Accionamientos en sistemas de defensa contra inundaciones

El mundo está lleno de lugares amenazados por las inundaciones: un arma milenaria en la lucha contra las catástrofes es la bomba de agua. Lea cómo las bombas de agua siguen siendo más eficientes gracias a los variadores de velocidad que las controlan.

La Organización Mundial de la Salud calcula que, entre 1998 y 2017, las inundaciones afectaron a la vida de más de 2.000 millones de personas en todo el mundo. Además del peligro inmediato para la vida humana, las inundaciones pueden devastar tierras agrícolas (frecuentemente situadas en territorio inundable) y causar estragos tanto en los activos estructurales como en las infraestructuras de las zonas edificadas

Y con unos aguaceros cada vez más intensos y la subida del nivel del mar, ambas consecuencias observadas del cambio climático, se espera que las inundaciones graves sean cada vez más frecuentes al menos a corto y medio plazo.

Una gran bomba de agua bombea el agua de una inundación lejos de una carretera

La tecnología anterior a las bombas se limitaba en gran medida a la construcción de terraplenes, diques, presas y canales de derivación. Más tarde, la máquina de vapor permitió a los victorianos del este de Inglaterra accionar potentes bombas para drenar las tierras situadas por debajo del nivel del mar. En el siglo XX, el vapor dio paso a la fuerza del gasóleo y, a partir de los años setenta, a la electricidad.

Sistemas eficientes de bombeo de aguas de crecida: estrategias para la gestión de aguas impredecibles

Las crecidas son imprevisibles por definición. Si su llegada -a una escala potencialmente abrumadora- se produce tras un largo periodo de sequía, las bombas que han permanecido paradas durante algún tiempo deben activarse de forma instantánea, potente y eficiente para empezar a trasvasar grandes volúmenes de agua (la mayor estación de bombeo del mundo, a las afueras de Nueva Orleans, puede mover 150.000 galones de agua de crecida por segundo) a caudales que fluctúan continuamente.

Las diferentes intensidades de respuesta a la inundación se consiguen en primera instancia variando el número de bombas en acción.

Las bombas múltiples son imprescindibles en los sistemas de defensa contra inundaciones (incluso en los diseños más pequeños, una bomba de servicio debe tener una de reserva). Distribuir el trabajo entre un mayor número de bombas más pequeñas en lugar de menos grandes es el primer paso hacia un sistema más seguro y controlable. Además, cuanto más pequeña sea la bomba, menos vulnerable será a las tensiones derivadas de problemas con residuos flotantes, vórtices y aire atrapado.

Después de esto, los motores de velocidad variable son un requisito previo si se quiere que las bombas se adapten a la dinámica distintiva del comportamiento de las aguas de crecida con una eficacia óptima.

El arranque (o parada) directo de una bomba de agua de crecida puede provocar golpes de ariete, debido al cambio brusco del caudal a través de la tubería. Estos golpes hidráulicos acortan la vida útil de los equipos y provocan fugas en las juntas y roturas de las tuberías. El uso de arrancadores suaves o variadores de frecuencia (VFD) garantiza una aceleración suave de la rotación de la bomba hasta la velocidad nominal; los VFD ofrecen la ventaja añadida de regular totalmente la velocidad del motor a partir de entonces.

Aunque en principio es deseable, la regulación eficaz de la velocidad de los motores de las bombas de achique puede ser un asunto complejo.

Por ejemplo, aunque tiene sentido, desde el punto de vista del consumo de energía, que un motor de velocidad variable no funcione más deprisa de lo estrictamente necesario, las bombas y tuberías que trabajan con grandes volúmenes de agua de crecida pueden, dependiendo del diseño, ser más o menos vulnerables a la acumulación de sedimentos. Los sistemas en los que esto es un problema pueden descubrir que, funcionando a una velocidad alta constante, la acumulación de sedimentos se reduce al mínimo, al igual que el esfuerzo mecánico correspondiente en los motores. Señal de carretera cerrada en una carretera inundada

También es importante que las bombas no se excedan. En una zona como los Fens, alrededor del río Great Ouse, por ejemplo, hay que controlar el nivel del agua para permitir la navegación (barcos de recreo hoy donde antes había tráfico fluvial comercial). En otras palabras, hay que encontrar un equilibrio entre el drenaje insuficiente y el excesivo.

Entonces, ¿cuál es el reto para los diseñadores de sistemas de bombeo de agua?

El diseñador del sistema de defensa contra inundaciones debe determinar cuidadosamente los niveles de agua objetivo en el entorno que se desea proteger. Estos son los puntos de recogida de los datos que utilizarán los accionamientos para determinar la velocidad del motor: cuanto más suba el agua por encima de un nivel objetivo, más rápido funcionará la bomba; cuanto más baje el agua, más se ralentizará la bomba.

Más allá de esto, cuanto más programable sea el sistema, más oportunidades habrá de lograr distintos tipos de eficiencia. Ya sea mediante PLC o tecnología integrada proporcional-integral-derivativa (PID), se puede hacer que los valores preestablecidos cambien con el calendario para tener en cuenta las variaciones estacionales del nivel de agua. Y, como complemento de las operaciones en tiempo real, pueden utilizarse sistemas de control y adquisición de datos (SCADA) para suministrar información sobre la evolución meteorológica.

Ventajas de las bombas centrífugas y el control de velocidad variable en la defensa contra inundaciones

Las bombas centrífugas son las preferidas en los sistemas de defensa contra inundaciones por su potencia, sencillez y tamaño relativamente pequeño. Gracias a las leyes de afinidad de las bombas centrífugas y los ventiladores, se pueden conseguir importantes ahorros de energía mediante la reducción de la velocidad del motor (la reducción de la velocidad del motor en un 25% equivale a una disminución del consumo de energía de casi el 60%, y así sucesivamente).

Esto es importante si se tienen en cuenta los elevados costes de funcionamiento de las estaciones de bombeo, algunas de las cuales siguen prefiriendo los motores diesel por razones económicas (aunque estos sistemas deben conformarse con niveles de eficiencia en torno al 20-40%).

Por eso, cuando se trata de construir nuevas estaciones de bombeo de aguas de crecida (o de renovar las antiguas), también se prefieren los sistemas eléctricos de velocidad variable. Además de sus ventajas de controlabilidad, eficacia y economía, también son comparativamente silenciosos, una consideración importante para el diseño de sistemas en entornos más poblados (y de ahí la preferencia de algunos sistemas por la refrigeración líquida en lugar de la refrigeración por aire de los motores y accionamientos).

El futuro exige combinar una automatización más compleja con interfaces cada vez más accesibles. El objetivo debe ser conseguir sistemas cada vez más eficaces, lo que, en el contexto de la defensa contra inundaciones, significa entornos cada vez más seguros.

Los accionamientos de bomba específicos se ocupan de la gestión del agua

El Pump Drive F600 de Control Techniques no sólo aporta fiabilidad a la gestión del control del agua, sino también un uso más eficiente de la energía. El F600, que ofrece exactamente las mismas funciones y capacidades de las bombas dedicadas que los modelos estándar, se ha actualizado para permitir a los clientes utilizar accionamientos estándar y de alto IP en el mismo proyecto. Ya no hay que preocuparse de mezclar y combinar proveedores o conjuntos de características de productos, lo que facilita la cualificación de los proyectos.