Las estaciones de bombeo , también llamadas casetas de bombeo , [1] son edificios de servicios públicos que contienen bombas y equipos para bombear fluidos de un lugar a otro. Son fundamentales en una variedad de sistemas de infraestructura , como el suministro de agua, el drenaje de tierras bajas , los canales y la eliminación de aguas residuales a los sitios de procesamiento. Una estación de bombeo es una parte integral de una instalación hidroeléctrica de almacenamiento por bombeo .
Las estaciones de bombeo están diseñadas para transportar agua o aguas residuales de un lugar a otro, superando los desafíos gravitacionales, y son esenciales para mantener los niveles navegables de los canales, suministrar agua y gestionar las aguas residuales y las inundaciones. En los sistemas de canales, las estaciones de bombeo ayudan a reponer el agua perdida por el uso de las esclusas y las fugas, lo que garantiza la navegabilidad. De manera similar, en el drenaje terrestre, las estaciones bombean agua para evitar inundaciones en áreas por debajo del nivel del mar, un concepto iniciado durante la era victoriana en lugares como The Fens en el Reino Unido. La introducción de "estaciones de bombeo en paquete" ha modernizado los sistemas de drenaje, lo que permite una solución compacta y eficiente para áreas donde el drenaje por gravedad es poco práctico.
Las estaciones de bombeo de agua se diferencian por sus aplicaciones, como la obtención de agua de pozos, el bombeo de agua cruda y el bombeo de alto rendimiento, cada una diseñada para satisfacer proyecciones de demanda específicas y necesidades de los clientes. Las estaciones de bombeo de aguas residuales, por otro lado, están diseñadas para manejar aguas residuales, con diseños que garantizan la confiabilidad y la seguridad, minimizando los impactos ambientales de los desbordamientos. Las innovaciones en la tecnología de bombeo y el diseño de estaciones han llevado al desarrollo de estaciones de bombeo sumergibles, que son más compactas y seguras, lo que reduce de manera efectiva el espacio y la visibilidad de la infraestructura de gestión de aguas residuales. Los controladores electrónicos han mejorado la eficiencia y las capacidades de monitoreo de las estaciones de bombeo, esenciales para los sistemas modernos. Los esquemas de almacenamiento por bombeo representan un uso crítico de las estaciones de bombeo, ya que brindan un método para el almacenamiento y la generación de energía al mover agua entre reservorios a diferentes alturas, lo que resalta la versatilidad e importancia de las estaciones de bombeo en todos los sectores.
Algunas estaciones de bombeo han sido reconocidas por su importancia arquitectónica e histórica, por ejemplo, las estaciones de bombeo de Claverton y Crofton , que se conservan como atracciones de museo. Ejemplos como el drenaje de tierras en los Países Bajos, el suministro de agua en Hong Kong y el drenaje agrícola en Irak, subrayan el papel vital que desempeñan estas instalaciones en el apoyo a la infraestructura moderna, la gestión ambiental y el almacenamiento de energía.
En los países con sistemas de canales , también es frecuente la instalación de estaciones de bombeo. Debido a la forma en que funciona el sistema de esclusas de los canales , se pierde agua de la parte superior de un canal cada vez que pasa un barco. Además, la mayoría de las compuertas de las esclusas no son estancas, por lo que parte del agua se filtra desde los niveles superiores del canal hacia los inferiores. El agua debe ser reemplazada o, con el tiempo, los niveles superiores del canal no retendrían suficiente agua para ser navegables.
Los canales suelen alimentarse desviando el agua de los arroyos y ríos hacia las partes superiores del canal, pero si no se dispone de una fuente adecuada, se puede utilizar una estación de bombeo para mantener el nivel del agua. Un ejemplo de una estación de bombeo de canal es la estación de bombeo de Claverton en el canal Kennet y Avon en el sur de Inglaterra, Reino Unido. Esta estación bombea agua desde el cercano río Avon hasta el canal utilizando bombas impulsadas por una rueda hidráulica que es impulsada por el río. [2]
Cuando no se dispone de suministro externo de agua, se pueden emplear sistemas de bombeo en sentido inverso. El agua se extrae del canal que se encuentra debajo de la esclusa más baja de un tramo y se bombea de vuelta a la parte superior del tramo, lista para que pase el próximo barco. Estas instalaciones suelen ser pequeñas.
Cuando se drenan zonas bajas, el método general es cavar zanjas de drenaje . Sin embargo, si la zona está por debajo del nivel del mar , es necesario bombear el agua hacia arriba, hacia canales que finalmente desembocan en el mar.
Los victorianos entendieron este concepto y en el Reino Unido construyeron estaciones de bombeo con bombas de agua , impulsadas por máquinas de vapor para realizar esta tarea. En Lincolnshire, grandes áreas de humedales a nivel del mar, llamadas The Fens , se convirtieron en ricas tierras de cultivo mediante este método. La tierra está llena de nutrientes debido a la acumulación de lodo sedimentario que creó la tierra inicialmente.
En otros lugares se utilizan estaciones de bombeo para extraer el agua que ha llegado a zonas bajas como resultado de fugas o inundaciones (en Nueva Orleans , por ejemplo).
En tiempos más recientes, una "estación de bombeo en paquete" proporciona una forma eficiente y económica de instalar un sistema de drenaje . Son adecuadas para la recolección y bombeo mecánico de líquidos como aguas superficiales, aguas residuales o cloacales en servicios de construcción de áreas donde el drenaje por gravedad no es posible.
Una estación de bombeo compacta es un sistema integrado, construido en una carcasa fabricada con materiales resistentes a los impactos, como hormigón prefabricado , polietileno o plástico reforzado con fibra de vidrio . La unidad se suministra con tuberías internas instaladas, preensambladas y listas para su instalación en el suelo, después de lo cual se instalan las bombas sumergibles y el equipo de control. Las características pueden incluir controles para un funcionamiento completamente automático; una indicación de alarma de nivel alto, en caso de falla de la bomba; y posiblemente un sistema de riel guía/acoplamiento automático/pedestal, para permitir una fácil extracción de las bombas para mantenimiento.
Los sistemas tradicionales construidos en el sitio tienen los componentes de la bóveda de válvulas instalados en una estructura separada. Tener dos componentes estructurales puede generar problemas potencialmente graves en el sitio, como un asentamiento desigual entre los componentes, lo que genera tensión y fallas en las tuberías y las conexiones entre los componentes. El desarrollo de un sistema de estación de bombeo empaquetado combinó todos los componentes en una sola carcasa que no solo elimina los problemas de asentamiento desigual, sino que la instalación previa de tuberías y el equipamiento de cada unidad antes de la instalación pueden reducir el costo y el tiempo involucrados en la obra civil y la mano de obra en el sitio.
Las estaciones de bombeo de agua se diferencian de las estaciones de bombeo de aguas residuales en que no es necesario dimensionarlas para tener en cuenta los altos caudales máximos. Se dividen en cinco categorías generales: [3]
Las estaciones de bombeo de agua se construyen en áreas en las que la demanda o la demanda proyectada está razonablemente definida y depende de una combinación de las necesidades de los clientes y los requisitos de caudal de incendios. El consumo de agua per cápita anual promedio, la hora pico y el máximo diario pueden variar en gran medida debido a factores como el clima, los niveles de ingresos, la población y las proporciones de usuarios residenciales, comerciales e industriales. [3]
Las estaciones de bombeo en los sistemas de recolección de aguas residuales normalmente están diseñadas para manejar aguas residuales sin tratar que se alimentan desde tuberías de gravedad subterráneas (tuberías que están inclinadas de modo que un líquido puede fluir en una dirección por gravedad). Las aguas residuales se introducen y almacenan en un pozo, comúnmente conocido como pozo húmedo . El pozo está equipado con instrumentación eléctrica para detectar el nivel de aguas residuales presente. Cuando el nivel de aguas residuales sube a un punto predeterminado, se pondrá en marcha una bomba para elevar las aguas residuales hacia arriba a través de un sistema de tuberías presurizadas llamado tubería principal de alcantarillado si las aguas residuales se transportan una distancia significativa. La estación de bombeo puede llamarse estación elevadora si la bomba simplemente descarga en un pozo de gravedad cercano. [4] Desde aquí, el ciclo comienza de nuevo hasta que las aguas residuales llegan a su punto de destino, generalmente una planta de tratamiento. Con este método, las estaciones de bombeo se utilizan para mover los desechos a elevaciones más altas. En el caso de altos flujos de aguas residuales en el pozo (por ejemplo, durante períodos de flujo máximo y clima húmedo), se utilizarán bombas adicionales. Si esto no es suficiente, o en caso de fallo de la estación de bombeo, puede producirse un atasco en el sistema de alcantarillado, dando lugar a un desbordamiento del alcantarillado sanitario , es decir, la descarga de aguas residuales sin tratar al medio ambiente.
Las estaciones de bombeo de aguas residuales suelen estar diseñadas de modo que una bomba o un conjunto de bombas se encarguen de las condiciones normales de caudal máximo. El sistema incorpora redundancia de modo que, en caso de que una bomba esté fuera de servicio, la bomba o las bombas restantes se encarguen del caudal diseñado. El volumen de almacenamiento del pozo húmedo entre las configuraciones de "bombeo encendido" y "bombeo apagado" está diseñado para minimizar los arranques y paradas de la bomba, pero no es un tiempo de retención tan largo como para permitir que las aguas residuales del pozo húmedo se conviertan en sépticas .
Las bombas para aguas residuales son casi siempre bombas centrífugas de succión axial con impulsores abiertos y están especialmente diseñadas con un gran paso abierto para evitar obstrucciones con residuos o la acumulación de residuos fibrosos en el impulsor. Un motor de inducción de CA de cuatro o seis polos normalmente impulsa la bomba. En lugar de proporcionar grandes pasos abiertos, algunas bombas, normalmente bombas para aguas residuales más pequeñas, también maceran los sólidos dentro de las aguas residuales, descomponiéndolos en partes más pequeñas que pueden pasar más fácilmente a través del impulsor.
El interior de una estación de bombeo de aguas residuales es un lugar muy peligroso. Los gases venenosos, como el metano y el sulfuro de hidrógeno , pueden acumularse en el pozo húmedo; una persona mal equipada que entre en el pozo se vería afectada por los vapores muy rápidamente. Cualquier ingreso al pozo húmedo requiere el método de ingreso a espacios confinados adecuado para un entorno peligroso. Para minimizar la necesidad de ingresar, la instalación normalmente está diseñada para permitir que las bombas y otros equipos se retiren desde el exterior del pozo húmedo.
Las estaciones de bombeo de aguas residuales tradicionales incorporan un pozo húmedo y un "pozo seco". A menudo, se trata de la misma estructura separada por una división interna. En esta configuración, las bombas se instalan por debajo del nivel del suelo en la base del pozo seco de modo que sus entradas estén por debajo del nivel del agua al arrancar la bomba, lo que ceba la bomba y también maximiza el NPSH disponible . Aunque nominalmente están aislados de las aguas residuales en el pozo húmedo, los pozos secos son espacios subterráneos y confinados y requieren precauciones adecuadas para ingresar. Además, cualquier falla o fuga de las bombas o tuberías puede descargar aguas residuales directamente en el pozo seco, lo que no es un hecho poco común. Como resultado, los motores eléctricos normalmente se montan por encima del nivel de agua superior del pozo húmedo, generalmente por encima del nivel del suelo, y accionan las bombas de aguas residuales a través de un eje vertical extendido. Para proteger los motores sobre el suelo del clima, normalmente se construyen pequeñas casetas de bombas, que también incorporan el cuadro eléctrico y la electrónica de control. Estas son las partes visibles de una estación de bombeo de aguas residuales tradicional, aunque normalmente son más pequeñas que los pozos húmedos y secos subterráneos.
Las estaciones de bombeo más modernas no requieren un pozo seco o una caseta de bombas y, por lo general, constan únicamente de un pozo húmedo. En esta configuración, las bombas sumergibles para aguas residuales con un motor eléctrico acoplado estrechamente se montan dentro del propio pozo húmedo, sumergidas en las aguas residuales. Las bombas sumergibles se montan sobre dos rieles guía verticales y se sellan sobre una "pata de pato" fijada de forma permanente, que forma tanto un soporte como una curva vertical para la tubería de descarga. Para realizar tareas de mantenimiento o sustitución, las bombas sumergibles se elevan mediante una cadena desde la pata de pato hasta los dos rieles guía hasta el nivel de mantenimiento (normalmente el suelo). La reinstalación de las bombas simplemente invierte este proceso, ya que la bomba se vuelve a montar en los rieles guía y se baja hasta la pata de pato, donde el peso de la bomba la vuelve a sellar. Como los motores están sellados y el clima no es un problema, no se requieren estructuras sobre el suelo, a excepción de un pequeño quiosco para contener los sistemas de control y los cuadros eléctricos.
Debido a que las preocupaciones por la salud y la seguridad son mucho menores y ocupan menos espacio y son más visibles, las estaciones de bombeo de aguas residuales con bombas sumergibles han reemplazado casi por completo a las estaciones de bombeo de aguas residuales tradicionales. Además, la remodelación de una estación de bombeo tradicional generalmente implica convertirla en una estación de bombeo moderna mediante la instalación de bombas sumergibles en el pozo húmedo, la demolición de la sala de bombas y el retiro del pozo seco, ya sea desmantelándolo o derribando la partición interna y fusionándolo con el pozo húmedo.
Los fabricantes de bombas siempre han diseñado y fabricado dispositivos electrónicos para controlar y supervisar las estaciones de bombeo. Hoy en día también es muy común utilizar un controlador lógico programable (PLC) o una unidad terminal remota (RTU) para dicha labor, pero la experiencia necesaria para resolver ciertos problemas particulares hace que sea fácil optar por un controlador de bomba específico. Las RTU son de gran ayuda en la monitorización remota de cada estación de bombeo desde una sala de control centralizada con sistemas SCADA (Supervisory Control & Data Acquisition). Esta configuración puede ser útil para monitorizar averías, niveles y otras alarmas y parámetros de la bomba, haciéndola más eficiente.
Un sistema de almacenamiento por bombeo es un tipo de central eléctrica destinada a almacenar y producir electricidad para satisfacer demandas máximas elevadas moviendo agua entre reservorios ubicados a diferentes alturas.
Por lo general, el agua se canaliza desde un depósito de nivel alto a un depósito de nivel bajo, a través de generadores de turbina que generan electricidad. Esto se hace cuando se necesita que la central genere energía. Durante los períodos de baja demanda, como por ejemplo durante la noche, los generadores se invierten para convertirse en bombas que hacen que el agua vuelva al depósito superior.
Existen miles y miles de estaciones de bombeo en todo el mundo. A continuación se incluye una lista de las que se describen en esta enciclopedia.
En el Reino Unido, durante la época victoriana , se puso de moda que los edificios públicos tuvieran una arquitectura muy ornamentada . Por ello, se han catalogado y conservado un número considerable de antiguas estaciones de bombeo. La mayoría funcionaban originalmente con vapor y, en los lugares donde todavía se encuentran las máquinas de vapor , muchos de los sitios han vuelto a abrir sus puertas como atracciones de museo.
Se utiliza para bombear agua desde un pozo a un depósito.
Se utiliza para bombear agua potable desde un depósito a un sistema de suministro de agua.
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