se pueden considerar combustibles sólidos. Según Kotas [2], la exergía química de los combustibles sólidos y líquidos se puede calcular asumiendo un ratio (o coeficiente) entre el valor de exergía química contenida y su poder calorífico inferior: R=    - Ec. 13 Este coeficiente puede ser calculado a partir del análisis elemental en base seca y fracciones másicas empleando la siguiente expresión: R=%.ST>+.%UU   +.V% @  +.SS    Ec. 14 Donde para el caso de las grasa los valores de hidrógeno, carbono, nitrógeno y oxígeno serán 0,113, 0,766, 0 y 0,113, respectivamente. 3.3.3 Fangos El caso de los fangos es similar a las grasas, ya que estos están compuestos por carbono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno. Al igual que con las grasas, el valor de exergía química contenida en la materia seca de estos se podrá obtener a partir de las ecuaciones 13 y 14 una vez conocido su poder calorífico inferior en base seca y su análisis elemental. La composición de los fangos es muy variable tanto entre fangos procedentes del tratamiento primario y tratamiento secundario, como dependiendo de la depuradora en cuestión y la composición del agua residual. En el caso de estudio que se expondrán en el siguiente apartado, se indicará si los datos empleados han sido obtenidos de datos reales aportados por la planta o por el contrario se ha tenido que utilizar datos procedentes de bibliografía para el cálculo a falta de los anteriores. Para el caso de los fangos procedentes de la planta potabilizadora, el cálculo de su exergía es diferentes, ya que la composición de estos fangos (ver Anexo B, apartado 1.2) están ANÁLISIS EXERGÉTICO EN PLANTAS DE TRATAMIENTO DE AGUA ANA ISABEL LOZANO GARCÍA Página 18 de 91 formada principalmente por las arenas y el precipitado del coagulante, siendo la cantidad de materia orgánica que presentan menor.  W<@,X@?. = , + XX. + @, Ec. 15 Donde b are,rec representa la exergía de las arenas recuperadas (calculadas a partir del parámetro de turbidez como medida de los sólidos en suspensión), b mo,rec representa la materia orgánica que ha sido retirada del agua, b pp corresponde a la exergía del Al(OH) 3(pp) procedentes de la reacción del sulfato de alúmina. 3.4 Exergía de los compuestos químicos. En las plantas de tratamiento de aguas residuales los principales compuestos químicos empleados durante el proceso de depuración son el cloruro férrico (Cl 3 Fe) y el polielectrolito. Para el caso de la planta de potabilización los compuestos empleados son el sulfato de aluminio (Al 2 (SO 4 ) 3 ) y el hipoclorito sódico (NaClO). Las exergías químicas estándar para cada uno de estos elementos se pueden consultar en tablas, cuyo valor se han obtenido aplicando un balance exergético a la reacción de formación del compuesto a partir de sus elementos.    =∆Y W  +∑     Ec. 16 En el caso del polielectrolito (o polímero) no se conoce la composición exacta del mismo, por lo que se ha tomado un valor de referencia usado por Hëllstrom en el análisis exergético de depuradoras de agua [21]. Tabla 3. Exergía química estándar compuestos químicos. CQ b ch 0 (kJ/mol) Cl 3 Fe 228,1 [15] Al 2 (SO 4 ) 3 344,3 [15] NaClO 170,17 Polímero 15,2 * [21] *Dato aportado en kJ/kg ANÁLISIS EXERGÉTICO EN PLANTAS DE TRATAMIENTO DE AGUA ANA ISABEL LOZANO GARCÍA Página 19 de 91 3.5 Exergía asociada a flujos de energía. Dentro de flujos de energía se consideran los procesos de transferencia de trabajo (electricidad) y calor. El contenido exergético para estos flujos tomando la notación de Kotas [2] es:  Flujos de trabajo: su contenido energético es igual a su contenido en exergía.  Flujos de calor:  Z =Z.[ Ec.17 [=%−    Ec. 18 Donde Q representa el valor energético de la corriente de calor y T temperatura a la cual tiene lugar el proceso de transferencia de calor. 3.6 Exergía asociada a flujos en procesos de valorización de los fangos. 3.6.1 Biogás. Mediante el proceso de digestión anaerobia de los fangos procedentes de las plantas de tratamiento de aguas residuales se obtiene un gas con un alto contenido de metano (60-80%) denominado biogás, el cual puede ser empleado como combustible. La obtención de la exergía asociada a la corriente de biogás viene dada por la suma de las componentes térmica, mecánica y química, suponiendo el combustible gaseoso como una mezcla ideal de gases. Con estas suposiciones se ha aplicado la metodología desarrollada por M.A Lozano y A. Valero en [13]:  @< =∑ \ ] \ + \ + \Z ^ Ec. 19 Donde b jT representa la componente térmica, b jP representa la componente mecánica y b jQ la química. Para el caso de la componente térmica, se calculará el calor específico a presión constante de los gases como una ecuación en función de los coeficientes A, B, C y D diferentes para cada una de las sustancias presentes en el biogás, quedando por tanto una expresión de exergía térmica específica para cada una de las sustancias presentes en la mezcla como: \( @)=("−')(−)+% ('−-)]− ^+% T(-−_)]T− T^+% S_]S− S^−"   Ec. 20 ANÁLISIS EXERGÉTICO EN PLANTAS DE TRATAMIENTO DE AGUA ANA ISABEL LOZANO GARCÍA Página 20 de 91 La componente mecánica se obtiene de a partir de la temperatura y presión del ambiente de referencia, la presión a la que se encuentra el biogás y la constante R cuyo valor es 1,98717 cal/mol K:  \ (  @ )=      Ec. 21 En el caso de la componente química de la exergía se distinguen las sustancias presentes en el biogás como elementos presentes en el ambiente de referencia o los que no lo están, siendo el método aplicada para cada caso diferente:  Presentes en el ambiente de referencia (exergía de concentración):  \Z =     Ec. 22 Donde xi hace referencia a la fracción molar de la sustancia en la mezcla y x 0i representa la concentración molar de esa misma sustancia en el ambiente de referencia.  No presentes en el ambiente de referencia (exergía química de formación):  \Z =−`∆   −  ∆a   +∆-   (  −  )−∆-          b+   ] ,   ^  ] ,   ^ X- ] ,   ^ X +   cO( \   ) Ec. 23 Tabla 4. Datos de reacciones de equilibrio con el ambiente de referencia (Adaptado de [13]) i ACr i AHr i ASr i cal/mol K cal/mol cal/mol K CH 4 22,32 -212.797 -58 H 2 S -6,42 -215.530 -88,65 H 2 7,6 -68.317 -38,99 CO -1,6 -67.636 -20,74 ANÁLISIS EXERGÉTICO EN PLANTAS DE TRATAMIENTO DE AGUA ANA ISABEL LOZANO GARCÍA Página 21 de 91 Tabla 5. Datos para los calores específicos a presión constante en gases ideales (Adaptado de [13]) i A i B i D i C i CH 4 4,75 1,20E-02 -2,63E-09 3,03E-06 H 2 S 7,07 3,13E-03 -7,87E-10 1,36E-06 H 2 6,952 -4,58E-04 -2,08E-10 9,56E-07 CO 6,726 4,00E-04 -5,31E-10 1,28E-06 N 2 6,903 -3,75E-04 -6,86E-10 1,93E-06 O 2 6,085 3,63E-03 3,13E-10 -1,71E-06 CO 2 5,316 1,43E-02 1,78E-09 -8,36E-06 *C p (cal/mol K)=A+BT+CT 2 +DT 3 ; T(K) 3.6.2 Gases de combustión Los flujos de gases de combustión para los cuales se ha de calcular su contenido exergético son los generados en el proceso de incineración y combustión en el motor alternativo de combustión interna. Para el cálculo se supondrá una mezcla de gases ideales aplicándose una metodología similar a la descrita para el caso del biogás.  < = X + X +  Ec. 24 Para el caso de los gases el calor específico a presión constante se ha obtenido a partir de los calores específico de cada componente en la mezcla, quedando la componente de exergía térmica:  X ( de d< )= X −  −       Ec. 25 Será necesario conocer la composición de dichos gases en fracciones molares de cada una de las sustancias que los componen en la mezcla, dicho cálculo se realizará a partir de la composición del combustible empleado (en nuestro caso de estudio fangos deshidratados y biogás), suponiendo un exceso de aire según la tecnología de combustión y un proceso de combustión completa. 3.6.3 Fluidos térmicos. El vapor de agua y agua en estado líquido son los dos fluidos térmicos que se emplean en los procesos de valorización de fangos. Estos fluidos son utilizados en el ciclo de Rankine con turbina de gas, así como en los motores de combustión interna para refrigeración y posterior calentamiento del digestor anaerobio. Tanto el ciclo de Rankine como los circuitos de refrigeración de las camisas del MACI son circuitos cerrados, por lo que para el cálculo de exergía bastará con determinar la componente física de esta: ANÁLISIS EXERGÉTICO EN PLANTAS DE TRATAMIENTO DE AGUA ANA ISABEL LOZANO GARCÍA Página 22 de 91 =(−  )−  (−  ) Ec. 26 Donde h y s representan la entalpía y entropía del fluido a la temperatura y presión de trabajo, h 0 , s 0 y T 0 corresponden con los valores de entalpía, entropía y temperatura para el ambiente de referencia. 3.6.4 Combustibles líquidos. Uno de los combustibles líquidos empleados en la depuradora de “La Cartuja” es el gasoil. El cálculo de su exergía química se ha realizado mediante la expresión propuesta por Kotas [2] para la obtención del coeficiente Ҩ, que relaciona el poder calorífico inferior del combustible y su exergía, tal y como ocurría para el caso de los fangos. R=%,S%+,%>U   +,ST @  +,%Vf   %−,VU    Ec. 27 Donde h, c, s y o representan las fracciones másicas en bases seca de cada uno de estos elementos en el combustible.  ,<@  =R.- <@ Ec. 28 3.6.5 Aire de combustión. El aire empleado en los procesos de combustión no presentará exergía química ya que su composición es igual al ambiente de referencia. La exergía que pueda tener el aire provendrá de la componente térmica y mecánica. De este modo su exergía específica, considerando un gas ideal, viene determinada por la siguiente ecuación:   = X, .( , − @ − @ cO   ,  @  +   @ cO     @  Ec. 29 Donde c p,aire corresponde con el calor específíco a presión constante del aire y T s,aire y P aire con la presión y temperatura a la cual se encuentra el aire. 3.7 Definición de índices exergéticos. La eficiencia exergética es definida según Valero y cols. [32] como la proporción del valor exergético de los productos (P) en relación con la exergía contenida en el fuel (F). La diferencia entre la exergía del fuel y del producto determina las pérdidas energéticas en el sistema. Exergía de entrada (B input )-Exergía de salida (B outputs )=Irreversibilidades >0 [=  g  Ec. 30 ANÁLISIS EXERGÉTICO EN PLANTAS DE TRATAMIENTO DE AGUA ANA ISABEL LOZANO GARCÍA Página 23 de 91 En este sentido el coste exergético unitario (K) es definido como la inversa de la eficiencia exergética: d= g   Ec. 31 En el caso de los procesos de tratamiento de aguas el producto está definido como la exergía en el estado hasta el cual quieres depurar la corriente de agua, bien por imposición de la directiva medioambiental o capacidad de depuración de la tecnología que se está empleando. Estos procesos de tratamiento de las aguas, vistos desde un punto de vista termodinámico, están considerados como anti-exergéticos, ya que se produce una disminución de exergía entre el estado inicial de entrada y final de salida, dándose lugar a un residuo con un alto contenido exergético. Se pueden definir varios índices exergéticos dentro del análisis de los procesos de depuración, en el presente estudio los índices que se estudiarán son:  Coste exergético unitario del producto, considerándose como Fuel (F) todos los input en el proceso: agua sin depurar y exergía añadida para poder llevar a cabo el proceso de depuración (compuestos químicos, energía eléctrica, calor…); y como Producto (P) la exergía del agua tras su proceso de tratamiento. d X@h = g   Ec. 32  Coste exergético unitario del proceso, considerándose el mismo Fuel que en el caso anterior, pero en este caso dentro de Producto se considera tanto la exergía del agua tras el proceso de tratamiento (P), como los residuos (R) valorizables obtenidos. d X@ = g &  Ec. 33  Índice de eliminación de residuos, definido como el cociente entre la exergía contenida en los residuos y la exergía del agua de entrada más las exergías añadidas necesarias para llevar a cabo el proceso (electricidad, compuestos químicos…), representada como F. [  , =  g Ec. 34 ANÁLISIS EXERGÉTICO EN PLANTAS DE TRATAMIENTO DE AGUA ANA ISABEL LOZANO GARCÍA Página 24 de 91 En la etapa de tratamiento y valorización de los fangos, el producto será el flujo que está siendo valorizado, mientras que los residuos estarán comprendidos por aquellos flujos que no siendo empleados para la valorización energética tienen contenido exergético. 4. CASOS DE ESTUDIO La metodología descrita en el apartado anterior se va a aplicar en el análisis de tres plantas de tratamiento reales situadas en la ciudad de Zaragoza. La descripción detallada y datos técnicos para cada una de ellas pueden ser consultados en el Anexo B. Una vez estudiadas cada una de ellas se han identificado los distintos flujos que conforman el Fuel y Producto de los procesos. A continuación se presentarán los resultados anuales del análisis exergético, pudiéndose consultar los resultados más detallados en el Anexo C. 4.1 Potabilizadora: “Casablanca” En la potabilizadora de “Casablanca” el Fuel del proceso será la suma de las exergías de las corrientes de entrada, en este caso exergía del agua a tratar junto con las exergía necesaria para llevar a cabo el proceso de potabilización, es decir, electricidad consumida y reactivos químicos añadidos. Por otro lado el Producto será la exergía contenida en el agua tratada y cuando se hable de proceso, se tendrán que considerar los residuos: fangos y agua perdida. Ilustración 2. Esquema input-output para balance exergético en ETAP. La exergía específica del flujo de agua será: b w (kJ/kg agua)=(b IM +b mo +b are ) Ec. 35 ANÁLISIS EXERGÉTICO EN PLANTAS DE TRATAMIENTO DE AGUA ANA ISABEL LOZANO GARCÍA Página 25 de 91 El cálculo del término b IM relativo a la exergía química de materia inorgánica, compuesta por el agua pura y las sales disueltas, se realiza a partir de la salinidad del agua a la entrada de la planta (C) y las actividades de cada una de las sustancias en el ambiente de referencia. Por otro lado el término b mo relativo a la materia orgánica, se puede calcular a partir del parámetro que define, en el caso de la potabilizadora, el contenido de materia orgánica en el agua de entrada, carbono orgánico total (TOC, más apropiado para aguas superficiales) aplicando la ecuación 11. La exergía específica de la arena contenida en el agua se obtendrá a partir del parámetro que en este caso define el contenido de materia en suspensión, la turbidez. La concentración de arena (x are ) medida en mg/l se puede obtener a partir del dato de turbidez en NTU sabiendo que 1 NTU es igual a 0,13 mg/l de SiO 2 .   ( de d<<= )=  ,a   a  , i = ,U( de @ ) V,f < @   ( <  ) i  ( d< T ) Ec. 36 La exergía específica de los compuestos químicos con respecto al agua de entrada se puede calcular a partir de la cantidad de compuesto añadido por m 3 de agua y la densidad del agua, tal y como se muestra en las siguientes ecuaciones:  "(aS)T  de d< <= =  ,"(aS)T  ( de @ ).%. d<"(aS)T Z( T)  "(aS)T  < @ .i  ( d< T )  Ec. 37  -  de d<<= =  ,-  ( de @ ).%. d<- Z( T)  -  < @ .i  ( d< T ) Ec. 38 En el caso del agua perdida, su exergía total se determina a partir de la exergía específica del agua de salida y el caudal perdido en el proceso de tratamiento (diferencia entre el agua que entra y la que sale, proporcionados por los balances de materia mensuales que maneja el Ayto. de Zaragoza). Conocida la exergía específica de los flujos se puede obtener la exergía absoluta sabiendo el caudal de agua y su densidad: B(kJ)=Q(m 3 /s).b(kJ/kg).ρ w (kg/m 3 )  Ec. 39 En los fangos su exergía vendrá determinada por la exergía química contenida en las arenas recuperadas (x are,e -x are,s =x are,rec ), en la materia orgánica retirada (TOC e -TOC s ) y el precipitado formado por la adicción de sulfato de aluminio. La cantidad de precipitado formado, Al(OH) 3, se obtiene multiplicando 0,26 por la cantidad total de sulfato de alúmina añadido (Ver ANÁLISIS EXERGÉTICO EN PLANTAS DE TRATAMIENTO DE AGUA ANA ISABEL LOZANO GARCÍA Página 32 de 91  Tratamiento secundario: el Fuel es el agua de salida del tratamiento primario y el consumo eléctrico es esta etapa, el Producto es el agua de salida de la planta una vez tratada y residuo los fango biológicos.  z0y,B = , + ¢1B  ,B =2,28  z0y~,B = , + ¢1B  , + v:wxy,B =1,36 £ z0y,B =1  z0y,B =0,44 £ z0y~,B =1  z0y~,B =0,73  Tratamiento de los fangos: esta etapa el Fuel está compuesto por los fangos primarios y biológicos, consumo eléctrico asociado a la etapa, compuestos químicos añadidos para el tratamiento y calor necesario en el digestor. El biogás es el Producto deseado, mientras que el Residuos son los fangos digeridos.  z0y, = v:wxy, +  v:wxy,B +  zy2¡ +  12} +  ¢1 +    |*yxá = 2,25  z0y~, = v:wxy, +  v:wxy,B +  zy2¡ +  12} +  ¢1 +    v:wxy, +  |*yxá = 1,24 £ z0y, =1  z0y, = 0,45 £ z0y~, =1  z0y~, = 0,8  Proceso de valorización energética: el biogás alimentado al MACI es considerado como el Fuel, el Producto es la electricidad producida mientras que el Residuo es el calor disipado tanto por camisas como gases de escape.  z0y,¥:2 = |*yxá  ¢2}~{. = 3,08  z0y~,¥:2 = |*yxá  ¢2}~{ +   = 2,01 £ z0y,¥:2 =1  z0y,¥:2 = 0,33 ANÁLISIS EXERGÉTICO EN PLANTAS DE TRATAMIENTO DE AGUA ANA ISABEL LOZANO GARCÍA Página 33 de 91 £ z0y~,¥:2 =1  z0y~,¥:2 =0,50  Eficiencia de eliminación de residuos: considerando como residuos los fangos procedentes del tratamiento primario y secundario, junto con el resto de productos retirados durante el primario, la eficiencia de eliminación de residuos sería: £ }2*,0} = v:wxy +  v:wxyB +  x0:: +  :0},0}~  ,} +  ¢1 +  ¢1B = 0,27 4.3 Depuradora: “La Cartuja” El análisis exergético a la depuradora de “La Cartuja” se ha realizado considerando varias etapas dentro del proceso de depuración, al igual que se procedió con el caso de “La Almozara”. Las etapas de nuevo comprenden tratamiento primario y tratamiento secundario, lo que correspondería con la línea de aguas; tratamiento de los fangos, el cual engloba las etapas de espesado, deshidratación y horno de donde se obtiene un caudal de gases calientes; y por último la etapa de valorización energética, que en este caso se realiza por medio de un ciclo de potencia con turbina de vapor. Los esquemas con los flujos de entrada y salida de cada una de las etapas se muestran en las Ilustración 5 e Ilustración 6. La metodología de cálculo para obtener la exergía específica de los flujos de agua, (b w,e , b w,1 y b w.s ), grasas retiradas en el proceso (b grasa ) y compuestos químicos añadidos (b Cl3Fe y b poly ) es igual a la ya descrita para el caso de “La Almozara”. Lo mismo ocurre para el caso de los fangos primarios y biológicos, donde las ecuaciones a aplicar son las ya mostradas en el caso de “La Almozara” con la diferencia del PCI de los fangos biológicos que en este caso es de 4.141 (dato real suministrado por Utedeza). Los consumos eléctricos en cada una de las etapas consideradas en la depuradora se han estimado a partir del listado equipos instalados en la planta. Los porcentajes obtenidos son de 31% para el primario, 42% para el secundario y 26% para tratamiento de fangos. ANÁLISIS EXERGÉTICO EN PLANTAS DE TRATAMIENTO DE AGUA ANA ISABEL LOZANO GARCÍA Página 34 de 91 Ilustración 5. Esquema input-output para balance exergético en línea de aguas y tratamiento de fangos en “La Cartuja” Ilustración 6. Esquema input-output para balance exergético en ciclo de potencia de “La Cartuja” ANÁLISIS EXERGÉTICO EN PLANTAS DE TRATAMIENTO DE AGUA ANA ISABEL LOZANO GARCÍA Página 35 de 91 Tabla 11. Exergías totales línea de aguas de “La Cartuja” Línea de aguas Exergía total primario (kJ) Exergía total secundario (kJ) Entradas Salidas Entradas Salidas B w,e B EC1 B w1 B are,rec B grasas B fango1 B w1 B Cl3Fe B EC2 B fango2 B w,s 6,17E+11 2,97E+10 5,09E+11 8,90E+09 4,19E+06 1,10E+11 5,09E+11 6,42E+09 4,04E+10 1,89E+11 1,95E+11 En la etapa de tratamiento de los fangos y valorización de los mismos tenemos que considerar el flujo de gases, tanto calientes como fríos, el aire caliente, el combustible auxiliar empleado en el horno y el ciclo de potencia, en el cual tendremos flujos de vapor-agua con una producción de electricidad y un flujo de calor en el condensador. La exergía específica para los flujos de gases es de 594 kJ/kg gas para el caso de los gases calientes, y 150 kJ/kg gas para los gases fríos. En el caso del aire de combustión se ha obtenido una exergía específica de 21,91 kJ/kg aire. El combustible auxiliar empleado en el horno es gasoil, un combustible líquido cuya exergía específica es de 45.436 kJ/kg fuel. Tabla 12. Exergías totales etapa tratamiento de fangos. Tratamiento de fangos Exergía total entradas (kJ) Exergía total salidas (kJ) B fango1 B fango2 B poly B fuel B EC3 B aire,cal B gas,cal 1,10E+11 1,89E+11 1,99E+09 2,88E+09 2,57E+10 3,08E+09 1,36E+11 En el caso del ciclo de potencia se han obtenido la exergía específica de cada una de las corrientes que lo componen: fluidos térmicos, la electricidad producida y el flujo de calor disipado en el condensador, para el cual se ha aplicado la siguiente expresión: ' @h ( d ) =Z ( d ) .(%−    ? ) Ec. 60 Dónde: Z(d)=( S −  ) de d< . ¦X@?=  d<   TV  Ec. 61 Y T sat representa la temperatura de saturación a la cual trabaja el condensador (333,2 K). ANÁLISIS EXERGÉTICO EN PLANTAS DE TRATAMIENTO DE AGUA ANA ISABEL LOZANO GARCÍA Página 36 de 91 Tabla 13. Exergía específica corrientes ciclo de potencia. Tabla 14. Exergías totales etapa de valorización energética. Valorización energética Exergía total entradas (kJ) Exergía total salidas (kJ) B gas,cal B gas,frio B aire B electr B cond 1,36E+11 3,45E+10 3,08E+09 1,39E+10 6,76E+09 El cálculo de los índices exergéticos se realiza a continuación:  Proceso global: se considera como Fuel el agua residual de entrada, los compuestos químicos añadidos, el consumo eléctrico y el gasoil empleado en el horno, siendo el Producto el agua tratada de salida y residuos el calor del condensador y el gas frío (por tanto difiere del caso de “La Almozara”).  z0y = ,}   12}   zy2¡   ¢1   v}2  ,  3,70  z0y~  ,}   12}   zy2¡   ¢1  ,   ~yw   x:,v0*y  3,06  £ z0y 1  z0y  0,27 £ z0y~ 1  z0y~  0,33  Tratamiento primario: igual al ya descrito para “La Almozara”  z0y,  ,}   ¢1  ,  1,27 ANÁLISIS EXERGÉTICO EN PLANTAS DE TRATAMIENTO DE AGUA ANA ISABEL LOZANO GARCÍA Página 37 de 91  z0y~, = ,} + ¢1  , + v:wxy, =1,04 £ z0y, =1  z0y, =0,78 £ z0y~, =1  z0y~, =0,95  Tratamiento secundario: igual a “La Almozara” incluyendo ahora dentro del Fuel el compuesto químico empleado.  z0y,B = , +  ¢1B +  12}  ,B = 2,84  z0y~,B = , +  ¢1B +  12}  , +  v:wxy,B = 1,45 £ z0y,B =1  z0y,B = 0,35 £ z0y~,B =1  z0y~,B = 0,69  Tratamiento de los fangos: el Fuel está compuesto por la exergía de los fangos, primario y biológico, los compuestos químicos añadidos, el consumo eléctrico, el aire caliente de entrada al horno y el gasoil alimentado. En este proceso tenemos como Producto el gas caliente obtenido, no considerándose ningún residuo. Se ha calculado por separado el rendimiento del horno.  z0y, = v:wxy, +  v:wxy,B +  zy2¡ +  :*0} +  ¢1 +  v}2  x:,~:2 = 2,44 £ z0y, =1  z0y, = 0,41  §y0wy = v:wxy, +  v:wxy,B +  :*0} +  v}2  x:,~:2 = 2,39 £ §y0wy =1  §y0wy = 0,45  Proceso de valorización energética. Siguiendo el mismo enfoque que se ha empleado durante todo el estudio, se va a considerar en primer lugar para el coste exergético del producto el fuel como la exergía de los gases calientes y el ANÁLISIS EXERGÉTICO EN PLANTAS DE TRATAMIENTO DE AGUA ANA ISABEL LOZANO GARCÍA Página 38 de 91 producto la electricidad producida, mientras que para el proceso se consideraran como residuos la exergía del gas frío y el aire caliente.  z0y,¥:2 = x:,~:2  ¢2}~{. =9,77  z0y~,¥:2 = x:,~:2  ¢2}~{ + x:,v0íy + :*0} =2,64 £ z0y,¥:2 =1  z0y,¥:2 =0,10 £ z0y~,¥:2 =1  z0y~,¥:2 =0,38 Si en la definición de coste exergético del proceso se incluye ahora como residuo, a los ya mencionados anteriormente, la exergía contenida en el flujo de calor del condensador, no aprovechada en estos momentos, el coste y eficiencia quedarían como:  z0y~,¥:2B = x:,~:2  ¢2}~{ +  x:,v0íy +  :*0} +  ~yw = 2,34 £ z0y~,¥:2B =1  z0y~,¥:2B = 0,43  Eficiencia de eliminación de residuos: se consideran como Residuos el fango primario y secundario, junto con las grasas y arenas. £ }2*,0} = v:wxy +  v:wxyB +  x0:: +  :0},0}~  ,} +  ¢1 +  ¢1B +  12} = 0,44 5. ANÁLISIS DE RESULTADOS Y CONCLUSIONES Con la realización del presente estudio se ha podido demostrar la validez de la aplicación del análisis exergético a plantas de tratamiento de aguas reales (potabilizadora y depuradoras), siendo posible la comparación de los distintos procesos que se llevan a cabo en las mismas. Se ha aplicado no solamente al proceso global de potabilización y depuración, sino también a las diferentes etapas de tratamiento dentro de las depuradoras, pudiendo conocer la eficiencia de cada una de ellas y pudiendo compararse los diferentes procesos de valorización de fangos. El llevar a cabo valorización de los fangos obtenidos es de vital importancia dado el gran contenido exergético que estos presentan. ANÁLISIS EXERGÉTICO EN PLANTAS DE TRATAMIENTO DE AGUA ANA ISABEL LOZANO GARCÍA Página 39 de 91 El objetivo final es analizar la eficiencia energética de la forma más desagregada posible de las tecnologías más consumidoras de energía dentro del ciclo integral del agua, para buscar los puntos de mayor consumo energético en el proceso y por tanto incidir en la mejora tecnológica de dichos puntos. En este punto es conveniente recordar el gran peso del consumo energético derivado del ciclo del agua respecto al consumo total: según el estudio más reciente para España, supone el 7% del consumo energético total [48]. Con ello se pretende dar una visión complementaria al estudio de mejoras en la eficacia del proceso de tratamiento de aguas, en un momento en el que tecnológicamente es factible obtener un agua de la calidad exacta requerida por el usuario final, con diferentes técnicas y métodos (membranas, filtros, UV, ozono, etc). Haciendo un resumen de los resultados obtenidos con el análisis exergético, el proceso de potabilización en la depuradora de “Casablanca” muestra mayor eficiencia energética con respecto a los procesos de depuración. Este hecho demuestra que el hecho el proceso de eliminación de residuos de un agua superficial a un agua potable (en cuanto a calidad es muy similar, y por tanto en cuanto a contenido exergético todavía más) en una potabilizadoras es mucho menos intensivo que la eliminación de SS y MO de unas aguas residuales urbanas de una depuradora, y ello se traduce en un menor consumo de recursos para realizarse. Ello redunda en tener unos bajos índices de eliminación del residuo en el caso de potabilizar, y altos valores en el caso de depurar. La tabla 15 muestra un resumen comparativo de resultados globales de ambas plantas. Tabla 15. Resumen resultados obtenidos plantas de tratamiento. Planta Índice Exerg. Proceso Global Primario Secundario Trat am . Fangos Valorización Almozara k proc 1,98 1,06 1,36 1,24 2,01 k prod 2,72 1,18 2,28 2,25 3,08 Cartuja k proc 3,06 1,04 1,45 2,44 2,64 k prod 3,7 1,27 2,84 9,77 Casablanca k proc 1,161 n.a n.a n.a n.a k prod 1,254 *n.a: no aplica Hay que reseñar, sobre todo en el caso de la potabilizadora de “Casablanca”, el gran peso del contenido exergético del agua bruta (entrada) y del agua potable (salida), que hace que un mayor consumo energético en planta (eléctrico, en kWh/m 3 ) no suponga un incremento significativo del coste exergético: es una de las ventajas que ofrece el análisis exergético frente ANÁLISIS EXERGÉTICO EN PLANTAS DE TRATAMIENTO DE AGUA ANA ISABEL LOZANO GARCÍA Página 40 de 91 al energético, el que permita ver donde existe energía útil que no es aprovechada tecnológicamente en la actualidad. También en el caso de la potabilizadora, es interesante hacer una revisión temporal de los indicadores, teniendo en cuenta que a partir del 2009 existe la infraestructura de captación de aguas desde el embalse de Yesa (con almacenamiento intermedio en La Loteta), con una calidad mucho mayor que el agua captada del Canal Imperial, o incluso del Ebro (en períodos de limpieza del mismo): se observa que los rendimientos exergéticos son peores durante el año 2.008, año en el cual se empleó una mayor cantidad de reactivos. Ilustración 7. Variación rendimiento exergético en “Casablanca”. Comparando el proceso global de depuración tanto en “La Almozara” como en “La Cartuja” se ve el coste exergético en “La Almozara”, tanto el del proceso (1,98) como producto (2,72) es menor que en “La Cartuja”, 3,06 y 3,70. Para el caso de “La Almozara” y después de haber realizado la digestión anaerobia, se obtiene como residuo un fango digerido, el cual, aunque ha reducido su contenido energético con respecto al fango sin digerir, sigue teniendo un valor exergético y posibilidad por tanto de valorización energética [41], de aquí la diferencia encontrada entre el coste exergético del producto (2,72) y del proceso (1,98). En el caso de “La Cartuja” la diferencia entre ambos costes no es tan elevada, obteniéndose como residuo un calor aprovechable. Es necesario recordar aquí que “La Cartuja” es una planta tiene un coste energético no habitual, derivado del sistema de desodorización que cuenta en sus instalaciones cerradas, y que está cargado equitativamente a todas las etapas de su proceso. Además, “La Cartuja” trata aguas provenientes del polígono industrial de Malpica, que presentan en general un mayor coste de depuración. 0,740 0,750 0,760 0,770 0,780 0,790 0,800 0,810 0,820 dic nov oct sep ago jul jun may abr mar feb ene η_prod Rendimiento exergético producto "Casablanca" 2.008 2.009 2.010 ANÁLISIS EXERGÉTICO EN PLANTAS DE TRATAMIENTO DE AGUA ANA ISABEL LOZANO GARCÍA Página 41 de 91 Ahondando en el análisis exergético por etapas en los tratamientos de depuración, se observa que dentro de la línea de aguas el tratamiento primario presenta unos costes exergéticos menores que el secundario. En el análisis de estas etapas se ha podido comprobar el gran valor exergético de los residuos, en este caso fangos, que se generan en las depuradoras, lo que hace necesario su aprovechamiento. En la línea de tratamiento de fangos, como se definió con anterioridad, se considera como producto la obtención del biogás, en el caso de “La Almozara” y para “La Cartuja” la obtención de gases de escape calientes del horno. Los costes exergéticos del producto para ambos casos son similares 2,25 y 2,44, para “La Almozara” y “La Cartuja”. Sin embargo, el proceso de digestión anaerobia no solo tiene como producto el biogás, sino que hay unos fangos digeridos como residuo con un contenido exergético, con lo que el coste exergético del proceso se podría mejorar hasta 1,24. Por tanto, se puede concluir que el tratamiento de los fangos mediante un proceso de digestión anaerobia presenta mejor eficiencia exergética. Comparando los procesos de valorización energética, en el caso de estudio, biogás como combustible en un motor de combustión interna y gases de combustión a alta temperatura en un ciclo de potencia, se ha visto que considerando únicamente como producto la electricidad que se obtiene, el empleo del MACI en “La Almozara” presenta unos rendimientos exergéticos más elevados, del orden de 0,33. En “La Cartuja” donde se emplea un intercambiador y ciclo de potencia con el vapor generado, el proceso de obtención de electricidad como producto único presenta un rendimiento exergético muy bajo, de 0,10. El uso del calor desprendido en el MACI (camisas y gases de escape) en “La Almozara” mejora el rendimiento exergético del proceso hasta un 0,5. En “La Cartuja”, considerando los residuos aprovechados en el proceso, el rendimiento exergético es mejorado hasta un 0,38. Sin embargo hay un calor residual en el condensador con un contenido exergético que actualmente se disipa por medio de torres de refrigeración a una temperatura ciertamente elevada, que de ser aprovechado mejoraría el rendimiento exergético del proceso hasta un 0,43. Es de reseñar aquí que el diseño del ciclo de vapor de recuperación de calor de los fangos incinerados es francamente mejorable (véase por ej. la estrangulación de vapor vivo a 28 bar para alimentar el desgasificador a 3 bar, o la producción de vapor con incluso fracción líquida en la expansión de la turbina). En cuanto a las consideraciones con respecto a los cálculos, su error sistemático producido, y su posible afinamiento futuro dentro de esta línea de trabajo, es conveniente destacar los siguientes puntos: ANÁLISIS EXERGÉTICO EN PLANTAS DE TRATAMIENTO DE AGUA ANA ISABEL LOZANO GARCÍA Página 48 de 91 ANEXO A . PARÁMETROS CARACTERÍSTICOS DE CALIDAD EN LAS AGUAS. La calidad de las aguas está definida por una serie de parámetros que caracterizan su composición física, química y biológica. A continuación se recoge información sobre los diferentes parámetros que determinan la calidad de las aguas. Dicha información ha sido elaborada a partir de [22] y [23].  Temperatura. La temperatura del agua residual suele ser más elevada que la del agua de suministro, debido principalmente al vertido de aguas calientes procedentes de las casas o los procesos industriales. En función de la situación geográfica, la temperatura media anual del agua residual puede varias entre 10- 21ºC, pudiéndose tomar 15,6ºC como valor representativo. La importancia de este parámetro radica en su influencia sobre el desarrollo de la vida acuática, las reacciones químicas y velocidades de reacción, así como sobre la aptitud del agua para ciertos usos. Por otro lado el oxígeno es menos soluble en agua caliente que en agua fría. Es por ello que se debe tener en cuenta que un aumento importante en la temperatura puede provocar la mortalidad de la vida acuática, así como la proliferación indeseada de plantas acuáticas y hongos.  pH. La concentración del ión hidrógeno es un parámetro de calidad de gran importancia tanto para el caso de aguas naturales como residuales. El intervalo de concentración adecuado para la adecuada proliferación y desarrollo de la vida biológica es bastante estrecho y crítico. El agua residual que presenta un valor de ion hidrógeno inadecuado tiene dificultades para su tratamiento por procesos biológicos. Un pH de 7 representa el estado neutro para aguas a 8ºC.  Turbidez. La turbidez es una propiedad que ayuda a cuantificar la cantidad de luz que atraviesa una columna de agua con partículas orgánicas orgánicas dispersas y partículas inorgánicas. La dispersión de la luz se incrementa con la carga de partículas en suspensión. La turbidez se mide en Unidades Nefelométricas de Turbidez (NTU) pero también se puede medir en Unidades de Turbidez de Jackson (JTU). Las medidas de la turbidez se hacen normalmente en aguas limpias, en el sentido que son opuestas a las aguas residuales. La turbidez se puede relacionar con la cantidad de sílice como: 1 NTU =0,13 mg/l de SiO 2 ANÁLISIS EXERGÉTICO EN PLANTAS DE TRATAMIENTO DE AGUA ANA ISABEL LOZANO GARCÍA Página 49 de 91  Sólidos totales. Todos los contaminantes del agua que no sean gases, contribuyen al contenido de sólidos. Los sólidos pueden estar en el agua, bien en suspensión bien en disolución. El parámetro sólido se utiliza para evaluar y medir todos los sólidos disueltos y en suspensión del agua. Se pueden realizar varias pruebas diferentes respecto a los sólidos: los disueltos, los sedimentados, los suspendidos, los totales, los volátiles y la conductancia eléctrica. - Total de sólidos disueltos (TDS). El valor de la muestra de agua re refiere a los sólidos en disolución. La materia disuelta está compuesta por moléculas orgánicas e inorgánicas e iones en disolución en el agua, la cual se pueden relacionar con la conductividad del agua. - Sólidos sedimentados. Son sólidos en suspensión, que se espera sedimenten por gravedad, en un depósito de sedimentación de gran tamaño. - Sólidos en suspensión (SS o TSS). Los sólidos no disueltos, se llaman también materia en suspensión. No tiene significado en el aguas potables dado que la turbidez arroja un valor proporcional, y es más fácil de medir. - Sólidos totales. La cantidad de sólidos totales (TS) se obtiene como residuo después de someter al agua a un proceso de evaporación a una temperatura de entre 103-105ºC. - Sólidos volátiles. Constituidos por compuestos orgánicos volátiles. - Conductividad o conductancia. Medida de la corriente eléctrica transmitida por las sustancias iónicas, por lo tanto los sólidos disueltos están directamente relacionados con esta medida. La expresión que los relaciona es la siguiente: TDS (mg/l) =0.64 x Conductividad (µS/cm) Ec. 62  Materia orgánica. Los compuestos orgánicos están formados normalmente por combinaciones de carbono, hidrógeno, oxígeno, y en determinados casos por nitrógeno. También pueden estar presentes otros elementos como azufre, fósforo o hierro. Los principales grupos de sustancias que están presentes en las ANÁLISIS EXERGÉTICO EN PLANTAS DE TRATAMIENTO DE AGUA ANA ISABEL LOZANO GARCÍA Página 50 de 91 aguas residuales son las proteínas (40-60 %), hidratos de carbono (25-50 %), grasas y aceites (10 %). La medida del contenido de materia orgánica en un agua se puede determinar mediante diferentes ensayos, entre los que tenemos: - Demanda bioquímica de oxígeno (DBO). El parámetro más ampliamente empleado, aplicable tanto a aguas residuales como a aguas superficiales es la DBO a 5 días (DBO 5 ). La determinación del mismo está relacionada con la medición del oxígeno disuelto que consumen los microorganismos en el proceso de oxidación bioquímica de la materia orgánica. - Demanda química de oxígeno (DQO). El ensayo de este parámetro emplea un agente químico fuertemente oxidante en medio ácido para la determinación del equivalente de oxígeno de la materia orgánica al oxidarse. La DQO de un agua residual puede ser mayor que la DBO, siendo debido al mayor número de compuestos cuya oxidación tiene lugar por vía química frente a los que se oxidan por vía biológica. - Carbono orgánico total (COT). Este método es indicado para pequeñas concentraciones de materia orgánica. El ensayo se realiza inyectando una cantidad conocida de muestra en un horno a alta temperatura o en un medio químicamente oxidante. En presencia de un catalizador, el carbono orgánico se oxida a anhídrido carbónico, la producción del cual se mide cuantitativamente mediante un analizador de infrarrojos. - Demanda teórica de oxigeno (DTO). Este parámetro se puede calcular siempre que se disponga de la fórmula química de la materia orgánica. Entre todas las formas de expresar el contenido de materia orgánica se pueden establecer relaciones constantes que dependerán del tipo de agua residual y de su origen. Tabla 16. Correlaciones entre las diferentes medidas de contenido de materia orgánica (Adaptado de [22]). Tipo de agua BOD/COD BOD/TOC COD/TOC Residual 0,3-0,8 1,2-2,0 2,909 Después del primario 0,4-0,6 0,8-1,2 2 Tratada 0,1-0,3 0,2-0,5 1,75 ANÁLISIS EXERGÉTICO EN PLANTAS DE TRATAMIENTO DE AGUA ANA ISABEL LOZANO GARCÍA Página 51 de 91  Nitrógeno. El contenido total de nitrógeno está compuesto por nitrógeno orgánico, amoniaco, nitrito y nitrato. El contenido de nitrógeno orgánico se determina con el método Kjeldahl. En este método de análisis la muestra acuosa se hierve con el objeto de eliminar el amoníaco, para dar paso al proceso de digestión en el que el nitrógeno orgánico se transforma en amoníaco. El nitrógeno Kjeldahl total se determina del mismo modo que el nitrógeno orgánico, con la diferencia de que no se elimina el amoníaco presente antes del proceso de digestión. Por lo tanto el nitrógeno Kjeldahl total incluye ambas formas de nitrógeno, el amoniacal y el orgánico. En la Ilustración 8 se representan las diferentes formas en las que el nitrógeno está presente en la naturaleza, junto con los diferentes mecanismos según los cuales van cambiando sus formas. El amoníaco y el amonio son las formas del nitrógeno que principalmente están presentes en las aguas, el suelo y como descomposición de plantas y residuos animales.  Fósforo. El fósforo en exceso provoca nocivas proliferaciones de algas, por lo que es de interés el limitar la cantidad de compuestos de fósforo que puede alcanzar las aguas superficiales por medio de vertidos de aguas residuales domésticas e industriales. Las formas más frecuentes en las que se presenta el fósforo en las disoluciones acuosas incluyen el ortofosfato, polifosfato y fosfatos orgánicos. Los ortofosfatos son PO 4-3 , HPO 4-2 , H 2 PO 4- , H 3 PO 4 , y se hallan disponibles para el metabolismo biológico sin que sea precisa una ruptura posterior. La hidrólisis de los polifosfatos, proceso en el que se recuperan sus formas como ortofosfatos, tiene lugar en disolución acuosa. El fósforo orgánico es de poca importancia en la mayor parte de los residuos domésticos, pero puede ser un constituyente importante en vertidos industriales. En la Ilustración 9 se puede ver el ciclo natural del fósforo. ANÁLISIS EXERGÉTICO EN PLANTAS DE TRATAMIENTO DE AGUA ANA ISABEL LOZANO GARCÍA Página 52 de 91 Ilustración 8. Ciclo del nitrógeno [34] Ilustración 9. Ciclo del fósforo [34] ANÁLISIS EXERGÉTICO EN PLANTAS DE TRATAMIENTO DE AGUA ANA ISABEL LOZANO GARCÍA Página 53 de 91 Tabla 17. Características de las aguas residuales (Adaptado de [22]) Características del agua residual. Propiedades físicas Color Olor Sólidos Temperatura Propiedades químicas -Constituyentes orgánicos Carbohidratos Grasas animales, aceites Pesticidas Fenoles Proteínas Compuestos orgánicos volátiles Agentes tensoactivos -Constituyentes inorgánicos Alcalinidad Cloruros Metales pesados Nitrógeno Fósforo pH Azufre Propiedades biológicas Animales Plantas Protistas Virus ANÁLISIS EXERGÉTICO EN PLANTAS DE TRATAMIENTO DE AGUA ANA ISABEL LOZANO GARCÍA Página 54 de 91 ANEXO B. PLANTAS DE TRATAMIENTO: DESCRIPCIÓN DETALLADA Y DATOS TÉCNICOS. 1. PLANTAS DE TRATAMIENTO Los dos tipos principales de plantas de tratamiento de aguas son las de depuración y potabilización. A continuación se presenta una descripción general de ambos procesos de tratamiento a partir de la información recopilada de [22], [23] y [24]. 1.1 Plantas de depuración. Las estaciones depuradoras de aguas residuales tienen como objetivo reducir la carga de contaminantes del vertido, con el fin de hacerlo inocuo para el medio ambiente. Para poder alcanzar los objetivos de calidad del agua antes de su vertido impuestos por la directiva ambiental es necesaria la aplicación de diferentes etapas y procesos en la depuración. En la Tabla 18 se recogen algunos de los rendimientos de eliminación mediante los diversos procesos de depuración de los parámetros principales de medida de contaminación en las aguas residuales. Tabla 18. Rendimientos de eliminación del constituyente en porcentaje mediante diversas operaciones y procesos unitarios empleados en el tratamiento primario y secundario (Adaptado de [22]). DBO DQO SS P N-org NH 3 -N Rejas de barras nulo nulo nulo nulo nulo nulo Desarenadores 0-5 0-5 0-10 nulo nulo nulo Sedimentación primaria 30-40 30-40 50-65 10-20 10-20 0 Fangos activados 80-95 80-85 80-90 10-25 15-50 8-15 Filtro percoladores 65-80 60-80 60-85 8-12 15-50 8-15 Biodiscos 80-85 80-85 80-85 10-25 15-50 8-15 Cloración nulo nulo nulo nulo nulo nulo 1.1.1 Pretratamiento . El pretratamiento de las aguas residuales tiene como objetivo la eliminación de los constituyentes cuya presencia pueda provocar problemas de mantenimiento y funcionamiento de los diferentes procesos, operaciones y sistemas auxiliares. Dentro del pretratamiento se incluyen los procesos de predesbaste, desbaste y dilaceración para la eliminación de sólidos gruesos y trapos, flotación para la eliminación de grasas y aceites y desarenado para la ANÁLISIS EXERGÉTICO EN PLANTAS DE TRATAMIENTO DE AGUA ANA ISABEL LOZANO GARCÍA Página 55 de 91 eliminación de materia en suspensión gruesa que pueda causar obstrucciones en los equipos y desgaste. 1.1.2 Tratamiento primario. En el tratamiento primario se elimina una fracción de los sólidos en suspensión y de la materia orgánica. Las operaciones físicas para la separación empleadas suelen ser el tamizado y la sedimentación, esta última más extendida y consistente en la separación por acción de la gravedad de las partículas suspendidas de mayor peso que el agua. Los equipos en los que se lleva a cabo reciben en nombre de decantadores primarios, de los cuales se obtiene un efluente clarificado y la producción de unos fangos (fangos primarios). 1.1.3 Tratamiento secundario. El tratamiento secundario de las aguas residuales está encaminado principalmente a la eliminación de los sólidos en suspensión y de los compuestos orgánicos biodegradables. Este tratamiento incluye procesos como fangos activados, reactores de lecho fijo, los sistemas de lagunaje y la sedimentación. Los nutrientes contenidos en las aguas residuales, fósforo y nitrógeno, deben eliminarse igualmente de las aguas residuales y su eliminación suele realizarse en combinación con el tratamiento secundario; por ejemplo, se pueden añadir sales metálicas en los tanques de aireación para provocar la precipitación del fósforo en el proceso de decantación final, o se puede llevar a cabo un proceso de desnitrificación biológica como continuación de un proceso de fangos activados. Como productos de este proceso de obtiene un agua tratada y unos fangos (fangos secundarios o biológicos). El agua tratada que sale de este tratamiento puede estar sometida a un tratamiento avanzado posterior que puede incluir coagulación química, floculación y sedimentación seguida de una filtración con carbón activo. Para la eliminación de iones específicos y para la reducción de sólidos disueltos, se emplean métodos menos comunes como intercambio iónico o la ósmosis inversa. 1.1.4 Tratamiento de fangos. Los constituyentes del agua residual eliminados en las plantas de tratamiento incluyen basuras, arenas, espumas y fangos. El fango producido en las operaciones y procesos de tratamiento de las aguas residuales suelen ser un líquido o líquido semisólido con un contenido de sólidos. Los problemas derivados del manejo de los fangos son complejos debido a que el fango está formado principalmente por las sustancias responsables del carácter desagradable de las aguas residuales no tratadas, la fracción del fango a evacuar, generada en el tratamiento ANÁLISIS EXERGÉTICO EN PLANTAS DE TRATAMIENTO DE AGUA ANA ISABEL LOZANO GARCÍA Página 56 de 91 biológico del agua residual, está compuesta principalmente por la materia orgánica y solo una pequeña parte del fango está compuesta por materia sólida. El principal objetivo del tratamiento de los fangos es la reducción de su contenido en agua y materia orgánica, así como acondicionar el fango para su reutilización o evacuación final. Los principales métodos empleados en el tratamiento y evacuación del fango se recogen en la Tabla 19. El espesamiento (concentración), acondicionamiento, deshidratación y secado del fango, se utilizan para eliminar la humedad; la digestión, compostaje, incineración, oxidación con aire húmedo, y los reactores de tubo vertical, se utilizan principalmente para tratar y estabilizar la materia orgánica contenida en el fango. El acondicionamiento químico el fango para la etapa de deshidratación permite reducir la humedad del fango desde el 90-99 % hasta el 65-85 %. Este acondicionamiento da lugar a la coagulación de los sólidos y la liberación del agua absorbida. Los productos químico que se emplean incluyen el cloruro férrico, la cal, la alúmina y polímeros orgánicos. Tabla 19. Métodos de tratamiento y evacuación de fangos (Adaptado de [22]) Operación unitaria Función Operaciones de pretratamiento Dilaceración Reducción de tamaño Desarenado Eliminación de arenas Mezclado Mezclado Almacenamiento Almacenamiento Espesamiento Por gravedad Reducción de volumen Por flotación Reducción de volumen Por centrifugación Reducción de volumen Por gravedad en filtros banda Reducción de volumen En tambor rotativo Reducción de volumen Estabilización Estabilización con cal Estabilización Digestión anaerobia Estabilización, reducción de masa Tratamiento térmico Estabilización Digestión aerobia Estabilización, reducción de masa Compostaje Estabilización, recuperación de productos Acondicionamiento Acondicionamiento químico Acondicionamiento del fango Acondicionamiento térmico Acondicionamiento del fango ANÁLISIS EXERGÉTICO EN PLANTAS DE TRATAMIENTO DE AGUA ANA ISABEL LOZANO GARCÍA Página 57 de 91 Deshidratación Filtro de vacío Reducción de volumen Centrífuga Reducción de volumen Filtro banda Reducción de volumen Filtro prensa Reducción de volumen Eras de secado Reducción de volumen Lagunaje Almacenamiento y reducción de volumen Secado Instantáneo Reducción de peso, reducción de volumen Por pulverización Reducción de peso, reducción de volumen En horno rotativo Reducción de peso, reducción de volumen En horno de pisos múltiples Reducción de peso, reducción de volumen Evaporación de efecto múltiple Reducción de peso, reducción de volumen Reducción térmica Hornos de múltiples pisos Reducción de volumen, recuperación de energía Horno de lecho fluidificado Reducción de volumen Incineración conjunta con residuos sólidos Reducción de volumen Oxidación por vía húmeda Estabilización, reducción de volumen Reactor vertical de pozo profundo Estabilización, reducción de volumen Evacuación final Aplicación al terreno Evacuación final Distribución y comercialización Usos beneficiosos Fijación química Usos beneficiosos, evacuación final A vertedero Evacuación final Lagunaje Reducción de volumen 1.1.5 Procesos de precipitación química. La precipitación química en el tratamiento de las aguas residuales lleva consigo la adicción de productos químicos con la finalidad de alterar el estado físico de los sólidos disuelto y en suspensión, y facilitar su eliminación por sedimentación. Los productos químicos que se suelen añadir al agua residual son: sulfato de alúmina, cal, cloruro férrico, sulfato férrico y sulfato ferroso. ANÁLISIS EXERGÉTICO EN PLANTAS DE TRATAMIENTO DE AGUA ANA ISABEL LOZANO GARCÍA Página 64 de 91 Ilustración 11. Línea de fangos en La Almozara. 2.2 Datos técnicos de la planta “La Almozara” Los datos mensuales aportados por planta en cuanto a medida de calidad del agua a la entrada y salida del tratamiento de depuración, han sido la DQO, DBO 5 , el nitrógeno total (NTK), la materia en suspensión (SS), el fósforo total (P) y la conductividad eléctrica a la entrada, así como el caudal diario en m 3 de agua. Debido a cuestiones de confidencialidad, los datos de consumo energético y parámetros de calidad en las aguas de salida de depuradora no se muestran en las tablas. Para obtener los parámetros del agua a la salida del tratamiento primario, y dado que no han sido facilitados por la planta, se han supuesto unos rendimientos de eliminación de DBO, SS, NTK y P, de acuerdo con los valores presentados en la Tabla 18. La DQO se ha obtenido considerando la relación existente con la DBO para un agua después del tratamiento primario (Ver Tabla 16). ANÁLISIS EXERGÉTICO EN PLANTAS DE TRATAMIENTO DE AGUA ANA ISABEL LOZANO GARCÍA Página 65 de 91 Tabla 21. Datos aportados de caudal y conductividad. Mes Q Cond C E. comprada [m_3/mes] [microS/cm] mg/l kWh/mes ene-10 841.526 1.252 801,3 d.c feb-10 715.204 1.512 967,7 d.c mar-10 845.493 1.494 956,2 d.c abr-10 895.254 1.431 915,8 d.c may-10 952.218 1.548 990,7 d.c jun-10 989.970 1.546 989,4 d.c jul-10 1.069.000 1.434 917,8 d.c ago-10 1.025.000 1.568 1004 d.c sep-10 1.006.000 1.441 922,2 d.c oct-10 984.067 1.568 1004 d.c nov-10 868.026 1.354 866,6 d.c dic-10 871.011 1.341 858,2 d.c d.c: dato confidencial. Tabla 22.Parámetros de calidad del agua. Mes Entrada a planta Tratamiento primario* Salida de planta P NTK DQO DBO_5 SS P NTK DQO DBO SS P NTK DQO DBO_5 SS [mg/l] [mg/l] [mg/l] [mg/l] [mg/l] [mg/l] [mg/l] [mg/l] [mg/l] [mg/l] [mg/l] [mg/l] [mg/l] [mg/l] [mg/l] ene-10 6 53,03 550 283 268 5,0 51,44 509,4 229,2 160,8 d.c d.c d.c d.c d.c feb-10 5,1 49,3 562 249 230 4,3 47,82 448,2 201,7 138 d.c d.c d.c d.c d.c mar-10 6,2 58,58 598 265 256 5,2 56,82 477 214,7 153,6 d.c d.c d.c d.c d.c abr-10 5,2 41,94 458 198 233 4,4 40,68 356,4 160,4 139,8 d.c d.c d.c d.c d.c may-10 6 44,96 464 206 236 5,0 43,61 370,8 166,9 141,6 d.c d.c d.c d.c d.c jun-10 5,2 45,94 443 200 212 4,4 44,56 360 162 127,2 d.c d.c d.c d.c d.c jul-10 4,7 36,98 380 167 190 3,9 35,87 300,6 135,3 114 d.c d.c d.c d.c d.c ago-10 4 33,41 369 117 178 3,4 32,41 210,6 94,77 106,8 d.c d.c d.c d.c d.c sep-10 5,5 39,67 477 191 242 4,6 38,48 343,8 154,7 145,2 d.c d.c d.c d.c d.c oct-10 6,1 48,08 518 244 247 5,1 46,64 439,2 197,6 148,2 d.c d.c d.c d.c d.c nov-10 6,9 51,36 619 250 302 5,8 49,82 450 202,5 181,2 d.c d.c d.c d.c d.c dic-10 7,3 57,55 696 305 350 6,1 55,82 549 247,1 210 d.c d.c d.c d.c d.c *Datos calculados no aportados por planta. En cuanto a residuos generados, los datos que han sido facilitados por planta son los referentes a las arenas y grasas retiradas en el tratamiento primario, así como la cantidad de fangos digeridos con su sequedad. No se aportaron datos de la cantidad de fangos primarios generados, por lo que se ha estimado su cantidad en términos de materia seca según se describe Isla de Juana en [28] aplicando la siguiente expresión: ANÁLISIS EXERGÉTICO EN PLANTAS DE TRATAMIENTO DE AGUA ANA ISABEL LOZANO GARCÍA Página 66 de 91 ©ªó«¬®ª ¯°ª =±.²² } .%°«¬¯¬´/µ¬ó´ 1000 Donde Q es el caudal de agua a tratar en m 3 /mes, SS e es la cantidad de sólidos en suspensión a la entrada de los decantadores en mg/l (supuesto igual que en la entrada de la depuradora) y porcentaje de eliminación de sólidos en suspensión en el proceso de decantación. Igualmente se ha determinado la cantidad de fangos a la entrada del digestor en términos de materia seca a partir de los datos de contenido en materia orgánica (volátil) para los lodos digeridos aportados por planta, 53,8 % y el contenido de materia orgánica típico en los lodos sin digerir tomado de bibliografía [29], 70%. Así, sabiendo que la materia seca de los lodos está compuesta por materia inorgánica (inerte), la cual no participa en el proceso de digestión anaerobio, y materia orgánica, se ha estimado la cantidad de materia seca alimentada al digestor con los fangos a partir del valor de materia seca en los lodos digeridos siguiendo el procedimiento descrito por Metcalf and Eddy [22]: 46,2%(¶.·°´¸.¬©°¹¬®)=0,3©.100 0,3©+º© 30%(¶.·°´¸.´®¬©°¹¬®)=0,3©.100 0,3©+0,7© º©(µ/´»¬/°¶.¼°´¸.¬©°¹¬®)=30−18,86 46,2 =0,349 De este modo sabemos que de 1 kg de fango seco sin digerir se obtiene 0,6493 kg de fango seco digerido. El volumen de fango en metros cúbicos se puede relacionar con el contenido en masa de materia seca aplicando la siguiente expresión según el procedimiento descrito en Metcalf and Eddy [22]: ½] T ^=  h¾@h (d<) i   d< T .a  .  (%) Ec. 64 Donde M dry solids representa la cantidad de materia seca contenida en los lodos en kg, ρ w densidad del agua en kg/m 3 , S sl gravedad específica del fango tomando el valor de 1,03 y 1,005 para el fango primario y biológico [22], respectivamente; P s porcentaje de sólidos en el lodo, tomándose el 3,5 % en el fango primario y 0,9 % en el biológico [22]. La composición elemental y el poder calorífico del fango no han sido facilitados por planta, por lo que para poder realizar los cálculos se han tomado valores de bibliografía ANÁLISIS EXERGÉTICO EN PLANTAS DE TRATAMIENTO DE AGUA ANA ISABEL LOZANO GARCÍA Página 67 de 91 referentes a fangos no digeridos y digeridos. Para el caso de los fangos secundarios, al no disponer de información en cuanto a su composición se ha supuesto una composición y PCI similar a los fangos no digeridos, mientras que para los fangos primarios se ha tomado un PCI correspondiente a fangos más arenosos, tomando un valor de 2.230 kcal/kg materia seca [29]. Tabla 23. Análisis elemental de los fangos. b.s (%) Fango no digerido[29] Fango digerido[37] C 38 30 H 3,4 4,2 N 2,9 4,8 O 24,3 8,48 S 0,1 0,82 PCI (kcal/kg) 3.966 2.424 [38] Los compuestos químicos empleados en la línea de fangos son el cloruro férrico para la eliminación de azufre en los lodos y el polielectrolito en la etapa de deshidratación. Las cantidades empleadas en la planta corresponden con 7.000 kg/mes de cloruro férrico y 520 kg/mes de polielectrolito. Tabla 24. Subproductos generados. Mes Subproductos generados en el proceso de depuración Arenas Grasas F. Primario* F. Mixtos* F.Digerido Agua en F.digerido Seq_fd [kg/mes] [kg/mes] [kg materia seca/mes] [kg materia seca/mes] [kg materia seca/mes] kg/mes [%] ene-10 8.270 0 90.212 117.084 76.023 324.097 19 feb-10 12.180 0 65.799 145.476 94.457 416.123 18,5 mar-10 15.872 0 86.578 187.838 121.963 492.657 19,7 abr-10 5.360 0 83.438 156.464 101.592 396.408 20,4 may-10 4.280 0 89.889 179.243 116.382 440.471 20,9 jun-10 9.880 3.770 83.949 208.221 135.198 508.602 21 jul-10 3.400 0 81.241 172.153 111.779 417.980 21,1 ago-10 5.820 0 73.043 188.411 122.335 480.304 20,3 sep-10 5.080 0 97.391 237.912 154.476 581.124 21 oct-10 10.500 0 97.226 185.039 120.146 463.088 20,6 nov-10 4.880 0 104.858 200.248 130.021 501.149 20,6 dic-10 4.900 2.100 121.942 194.369 126.204 524.331 19,4 *Datos calculados no aportados por la planta. ANÁLISIS EXERGÉTICO EN PLANTAS DE TRATAMIENTO DE AGUA ANA ISABEL LOZANO GARCÍA Página 68 de 91 Referente a la etapa de valorización, disponemos de datos de biogás generado mensualmente y electricidad producida por el MACI, con la que se abastece entre un 50-80% (dato variable según el mes) de la demanda total energética en la planta depuradora. Mediante el sistema de cogeneración se puede aprovechar el calor disipado en el circuito de refrigeración y los gases de escape, calor que es empleado mediante un sistema de intercambiadores de calor para la calefacción del digestor anaerobio. Según información aportada por planta, disponen de una caldera auxiliar para la generación de agua caliente para su uso en casos puntuales de no disponer de suficiente calor en la cogeneración. No se han aportado datos relativos a consumos en dicha caldera, por lo que no se ha considerado su uso en el análisis exergético. El calor disponible tanto en el circuito de refrigeración de las camisas como en los gases de escape se ha determinado a partir de datos del caudal y temperatura de gases de salida del motor junto con caudal y temperatura de salida del agua en el circuito de refrigeración de las camisas, para el cual se puede tener un salto térmico de temperatura de 6-8 º C (ΔT). Z < ( d ) = <   d<   . X,<  de d<  (  − W ) T.V Ec. 65 Z <=,W. (d)= <=+ T ..i<=d< TX,<=( de d<).∆ T.V Ec. 66 Tabla 25. Energía eléctrica producida y biogás generado. Mes E. Producida Q biogás [kWh/mes] [Nm 3 /mes] ene-10 156.800 67.121 feb-10 148.500 61.936 mar-10 165.700 70.866 abr-10 161.200 72.030 may-10 164.000 73.036 jun-10 129.700 59.460 jul-10 115.300 55.118 ago-10 107.300 51.863 sep-10 125.743 55.620 oct-10 149.200 66.185 nov-10 162.200 70.290 dic-10 167.100 66.743 ANÁLISIS EXERGÉTICO EN PLANTAS DE TRATAMIENTO DE AGUA ANA ISABEL LOZANO GARCÍA Página 69 de 91 Tabla 26. Datos gases de escape y circuito de refrigeración. Gases de escape Caudal gases, m gas (kg/h) 1.240 Temperatura salida, T c (ºC) 485 Temperatura enfriamiento, T f (ºC) 120 * Q (kW) 147 Circuito de refrigeración de camisas (AT) Caudal de agua, m agua (m 3 /h) 30 Temperatura salida (ºC) 90 Q (kW) 207,15 *Temperatura hasta la que se pueden enfriar los gases [30]. La composición en fracciones molares de los gases de escape del motor de combustión interna no ha sido facilitada por planta, por lo que se ha realizado una estimación de está suponiendo una combustión completa para metano y un exceso de aire del 10%, según información bibliográfica [29]. Reacción combustión: CH 4 + 2 O 2  CO 2 + 2 H 2 O De modo que la composición molar de los gases de combustión a la salida del MACI sería la que viene recogida en la siguiente tabla: Tabla 27. Composición molar de los gases de escape. Composición molar Gases de escape (%) CO 2 9 H 2 O 15 O 2 1,7 N 2 75 PM (g/mol) 28,95 ANÁLISIS EXERGÉTICO EN PLANTAS DE TRATAMIENTO DE AGUA ANA ISABEL LOZANO GARCÍA Página 70 de 91 Tabla 28. Datos referentes a biogás(estimación a partir de rangos aportados por la planta) Datos biogás Composición volumétrica % CH 4 60 H 2 S 2 CO 2 + H 2 O 30 H 2 1 CO 5 N 2 1 O 2 1 PCI (kcal/Nm 3 ) 5.020 Ρ CN (kg/m 3 ) 1,2 PM (g/mol) 25,5* *Obtenido como ¿¶=∑À*.¿¶** 3. DEPURADORA DE “LA CARTUJA” 3.1 Descripción detallada del proceso de depuración en “La Cartuja”. La planta de tratamiento de aguas residuales de “La Cartuja” constituye la mayor instalación de tratamiento de aguas residuales en Zaragoza. Con una capacidad instalada para depurar vertidos de una población de 1,2 millones de habitantes equivalentes, procedentes del polígono industrial de Malpica, colector de los núcleos urbanos del tramo final del Huerva y obviamente el resto de la ciudad no abastecido por la depuradora de “La Almozara”. Al igual que la anterior, la planta cuenta con una línea de aguas y otra de fangos. En este caso en la línea de fangos no se realiza la digestión anaerobia sino la incineración de los mismos, aprovechándose los gases de escape para la producción de vapor, el cual es empleado en la generación eléctrica a través de un ciclo Rankine con turbina de vapor. La energía eléctrica generada de este modo abastece entre el 9-15 % del consumo total de la planta. La planta de tratamiento se encuentra cubierta y dispone de un sistema de desodorización para tratamiento del aire vía química inyectándose de nuevo a las naves. El sistema de desodorización es una parte importante de demanda energética en la planta, suponiendo alrededor del 20 % del consumo total de la planta. La línea de tratamiento de aguas está formada por: I. Predesbate. Dispone de un pozo de gruesos y dos rejas para eliminar los sólidos flotantes voluminosos. ANÁLISIS EXERGÉTICO EN PLANTAS DE TRATAMIENTO DE AGUA ANA ISABEL LOZANO GARCÍA Página 71 de 91 II. Elevación de las aguas. 5 grupos sumergidos para elevación del agua a una altura de 10 m. III. Desbaste. Mediante 6 rejas de gruesos y 6 de finos. IV. Desarenado-desengrasado. 6 tanque rectangulares aireados por turbinas sumergidas. V. Decantación primaria laminar. 12 tanques dotados de tolva única y rascador de fondo. VI. Balsas biológicas. 3 reactores biológicos con difusores estáticos. La producción del aire necesario para el proceso se realiza mediante 4 turbocompresores operando a 1,1 bar. En estos mismos reactores se produce la eliminación del fósforo mediante adición de cloruro férrico. Ilustración 12. Línea de tratamiento de aguas en "La Cartuja". Por otro lado la línea de fangos está compuesta por: I. Espesamiento. Espesadores por gravedad de fangos primarios y secundarios mediante 4 tanques circulares. II. Deshidratación. Se deshidratan los fangos mixtos mediante centrífugas de alta sequedad con acondicionamiento de polímero. ANÁLISIS EXERGÉTICO EN PLANTAS DE TRATAMIENTO DE AGUA ANA ISABEL LOZANO GARCÍA Página 72 de 91 III. Incineración de los fangos. Los fangos deshidratados son incinerados en un horno de lecho fluidizado de 6,7 m. Los humos generados son enfriados en un economizador desde los 860 ºC hasta 250 ºC para precalentar el aire de entrada al horno y generar vapor. IV. Aprovechamiento de la energía. En el economizador se genera vapor a 29 bar y 233ºC de temperatura. De este vapor se realiza una extracción, reduciéndose la presión hasta los 3 bares para ser introducida en el desgasificador. El vapor restante se introduce en una turbina de vapor de doble cuerpo produciéndose energía eléctrica. El vapor de salida de la turbina se dirige a un condensador, bombeándose el agua de salida a un desgasificador. Desde la salida del desgasificador el agua es bombeada de nuevo al economizador (intercambiador de calor). Ilustración 13. Línea de fangos en “La Cartuja” 3.2 Datos técnicos referentes a “La Cartuja”. Los parámetros con los cuales se mide la calidad del agua son, al igual que en La Almozara, DQO, DBO 5 , SS, nitrógeno total (NTK) y fósforo total, se conoce cada uno de los valores de estos en el agua de entrada a depuradora, salida de tratamiento primario y agua tratada de salida de depuradora. En el caso de la conductividad solo se conocen los valores de entrada a la planta, los cuales son mayores que en el caso de “La Almozara”, debido a la entrada ANÁLISIS EXERGÉTICO EN PLANTAS DE TRATAMIENTO DE AGUA ANA ISABEL LOZANO GARCÍA Página 73 de 91 de aguas procedentes de polígonos industriales. Igualmente se dispone de datos referentes a caudales de entrada, compuestos químicos añadidos, arenas y grasas retiradas. De la línea de fangos disponemos de datos referentes a caudal (m 3 /mes) y concentración del fango generado, tanto para fangos primarios como biológicos y fangos espesados. En el caso de los fangos deshidratados (introducidos en el horno) se conoce la cantidad de materia seca con el porcentaje de sequedad al cual representa. Para el caso de los fangos deshidratados la planta dispone de los datos correspondientes al análisis elemental en base seca y poder calorífico inferior en kcal/kg materia seca. No se dispone de composición y poder calorífico de manera individual para fangos primarios y biológicos, por lo que se procederá de igual modo que en el caso de “La Almozara”, considerando una composición y PCI para los fangos biológicos similar a la aportada para los fangos deshidratados y un PCI para los fangos primarios correspondiente con fangos arenosos. Tabla 29. Datos generales de "La Cartuja". Mes Q E. comprada C Cond T FeCl 3 Poly Grasa Arenas [m 3 /mes] [MWh/mes] [mg/l] [microS/cm] [ºC] [kg] [kg] [ton/mes] [ton/mes] ene-10 3,61E+06 d.c 1.254 1.959 16,4 394.640 9.709 8,463 46,8 feb-10 3,69E+06 d.c 1.587 2.479 16,8 378.520 10.627 7,644 22,7 mar-10 3,77E+06 d.c 1.078 1.685 16,9 449.660 13.441 8,463 77,8 abr-10 3,85E+06 d.c 1.329 2.077 18,5 446.140 12.890 8,19 53,6 may-10 3,93E+06 d.c 1.461 2.283 20 422.980 12.178 8,463 54,6 jun-10 4,01E+06 d.c 1.526 2.384 22,4 422.660 11.445 8,19 56,6 jul-10 4,10E+06 d.c 1.426 2.228 24,9 317.640 10.718 8,463 60,9 ago-10 4,18E+06 d.c 1.306 2.041 24,9 296.560 8.261 8,463 41,7 sep-10 4,26E+06 d.c 1.317 2.058 24 320.300 9.371 8,19 76,9 oct-10 4,34E+06 d.c 1.385 2.164 21,2 322.740 10.093 8,463 47,1 nov-10 4,42E+06 d.c 1.430 2.234 18,3 351.700 10.321 8,19 55,2 dic-10 4,50E+06 d.c 1.187 1.854 16,2 438.720 12.191 8,463 58,3 ANÁLISIS EXERGÉTICO EN PLANTAS DE TRATAMIENTO DE AGUA ANA ISABEL LOZANO GARCÍA Página 80 de 91 de desbaste seguida de una coagulación mediante adicción de sulfato de alúmina. Una vez realizada la coagulación se produce la decantación mediante 11 decantadores que recirculan fangos, añadiendo como ayudante para la floculación polielectrolito sensiblemente ionizado. Al final de estos procesos se han eliminado un 99% de materia en suspensión, 90% de turbiedad coloidal y 60% de materia orgánica. El proceso continúa con el paso del agua a través de filtros de arena (lecho de arena de sílice). El agua así tratada se bombea a unos depósitos de almacenamiento (180.000 m 3 ) con una cota de altura de 8,5 m superior a la cota donde se encuentra el agua filtrada. Como etapa final se realizad la desinfección dosificando hipoclorito sódico. Ilustración 15. Esquema simplificado ETAP Casablanca [25]. 4.2 Datos técnicos referentes a la ETAP. Los datos aportados por la planta como medida de la calidad del agua han sido la conductividad, medida en µS/cm; turbidez a la entrada y salida de la planta, medida en NTU; y el carbono orgánico total (TOC) a la salida, medido en mg/l. Todos estos parámetros ya han sido descritos en el anexo A. Al no disponer de datos de planta para el TOC de entrada, se han consultado valores obtenidos de análisis realizados por la Confederación Hidrológica del Ebro [26] [27]. Tanto para el Canal como para el embalse de Yesa los valores de DBO dados van de 10 hasta menos de 5 mg/l. Se ha tomado el valor de 10 como medida más conservadora. A partir de este dato, y tomando las relaciones que aparecen en la Tabla 16 del Anexo A, se ha obtenido el valor de TOC para la entrada a la planta para una relación BOD/TOC de 1,6. ¼Ä ¼Š=1,6. ANÁLISIS EXERGÉTICO EN PLANTAS DE TRATAMIENTO DE AGUA ANA ISABEL LOZANO GARCÍA Página 81 de 91 Tabla 39. Caudales captados en Casablanca por procedencia y año. 2.008 2.009 2.010 Ebro Yesa Canal Ebro Yesa Canal Ebro Yesa Canal dic 0 0 4.980.813 0 1.302.010 3.596.589 0 3.329.800 1.608.114 nov 1.478.221 847.151 2.390.463 777.179 1.638.500 2.356.064 0 4.188.622 687.083 oct 132.426 128.209 4.821.485 0 1.959.581 3.195.544 0 4.196.393 904.146 sep 0 0 5.236.313 0 2.606.679 2.241.903 0 4.459.690 641.959 ago 0 0 5.183.000 0 2.632.000 2.271.591 0 4.766.543 283.579 jul 0 0 5.639.192 0 2.728.010 2.610.264 0 4.611.071 862.333 jun 0 454.415 4.679.134 0 790.000 4.639.364 0 3.214.800 2.225.761 may 0 0 4.947.973 0 0 5.214.188 0 2.787.350 2.575.057 abr 99.763 26.193 4.823.336 0 0 4.599.248 0 2.859.841 2.082.992 mar 0 0 4.982.997 0 0 5.075.639 0 1.525.479 3.432.451 feb 3.163.473 35.223 1.735.188 856.946 0 3.737.272 1.088.029 1.193.820 2.303.005 ene 0 0 5.303.833 0 0 5.074.073 0 1.511.860 3.610.069 Otros datos aportados han sido, a parte de los ya mencionados de calidad del agua y caudales captados, las cantidades de sulfato de alúmina e hipoclorito sódico empleados mensualmente, consumos eléctricos mensuales, cantidades de fango generado (tanto seco como húmedo), así como la cantidad de agua que sale de la potabilizadora. Todos los datos detallados se pueden consultar en la Tabla 40. ANÁLISIS EXERGÉTICO EN PLANTAS DE TRATAMIENTO DE AGUA ANA ISABEL LOZANO GARCÍA Página 82 de 91 Tabla 40. Caudales, parámetros de media de calidad del agua, compuestos químicos y fangos en ETAP. *Dato determinado a partir de la conductividad aplicando la ecuación 62. Parámetro Q_p Q_s Q_e CE C* Cond m_alum Ratio Alum m_clo TOC_s Turb_s Turb_e Fangos secos Fangos totales Unidades [m^3/mes] [m^3/mes] [m^3/mes] [kWh/mes] ppm [ms/cm] [kg/mes] kg/m^3 [kg/mes] [mg/l] [NTU] [NTU] [ton/mes] [ton/mes] dic-09 21.767 4.896.000 4.918.000 502.884 530,70 829,20 334.520 0,068 103.200 2,20 0,31 14,30 141,30 613,90 nov-09 1.630 4.797.000 4.799.000 497.338 585,30 914,50 381.120 0,079 103.560 1,98 0,16 54,70 297,50 1.025,40 oct-09 1.207 5.178.000 5.177.000 478.014 518,60 810,30 381.380 0,074 129.080 1,34 0,10 27,10 212,30 702,20 sep-09 4.455 4.864.000 4.869.000 474.681 365,60 571,20 327.260 0,067 128.740 1,82 0,21 30,00 238,10 710,50 ago-09 1.618 4.922.000 4.923.000 487.506 377,70 590,20 277.420 0,056 129.060 1,95 0,22 33,00 216,10 651,90 jul-09 23.983 5.336.000 5.360.000 514.181 393,20 614,40 352.920 0,066 128.500 1,85 0,24 36,20 287,00 833,00 jun-09 8.112 5.444.000 5.452.000 521.986 596,00 931,20 453.420 0,083 232.280 1,93 0,31 53,60 453,60 1.273,50 may-09 3.462 5.229.000 5.233.000 494.652 477,40 746,00 401.280 0,077 154.940 2,33 0,35 43,70 322,70 1.174,30 abr-09 38.701 4.580.000 4.619.000 452.284 485,10 757,90 378.200 0,082 129.060 2,34 0,21 36,00 253,90 871,40 mar-09 22.518 5.073.000 5.095.000 486.403 425,70 665,20 353.200 0,069 102.960 2,15 0,16 32,00 261,40 957,00 feb-09 31.031 4.578.000 4.609.000 453.953 392,80 613,70 401.880 0,087 103.100 2,13 0,23 60,80 387,80 1.212,60 ene-09 70.121 5.019.000 5.089.000 491.322 516,70 807,40 0 0,000 129.260 2,01 0,31 25,20 191,00 762,30 dic-08 45.208 4.953.000 4.998.000 498.455 439,60 686,90 354.600 0,071 103.580 2,07 0,23 39,10 259,30 947,40 nov-08 50.549 4.687.000 4.738.000 520.659 540,80 845,00 406.900 0,086 128.080 1,32 0,20 62,80 328,40 1.123,40 oct-08 7.904 5.097.000 5.105.000 492.248 731,80 1.144,00 509.920 0,100 153.480 1,38 0,23 46,20 419,00 1.256,00 sep-08 7.964 5.267.000 5.259.000 485.886 603,40 942,80 634.650 0,121 203.700 1,80 0,27 27,90 289,10 1.077,50 ago-08 25.451 5.177.000 5.203.000 515.587 628,00 981,20 507.840 0,098 189.920 1,52 0,10 57,40 463,90 1.317,30 jul-08 27.837 5.632.000 5.660.000 539.089 711,50 1.112,00 661.270 0,117 205.500 1,86 0,13 81,10 782,10 2.011,10 jun-08 51.479 5.098.000 5.150.000 489.073 482,00 753,10 483.160 0,094 155.140 2,35 0,19 102,00 544,60 1.415,40 may-08 14.129 4.951.000 4.965.000 467.881 458,40 716,20 822.080 0,166 153.880 1,30 0,21 59,80 498,80 1.535,70 abr-08 20.778 4.942.000 4.963.000 464.887 386,20 603,50 825.870 0,166 127.800 1,73 0,31 50,20 369,10 1.212,10 mar-08 11.625 4.987.000 4.998.000 489.011 542,60 847,80 641.680 0,128 152.780 2,00 0,40 46,60 343,60 1.419,30 feb-08 156 4.949.000 4.949.000 455.130 824,70 1.289,00 517.730 0,105 153.820 2,00 0,32 35,50 411,10 1.162,80 may-10 18.353 5.358.000 5.376.000 469.524 398,20 622,20 363.580 0,068 100.040 1,18 0,14 31,10 164,40 701,60 abr-10 13.195 4.943.000 4.956.000 443.130 398,30 622,30 310.800 0,063 77.360 1,24 0,17 18,30 164,60 705,80 mar-10 2.010 4.971.000 4.973.000 483.818 424,90 663,90 363.380 0,073 101.160 1,41 0,27 17,60 172,70 851,40 feb-10 13.625 4.587.000 4.600.000 454.816 417,30 652,00 310.960 0,068 5.136 1,84 0,24 26,80 167,80 675,10 ene-10 33.020 5.107.000 5.140.000 516.704 381,60 596,20 284.680 0,055 101.960 1,75 0,22 22,00 156,10 626,70 ANÁLISIS EXERGÉTICO EN PLANTAS DE TRATAMIENTO DE AGUA ANA ISABEL LOZANO GARCÍA Página 83 de 91 ANEXO C . RESULTADOS DETALLADOS. 1. Resultados detallados “Casablanca”. Tabla 41. Exergía específica y total en “Casablanca” Mes Exergías específicas Exergías de entrada a planta (Fuel) Exergías de salida b are,e b are,s b mo,e b mo,s b IM b Al2(SO3)4 b NaClO B w,e B NaClO B Al2(SO3)4 B EC B w,s B w,p B fango kJ/kg kJ/kg kJ/kg kJ/kg kJ/kg kJ/kg kJ/kg kJ kJ kJ kJ kJ kJ kJ dic - 09 2,5E - 05 5,5E - 07 2,8E - 01 9,9E - 02 2,63 6,9E - 02 4,8E - 02 1,4E+10 2,4E+08 3,4E+08 1,8E+09 1,3E+10 5,9E+07 9,1E+08 nov - 09 9,7E - 05 2,8E - 07 2,8E - 01 8,9E - 02 2,61 8,0E - 02 4,9E - 02 1,4E+10 2,4E+08 3,8E+08 1,8E+09 1,3E+10 4,4E+06 9,4E+08 oct - 09 4,8E - 05 1,8E - 07 2,8E - 01 6,0E - 02 2,63 7,4E - 02 5,7E - 02 1,5E+10 3,0E+08 3,8E+08 1,7E+09 1,4E+10 3,2E+06 1,2E+09 sep - 09 5,3E - 05 3,7E - 07 2,8E - 01 8,2E - 02 2,68 6,8E - 02 6,1E - 02 1,4E+10 2,9E+08 3,3E+08 1,7E+09 1,3E+10 1,2E+07 9,9E+08 ago - 09 5,9E - 05 3,9E - 07 2,8E - 01 8,8E - 02 2,67 5,7E - 02 6,0E - 02 1,4E+10 3,0E+08 2,8E+08 1,8E+09 1,4E+10 4,5E+06 9,7E+08 jul - 09 6,4E - 05 4,3E - 07 2,8E - 01 8,4E - 02 2,67 6,7E - 02 5,5E - 02 1,6E+10 2,9E+08 3,6E+08 1,9E+09 1,5E+10 6,6E+07 1,1E+09 jun - 09 9,6E - 05 5,5E - 07 2,8E - 01 8,7E - 02 2,61 8,4E - 02 9,8E - 02 1,6E+10 5,3E+08 4,6E+08 1,9E+09 1,5E+10 2,2E+07 1,1E+09 may - 09 7,8E - 05 6,2E - 07 2,8E - 01 1,1E - 01 2,64 7,8E - 02 6,8E - 02 1,5E+10 3,5E+08 4,0E+08 1,8E+09 1,4E+10 9,5E+06 9,5E+08 abr - 09 6,4E - 05 3,7E - 07 2,8E - 01 1,1E - 01 2,64 8,3E - 02 6,4E - 02 1,3E+10 3,0E+08 3,8E+08 1,6E+09 1,3E+10 1,1E+08 8,3E+08 mar - 09 5,7E - 05 2,8E - 07 2,8E - 01 9,7E - 02 2,66 7,0E - 02 4,6E - 02 1,5E+10 2,4E+08 3,6E+08 1,8E+09 1,4E+10 6,2E+07 9,6E+08 feb - 09 1,1E - 04 4,1E - 07 2,8E - 01 9,6E - 02 2,67 8,8E - 02 5,1E - 02 1,4E+10 2,4E+08 4,0E+08 1,6E+09 1,3E+10 8,6E+07 8,7E+08 ene - 09 4,5E - 05 5,5E - 07 2,8E - 01 9,1E - 02 2,63 0,0E+00 5,8E - 02 1,5E+10 3,0E+08 0,0E+00 1,8E+09 1,4E+10 1,9E+08 9,6E+08 dic - 08 7,0E - 05 4,1E - 07 2,8E - 01 9,3E - 02 2,65 7,2E - 02 4,8E - 02 1,5E+10 2,4E+08 3,6E+08 1,8E+09 1,4E+10 1,2E+08 9,5E+08 nov - 08 1,1E - 04 3,6E - 07 2,8E - 01 6,0E - 02 2,62 8,7E - 02 6,2E - 02 1,4E+10 2,9E+08 4,1E+08 1,9E+09 1,3E+10 1,4E+08 1,1E+09 oct - 08 8,2E - 05 4,1E - 07 2,8E - 01 6,2E - 02 2,57 1,0E - 01 6,9E - 02 1,5E+10 3,5E+08 5,1E+08 1,8E+09 1,3E+10 2,1E+07 1,1E+09 sep - 08 5,0E - 05 4,8E - 07 2,8E - 01 8,1E - 02 2,60 1,2E - 01 8,9E - 02 1,5E+10 4,7E+08 6,4E+08 1,7E+09 1,4E+10 2,1E+07 1,1E+09 ago - 08 1,0E - 04 1,8E - 07 2,8E - 01 6,9E - 02 2,60 9,9E - 02 8,4E - 02 1,5E+10 4,3E+08 5,1E+08 1,9E+09 1,4E+10 6,8E+07 1,1E+09 jul - 08 1,4E - 04 2,3E - 07 2,8E - 01 8,4E - 02 2,57 1,2E - 01 8,3E - 02 1,6E+10 4,7E+08 6,7E+08 1,9E+09 1,5E+10 7,4E+07 1,2E+09 jun - 08 1,8E - 04 3,4E - 07 2,8E - 01 1,1E - 01 2,64 9,5E - 02 6,9E - 02 1,5E+10 3,5E+08 4,9E+08 1,8E+09 1,4E+10 1,4E+08 9,2E+08 may - 08 1,1E - 04 3,7E - 07 2,8E - 01 5,9E - 02 2,65 1,7E - 01 7,1E - 02 1,4E+10 3,5E+08 8,3E+08 1,7E+09 1,3E+10 3,8E+07 1,2E+09 abr - 08 8,9E - 05 5,5E - 07 2,8E - 01 7,8E - 02 2,67 1,7E - 01 5,9E - 02 1,5E+10 2,9E+08 8,3E+08 1,7E+09 1,4E+10 5,7E+07 1,1E+09 mar - 08 8,3E - 05 7,1E - 07 2,8E - 01 9,0E - 02 2,62 1,3E - 01 7,0E - 02 1,4E+10 3,5E+08 6,5E+08 1,8E+09 1,3E+10 3,1E+07 9,9E+08 feb - 08 6,3E - 05 5,7E - 07 2,8E - 01 9,0E - 02 2,54 1,1E - 01 7,1E - 02 1,4E+10 3,5E+08 5,2E+08 1,6E+09 1,3E+10 4,1E+05 9,8E+08 may - 10 5,5E - 05 2,5E - 07 2,8E - 01 5,3E - 02 2,67 6,8E - 02 4,3E - 02 1,6E+10 2,3E+08 3,7E+08 1,7E+09 1,5E+10 5,0E+07 1,2E+09 abr - 10 3,3E - 05 3,0E - 07 2,8E - 01 5,6E - 02 2,67 6,3E - 02 3,6E - 02 1,5E+10 1,8E+08 3,1E+08 1,6E+09 1,3E+10 3,6E+07 1,1E+09 mar - 10 3,1E - 05 4,8E - 07 2,8E - 01 6,4E - 02 2,66 7,4E - 02 4,7E - 02 1,5E+10 2,3E+08 3,7E+08 1,7E+09 1,3E+10 5,5E+06 1,1E+09 feb - 10 4,8E - 05 4,3E - 07 2,8E - 01 8,3E - 02 2,66 6,8E - 02 2,6E - 03 1,3E+10 1,2E+07 3,1E+08 1,6E+09 1,3E+10 3,7E+07 9,3E+08 ene - 10 3,9E - 05 3,9E - 07 2,8E - 01 7,9E - 02 2,67 5,6E - 02 4,6E - 02 1,5E+10 2,3E+08 2,9E+08 1,9E+09 1,4E+10 9,1E+07 1,1E+09 ANÁLISIS EXERGÉTICO EN PLANTAS DE TRATAMIENTO DE AGUA ANA ISABEL LOZANO GARCÍA Página 84 de 91 Tabla 42. Índices exergéticos en “Casablanca” Mes K prod η prod K proc η proc η elim,res dic-09 1,251 0,799 1,166 0,858 0,05 nov-09 1,259 0,795 1,172 0,853 0,06 oct-09 1,255 0,797 1,157 0,864 0,07 sep-09 1,248 0,801 1,161 0,861 0,06 ago-09 1,243 0,805 1,159 0,863 0,06 jul-09 1,248 0,801 1,158 0,864 0,06 jun-09 1,271 0,787 1,181 0,847 0,06 may-09 1,243 0,805 1,165 0,858 0,05 abr-09 1,258 0,795 1,170 0,855 0,05 mar-09 1,240 0,806 1,156 0,865 0,06 feb-09 1,255 0,797 1,166 0,858 0,06 ene-09 1,237 0,809 1,141 0,877 0,06 dic-08 1,254 0,797 1,162 0,860 0,06 nov-08 1,300 0,769 1,187 0,843 0,07 oct-08 1,283 0,780 1,179 0,848 0,07 sep-08 1,276 0,784 1,182 0,846 0,06 ago-08 1,289 0,776 1,186 0,843 0,06 jul-08 1,287 0,777 1,189 0,841 0,06 jun-08 1,262 0,793 1,172 0,853 0,05 may-08 1,301 0,769 1,194 0,838 0,07 abr-08 1,286 0,778 1,188 0,842 0,06 mar-08 1,278 0,783 1,188 0,842 0,06 feb-08 1,266 0,790 1,178 0,849 0,06 may-10 1,245 0,803 1,143 0,875 0,07 abr-10 1,241 0,806 1,142 0,876 0,07 mar-10 1,254 0,797 1,159 0,863 0,07 feb-10 1,232 0,812 1,144 0,874 0,06 ene-10 1,251 0,800 1,156 0,865 0,06 ANÁLISIS EXERGÉTICO EN PLANTAS DE TRATAMIENTO DE AGUA ANA ISABEL LOZANO GARCÍA Página 85 de 91 2. Resultados detallados “La Almozara”. Tabla 43. Exergías específicas y totales para los flujos de agua en “La Almozara” Mes Agua residual de entrada Agua salida primario Agua tratada de salida b IM b are b NP b MO B w,e b IM b are b NP b MO B w,1 b IM b are b NP b MO B w,s kJ/kg kJ/kg kJ/kg kJ/kg kJ kJ/kg kJ/kg kJ/kg kJ/kg kJ kJ/kg kJ/kg kJ/kg kJ/kg kJ ene - 10 2,55 3,67E - 03 0,96 7,50 9,25E+09 2,55 2,20E - 03 0,93 6,94 8,76E+09 2,55 3,01E - 04 0,70 0,72 3,33E+09 feb - 10 2,51 3,15E - 03 0,89 7,66 7,90E+09 2,51 1,89E - 03 0,86 6,11 6,77E+09 2,51 2,74E - 04 0,65 0,79 2,82E+09 mar - 10 2,51 3,50E - 03 1,06 8,15 9,89E+09 2,51 2,10E - 03 1,03 6,50 8,47E+09 2,51 2,60E - 04 0,69 0,78 3,35E+09 abr - 10 2,52 3,19E - 03 0,76 6,25 8,51E+09 2,52 1,91E - 03 0,74 4,86 7,25E+09 2,52 1,92E - 04 0,68 0,63 3,42E+09 may - 10 2,50 3,23E - 03 0,82 6,33 9,16E+09 2,50 1,94E - 03 0,79 5,06 7,93E+09 2,50 2,05E - 04 0,62 0,65 3,59E+09 jun - 10 2,50 2,90E - 03 0,83 6,05 9,26E+09 2,50 1,74E - 03 0,81 4,91 8,11E+09 2,50 2,88E - 04 0,59 0,75 3,79E+09 jul - 10 2,52 2,61E - 03 0,67 5,19 8,93E+09 2,52 1,56E - 03 0,65 4,11 7,75E+09 2,52 2,06E - 04 0,45 0,52 3,71E+09 ago - 10 2,50 2,44E - 03 0,61 5,04 8,32E+09 2,50 1,46E - 03 0,59 2,88 6,09E+09 2,50 1,65E - 04 0,41 0,49 3,47E+09 sep - 10 2,52 3,32E - 03 0,72 6,52 9,78E+09 2,52 1,99E - 03 0,70 4,70 7,93E+09 2,52 2,33E - 04 0,54 0,64 3,71E+09 oct - 10 2,50 3,38E - 03 0,87 7,07 1,02E+10 2,50 2,03E - 03 0,85 5,99 9,16E+09 2,50 3,15E - 04 0,64 0,98 4,04E+09 nov - 10 2,53 4,13E - 03 0,93 8,44 1,03E+10 2,53 2,48E - 03 0,90 6,14 8,29E+09 2,53 3,28E - 04 0,75 0,95 3,67E+09 dic - 10 2,54 4,79E - 03 1,05 9,48 1,14E+10 2,54 2,87E - 03 1,01 7,48 9,59E+09 2,54 3,28E - 04 0,76 0,90 3,65E+09 Total 1,13E+11 9,61E+10 4,26E+10 Tabla 44. Exergías específicas y totales compuestos químicos y subproductos en “La Almozara” Mes Compuestos químicos (C.Q) Subproductos obtenidos línea de aguas b Cl3Fe B Cl3Fe b poly B poly b are,rec B are,rec b grasas B grasas b fango2 B fango2 b fango1 B fango1 [kJ/kg] kJ [kJ/kg] kJ [kJ/kg] kJ [kJ/kg] kJ [kJ/kg] kJ [kJ/kg] kJ ene - 10 0,012 9,84E+06 0,030 2,56E+07 1,34E - 04 1,13E+05 0,00E+00 0,00E+00 0,59 4,92E+08 1,11 9,29E+08 feb - 10 0,014 9,84E+06 0,030 2,17E+07 2,33E - 04 1,66E+05 0,00E+00 0,00E+00 2,04 1,46E+09 0,95 6,78E+08 mar - 10 0,012 9,85E+06 0,030 2,57E+07 2,57E - 04 2,17E+05 0,00E+00 0,00E+00 2,20 1,85E+09 1,06 8,92E+08 abr - 10 0,011 9,84E+06 0,030 2,72E+07 8,19E - 05 7,31E+04 0,00E+00 0,00E+00 1,50 1,34E+09 0,96 8,59E+08 may - 10 0,010 9,84E+06 0,030 2,89E+07 6,15E - 05 5,84E+04 0,00E+00 0,00E+00 1,72 1,64E+09 0,97 9,26E+08 jun - 10 0,010 9,84E+06 0,031 3,01E+07 1,37E - 04 1,35E+05 1,61E - 04 1,58E+05 2,31 2,28E+09 0,88 8,64E+08 jul - 10 0,009 9,84E+06 0,031 3,25E+07 4,36E - 05 4,64E+04 0,00E+00 0,00E+00 1,57 1,67E+09 0,79 8,36E+08 ago - 10 0,010 9,84E+06 0,031 3,12E+07 7,78E - 05 7,94E+04 0,00E+00 0,00E+00 2,07 2,11E+09 0,74 7,51E+08 sep - 10 0,010 9,84E+06 0,031 3,06E+07 6,92E - 05 6,93E+04 0,00E+00 0,00E+00 2,57 2,57E+09 1,00 1,00E+09 oct - 10 0,010 9,85E+06 0,031 2,99E+07 1,46E - 04 1,43E+05 0,00E+00 0,00E+00 1,64 1,61E+09 1,02 1,00E+09 nov - 10 0,011 9,84E+06 0,030 2,64E+07 7,69E - 05 6,66E+04 0,00E+00 0,00E+00 2,02 1,75E+09 1,25 1,08E+09 dic - 10 0,011 9,84E+06 0,030 2,65E+07 7,69E - 05 6,69E+04 1,02E - 04 8,82E+04 1,53 1,33E+09 1,44 1,26E+09 Total 1,18E+08 3,36E+08 1,23E+06 2,47E+05 2,01E+10 1,11E+10 ANÁLISIS EXERGÉTICO EN PLANTAS DE TRATAMIENTO DE AGUA ANA ISABEL LOZANO GARCÍA Página 86 de 91 Tabla 45. Exergías totales en etapa de valorización energética de “La Almozara” Mes B biogas B gases cal B gases frio B agua,s B agua,e B elect kJ kJ kJ kJ kJ kJ ene - 10 1,69E+09 2,63E+08 7,70E+07 6,46E+08 5,46E+08 5,64E+08 feb - 10 1,56E+09 2,38E+08 6,96E+07 5,84E+08 4,93E+08 5,35E+08 mar - 10 1,79E+09 2,63E+08 7,70E+07 6,46E+08 5,46E+08 5,97E+08 abr - 10 1,82E+09 2,55E+08 7,46E+07 6,25E+08 5,28E+08 5,80E+08 may - 10 1,84E+09 2,63E+08 7,70E+07 6,46E+08 5,46E+08 5,90E+08 jun - 10 1,50E+09 2,55E+08 7,46E+07 6,25E+08 5,28E+08 4,67E+08 jul - 10 1,39E+09 2,63E+08 7,70E+07 6,46E+08 5,46E+08 4,15E+08 ago - 10 1,31E+09 2,63E+08 7,70E+07 6,46E+08 5,46E+08 3,86E+08 sep - 10 1,40E+09 2,55E+08 7,46E+07 6,25E+08 5,28E+08 4,53E+08 oct - 10 1,67E+09 2,63E+08 7,70E+07 6,46E+08 5,46E+08 5,37E+08 nov - 10 1,77E+09 2,55E+08 7,46E+07 6,25E+08 5,28E+08 5,84E+08 dic - 10 1,68E+09 2,63E+08 7,70E+07 6,46E+08 5,46E+08 6,02E+08 Total 1,94E+10 3,10E+09 9,07E+08 7,61E+09 6,43E+09 6,31E+09 Tabla 46. Índices exergético en “La Almozara” Mes Proceso global k prod η prod k proc η proc η elim,res ene-10 2,562 0,390 2,005 0,499 0,152 feb-10 2,563 0,390 1,829 0,547 0,267 mar-10 2,702 0,370 1,877 0,533 0,274 abr-10 2,315 0,432 1,700 0,588 0,255 may-10 2,381 0,420 1,705 0,587 0,276 jun-10 2,363 0,423 1,628 0,614 0,331 jul-10 2,351 0,425 1,698 0,589 0,273 ago-10 2,355 0,425 1,623 0,616 0,334 sep-10 2,530 0,395 1,656 0,604 0,358 oct-10 2,407 0,416 1,752 0,571 0,251 nov-10 2,602 0,384 1,813 0,552 0,271 dic-10 2,864 0,349 2,013 0,497 0,225 Total 2,721 0,368 1,979 0,505 2,721 ANÁLISIS EXERGÉTICO EN PLANTAS DE TRATAMIENTO DE AGUA ANA ISABEL LOZANO GARCÍA Página 87 de 91 Tabla 47. Coste y eficiencia exergética tratamiento primario y secundario en “La Almozara” Mes Tratamiento primario Tratamiento secundario k prod η prod k proc η proc k prod η prod k proc η proc ene-10 1,061 0,942 0,960 1,042 2,645 0,378 1,939 0,516 feb-10 1,173 0,853 1,066 0,938 2,422 0,413 1,421 0,704 mar-10 1,174 0,852 1,062 0,942 2,546 0,393 1,447 0,691 abr-10 1,180 0,848 1,055 0,948 2,136 0,468 1,347 0,743 may-10 1,162 0,861 1,040 0,961 2,230 0,448 1,346 0,743 jun-10 1,153 0,867 1,042 0,959 2,174 0,460 1,223 0,818 jul-10 1,166 0,858 1,052 0,950 2,125 0,471 1,308 0,764 ago-10 1,384 0,723 1,232 0,812 1,798 0,556 1,011 0,989 sep-10 1,244 0,804 1,104 0,906 2,169 0,461 1,139 0,878 oct-10 1,126 0,889 1,015 0,986 2,288 0,437 1,438 0,695 nov-10 1,250 0,800 1,106 0,905 2,275 0,440 1,334 0,749 dic-10 1,191 0,840 1,053 0,950 2,650 0,377 1,624 0,616 Total 1,183 0,840 1,061 0,943 2,283 0,438 1,364 0,733 Tabla 48. Coste y eficiencia exergética en etapa de tratamiento y valorización de fangos “La Almozara” Mes Línea de fangos Tratamiento de fango Valorización energética: cogeneración k prod η prod k proc η proc k prod η prod k proc η proc ene-10 1,451 0,689 0,963 1,038 2,999 0,333 1,989 0,503 feb-10 1,886 0,530 1,121 0,892 2,922 0,342 1,968 0,508 mar-10 2,100 0,476 1,187 0,842 2,996 0,334 2,024 0,494 abr-10 1,745 0,573 1,070 0,934 3,130 0,319 2,118 0,472 may-10 1,954 0,512 1,141 0,876 3,120 0,321 2,100 0,476 jun-10 2,773 0,361 1,375 0,727 3,211 0,311 2,015 0,496 jul-10 2,528 0,396 1,326 0,754 3,349 0,299 1,981 0,505 ago-10 2,911 0,344 1,418 0,705 3,386 0,295 1,944 0,514 sep-10 3,345 0,299 1,493 0,670 3,098 0,323 1,921 0,520 oct-10 2,228 0,449 1,230 0,813 3,107 0,322 2,026 0,494 nov-10 2,240 0,446 1,227 0,815 3,036 0,329 2,058 0,486 dic-10 2,304 0,434 1,249 0,801 2,798 0,357 1,895 0,528 Total 2,248 0,445 1,236 0,809 3,078 0,325 2,006 0,499 ANÁLISIS EXERGÉTICO EN PLANTAS DE TRATAMIENTO DE AGUA ANA ISABEL LOZANO GARCÍA Página 88 de 91 3. Resultados detallados “La Cartuja”. Tabla 49. Exergías específicas y totales flujos de agua en “La Cartuja” Mes Agua residual de entrada Agua salida primario Agua tratada de salida b IM b are b NP b MO B w,e b IM b are b NP b MO B w,1 b IM b are b NP b MO B w,s kJ/kg kJ/kg kJ/kg kJ/kg kJ kJ/kg kJ/kg kJ/kg kJ/kg kJ kJ/kg kJ/kg kJ/kg kJ/kg kJ ene - 10 2,44 5,66E - 03 0,93 10,67 5,06E+10 2,44 3,72E - 03 0,90 8,38 4,22E+10 2,44 3,01E - 04 0,70 1,01 1,49E+10 feb - 10 2,36 6,23E - 03 0,93 11,80 5,56E+10 2,36 3,70E - 03 0,90 8,90 4,48E+10 2,36 1,78E - 04 0,74 0,86 1,46E+10 mar - 10 2,48 5,40E - 03 1,02 10,77 5,37E+10 2,48 3,99E - 03 0,99 8,63 4,55E+10 2,48 2,87E - 04 0,63 1,04 1,56E+10 abr - 10 2,42 4,72E - 03 0,89 9,06 4,76E+10 2,42 3,54E - 03 0,87 7,70 4,22E+10 2,42 2,87E - 04 0,57 1,00 1,53E+10 may - 10 2,39 5,30E - 03 1,04 9,85 5,21E+10 2,39 3,91E - 03 1,01 8,22 4,56E+10 2,39 3,42E - 04 0,65 1,08 1,61E+10 jun - 10 2,37 4,70E - 03 0,90 9,39 5,07E+10 2,37 3,46E - 03 0,87 7,44 4,27E+10 2,37 2,74E - 04 0,63 1,02 1,61E+10 jul - 10 2,40 4,11E - 03 0,86 7,87 4,54E+10 2,40 1,89E - 03 0,83 5,16 3,42E+10 2,40 2,19E - 04 0,58 0,87 1,57E+10 ago - 10 2,42 4,04E - 03 0,79 7,42 4,42E+10 2,42 2,15E - 03 0,76 5,15 3,47E+10 2,42 2,33E - 04 0,54 0,72 1,53E+10 sep - 10 2,42 4,86E - 03 0,80 8,28 4,88E+10 2,42 2,40E - 03 0,78 5,78 3,81E+10 2,42 2,60E - 04 0,54 0,94 1,66E+10 oct - 10 2,41 4,59E - 03 0,97 8,35 5,07E+10 2,41 2,72E - 03 0,94 6,67 4,33E+10 2,41 2,19E - 04 0,67 0,93 1,73E+10 nov - 10 2,40 5,25E - 03 0,93 9,16 5,51E+10 2,40 3,17E - 03 0,90 7,21 4,64E+10 2,40 2,87E - 04 0,66 1,05 1,81E+10 dic - 10 2,45 5,52E - 03 1,00 10,41 6,23E+10 2,45 3,51E - 03 0,97 7,53 4,93E+10 2,45 3,83E - 04 0,83 1,12 1,98E+10 Total 6,17E+11 5,09E+11 1,95E+11 Tabla 50. Exergía específica y total compuestos añadidos y subproductos generados en “La Cartuja”. Mes C.Q. Añadido Subproductos obtenidos línea de aguas b Cl3Fe B Cl3Fe b poly B poly b are,rec B are,rec b grasas B grasas b fango2 B fango2 b fango1 B fango1 [kJ/kg] kJ [kJ/kg] kJ [kJ/kg] kJ [kJ/kg] kJ [kJ/kg] kJ [kJ/kg] kJ ene-10 0,15 5,55E+08 0,041 1,48E+08 0,18 6,39E+08 9,87E-05 3,55E+05 4,19 1,51E+10 2,6 9,47E+09 feb-10 0,14 5,32E+08 0,044 1,62E+08 0,08 3,10E+08 8,72E-05 3,21E+05 3,49 1,29E+10 2,2 7,96E+09 mar-10 0,17 6,32E+08 0,054 2,04E+08 0,28 1,06E+09 9,45E-05 3,55E+05 4,74 1,78E+10 2,9 1,10E+10 abr-10 0,16 6,27E+08 0,051 1,96E+08 0,19 7,32E+08 8,95E-05 3,44E+05 4,83 1,86E+10 2,9 1,12E+10 may-10 0,15 5,95E+08 0,047 1,85E+08 0,19 7,45E+08 9,06E-05 3,55E+05 4,76 1,87E+10 2,9 1,13E+10 jun-10 0,15 5,94E+08 0,043 1,74E+08 0,19 7,72E+08 8,60E-05 3,44E+05 3,96 1,58E+10 2,3 9,11E+09 jul-10 0,11 4,47E+08 0,040 1,63E+08 0,20 8,31E+08 8,72E-05 3,55E+05 3,19 1,30E+10 1,7 6,96E+09 ago-10 0,10 4,17E+08 0,030 1,26E+08 0,14 5,69E+08 8,55E-05 3,55E+05 2,97 1,24E+10 1,5 6,44E+09 sep-10 0,11 4,50E+08 0,034 1,42E+08 0,25 1,05E+09 8,11E-05 3,44E+05 3,51 1,49E+10 1,9 8,26E+09 oct-10 0,10 4,54E+08 0,035 1,53E+08 0,15 6,43E+08 8,22E-05 3,55E+05 3,48 1,51E+10 2,0 8,59E+09 nov-10 0,11 4,94E+08 0,036 1,57E+08 0,17 7,53E+08 7,80E-05 3,44E+05 3,81 1,68E+10 2,2 9,71E+09 dic-10 0,14 6,17E+08 0,041 1,85E+08 0,18 7,96E+08 7,91E-05 3,55E+05 3,97 1,78E+10 2,3 1,02E+10 Total 6,42E+09 1,99E+09 8,90E+09 4,19E+06 1,89E+11 1,10E+11 ANÁLISIS EXERGÉTICO EN PLANTAS DE TRATAMIENTO DE AGUA ANA ISABEL LOZANO GARCÍA Página 89 de 91 Tabla 51. Exergía total flujos de gases, aire, calor y combustible en tratamiento y valorización de fangos “La Cartuja” Mes B fuel B cond Con caudales calculados Con caudales dados por planta B aire B gas,cal B gas,frio B aire B gas,cal B gas,frio kJ kJ kJ kJ kJ kJ kJ kJ ene-10 1,65E+08 5,75E+08 2,50E+08 1,12E+10 2,82E+09 2,79E+08 1,33E+10 3,36E+09 feb-10 1,78E+09 5,19E+08 2,29E+08 1,02E+10 2,59E+09 2,82E+08 1,20E+10 3,03E+09 mar-10 9,38E+07 5,75E+08 2,89E+08 1,28E+10 3,24E+09 3,56E+08 1,33E+10 3,36E+09 abr-10 1,14E+08 5,56E+08 2,96E+08 1,31E+10 3,31E+09 3,27E+08 1,28E+10 3,25E+09 may-10 9,84E+07 5,75E+08 3,05E+08 1,33E+10 3,37E+09 3,32E+08 1,33E+10 3,36E+09 jun-10 2,76E+07 5,56E+08 2,54E+08 1,12E+10 2,85E+09 4,32E+08 1,28E+10 3,25E+09 jul-10 1,40E+08 5,75E+08 2,10E+08 9,29E+09 2,35E+09 2,82E+08 1,33E+10 3,36E+09 ago-10 1,09E+07 5,75E+08 1,96E+08 8,57E+09 2,17E+09 2,72E+08 1,33E+10 3,36E+09 sep-10 1,11E+07 5,56E+08 2,35E+08 1,03E+10 2,61E+09 3,29E+08 1,28E+10 3,25E+09 oct-10 1,08E+07 5,75E+08 2,43E+08 1,07E+10 2,71E+09 3,60E+08 1,33E+10 3,36E+09 nov-10 1,62E+08 5,56E+08 2,80E+08 1,24E+10 3,14E+09 3,23E+08 1,28E+10 3,25E+09 dic-10 2,71E+08 5,75E+08 2,93E+08 1,31E+10 3,30E+09 3,61E+08 1,33E+10 3,36E+09 Tabla 52. Índices exergéticos en “La Cartuja” Mes Proceso global k prod η prod k proc η proc η elim,res ene-10 3,974 0,252 3,237 0,309 0,443 feb-10 4,499 0,222 3,708 0,270 0,343 mar-10 4,053 0,247 3,256 0,307 0,493 abr-10 3,714 0,269 2,966 0,337 0,562 may-10 3,801 0,263 3,053 0,328 0,523 jun-10 3,702 0,270 3,056 0,327 0,449 jul-10 3,488 0,287 2,940 0,340 0,399 ago-10 3,423 0,292 2,904 0,344 0,385 sep-10 3,442 0,291 2,890 0,346 0,441 oct-10 3,428 0,292 2,881 0,347 0,426 nov-10 3,510 0,285 2,915 0,343 0,445 dic-10 3,586 0,279 2,998 0,334 0,422 Total 3,704 0,270 3,059 0,327 3,704