Las estaciones de bombeo , también llamadas casas de bombas , [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 mover agua o aguas residuales de un lugar a otro, superando los desafíos gravitacionales, y son esenciales para mantener los niveles de los canales navegables , 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 debido al 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 bajo el nivel del mar, un concepto pionero durante la época victoriana en lugares como The Fens en el Reino Unido. La introducción de "estaciones de bombeo en paquete" ha modernizado los sistemas de drenaje, permitiendo una solución compacta y eficiente para áreas donde el drenaje por gravedad no es práctico.
Las estaciones de bombeo de agua se diferencian por sus aplicaciones, como abastecimiento de pozos, bombeo de agua cruda y bombeo de alto servicio, 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 confiabilidad y seguridad, minimizando el impacto ambiental 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 efectivamente la huella 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 generación de energía moviendo agua entre embalses a diferentes elevaciones, lo que resalta la versatilidad y la 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 terrestre 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 países con sistemas de canales también son frecuentes las estaciones de bombeo. Debido a la forma en que funciona el sistema de esclusas , se pierde agua de la parte superior de un canal cada vez que pasa un barco. Además, la mayoría de las compuertas no son estancas, por lo que parte del agua se filtra desde los niveles más altos del canal hacia los más bajos. El agua tiene que ser reemplazada o eventualmente los niveles superiores del canal no retendrían suficiente agua para ser navegable.
Los canales normalmente se alimentan desviando agua de 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 estación de bombeo de canal es la estación de bombeo Claverton en el canal Kennet y Avon en el sur de Inglaterra, Reino Unido. Esto bombea agua desde el cercano río Avon al canal mediante bombas impulsadas por una rueda hidráulica impulsada por el río. [2]
Cuando no se disponga de suministro de agua externo, se podrán emplear sistemas de retrobombeo. El agua se extrae del canal debajo de la esclusa más baja de un tramo y se bombea de regreso a la parte superior del tramo, lista para que pase el siguiente barco. Estas instalaciones suelen ser pequeñas.
Cuando se drenan áreas bajas de tierra, el método general es cavar zanjas de drenaje . Sin embargo, si el área está por debajo del nivel del mar , entonces es necesario bombear el agua hacia arriba hacia canales de agua 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 al nivel del mar, llamadas The Fens , se convirtieron en ricas tierras cultivables mediante este método. El terreno está lleno de nutrientes debido a la acumulación de lodo sedimentario que creó el terreno inicialmente.
En otros lugares, las estaciones de bombeo se utilizan para eliminar 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 paquete" proporciona una forma eficiente y económica de instalar un sistema de drenaje . Son adecuados para servicios mecánicos de construcción, recolección y bombeo de líquidos como aguas superficiales, aguas residuales o aguas residuales de áreas donde el drenaje por gravedad no es posible.
Una estación de bombeo de paquete es un sistema integrado, construido en una carcasa fabricada con materiales fuertes y resistentes a los impactos, como hormigón prefabricado , polietileno o plástico reforzado con vidrio . La unidad se suministra con tuberías internas montadas, premontadas y listas para su instalación en el suelo, tras lo cual se instalan las bombas sumergibles y el equipo de control. Las características pueden incluir controles para operación completamente automática; una indicación de alarma de alto nivel, en caso de fallo 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 provocar problemas potencialmente graves en el sitio, como un asentamiento desigual entre los componentes, lo que provoca tensión y fallas en las tuberías y conexiones entre los componentes. El desarrollo de un sistema de estación de bombeo combinado combinó todos los componentes en una sola carcasa, lo que no solo elimina problemas de asentamiento desigual, sino que la instalación previa de plomería y equipamiento de cada unidad antes de la instalación puede reducir el costo y el tiempo involucrados con 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 caudales máximos elevados. Tienen 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 del cliente y los requisitos de flujo contra incendios. El consumo promedio anual de agua per cápita, la hora pico y el máximo diario pueden variar mucho 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 subterráneas por gravedad (tuberías que están inclinadas para que un líquido pueda fluir en una dirección bajo la 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 presentes. Cuando el nivel de las aguas residuales aumenta a un punto predeterminado, se activará 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 a una distancia significativa. La estación de bombeo puede denominarse estación de bombeo si la bomba simplemente descarga en un pozo de registro por gravedad cercano. [4] A partir de aquí, el ciclo comienza de nuevo hasta que las aguas residuales llegan a su punto de destino, generalmente una planta de tratamiento. Mediante este método, se utilizan estaciones de bombeo para trasladar los desechos a mayores elevaciones. En el caso de altos flujos de aguas residuales hacia el pozo (por ejemplo, durante períodos de flujo máximo y clima húmedo), se utilizarán bombas adicionales. Si esto es insuficiente, o en caso de falla de la estación de bombeo, se puede producir un atasco en el sistema de alcantarillado, provocando un desbordamiento del alcantarillado sanitario , es decir, la descarga de aguas residuales sin tratar al medio ambiente.
Las estaciones de bombeo de aguas residuales generalmente están diseñadas para que una bomba o un conjunto de bombas manejen condiciones normales de flujo máximo. La redundancia está integrada en el sistema de modo que, en caso de que alguna bomba esté fuera de servicio, la bomba o bombas restantes manejarán el flujo diseñado. El volumen de almacenamiento del pozo húmedo entre las configuraciones de "bomba encendida" y "bomba apagada" 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 en el pozo húmedo se vuelvan sépticas .
Las bombas de aguas residuales son casi siempre bombas centrífugas de succión terminal con impulsores abiertos y están especialmente diseñadas con un gran pasaje abierto para evitar obstrucciones con desechos o que se enrollen desechos fibrosos en el impulsor. Un motor de inducción de CA de cuatro o seis polos normalmente acciona la bomba. En lugar de proporcionar grandes pasajes abiertos, algunas bombas, generalmente bombas de aguas residuales más pequeñas, también maceran los sólidos dentro de las aguas residuales y los dividen 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 entrara en el pozo sería abrumada por los humos muy rápidamente. Cualquier entrada al pozo húmedo requiere el método correcto de entrada a espacios confinados para un entorno peligroso. Para minimizar la necesidad de entrada, la instalación normalmente está diseñada para permitir que las bombas y otros equipos se retiren del exterior del pozo húmedo.
Las estaciones de bombeo de aguas residuales tradicionales incorporan tanto un pozo húmedo como un "pozo seco". A menudo se trata de la misma estructura separada por una división interna. En esta configuración, las bombas se instalan 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, cebando la bomba y también maximizando 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 apropiadas para su entrada. Además, cualquier falla o fuga de las bombas o tuberías puede descargar aguas residuales directamente al pozo seco, con una inundación completa que no es algo infrecuente. Como resultado, los motores eléctricos normalmente se montan por encima del nivel superior del agua 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 de superficie de las inclemencias del tiempo, normalmente se construyen pequeñas casas de bombas, que también incorporan el interruptor eléctrico y la electrónica de control. Estas son las partes visibles de una estación de bombeo de aguas residuales tradicional, aunque suelen ser más pequeñas que los pozos subterráneos húmedos y secos.
Las estaciones de bombeo más modernas no requieren un pozo seco ni una caseta de bombeo y generalmente constan únicamente de un pozo húmedo. En esta configuración, las bombas sumergibles para aguas residuales con motor eléctrico estrechamente acoplado se montan dentro del propio pozo húmedo, sumergidas en las aguas residuales. Las bombas sumergibles se montan sobre dos carriles guía verticales y se sellan sobre una "pata de pato" fija permanentemente, que forma a la vez un soporte y también un codo vertical para la tubería de descarga. Para mantenimiento o reemplazo, las bombas sumergibles se elevan mediante una cadena desde el pie de pato y se suben por los dos rieles guía hasta el nivel de mantenimiento (normalmente en el suelo). Reinstalar las bombas simplemente invierte este proceso: la bomba se vuelve a montar en los rieles guía y se baja sobre el pie de pato donde el peso de la bomba la vuelve a sellar. Como los motores están sellados y el clima no es una preocupación, no se requieren estructuras sobre el suelo, excepto un pequeño quiosco para contener los sistemas de control y aparamenta eléctrica.
Debido a las preocupaciones mucho menores de salud y seguridad, y a la menor huella y visibilidad, las estaciones de bombeo de aguas residuales con bomba sumergible han reemplazado casi por completo a las estaciones de bombeo de aguas residuales tradicionales. Además, la reparación de una estación de bombeo tradicional generalmente implica convertirla en una estación de bombeo moderna instalando sumergibles en el pozo húmedo, demoliendo la casa de bombas y retirando el pozo seco, ya sea desmontándolo o derribando la partición interna y fusionándola con el pozo mojado.
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 dicho trabajo, pero la experiencia necesaria para resolver ciertos problemas particulares hace que sea fácil elegir un controlador de bomba específico. Las RTU son muy útiles en el monitoreo remoto de cada estación de bombeo desde una sala de control centralizada con sistemas SCADA (Supervisory Control & Data Acquisition). Esta configuración puede ser útil para monitorear fallas, niveles y otras alarmas y parámetros de la bomba, haciéndola más eficiente.
Un esquema de almacenamiento por bombeo es un tipo de central eléctrica para almacenar y producir electricidad para satisfacer las demandas máximas moviendo agua entre embalses a diferentes elevaciones.
Normalmente, el agua se canaliza desde un depósito de alto nivel a un depósito de bajo nivel, a través de turbinas generadoras que generan electricidad. Esto se hace cuando se requiere que la estación genere energía. Durante los períodos de baja demanda, como durante la noche, los generadores se invierten para convertirse en bombas que mueven el agua de regreso al depósito superior.
Hay miles de estaciones de bombeo en todo el mundo. La siguiente es una lista de los descritos en esta enciclopedia.
En el Reino Unido, durante la época victoriana , estaba de moda que los edificios públicos presentaran una arquitectura muy ornamentada . En consecuencia, se han catalogado y conservado un número considerable de antiguas estaciones de bombeo. La mayoría de los sitios originalmente funcionaban con vapor, y donde las máquinas de vapor todavía están en el lugar , muchos de los sitios han reabierto desde entonces como atracciones de museo.
Se utiliza para bombear agua de un pozo a un depósito.
Se utiliza para bombear agua potable desde un depósito a un sistema de suministro de agua.
{{cite book}}: Mantenimiento CS1: otros ( enlace )