Bombas trituradoras y la evolución de los sistemas de alcantarillado a presión

Oct 09, 2023

Los sistemas de alcantarillado por gravedad son el método principal utilizado por los municipios para transportar los desechos de aguas residuales residenciales a una instalación de recolección o tratamiento. Las alcantarillas por gravedad utilizan la fuerza de la gravedad para empujar el fluido a través de redes de grandes tuberías inclinadas hasta la tubería de alcantarillado. Para toda la tecnología de alcantarillado, los fluidos requieren una velocidad de flujo mínima para mantener los sólidos en suspensión. Cuando los sólidos se depositan en un sistema de aguas residuales, suceden cosas malas, como obstrucciones o problemas de olores.

Los estados y municipios publican criterios de diseño que dictan los estándares para el flujo mínimo requerido, así como los diámetros mínimos de tubería y las pendientes mínimas para lograr estos flujos. Lo que esto significa para los contratistas es que se debe instalar una tubería de alcantarillado a mayor profundidad que las líneas de descarga de cada fuente conectada a ella. Las estaciones de bombeo se pueden utilizar para bombear fluido a una mayor elevación, lo que permite ubicar la tubería principal de alcantarillado más cerca de la superficie; sin embargo, las estaciones de bombeo pueden ser costosas de construir y más costosas de mantener. En general, la construcción de infraestructura de alcantarillado requiere una extensa excavación de zanjas, lo cual es costoso y tiene un impacto ambiental. Estos desafíos son más difíciles en áreas donde los niveles freáticos son altos o el paisaje es montañoso, rocoso o llano.

Los sistemas de alcantarillado a presión se diseñaron a principios de la década de 1970 como una alternativa para aplicaciones donde los sistemas de alcantarillado por gravedad eran menos factibles o económicos. Proporcionó un medio para combatir terrenos difíciles y reducir el costo inicial de proyectos o desarrollos de construcción lentos. Las principales diferencias entre los sistemas de alcantarillado por gravedad convencionales y los sistemas de alcantarillado a presión están en la red de tuberías y la reducción del tamaño de los sólidos en las aguas residuales en cada residencia. Los sistemas de alcantarillado a presión utilizan una red de bombas trituradoras para transportar aguas residuales a través de tuberías de pequeño diámetro, directamente a una tubería de alcantarillado, una estación de bombeo o un sistema de tratamiento. Una bomba trituradora es una bomba sumergible diseñada para reducir las partículas de un flujo de desechos a una suspensión fina mediante un mecanismo de molienda. Para superar terrenos difíciles, las tuberías se instalan justo debajo de la línea de heladas y siguen el paisaje natural. Las bombas deben funcionar con alta presión y flujo limitado en comparación con un sistema de gravedad.

Hay dos formas básicas de bombas trituradoras que se pueden utilizar en aplicaciones de alcantarillado a presión: de cavidad progresiva o centrífugas. Con un triturador de cavidad progresiva, el bombeo se realiza mediante un rotor de acero inoxidable de forma especial que gira dentro de un estator de caucho multilobulado. La fricción desarrollada entre los dos componentes desarrolla la presión utilizada para transportar el fluido. Las bombas trituradoras centrífugas utilizan un impulsor de vórtice para crear presión y flujo. A medida que el impulsor gira, crea un vórtice en la carcasa de la bomba que transporta el lodo desde la cámara de voluta hasta el sistema de tuberías.

Originalmente, las trituradoras de cavidad progresiva eran la bomba elegida para aplicaciones de alcantarillado a presión debido a su capacidad para bombear con un rango estrecho de flujo (10 a 15 galones por minuto [gpm]) a altas presiones de cabeza (hasta 150 pies). Las bombas de cavidad progresiva no son autolimitantes con respecto a la presión; A medida que aumenta el volumen del sistema, también aumenta la presión. Si la presión del sistema excede la presión del cabezal de cierre de la bomba, la bomba continuará intentando superar la contrapresión hasta que algo se estropee. La avería podría ser tan simple como un sensor térmico activado o tan grave como una línea rota o una bomba dañada. Como mínimo, el aumento de presión provoca un mayor desgaste. Dado que estas bombas funcionan por fricción, los componentes de la bomba experimentan un desgaste continuo.

El desgaste se acelera con alta presión, alto flujo, tiempos de funcionamiento prolongados o la adición de partículas granuladas en el flujo de desechos, como arena y suciedad. El estator de la bomba de una trituradora de cavidad progresiva es a la vez el elemento de mayor desgaste y uno de los componentes más costosos de reemplazar, lo que hace que la reparación o la falla prematura sean costosas.

Durante mucho tiempo, los fabricantes de bombas trituradoras centrífugas ofrecieron la trituradora estándar de una sola etapa en aplicaciones de alcantarillado a presión. Estas bombas podían funcionar en algunas aplicaciones y podían ofrecer más flujo que una trituradora de cavidad progresiva (55-60 gpm frente a 15 gpm, respectivamente), pero estaban limitadas a aproximadamente 100 pies de altura (frente a 150 pies). La ventaja de una bomba centrífuga era la característica de funcionar a lo largo de una curva de bomba. La bomba puede funcionar de forma segura al ralentí en el cabezal de cierre sin causar ningún daño. A diferencia de la bomba de cavidad progresiva, la bomba centrífuga simplemente esperará a que la presión del sistema se estabilice y volverá a bombear normalmente.

Debido a estos beneficios, la bomba trituradora centrífuga de una sola etapa fue aceptada como una buena alternativa en el mercado en comparación con las bombas trituradoras de cavidad progresiva en aplicaciones de menor altura; sin embargo, eso dejó un vacío en las aplicaciones de mayor altura. Para abordar la necesidad del mercado de un triturador centrífugo de mayor cabezal, se desarrollaron bombas trituradoras centrífugas de dos etapas específicamente para aplicaciones de alcantarillado a presión. Al sacrificar algo de flujo, la adición de un impulsor de segunda etapa permitió duplicar la presión de cabeza. El resultado de esta innovación fue una bomba trituradora centrífuga que puede operar a una presión de cabeza de 200 pies y que, en situaciones de baja presión, puede bombear casi 30 gpm. Debido a sus flujos más altos, una bomba trituradora centrífuga que funciona en condiciones normales puede limpiar una línea de dos pulgadas, a diferencia de las unidades trituradoras de cavidad progresiva, que requieren de dos a tres bombas funcionando al mismo tiempo para limpiar una línea de 2 pulgadas. Mantener las líneas limpias es importante para minimizar el olor y prevenir obstrucciones. El costo de operar un molino centrífugo de dos etapas suele ser menos costoso debido a los tiempos de funcionamiento más cortos requeridos debido al mayor flujo.

La belleza de los sistemas de alcantarillado a presión es su intercambiabilidad y flexibilidad. Las bombas trituradoras están diseñadas para ser compatibles, de modo que siempre que entre suficiente flujo en un sistema, ese sistema funcionará correctamente, independientemente de la tecnología de bomba trituradora utilizada. Como resultado, existe la posibilidad de utilizar tecnologías de rectificación de cavidad progresiva centrífuga o ambas tecnologías juntas en un solo sistema. Estas estaciones trituradoras residenciales se pueden usar para desarrollar sistemas de alcantarillado a presión total o con sistemas de alcantarillado por gravedad como herramienta para ubicaciones de difícil acceso o actualizaciones puntuales, como reemplazar un sistema séptico.

Los fabricantes de bombas trituradoras centrífugas y de cavidad progresiva ofrecen unidades mejoradas, que permiten a los usuarios integrar fácilmente su producto en una estación existente para mejorar el rendimiento de la bomba o del sistema con costos mínimos de material y mano de obra.

Los sistemas cambian constantemente; La capacidad fluctuará con el tiempo ya que los flujos de entrada pueden aumentar o disminuir según factores del entorno de la instalación. En algunos casos, actualizar la tecnología de la bomba puede resolver problemas existentes en un sistema, como el aumento de la velocidad del fluido. Esto puede ayudar a mantener la línea limpia y disminuir el tiempo de retención de líquidos de las aguas residuales, lo que ayuda a controlar los olores y previene la corrosión.

Mackenzie May es gerente de productos en Crane Pumps & Systems. Para obtener más información, visite cranepumps.com.