Evaluación y optimización de la eficiencia de los separadores convencionales de aceites para los talleres de servicio para autos

Abstract

En el presente trabajo de tesis, se evaluó la eficiencia de varios separadores de grasas y aceites instalados en talleres de la Ciudad de Toluca. También se analizaron las características de las aguas residuales que producen estos establecimientos y las densidades de los aceites usados que manejan.Con esos parámetros, se diseñó y construyó un separador piloto de grasas considerando parcialmente el criterio de diseño del American Petroleum Institute (A. P. I.). El separador se analizó hidrodinámicamente y se evaluó su eficiencia de remoción de aceite aplicando un diseño factorial de Plackett-Burman de 16 corridas y 6 variables de 2 modalidades, con el cual se determinaron los parámetros operativos más significativos. La variable de respuesta para evaluar la hidrodinámica fue =tm/ (tiempo medio de residencia/tiempo de residencia hidráulico nominal), mientras que para el análisis de la eficiencia se empleó el porcentaje de remoción de aceite (E(%)). Para generar un influente modelo suficientemente exigente y representativo, con el cual pudiera evaluarse la eficiencia del separador piloto, se analizaron dos sistemas de mezcla aceite/agua, uno conformado por mezcladores helicoidales alternados en línea y, otro, que marca la norma ASTM D 6104 modificado y adaptado a las condiciones de estudio.Los resultados de los dos análisis (hidrodinámico y de remoción) se conjugaron para obtener una optimización básica del separador piloto. La optimización básica se combinó con un par de accesorios adicionales (una pantalla divisoria y un sistema de placas paralelas) y se realizaron 4 pruebas finales para determinar posibles aportaciones benéficas de estos dos elementos al diseño óptimo del separador. El estudio reveló que algunos talleres que tienen separadores de grasas y aceites cumplen con la normatividad, a pesar del empleo de jabones y desengrasantes. Se pudo observar que existen otros talleres sin separadores de grasas y aceites que, según los análisis de susceptibilidad de separación, generan efluentes emulsificados.Las aguas residuales de los talleres de lavado tienen concentraciones muy variables de grasas y aceites (de 186 a 1063 mg/L, con concentraciones muy emulsificadas de 61 a 417mg/L). Estas aguas tienen concentraciones de DQO sensiblemente elevadas que dificultan su posible reuso (533-897 mg/L) y concentraciones de SST de 600 a 700 mg/L. Las aguas residuales de los talleres de radiadores presentaron las siguientes características: DQO 960–1300 mg/L, pH ácidos 5.3-6.8, conductividad 858-7000 S/cm y SST 260-2332 mg/L.La evaluación hidrodinámica del separador piloto indicó que el vertedor de entrada, la longitud del separador y la mampara de retención son tres parámetros que explican hasta 90 % de la variabilidad en el tipo de flujo () del separador piloto. El sistema de mezcla modificado de la ASTM generó un influente modelo adecuado para evaluar la eficiencia del separador piloto (10 L/min, diámetro medio de partículas de aceite de 73 m, con 69 % de ellas inferior a 150 m y 39 % menor de 50 m) . Los resultados de las pruebas batch realizadas con el influente reconstituido revelaron que no existieron diferencias significativas entre las eficiencias de remoción para las dos profundidades de análisis (40 y 55 cm). Los factores que más influyeron en la eficiencia del separador piloto fueron el vertedor de entrada, la profundidad del separador y la penetración de la mampara de retención. Estos parámetros inciden hasta en 75% en la eficiencia del sistema. Además, se alcanzaron remociones superiores a las esperadas (de 82 % contra 39 % si se toma como base la fracción de gotas de aceite mayores de 150 m).Dentro de los rangos estudiados de tiempo de residencia hidráulico nominal (18-32 min) y de cargas hidráulicas superficiales (1.0-1.33 m3/m2-h ó, 24-32 m3/m2-d), no existió influencia alguna de estos dos parámetros sobre la eficiencia del separador piloto. Más bien, la eficiencia depende de la configuración específica del separador. Cuando se presentó un flujo con una  > 0.82, se identificó una tendencia favorable en la eficiencia, mientras que por debajo de este valor no existe relación sistemática de aumento de la eficiencia cuando se incrementa el valor de .Al conjugar los resultados de los dos análisis, se determinó que la configuración óptima básica del separador piloto es: vertedor de entrada rectangular, porcentaje de penetración de la mampara de 50 %, longitud del separador de 1.50 m, profundidad de 0.40 m, vertedor de salida con tubos y mampara de retención a 0.40 m del vertedor de salida. Esta configuración óptima básica presentó un buen comportamiento hidrodinámico ( = 0.86) y una buena eficiencia (E = 80.0 %). La utilización de una pantalla divisoria en el separador, con el objetivo de fragmentarlo en dos cámaras permitió mejorar aún más la eficiencia, incrementándola hasta 86.0 %, alcanzando la máxima capacidad posible del separador (de acuerdo con las pruebas de susceptibilidad de separación, el influente modelo reconstituido tiene 13 % de grasas y aceites que no pueden ser removidas mediante flotación libre).