Filtro para 2009 autolimpiable

Siguiendo con mi costumbre de dar vueltas a la cabeza y experimentar con nuevas ideas he diseñado y construído el filtro que tendré en mi estanque durante la temporada 2009. Lo he desarrollado partiendo de la experiencia de buen funcionamiento de los filtros anteriores basados en el kaldnes estático y el sistema airlift para recircular el agua. Además he intentado que el gasto de agua en la limpieza sea mínimo, aproximadamente el 0.2% del volumen del estanque y que esta limpieza se realice de forma automática y frecuente cuando el kaldnes estático se ensucia.

DISEÑO TEÓRICO DEL SISTEMA DE FILTRACIÓN
DISEÑO DE LA LIMPIEZA
ACTIVACIÓN DE LA LIMPIEZA
MECANISMO DE AUTOLIMPIEZA. PRIMER MODELO
MECANISMO DE AUTOLIMPIEZA. SEGUNDO MODELO
CONSTRUCCIÓN DEL TANQUE DE FILTRACIÓN
COMENTARIOS Y PROBLEMAS QUE HAN APARECIDO EN SU CONSTRUCCIÓN O FUNCIONAMIENTO

DISEÑO TEÓRICO DEL SISTEMA DE FILTRACIÓN

El agua se toma directamente del bottom drain por un tubo de 110mm en cuyo fondo se coloca el aire que hará ascender el agua mediante el sistema airlift. Este tubo de 110mm está partido y unido con manguito para drenarlo y comprobar de vez en cuando que no hay residuos depositados en la parte inferior del tubo horizontal que viene del bottom drain. El agua asciende atravesando los kaldnes estáticos y ensuciándolos.

A través de una compuerta realizada con un simple trozo de metacrilato en un marco cuadrado el agua hace subir el citado plástico y pasa a la segunda cámara, con kaldnes dinámico. Por el mismo sistema pasa al estanque.

Las compuertas de salida de humos funcionan a la perfección y las primeras pruebas fueron satisfactorias, pero las holguras en los ejes hacen que su funcionamiento como válvulas antiretorno no sea perfecto. Sustituyendo las pequeñas paletas por un trozo de metacrilato de densidad superior a la del agua (1,19 g/cc) el funcionamiento durante la filtración es muy bueno. Ascienden sin dificultad oponiendo muy poca resistencia. En el modo limpieza actúan como válvulas de retención. Al haber menor nivel en el compartimento del que está saliendo el agua sucia se produce un intento de entrada de agua en sentido contrario. Esto hace que se cierre la compuerta de forma bastante hermética.

DISEÑO DE LA LIMPIEZA

La limpieza se realiza parando el airlift de la filtración y encendiendo la bomba (B) que saca el agua sucia al tanque de reciclado del agua y la bomba de aire que agita los kaldnes para que se desprendan las partículas de basura adheridas. En la siguiente imagen se ilustra el proceso:

ACTIVACIÓN DE LA LIMPIEZA

El sistema de limpieza se puede activar de tres maneras:

  • 1.- Accionando manualmente un conmutador eléctrico. El conmutador, como sabéis, es un simple interruptor que tiene una entrada y dos salidas. En una de las salidas va conectada la bomba de aire que alimenta tanto el airlift como el movimiento de los kaldnes dinámicos. En la otra salida van conectadas la bomba de aire que agita los kaldnes durante la limpieza y la bomba de agua (o la electroválvula) que hace que el agua sucia salga del sistema.
  • 2.- Con dos programadores. Uno de ellos apaga la bomba de aire de la filtración a las 11horas y la enciende a las 11,30 horas ,por ejemplo. El otro enciende a la vez , a las 11,05 horas, la bomba de aire que mueve los kaldnes durante la limpieza y la bomba de agua que saca el agua sucia al exterior. Y las apaga a las 11,20 horas, por ejemplo.
  • 3.- De forma automática y sin presencia del koikeeper. Cuando el kaldnes está sucio asciende. Al ascender un material flotante activa un mecanismo eléctrico o electrónico que apaga la bomba de aire que recircula durante la filtración y activa las dos de la limpieza. Cuando el kaldnes está en el fondo de la cámara, una vez limpio otro mecanismo cambia el estado de las bombas apagando las de la limpieza y activando la de filtración. Cuando el kaldnes haya ascendido nuevamente hasta el estado de suciedad decidido por el propietario otra vez se activará el mismo sistema.
      • Se puede hacer de tres maneras:
        A.- De forma eléctrónica. El circuito ya lo tengo diseñado, está basado en un relé de enganche con dos fines de carrera. La parte cercana al agua funcionará con 12 voltios para evitar posibles accidentes. Mis alumnos de tecnología de 3º de ESO lo construyen todos los años, este año me quedaré con uno.
        B.- De manera Mecánica-Eléctrica. Un circuito eléctrico sencillo regulado por un conmutador de imán que se dirige con una boya. Más abajo está explicado, ya está comprobado y funcionando.
        C.- Con tecnología digital. Mediante un controlador y dos sondas de nivel. No lo he probado, lo dejaré para más adelante cuando evolucione el filtro con el control de las temperaturas y otras sondas.

Los tres maneras de automatismos se basan en que cuando los kaldnes se ensucian los huecos por donde asciende el agua se hacen más pequeños con lo que la presión del agua sube y empuja los kaldnes hacia arriba ascendiendo por encima del nivel del agua.

En las tres fotos siguientes se observa el proceso de ascenso del kaldnes en función de la suciedad del mismo.

El kaldnes estático está limpio, sólo hace unos minutos que ha terminado su limpieza con agitación. Al cabo de varias horas el kaldnes ha recogido parte de la basura del estanque y ha ascendido aproximadamente 1 cm. Al día siguiente el kaldnes ha ascendido unos 3 cm con respecto al nivel inicial.

MECANISMO DE AUTOLIMPIEZA. PRIMER MODELO

El primer sistema automático que tengo en funcionamiento con éxito es el segundo que se me ocurrió. En principio pensé que no se podía poner 220 voltios cerca del estanque, pero después ví que tenía dentro del agua la bomba de evacuación con el cable y me dí cuenta que no era problema; máxime cuando los cables iban a estar a 50 cm del agua y bien atados.

El material que he usado ha sido unos trozos de PVC de diferentes diámetros (25,32 y 40mm), un trozo de corcho o boya y un conmutador de imán. Los tubos van situados verticalmente, y colocados de forma concéntrica. El más fino lleva una canaladura por donde transcurre un pequeño pasador sujeto al tubo intermedio.

El conmutador tiene dos posiciones, una con el imán puesto y otra sin imán. En la primera (con el imán puesto) se conecta el sistema de limpieza encendiendo a la vez una bomba de evacuación del agua sucia y una bomba de aireación. En la segunda (sin el imán) se desconecta lo anterior y se conecta la bomba de aire que alimenta los airlifts.

Cuando el kaldnes sube el imán se pega y se conectan las bombas de limpieza, el nivel baja y la boya conectada al tubo intermedio baja igualmente. Los dos tubos interiores van bajando hasta que bajan tanto que su peso hace que el imán se desprenda. En ese momento se desconcetan las bombas de limpieza y se conecta la de filtración. El agua sale por los airlifts, llena el filtro con agua limpìa y sube el nivel de los kaldnes unos 3cm menos de lo necesario para que se conecte nuevamente el imán. Si bajamos un poco la altura del mecanismo conmutador no tendrá el kaldnes que ensuciarse tanto para que se realice el proceso de limpieza automática.

Conmutador de imán. Valdrá muy pocos euros. En el tornillo izquierdo se conecta la fase y las dos salidas van a cada grupo de bombas. Los tres tubos y el conmutador con sus dos piezas. Falta la boya de corcho. Detalle del pasador y el canal para que se reduzca la altura total.
Situación de filtración, el adminículo está subiendo a medida que el kaldnes se ensucia. Momento en el que se pega el imán y, por tanto, se apaga la filtración y se enciende la limpieza. El nivel del agua está bajando porque se está evacuando el agua sucia. Baja primero solamente el tubo intermedio, el interior queda sujeto por el imán.
Durante la limpieza los kaldnes están muy agitados para que desprendan la basura. Sigue bajando el nivel pero todavía sigue concetado el imán, por ello continúan conectadas las bombas de limpieza. Ya se ha separado el imán por el peso de los dos tubos de PVC. Se acaba de desconectar las bombas de limpieza y de conectar la de filtración. Los airlifts funcionando
El tanque se va llenando por el agua que proviene de los airlifts. Las salidas al estanque todavía están cerradas. Cuando el nivel del filtro supera en unos milímetros el nivel del estanque las compuertas se abren. Se volverán a cerrar cuando se haya ensuciado el kaldnes.

Y aquí está otra vez esperando a que se ensucie y suba el kaldnes para empezar de nuevo.

Si, ya sé que es una chapuza. Pero es un prototipo. Si alguien se dedica a fabricarlo y a ganar dinero con ello que lo haga más bonito. No está patentado ni se va a patentar.

MECANISMO DE AUTOLIMPIEZA. SEGUNDO MODELO

Como el modelo anterior me parece demasiado alto he diseñado otro modelo más bajo, más estético, más facilmente ajustable y con más exactitud en su funcionamiento.

El mecanismo consiste básicamente en una barra roscada de métrica 10 colocada verticalmente en el kaldnes estático. Unidas por tuerzas a la barra hay dos partes unidas por un cordel. La pieza superior tiene el conmutador de imán que o mantiene encendida la bomba de filtración o las de limpieza. Es ajustable en altura sencillamente apretando o aflojando una tuerca con la mano. La pieza inferior es un simple flotador al que he añadido el contrapeso necesario para que sea capaz, por su peso, de despegar el imán.

Posición de filtración. El kaldnes está limpio. El kaldnes se va ensuciando y el flotador sube. Se ha ensuciado lo previsto. El flotador ha subido de forma que el imán entra en contacto con el conmutador. Se apaga la bomba de filtración y se encienden las dos de limpieza.
Cuando se realiza la limpieza sale agua sucia al exterior, los kaldnes bajan, el flotador baja pero el imán queda en el conmutador. Continúa la limpieza y sigue bajando el flotador. continúa el imán pegado. El flotador está tarado para que su peso sea suficiente para separar el imán cuando se estira el cordel. Cuando ha salido la mayoría del agua sucia el peso del flotador hace que el cordel tire del imán y lo separe. En este momento se apagan las dos bombas de limpieza y se enciende la de filtración.
El sistema airlift echa agua a la cámara, el kaldnes y el flotador suben de nivel. Queda el flotador en la superficie del agua con los kaldnes limpios. Cuando los kaldnes se ensucian otra vez se apaga la bomba de filtración y se encienden las dos de limpieza.... y así sucesivamente.
Las piezas en forma de ele tienen la función de impedir que el imán pueda torcerse, de esta manera por muchas veces que se realice la limpieza siempre quedan en el mismo plano. La forma de regular el estado de suciedad en que queremos que se autolimpie es subiendo (más sucio) o bajando (menos sucio) la tuerca que está debajo de la pieza superior de metacrilato. El circuito eléctrico es sencillísimo. O está encendida la bomba 1o la 2 y la 3.

Este segundo mecanismo no ha sido probado en el filtro en fecha 19-01-09 porque el hielo invade el estanque, los filtros y los alrededores.

CONSTRUCCIÓN DEL TANQUE DE FILTRACIÓN

El tanque en que se realiza el proceso de filtración es un depósito de una depuradora de piscina reciclado de 80 y 60 cm de altura (tiene un escalón), 100cm de ancho y 100cm de largo. Como es de fibra de vidrio y poliéster fue muy sencillo ponerle una separación justo en el borde del escalón para que la cámara de filtración mecánica solamente gaste unos 70 litros de agua cada vez que se realice la limpieza. Esa cantidad corresponde a poco más del 0,2% del agua del estanque.

Utilicé un tablero de fibra que hice hace un tiempo. A las tres horas ya estaba seco. Reforcé con unas varillas de acero el tablero de fibra para evitar que se combara con la preción del agua.
Al día siguiente ya instalado en su sitio con las conexiones y las llaves que vienen de los bottom drains. De una de las llaves salen dos tubos, uno directo hacia el filtro y otro baja hasta 1,80m de profundidad. El tiempo y nuevas pruebas dirán cuál de los dos es mejor. Los orificios de pasos del agua los relicé con la radial.
Los tubos que suben desde las válvulas de guillotina están partidos y unidos por unos manguitos. Tirando de ellos permitirá drenar el tubo si fuera necesario. Primera prueba de llenado de agua de la cámara biológica. Pegué trozos de tubo de 100mm para sujetar las compuertas.
Una vez colocados los tubos airlift definitivos. Los dos posteriores parten del mismo botom drain, uno de ellos a 1,80m. Estos tubos de red rígida de plástico sirven para que el kaldnes no se vaya hacia el estanque en el modo filtración. Realizándose el proceso de limpieza.
El estanque tiene un sistema de autollenado con una boya, de forma que rellena el agua de la limpieza de forma automática. El sanke da buena fé de ello.

COMENTARIOS Y PROBLEMAS QUE HAN APARECIDO EN SU CONSTRUCCIÓN O FUNCIONAMIENTO

La construcción no ha tenido problemas destacables. El tiempo de trabajo manual ha sido mínimo mientras que el intelectual ha sido importante y ha partido de toda la experiencia anterior.

El kaldnes que he usado estaba mezclado con algunos beads de polipropileno. A veces alguno de ellos se ha colocado obstruyendo el cierre hermético de las paletas de las "válvulas antiretorno". Cuando no queden beads entre los kaldnes se solucionará.

En los tubos de red rígida de plástico verde para evitar que pasen los kaldnes de cámara lo que ha pasado algunas veces es que los kaldnes se han metido dentro de ellos, reduciendo drásticamente el caudal de paso. La solución ha sido poner más bridas para evitarlo.

En las primeras pruebas de autolimpieza antes de que el imán prendiera en el conmutador se conectaba y saltaba. La solución ha sido poner una de las piedras agitadoras del kaldnes justo debajo de la boya, así la empuja en un primer momento y conecta el imán.

El mecanismo de cisterna que hace el autorrelleno de agua en el estanque hace que se recupere el nivel original en unas dos horas con un pequeño caudal. Además de esta función cumple la de evitar que se congelen las tuberías ya que continuamente sale un caudal mínimo para recuperar evaporación, pequeñas pérdidas, etc.

Filtrofrutos 08-03

Hace tiempo que no explico el desarrollo del filtrofrutos. El modelo que aquí presento tiene dos características nuevas, una de ellas es su diseño más compacto y otra su reversibilidad. Ha dado excepcionales resultados en las cuarentenas de 2008.
Tanto el tubo airlift como el tubo de ascenso o descenso de agua se encuentran en el interior del filtro. Presenta dos orificios al exterior, uno en la parte superior y otra en el fondo, que se encuentra levemente separado del fondo por unas patitas para permitir que pase el agua y evitar que pasen los peces. Es preciso que la altura de las patitas sea suficientemente alta para que no obstruya el paso del agua. En el caso de tubo de entrada de agua de 50mm es preciso 1cm como mínimo, pero en el caso de tubo de 90mm son necesarios 3,5cm. Esto es así para que no haya en ningún lugar del recorrido del agua una zona de menor sección que aumente la pérdida de carga.
El agua entra por el orificio inferior sube por el tubo mediante vasos comunicantes, desciende atravesando el medio, entra al airlift a través de las ranuras y asciende por el tubo airlift saliendo al exterior. Así el agua entra por la parte inferior y sale por la superficie.
El modelo es reversible simplemente instalando una te de PVC entre la salida del agua y el tubo de entrada de agua, de esta manera el agua entrará por el orificio redondo superior bajará atravesando el medio filtrante, subirá por el airlift y bajará por el tubo saliendo al exterior por el fondo. El agua entra por la parte superior y sale por la inferior
El material filtrante puede ser kaldnes o beads. La efectividad mecánica o biológica depende de dos factores: de la cantidad de dicho material y de la velocidad del agua en su bajada.
Con respecto a la cantidad de kaldnes es evidente que si es excesiva (mayor del 80% del volumen) el movimiento de los kaldnes o de los beads es nulo. Si la cantidad es escasa (menor del 50%) tanto kaldnes como beads se fluidifican y su efecto mecánico es reducido.
El segundo factor, el de la velocidad de bajada del agua, depende del caudal y de la sección. Exactamente la velocidad del agua en dm/s es el cociente entre el caudal en dm3/s y la sección en dm2. En los tubos de 200 mm de PVC la sección interna, descontando paredes y tubos interiores es de aproximadamente 2,45 dm2 y el caudal con unos 6w de bomba de aire es de unos 0,55 dm3/s (2000 l/h). Por tanto la velocidad es de 0,22 dm/s. El agua tarda casi 50 segundos en atravesar un metro de tubo de 200 mm. Pero estos datos, ciertos para el tubo sin medio filtrante, no son válidos si existen beads o kaldnes. En este caso la velocidad es mayor ya que la sección por la que pasa el agua es menor por la existencia de dichas partículas. La forma de calcularlo se complica bastante y es necesario ser un gran experto en mecánica de fluídos.
El nº de Reynolds es el que cuando sube de 3000 hace que un regimen sea turbulento. Se calcula multiplicando el radio por la velocidad por la densidad y dividiendo por la viscosidad del líquido. En nuestro caso da alrededor de 2000 siendo la viscosidad del agua de 1 centipoise, o lo que es lo mismo 0,001 pascalxseg ( ……… al dar 2000 está en la zona de transición pero bueno, esto es muy complejo y exigirá un estudio más reposado.
Por lo explicado anteriormente si ponemos un tubo exterior de diámetro elevado la sección es muy grande, por ello el caudal del airlift tendrá que ser muy grande para que la velocidad sea suficiente para aplastar los kaldnes contra el fondo y hacer un efecto mecánico.
El filtro reversible con tubo exterior de 200mm ha sido usado con éxito en varias cuarentenas 2008.
Ya tengo preparados nuevos tubos de PVC de 250mm y de 300mm para hacer nuevas versiones con más cantidad de kaldnes o beads.
Pincha en las imágenes para verlas ampliadas: