ESTACIONES DE BOMBEO DE LÍQUIDOS CLOACALES

B) Tipos de estaciones de bombeo según el emplazamiento de los equipos de bombeo. Esquemas. Ventajas y desventajas.

El sistema de bombeo debe tenerse en cuenta en el diseño de la instalación y, consecuentemente, de las obras civiles. Se dan, entonces, dos posibilidades para la posición de las bombas:

Emplazamiento indirecto: en este caso las bombas y los respectivos motores se colocan en un recinto independiente denominado “cámara seca” o a la intemperie.

Las bombas y la cámara seca, si existe, pueden adosarse a la obra de toma o pozo de bombeo, lo que se conoce como emplazamiento lateral o colocarse en la parte superior de los mismos, que corresponde a un emplazamiento superior.

Emplazamiento directo: en este caso las bombas están dentro de la masa líquida de la obra de toma o pozo de bombeo.

Los motores, por su parte, pueden hallarse junto a la bomba en la cámara húmeda o en una cámara seca superior a la intemperie

La mejor alternativa para la instalación electromecánica depende de la necesidad, conveniencia, ubicación y seguridad del sistema de bombeo, tanto como de los costos relativos de las diversas soluciones desde el punto de vista electromecánico, hidráulico y civil.

VENTAJAS Y DESVENTAJAS

Cámara seca: en general la cámara seca implica mayores inversiones puesto que la estructura resulta mucho mayor ya que requieren más espacio. Por otro lado para bombas de emplazamiento indirecto se requerirá la instalación de dispositivos específicos (tanques de cebado, válvulas de retención, etc) para evitar el descebado de la bomba cuando exista altura de succión.

Presentan mayores pérdidas en el conducto de aspiración, tienen vibraciones que provocan ruidos, el eje debe estar hecho a medida para cada instalación y el mantenimiento debe ser frecuente pues los cojinetes necesitan lubricación. Como contrapartida las bombas a ser utilizadas en cámara seca son más económicas (la bomba en sí) que aquellas sumergibles.

Cámara húmeda: La instalación de bombas sumergibles en emplazamiento húmedo aprovecha todas las ventajas de estos equipos, reduciendo el costo de la obra civil y de la aspiración. Presenta el inconveniente de ser costosa la adquisición de este tipo de bombas, pero la instalación es económica. Son insensibles a las inundaciones, los costos de operación son reducidos, no requieren superestructura, son silenciosas y se construyen con componentes estándar.

D) Explique el funcionamiento para el caso de una sola bomba trabajando para el caudal total de diseño para la primera etapa, incluyendo la determinación de los correspondientes tiempos característicos.

El problema consiste en determinar el mínimo volumen de la cámara compatible con la máxima frecuencia admisible de arranque por hora de los motores de las bombas. El planteo contempla el ingreso de un caudal Qa y la salida de un caudal de bombeo, el cuál puede ser considerado constante para cada bomba.

El análisis del caudal a bombear incluye, obviamente, la selección de los equipos de bombeo y la determinación del caudal para cada configuración operativa de las bombas.

Respecto al volumen óptimo de las bombas es oportuno señalar dos hechos contradictorios:

a) Al arrancar, el motor eléctrico absorbe corrientes de un orden de 6 a 10 veces mayor que las de régimen. Como el calor producido es proporcional al cuadrado de la intensidad de corriente, se pueden ocasionar fallas en el aislamiento eléctrico que traigan aparejados cortocircuitos y los daños consecuentes. Esta condición tiene a aumentar el período entre arranques y por ende incrementar los volúmenes de las cámaras de aspiración.

b) Por otro lado, en instalaciones cloacales, los períodos largos además de encarecer la obra civil dan lugar a procesos indeseables de sedimentación y septización. Esta condición tiende a disminuir los volúmenes de las cámaras.

La optimización del volumen de la cámara de aspiración, entonces, deberá contemplar un adecuado tiempo entre arranques, para que no se deterioren los motores y un tiempo de permanencia que no resulte excesivo, para evitar la sedimentación de sólidos y septización del líquido.

Para el diseño de estaciones de bombeo cloacales recurrimos al MÉTODO DEL TIEMPO ENTRE ARRANQUES CONSECUTIVOS DE BOMBAS.

El mismo toma como datos de partida el caudal de bombeo Qb ( fijado a partir de QE20) y el mínimo tiempo admisible entre arranques consecutivos de cada bomba (o su inversa, la máxima frecuencia admisible de arranques en la unidad de tiempo).

CASO 1 – UNA SOLA BOMBA OPERANDO

El volumen útil de la cámara de bombeo está definido físicamente por los niveles de arranque y parada de la misma.

En la imagen superior pueden observarse claramente lo que se denomina volumen útil (Vu) y de fondo (Vf) en una cámara típica para una sola bomba en operación.El volumen de fondo está definido por la altura “hf” determinada en función de las dimensiones de la bomba y la sumergencia necesaria (para equipos en cámaras húmedas) y la altura de aspiración respecto del fondo.

El volumen Vu está definido por el caudal de bombeo y la máxima frecuencia de arranque por unidad de tiempo admitida por los motores eléctricos y sus arrancadores. Con el valor de Vu así obtenido se calcula la altura “h” entre los niveles de arranque y detención de la bomba.En cuanto al ciclo si partimos del punto 0, con la bomba detenida, el caudal afluente Qa hace ascender el nivel de la cámara en el tiempo “tp” (tiempo de parada de la bomba). Se alcanza el nivel de arranque de la misma (correspondiente al punto 1), a partir de ese momento el nivel comienza a descender ya que el caudal de bombero Qb es mayor que el afluente y el resultado es un caudal neto de extracción igual a Qb – Qa. En ”tf” (tiempo de funcionamiento de la bomba) el nivel desciende hasta el punto 0, deteniéndose allí la bomba y finalizando el ciclo.Esto significa que el ciclo completo estará integrado por un período tp de bomba parada (durante el cual se llena la cámara hasta el nivel de arranque de la bomba) y un período tf de bomba en funcionamiento (durante el cual se vacía la cámara hasta el nivel de parada de la bomba) Ambos tiempos integran el tiempo de ciclo del sistema “tc”:Tiempo ciclo = Tiempo parada + Tiempo funcionamiento Este tiempo de ciclos no es otra cosa que el tiempo entre arranques consecutivos de la bomba. Ante lo expuesto anteriormente puede escribirse:

A su vez : f = 1/tc frecuencia de arranques (arranques/hora)

Si definimos K = Qa /Qb Representa la relación entre los caudales afluentes y de bombeo.

Podemos expresar:

Y por último

Se observa que la condición más desfavorable para los motores eléctricos y susarrancadores, se produce para k=0,5 o sea cuando el caudal afluente Qa es igual a la mitad del de bombeo (Qa = 0,5 Qb) En esas condiciones el tiempo de ciclo tc (tiempo entrearranques consecutivos) es mínimo, y los tiempos de parada y funcionamiento resultan iguales.

Para k = 0,5 se cumple entonces

Si la cámara posee un volumen útil menor a Vumáx, entonces la frecuencia de arranque superaría a fmáx. Este volumen resulta ser, entonces, el mínimo admisible para no sobrepasar fmáx.Si bien Vumáx representa el valor máximo de la función Vu = f(k) para k comprendida entre 0 y 1, si no se desea sobrepasar fmáx, el volumen útil de la cámara de bombeo deberá ser igual o mayor que Vumáx.Entonces:

V1 = Vumáx = Vol útil mínimo admisible (para el ciclo de 1 bomba)

Tiempo máximo de permanencia hidráulica

La excesiva permanencia de líquido cloacal crudo en la cámara de bombeo produce la sedimentación de parte de los sólidos suspendidos y la descomposición anaeróbica del líquido y de la fracción orgánica de los sedimentos.

Es necesario, entonces, establecer criterios para limitar el tiempo máximo de permanencia del líquido y la forma práctica de calcular dicho tiempo.

La situación más desfavorable se presenta para los caudales afluentes mínimos iniciales. Como caudal mínimo se adopta el caudal medio del día de menor volumen volcado del primer año del período.

En la siguiente figura se analiza el tiempo teórico que permanecería en la cámara un volumen elemental de líquido de altura dh. (Ver figura)

Esto significa que este elemento de volumen permaneció en la cámara un tiempo total teórico:

Tst = V1/Qbo + (V1 + Vf) / ( Qb1 – QB0)

Este tiempo teórico no toma en cuenta el efecto de mezcla entre el líquido que entro primero y el líquido fresco que va ingresando a la cámara

Tsmax = V1/Qbo + (0,5 V1 + Vf) / ( Qb1 – QB0)