El desafío de la orografía: Bombeo de aguas residuales a alta presión y larga distancia, la solución que simplifica lo imposible

Una revolución silenciosa en la ingeniería sanitaria: El caso de Tazones como modelo de eficiencia

La gestión de las aguas residuales en poblaciones pequeñas o con una orografía complicada ha sido históricamente uno de los mayores desafíos para la ingeniería civil y sanitaria. La búsqueda constante de soluciones eficientes, duraderas y de bajo coste de explotación ha llevado a avances tecnológicos que, en muchos casos, han transformado problemas complejos en soluciones sencillas y robustas.

En Albosa, llevamos décadas impulsando estas soluciones, y hoy queremos destacar una tecnología que ha demostrado su validez y superioridad, especialmente en España: el Bombeo de Aguas Residuales a Alta Presión o Larga Distancia mediante bombas helicoidales de alto rendimiento y trituradores de aspiración.

Para ilustrar su impacto, nos centraremos en un caso icónico que, a pesar de los años transcurridos desde su instalación, sigue siendo un referente de fiabilidad y eficiencia: la estación de Bombeo de Tazones en Asturias. Un modelo que, ahora más que nunca, se presenta como la solución ideal para geografías complejas, como la desafiante orografía de las Islas Canarias.

El problema de la orografía española y la limitación convencional

España, con su diversa y abrupta geografía, presenta un panorama de desafíos únicos para la infraestructura hidráulica. Desde la Cornisa Cantábrica hasta los archipiélagos, muchas poblaciones se encuentran enclavadas en zonas costeras escarpadas, valles profundos o a altitudes que requieren grandes saltos de elevación para el transporte de aguas residuales hacia una Estación Depuradora (EDAR) central.

El caso del pequeño pueblo de Tazones, situado en el noreste de la costa asturiana, ilustra perfectamente este dilema. La depuración de sus aguas residuales representaba un problema de compleja solución. La opción inicial de instalar una planta depuradora paquete se descartó, ya que la única ubicación posible era en la zona del puerto pesquero y totalmente enterrada, con el consiguiente riesgo de entrada de agua de mar en marea alta, retirada de los fangos producidos, control de la planta, etc.

Se llegó a la conclusión de llevar las aguas residuales a la planta, ya existente, de Villaviciosa. Para lo cual había que proyectar un bombeo para elevar las aguas residuales hasta una arqueta situada en la cota 135 y a una distancia de 1.400 metros lineales (1.400 m.l., y desde este punto por gravedad hasta la planta. Esto representaba una formidable altura manométrica de impulsión de 156 metros columna de agua (156 m.c.a.). El caudal que se calculó era de 25 metros cúbicos por hora (25 m3/h).

La solución convencional (y descartada): Múltiples estaciones en serie

En principio, y con el empleo de bombas sumergibles, estos parámetros representaban la necesidad de partir el bombeo en 3 estaciones funcionando en serie, ya que la altura manométrica máxima de las bombas sumergibles en el mercado así lo determinaba.

También era necesario pensar en la colocación de un sistema de protección de las bombas ubicadas en la estación de cabecera, para evitar los posibles atascos por los sólidos arrastrados por las aguas residuales. Esto representaba la construcción de una caseta donde instalar el contenedor de recogida de los sólidos, así como tener la dependencia de la retirada del mismo todos los días. Lo cual era prácticamente imposible.

El modelo de Tazones: Altura manométrica en un solo escalón

Ante la dificultad que ello representaba, se tomó la decisión de estudiar este bombeo, utilizandobombas helicoidales Mono de alta presión, trabajando con trituradores Muncher colocados en las tuberías de aspiración de dichas bombas.

A. La bomba helicoidal Mono: Potencia y resistencia

La bomba helicoidal, o de tornillo excéntrico, es una bomba de desplazamiento positivo. Su diseño proporciona ventajas fundamentales para el bombeo a alta presión y larga distancia:

• Capacidad de alta presión: Las bombas se seleccionaron para presiones de diseño de 24 Bar. El bombeo de Tazones es posiblemente el de aguas residuales brutas de mayor altura manométrica en un solo escalón que está funcionando en España.
• Gran poder de succión: El gran poder de succión de estas bombas permite que funcionen con alturas de aspiración de hasta 5 metros y sin la colocación de válvulas de pie. Los sólidos son aspirados por el grado de vacío que realiza la bomba, que en este caso es de 520 mmHg y conducidos a las cuchillas del triturador.
• Manejo de fluidos difíciles: Al ser bombas diseñadas para trabajar con fangos o fluidos viscosos, abrasivos, etc., su comportamiento con aguas residuales urbanas se puede tipificar como aplicación ligera, prolongando la vida útil de las piezas de desgaste.
• Baja velocidad periférica: Como dato anecdótico la velocidad periférica que en una bomba centrífuga alcanza valores de 16 metros por segundo (16 m/s), en una bomba Mono no sobrepasa el valor de 2 metros por segundo (2 m/s).

Datos de Tazones: El modelo de las bombas fue el CE064MX1R2, girando a un régimen de velocidad de 580 revoluciones por minuto (580 rpm). Se instaló 1 en funcionamiento para la totalidad del caudal de 25 m3/h y otra en reserva. La potencia hidráulica desarrollada por la bomba es de 10,6 Kw y la potencia absorbida en el eje de 15,56 Kw. El rendimiento mecánico en el punto de funcionamiento es del 68 por ciento. La potencia de los motores instalados es de 22,0 Kw.

B. El triturador Muncher: La eliminación de sólidos en línea

La fiabilidad del sistema de alta presión depende de que ningún sólido de gran tamaño alcance la bomba. Aquí entra en juego el triturador Muncher, modelo CB201CAT7A2.

• Instalación estratégica: Los trituradores Muncher, modelo CB201CAT7A2, son de instalación en línea entre bridas y accionados con motores de 1,5 Kw. Siendo la tubería de aspiración de 150 mm de diámetro.
• Principio de trituración: El triturador trocea los sólidos por par y no por centrifugación como ocurría con los de diseño centrífugo. Siendo imposible que los sólidos fibrosos o alargados de naturaleza plástica, se arrollen en los ejes.
• Protección de la bomba: Para garantizar que los sólidos que entraban en la bomba no alcanzaban estas dimensiones, los trituradores montados en la aspiración reducen los sólidos hasta una dimensión máxima de 5 milímetros (5 mm). La bomba tiene un paso de sólidos de 12 milímetros (12 mm) si eran de naturaleza dura y de 44 milímetros (44 mm) si eran deformables.
• Control inteligente (PLC): El control del triturador se realiza mediante un PLC, colocado en el armario eléctrico, el cual invierte el sentido de giro si las cuchillas atrapan algún sólido que no puede ser triturado. La garantía de que no se va a producir un atasco que pare el triturador es casi total.
• Aspiración asistida: Aquellos sólidos de naturaleza pesada y que no son arrastrados por el vacío realizado, quedarán en el fondo del pozo de bombeo.

C. La ingeniería de la impulsión

La tubería seleccionada para la impulsión es de 100 mm de diámetro, construida en fundición de hierro y timbrada a 40 atmósferas.

• Arrastre de sólidos: La velocidad de circulación de las aguas residuales en la impulsión sería de 0,88 metros por segundo (0,88 m/s), asegurándose de esta forma el arrastre de los sólidos.
• Tiempo de permanencia: La permanencia máxima de una partícula en la tubería sería de 26 minutos y 24 segundos.
• Control del golpe de ariete: Para eliminar el posible golpe de ariete, se montaron arrancadores estáticos con una rampa de desaceleración en la cual se producía la parada de la bomba a velocidad y caudal reducido.
• Seguridad auxiliar: Como seguridad auxiliar, en el caso de fallo, se colocó una válvula de escape conducida al pozo de bombeo, la cual se reguló a 18 Bar de presión.

D. La operación y fiabilidad extrema

La capacidad del vaso de bombeo se fijó en 11,2 metros cúbicos (11,2 m3). Las bombas están programadas para su entrada en funcionamiento alternativamente, quedando en posición de reserva la que ha funcionado en el ciclo anterior. Produciéndose como máximo un arranque de la estación cada 1 hora, 47 minutos y 8 segundos (1 h, 47 m, 8 s). Por tanto, la misma bomba arrancará como máximo cada 3 horas, 34 minutos y 16 segundos (3 h, 34 m, 16 s).

El funcionamiento de las bombas es automático mediante un controlador de niveles de ultrasonido, con boyas de apoyo por posible fallo del sistema. La cámara donde están ubicadas las bombas se mantiene totalmente estanca respecto al vaso de bombeo. Aunque en marea alta el agua de mar entre por el aliviadero no llegará a inundar la estación, no obstante en el extremo del aliviadero se ha colocado un dispositivo de válvula de cierre para evitar la entrada del agua.

El legado de Tazones es su fiabilidad: Este diseño de estaciones de bombeo de aguas residuales brutas, se empezó a instalar en el Reino Unido en la década de los ochenta, cuando Mono Pumps empezó a fabricar e introdujo el triturador Muncher. En España, la primera instalación se realizó en el año 1993 y hasta la fecha ha funcionado sin ninguna intervención de mantenimiento y sustitución de piezas de desgaste.

Una solución con gran potencial en Canarias: El ejemplo de la EBAR de San Juan

La experiencia de Tazones no es un caso aislado, sino el modelo para afrontar desafíos similares en toda la geografía nacional. Las Islas Canarias, con su orografía volcánica, sus valles profundos, sus altitudes cambiantes y sus extensas distancias de litoral a núcleo poblacional, presentan un escenario ideal para la implementación masiva de esta tecnología.

En Albosa, hemos llevado este concepto a la práctica recientemente con la instalación en la EBAR de San Juan, en Canarias.

Características de la instalación de San Juan

Esta obra confirma la vigencia y adaptabilidad de la tecnología:

• Triturador: Se suministró un triturador CB201.
• Caudal de trabajo: Diseñado para un caudal de trabajo de 15 metros cúbicos por hora (15 m3/h).
• Modo de operación: Pensado para un trabajo 24 horas al día, 24 días a la semana (24/24) o servicio intermitente de arranque-paro.
• Bombas: Se instalaron 2 bombas Epsilon (1 + 1) para trabajar en alternancia.
• Innovación - Eje flexible: Las bombas Epsilon se suministraron con eje flexible, una mejora que reduce aún más los requisitos de mantenimiento y aumenta la vida útil del equipo.

La ventaja competitiva: Reducción de costes y simplificación operacional

Con la utilización de bombas Mono y trituradores Muncher, se ha simplificado un bombeo que por su ubicación y elevada altura manométrica hubiese requerido un elevado costo en equipos y en gastos de explotación.

A. Ahorro en inversión inicial (CAPEX)

• Reducción drástica de obra civil: Se elimina la necesidad de construir múltiples estaciones intermedias, concentrando toda la infraestructura en un único punto.
• Eliminación de la cámara de sólidos: El triturador en línea omite la necesidad de construir y gestionar la recogida de sólidos diaria en la estación de cabecera.
• Tuberías más eficientes: La alta presión permite bombear el caudal a través de tuberías de menor diámetro (100 mm en Tazones), lo que reduce significativamente el coste de la tubería para tramos de larga distancia.

B. Ahorro en costes de explotación (OPEX)

• Mínimo mantenimiento y sustitución: La robustez en el dimensionamiento de los equipos, hace que la fiabilidad de este tipo de instalaciones sea muy elevada y garantice su funcionamiento con un nulo mantenimiento y costo de explotación.
• Operación automática y sencilla: Se elimina la gestión manual de sólidos, y el control es totalmente automático mediante PLC y ultrasonidos.
• Optimización energética: Aunque la potencia instalada es adecuada para la presión requerida, el bajo régimen de velocidad de las bombas (2 m/s de velocidad periférica) y la alternancia programada maximizan la vida útil y la eficiencia operativa.

C. Seguridad operacional reforzada

• Protección antiatascos garantizada: La combinación de la succión de la bomba y el sistema de inversión de giro del Muncher hace que la probabilidad de un paro por atasco sea casi nula.
• Control inteligente de presión: El control del golpe de ariete con rampas de desaceleración programadas en los arrancadores estáticos, junto con la válvula de seguridad a 18 Bar, asegura la integridad de la tubería timbrada a 40 atmósferas.
• Doble redundancia en control: Control de niveles por ultrasonido con boyas de apoyo por posible fallo del sistema y alternancia automática de bombas.

Profundizando en la tecnología: El corazón del sistema de alta presión

El éxito de Tazones y San Juan reside en la madurez de la tecnología de desplazamiento positivo. Analicemos cómo este sistema de bombeo a larga distancia representa el futuro de la gestión de aguas residuales en zonas geográficamente complejas.

1. Detalle del mecanismo de desplazamiento positivo de la bomba helicoidal (Mono)

La elección de una bomba helicoidal se basa en su capacidad intrínseca para generar presión de manera eficiente e independiente de la velocidad. Este tipo de bomba, conocida también como bomba de tornillo excéntrico o de cavidad progresiva (PC), funciona según el principio de desplazamiento volumétrico. Un rotor metálico con forma helicoidal se mueve excéntricamente dentro de un estator fijo de elastómero con doble paso de rosca.

• Generación de presión: A medida que el rotor gira, se crean cavidades selladas entre el rotor y el estator. Estas cavidades atrapan el fluido y lo transportan de forma continua desde la aspiración hasta la impulsión. La presión generada es directamente proporcional al número de etapas helicoidales. Para lograr los 156 m.c.a. de Tazones, la bomba está diseñada con múltiples etapas internas para alcanzar los 24 Bar necesarios.
• Manejo de fluidos viscosos: El contacto permanente entre rotor y estator proporciona la capacidad de manejar fluidos con alta viscosidad o contenido de sólidos, como los fangos, de manera más eficiente que una bomba centrífuga. Al ser bombas diseñadas para trabajar con fangos o fluidos viscosos, abrasivos, etc., su comportamiento con aguas residuales urbanas se puede tipificar como aplicación ligera, prolongando la vida útil de las piezas de desgaste.
• Caudal constante: El caudal es proporcional a la velocidad de giro (580 rpm en Tazones), lo que facilita un control preciso y continuo, ideal para los sistemas de arranque y parada intermitente.

2. Análisis profundo del triturador Muncher

El triturador Muncher no es un simple desintegrador; es una unidad de ingeniería de precisión diseñada para la protección de la infraestructura aguas abajo. El modelo CB201 es de instalación en línea y su potencia de 1,5 Kw es suficiente para reducir los sólidos a 5 mm.

• Corte por par: La trituración por par ofrece una fuerza superior y evita el problema del enrollamiento. Los sólidos fibrosos o plásticos, que son la principal causa de atascos en bombas centrífugas o en las rejillas de las estaciones convencionales, son eficazmente cortados.
• Reducción de costes de personal: Al eliminar la necesidad de que el personal retire los sólidos diariamente, la instalación funciona de forma autónoma y sin dependencia de la logística diaria. Los sólidos se trituran y se impulsan a la EDAR, donde serán tratados como parte del caudal.

3. Ingeniería de la impulsión a larga distancia: Fluidodinámica

La selección del diámetro de la tubería de impulsión (100 mm) y la presión de timbrado (40 atmósferas) demuestran la optimización del sistema de alta presión.

• Cálculo de velocidad crítica: La velocidad de circulación de 0,88 m/s se selecciona cuidadosamente para ser superior a la velocidad de sedimentación crítica de los sólidos triturados, asegurando su arrastre hasta la EDAR.
• Mitigación del golpe de ariete: La longitud y el gran salto de altura manométrica aumentan el riesgo de golpe de ariete. La solución implementada de arrancadores estáticos y rampa de desaceleración es fundamental. Esta rampa controla la inercia del fluido al detener la bomba, evitando picos de presión destructivos que podrían comprometer la tubería. La válvula de escape a 18 Bar actúa como una redundancia física de última hora, protegiendo el sistema de forma pasiva.

Conclusión: La sencillez como máxima ingeniería

El proyecto de Bombeo de Tazones es mucho más que una simple estación de bombeo; es un hito que demuestra que la ingeniería sanitaria, al aplicar la tecnología adecuada (bombas Mono de desplazamiento positivo y trituradores Muncher), puede superar barreras geográficas y económicas que antes parecían infranqueables. Posiblemente el de Tazones sea el bombeo de aguas residuales brutas de mayor altura manométrica en un solo escalón, que está funcionando en España.

Hemos transformado una necesidad compleja y costosa (múltiples estaciones en serie, retirada diaria de sólidos) en una operación sencilla, robusta y virtualmente libre de mantenimiento. Para regiones con grandes desafíos geográficos, como las Islas Canarias, este modelo, ejemplificado en la reciente instalación de la EBAR de San Juan con su innovador eje flexible, se presenta no solo como una opción, sino como la solución más inteligente y económica a largo plazo.

EnAlbosa, estamos preparados para llevar la experiencia de Tazones y la eficiencia del eje flexible de Epsilon a cada rincón de España que lo necesite. La alta presión no tiene por qué significar alta complejidad, y el futuro del bombeo de aguas residuales pasa por esta simplicidad eficiente.