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

Sep 23, 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 hacia la red de alcantarillado. Para toda la tecnología de alcantarillado, los fluidos requieren una velocidad de flujo mínima para mantener los sólidos suspendidos. 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 las normas para el caudal mínimo requerido, así como los diámetros mínimos de las tuberías y las pendientes mínimas para lograr estos caudales. Lo que esto significa para los contratistas es que se debe instalar una red de alcantarillado más profunda que las líneas de descarga de cada fuente conectada a ella. Las estaciones de bombeo se pueden usar para bombear fluido a una elevación más alta, lo que permite ubicar la red 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 la excavación extensa 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 plano.

Los sistemas de alcantarillado a presión se diseñaron a principios de la década de 1970 como una alternativa para aplicaciones en las que los sistemas de alcantarillado por gravedad eran menos viables 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 red de alcantarillado, estación de bombeo o sistema de tratamiento. Una bomba trituradora es una bomba sumergible diseñada para reducir las partículas en una corriente de desechos en una suspensión fina mediante un mecanismo de trituración. Para superar terrenos difíciles, las tuberías se instalan justo debajo de la línea de heladas y siguen el paisaje natural. Las bombas deben operar con alta presión y flujo limitado en comparación con un sistema de gravedad.

Hay dos formas básicas de bombas trituradoras que se pueden usar en aplicaciones de alcantarillado a presión: de cavidad progresiva o centrífugas. Con un molinillo de cavidad progresiva, el bombeo lo realiza 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 la lechada hacia afuera desde la cámara de voluta hacia 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 (de 10 a 15 galones por minuto [gpm]) a presiones altas (hasta 150 pies). Las bombas de cavidades progresivas no son autolimitantes con respecto a la presión; a medida que aumenta el volumen del sistema, también lo hace la presión. Si la presión del sistema supera la presión de cabeza de cierre de la bomba, la bomba continuará intentando superar la contrapresión hasta que algo se descomponga. La falla puede ser tan simple como un sensor térmico disparado o tan grave como una línea rota o una bomba dañada. Como mínimo, el aumento de la presión conduce a 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, largos tiempos de ejecución o la adición de partículas granulosas en el flujo de desechos, como arena y suciedad. El estator de la bomba de una amoladora de cavidad progresiva es tanto el elemento de mayor desgaste como 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 unos 100 pies de cabeza (frente a 150 pies). El beneficio de una bomba centrífuga era la característica de funcionar a lo largo de una curva de bomba. La bomba puede funcionar con seguridad 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 cabezal inferior; sin embargo, eso dejó una brecha en las aplicaciones de cabeza superior. Para abordar la necesidad del mercado de un triturador centrífugo de cabezal más alto, 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 funcione en condiciones normales puede fregar una línea de dos pulgadas, a diferencia de las unidades trituradoras de cavidad progresiva, que requieren que dos o tres bombas funcionen al mismo tiempo para fregar una línea de 2 pulgadas. Mantener las líneas limpias es importante para minimizar los olores y prevenir obstrucciones. El costo de operar un molinillo centrífugo de doble etapa es a menudo menos costoso debido a los tiempos de ejecución 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, por lo que siempre que haya suficiente flujo ingresando a un sistema, ese sistema funcionará correctamente, independientemente de la tecnología de bomba trituradora utilizada. Como resultado, existe la posibilidad de utilizar tecnologías de trituradoras de cavidad progresiva centrífugas o ambas tecnologías juntas en un solo sistema. Estas estaciones trituradoras residenciales se pueden usar para desarrollar sistemas de alcantarillado a presión completa, o se pueden usar con sistemas de alcantarillado por gravedad como una herramienta para ubicaciones de difícil acceso o actualizaciones únicas, como reemplazar un sistema séptico.

Los fabricantes de bombas trituradoras de cavidad progresiva y centrífugas 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 los 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 una línea fregada y disminuir el tiempo de retención de líquidos de 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.