Calculadora de TRH - Tiempo de Retención Hidráulico para Sistemas de Tratamiento

¿Qué es el tiempo de retención hidráulica?

El tiempo de retención hidráulica (HRT) es el tiempo medio que un fluido permanece dentro de un tanque, una cuenca o un reactor antes de salir. Los ingenieros lo utilizan para dimensionar y comprobar sistemas de tratamiento, como clarificadores de aguas residuales, cuencas de aireación y tanques de sedimentación de agua potable. El HRT también se denomina tiempo de detención o tiempo de residencia.

Un tanque con un HRT corto se vacía rápidamente. Un tanque con un HRT largo retiene el agua durante mucho tiempo. La mayoría de los procesos de tratamiento, como la sedimentación, la desinfección o la degradación biológica de residuos, necesitan un tiempo mínimo para funcionar. El HRT indica al ingeniero si un tanque proporciona al proceso el tiempo suficiente.

Fórmula del tiempo de retención hidráulica

El HRT es igual al volumen del tanque dividido por el caudal que lo atraviesa.

$\text{HRT} = \frac{V}{Q}$

• HRT es el tiempo de retención hidráulica, generalmente expresado en horas.
• V es el volumen del tanque o reactor, generalmente expresado en metros cúbicos (m³).
• Q es el caudal que atraviesa el tanque, generalmente expresado en metros cúbicos por hora (m³/h).

La fórmula supone un caudal constante y un volumen fijo del tanque. Proporciona un promedio teórico. No tiene en cuenta el flujo irregular dentro del tanque, que se trata más adelante.

Unidades

Esta calculadora utiliza metros cúbicos (m³) para el volumen, metros cúbicos por hora (m³/h) para el caudal y horas para el resultado. En la práctica también son comunes otras unidades:

Cómo calcular el tiempo de retención hidráulica

1. Determine el volumen del tanque en metros cúbicos. Utilice el volumen que realmente contiene agua entre la entrada y la salida, no el volumen hasta el borde.
2. Determine el caudal que atraviesa el tanque en metros cúbicos por hora. Utilice el caudal medio o de diseño.
3. Divida el volumen por el caudal. El resultado es el tiempo de retención hidráulica en horas.

Ambos números deben ser mayores que cero. Un tanque sin volumen o un sistema sin flujo no tienen un tiempo de retención significativo.

Ejemplo resuelto

Un tanque contiene 100 m³ de agua. El agua lo atraviesa a razón de 10 m³ por hora.

$\text{HRT} = \frac{100 \text{ m}^3}{10 \text{ m}^3/\text{h}} = 10 \text{ horas}$

El agua permanece en el tanque un promedio de 10 horas antes de salir.

Segundo ejemplo: un clarificador primario contiene 200 m³ y recibe un caudal de 100 m³/h.

$\text{HRT} = \frac{200 \text{ m}^3}{100 \text{ m}^3/\text{h}} = 2 \text{ horas}$

Dos horas se encuentran dentro del intervalo de 1,5 a 2,5 horas que los manuales de diseño indican para un clarificador primario.

Intervalos típicos de HRT en sistemas de tratamiento

Los manuales de diseño proporcionan intervalos aproximados para los procesos habituales. Los valores reales dependen de las aguas residuales o de la fuente de agua específicas, de la normativa local y de los equipos.

Un HRT corto puede dejar incompleto un proceso, por ejemplo, cuando los sólidos no han sedimentado o las bacterias no han degradado los residuos. Un HRT largo no siempre es mejor. Requiere un tanque más grande y costoso y, en algunos procesos biológicos, puede privar de alimento a los microorganismos que necesitan un suministro constante de residuos.

Por qué el tiempo de retención real difiere del valor calculado

La fórmula HRT = V/Q proporciona un promedio teórico, suponiendo que el agua se mueve uniformemente por el tanque. Los tanques reales rara vez funcionan así. Por lo general, dos efectos hacen que el tiempo de retención real se aleje del calculado.

El cortocircuito hidráulico ocurre cuando parte del agua encuentra una ruta directa desde la entrada hasta la salida y abandona el tanque mucho más rápido que el promedio. La causa habitual es la mala ubicación de la entrada y la salida.

Las zonas muertas son esquinas o áreas de bajo caudal donde el agua queda atrapada y apenas se mueve. Esa agua cuenta como parte del volumen del tanque, pero realiza poca función útil.

En conjunto, estos efectos hacen que el tiempo medio de retención real en un tanque mal diseñado pueda ser muy inferior al HRT calculado. Los ingenieros corrigen este problema con tabiques que obligan al agua a recorrer un trayecto más largo o miden el tiempo de retención real mediante un estudio con trazador: se añade a la entrada un trazador de colorante o de sal y se mide su concentración en la salida a lo largo del tiempo para determinar cuánto permanece realmente el agua.

Preguntas frecuentes

¿Qué es el tiempo de retención hidráulica en términos sencillos? Es el tiempo medio que el agua o las aguas residuales permanecen dentro de un tanque antes de salir, calculado como el volumen del tanque dividido por el caudal.

¿Cuál es la diferencia entre HRT y SRT? El HRT mide cuánto tiempo permanece el líquido en un tanque. El tiempo de retención de sólidos (SRT), también llamado edad del lodo, mide cuánto tiempo permanecen las partículas sólidas o los microorganismos en el sistema. En una planta de lodos activados, ambos pueden ser muy diferentes, porque los sólidos suelen recircularse al tanque mientras el líquido continúa fluyendo.

¿Qué ocurre si el HRT es demasiado corto? El proceso que se desarrolla dentro del tanque puede no terminar. En un clarificador, los sólidos pueden no sedimentar antes de que el agua salga. En un tanque biológico, los microorganismos pueden no tener tiempo suficiente para degradar los residuos, y las bacterias de crecimiento lento pueden ser arrastradas más rápido de lo que se reproducen.

¿Puede ser demasiado largo el tiempo de retención hidráulica? Sí. Un tanque mucho más grande de lo necesario cuesta más construirlo y, en los sistemas aireados, también cuesta más energía ponerlo en funcionamiento. En algunos procesos biológicos, un HRT muy largo también puede reducir el rendimiento cuando los organismos se quedan sin alimento.

¿La temperatura cambia el tiempo de retención hidráulica? La temperatura no cambia el HRT calculado, ya que este depende únicamente del volumen y del caudal. Sí cambia lo que se consigue durante un tiempo de retención determinado, porque las reacciones biológicas y químicas generalmente se ralentizan en aguas frías.

¿Cómo se mide el tiempo de retención real en un tanque existente? Los ingenieros realizan un estudio con trazador. Se añade una cantidad conocida de trazador, como un tinte o una sal, en la entrada y se sigue su concentración en la salida a lo largo del tiempo. La curva resultante muestra cómo se distribuye realmente el tiempo de retención entre el agua que atraviesa el tanque y puede revelar cortocircuitos hidráulicos o zonas muertas que la fórmula sencilla no detecta.

Referencias

• Metcalf & Eddy, Inc. Wastewater Engineering: Treatment and Resource Recovery, edición 5. McGraw-Hill Education, 2014.
• Agencia de Protección Ambiental de Estados Unidos. Primer for Municipal Wastewater Treatment Systems, EPA 832-R-04-001, 2004.
• Crittenden, J. C., et al. MWH's Water Treatment: Principles and Design, edición 3. John Wiley & Sons, 2012.