Simulación CFD en decantadores secundarios

Dos decantadores secundarios idénticos y una arqueta de reparto que, según los cálculos, divide el caudal a partes iguales. Y, sin embargo, durante años uno de ellos ha recibido alrededor de un 20 % más de fango que el otro. Una simulación CFD 3D transitoria, realizada por THINK Fluid Dynamix®, el servicio de modelización fluidodinámica de INVENT, ha permitido descubrir el porqué.

Un momento de remodelaciones que exige decidir con datos

La revisión de la Directiva europea sobre el tratamiento de las aguas residuales urbanas, en vigor desde enero de 2025, endurecerá progresivamente los requisitos hasta 2045. Solo en Alemania afecta a unas 4.700 EDAR, con una inversión estimada de entre 20.000 y 25.000 millones de euros en las dos próximas décadas. En España y Portugal el reto es el mismo: muchas plantas tendrán que ampliarse o adaptarse, y quien acometa ahora una remodelación necesita una base de diseño sólida antes de empezar las obras.

El problema: un decantador sobrecargado que los cálculos no explicaban

Ese era precisamente el escenario de la EDAR de Brandenburg-Briest, explotada por BRAWAG GmbH.

Durante años, uno de los dos decantadores secundarios de la planta había recibido cerca de un 20 % más de fango que su gemelo. Las consecuencias son bien conocidas por cualquier operador: escapes de fango en episodios de lluvia y superaciones de los límites de vertido.

El recálculo según la norma alemana de diseño DWA-A 131 confirmó el problema, pero no lo explicaba. Sobre el papel, la arqueta de reparto funcionaba perfectamente y el caudal se dividía casi exactamente al 50 %. ¿De dónde salía entonces el desequilibrio en la carga de fango?

Una mirada digital al interior de la arqueta y del decantador

Para responder a esa pregunta, THINK Fluid Dynamix® construyó un modelo digital detallado de la arqueta de reparto y de un decantador secundario a partir de los planos originales de la planta. La simulación multifásica transitoria reprodujo cómo se comportaban realmente el agua y el fango, tanto en funcionamiento normal como en lluvia intensa, replicando las condiciones reales de explotación.

Primer hallazgo: repartir caudal no es lo mismo que repartir fango. La arqueta repartía el caudal casi a partes iguales, pero no lo mezclaba. Si el agua procedente del reactor biológico llegaba con el fango ya distribuido de forma desigual —algo que ocurre con frecuencia en la operación real—, ese desequilibrio pasaba directamente a los decantadores. Una simulación específica de este escenario reprodujo la diferencia de aproximadamente un 20 % medida en planta, en línea con los datos reales de explotación. La causa no estaba en la arqueta, sino en la alimentación desigual que le llegaba.

Segundo hallazgo: un límite de capacidad claro en tiempo de lluvia. Una segunda simulación sacó a la luz otro punto débil. En funcionamiento normal, el decantador secundario trabajaba sin problemas, con una concentración de fango en el efluente de 0,8 mg/l. En el escenario de tormenta simulado, en cambio, el decantador colapsaba: el manto de fango ascendía casi hasta la superficie y el valor calculado en el efluente alcanzaba los 2.500 mg/l. La simulación confirmó que el decantador estaba infradimensionado para el caudal de lluvia.

¿Qué enseñanza deja este caso?

La conclusión va mucho más allá de Brandenburg-Briest: repartir el agua de forma equitativa y repartir el fango de forma equitativa son dos problemas distintos. Una arqueta de reparto puede funcionar perfectamente desde el punto de vista hidráulico y, aun así, dejar pasar sin corregir una carga de fango desigual. Las comprobaciones de diseño convencionales no siempre lo detectan, y las plantas con una configuración similar pueden estar asumiendo este riesgo sin saberlo.

Algunas señales que invitan a revisar el reparto de fango en una EDAR con varias líneas de decantación:

• Un decantador con el manto de fango sistemáticamente más alto que el resto.
• Escapes de fango que se concentran en una misma línea durante los episodios de lluvia.
• Superaciones de los límites de vertido aunque el reparto de caudal sea, en teoría, correcto.

Decidir antes de construir

Para BRAWAG y la ingeniería responsable de la remodelación, la simulación aportó una base sólida para tomar decisiones: invertir solo en modificar la arqueta de reparto no habría resuelto el problema. El proyecto se centra ahora en la causa real —la alimentación desigual de la arqueta— y en la capacidad del decantador en tiempo de lluvia. Dicho de otro modo, se evitó un error costoso antes de iniciar las obras.

¿Cuándo tiene sentido una simulación CFD?

Cuando una planta no se comporta como dicen los cálculos, o cuando se plantea una ampliación o remodelación, la simulación CFD permite ver lo que ocurre realmente dentro de arquetas, reactores y decantadores, y comprobar distintas alternativas antes de comprometer la inversión.