Estación de bombeo

^{Las estaciones de} bombeo , también llamadas ^{casas de} bombeo , son edificios de servicios públicos que contienen bombas y equipos para bombear fluidos de un lugar a otro. Son fundamentales en diversos sistemas de infraestructura , como el suministro de agua, el drenaje de terrenos bajos , los canales y la eliminación de aguas residuales para su tratamiento. Una estación de bombeo es parte integral de una instalación hidroeléctrica de bombeo .

Las estaciones de bombeo están diseñadas para trasladar agua o aguas residuales de un lugar a otro, superando las dificultades gravitacionales, y son esenciales para mantener los niveles navegables de los canales, suministrar agua y gestionar las aguas residuales y las inundaciones. En los sistemas de canales, las estaciones de bombeo ayudan a reponer el agua perdida por el uso de las esclusas y las fugas, garantizando la navegabilidad. Del mismo modo, en el drenaje terrestre, las estaciones bombean agua para prevenir inundaciones en zonas por debajo del nivel del mar, un concepto que se popularizó durante la época victoriana en lugares como The Fens en el Reino Unido. La introducción de las estaciones de bombeo compactas ha modernizado los sistemas de drenaje, ofreciendo una solución eficiente y compacta para zonas donde el drenaje por gravedad no es viable.

Las estaciones de bombeo de agua se diferencian por sus aplicaciones, como el abastecimiento desde pozos, el bombeo de agua bruta y el bombeo de alta presión, cada una diseñada para satisfacer proyecciones de demanda y necesidades específicas de los clientes. Las estaciones de bombeo de aguas residuales, por otro lado, están diseñadas para gestionar aguas residuales, con diseños que garantizan fiabilidad y seguridad, minimizando el impacto ambiental de los desbordamientos. Las innovaciones en la tecnología de bombeo y el diseño de estaciones han propiciado el desarrollo de estaciones de bombeo sumergibles, más compactas y seguras, reduciendo eficazmente la huella y la visibilidad de la infraestructura de gestión de aguas residuales. Los controladores electrónicos han mejorado la eficiencia y las capacidades de monitorización de las estaciones de bombeo, esenciales para los sistemas modernos. Los sistemas de almacenamiento por bombeo representan un uso fundamental de las estaciones de bombeo, ya que proporcionan un método para el almacenamiento y la generación de energía mediante el movimiento de agua entre depósitos a diferentes alturas, lo que pone de manifiesto la versatilidad e importancia de las estaciones de bombeo en diversos sectores.

Algunas estaciones de bombeo, como las de Claverton y Crofton , han sido reconocidas por su importancia arquitectónica e histórica y se conservan como atracciones museísticas. Ejemplos como el drenaje de tierras en los Países Bajos, el suministro de agua en Hong Kong y el drenaje agrícola en Irak ponen de manifiesto el papel fundamental que desempeñan estas instalaciones en el apoyo a la infraestructura moderna, la gestión ambiental y el almacenamiento de energía.

En los países con sistemas de canales , las estaciones de bombeo son frecuentes. Debido al funcionamiento del sistema de esclusas , se pierde agua de la parte superior del canal cada vez que pasa una embarcación. Además, la mayoría de las compuertas de las esclusas no son herméticas, por lo que se filtra agua desde los niveles superiores del canal hacia los inferiores. Es necesario reponer el agua, ya que de lo contrario, los niveles superiores del canal no podrían contener suficiente agua para garantizar la navegación.

Los canales suelen alimentarse desviando agua de arroyos y ríos hacia sus tramos superiores, pero si no se dispone de una fuente adecuada, se puede utilizar una estación de bombeo para mantener el nivel del agua. Un ejemplo de estación de bombeo de canal es la Estación de Bombeo de Claverton en el Canal Kennet y Avon, en el sur de Inglaterra, Reino Unido. Esta bombea agua desde el cercano río Avon hacia el canal mediante bombas accionadas por una rueda hidráulica que recibe energía del río. ^{[ 1 ]}

Cuando no se dispone de suministro de agua externo, se pueden emplear sistemas de bombeo inverso. El agua se extrae del canal por debajo de la esclusa más baja de la serie y se bombea de vuelta a la parte superior, lista para el paso de la siguiente embarcación. Estas instalaciones suelen ser pequeñas.

Para drenar terrenos bajos, el método habitual consiste en excavar zanjas de drenaje . Sin embargo, si la zona se encuentra por debajo del nivel del mar , es necesario bombear el agua hacia arriba, a través de canales que finalmente desembocan en el mar.

En otros lugares, las estaciones de bombeo se utilizan para eliminar el agua que se ha filtrado en zonas bajas como consecuencia de fugas o inundaciones (en Nueva Orleans , por ejemplo).

Las estaciones de bombeo de agua se diferencian de las estaciones de bombeo de aguas residuales en que no es necesario dimensionarlas para tener en cuenta los altos caudales máximos. Tienen cinco categorías generales: ^{[ 2 ]}

• Bomba de origen (como un pozo) que descarga en un tanque elevado.
• Bombeo de agua bruta de un río o lago.
• Bomba de refuerzo en línea que bombea a un tanque elevado.
• Bombeo de agua tratada a alta presión para servicios de alta exigencia.
• Sistema de refuerzo distribuido sin tanque de almacenamiento en el sistema de tuberías.

Las estaciones de bombeo de agua se construyen en áreas donde la demanda o la demanda proyectada está razonablemente definida y depende de una combinación de las necesidades de los clientes y los requisitos de caudal para la extinción de incendios. El consumo promedio anual de agua per cápita, la hora pico y el máximo diario pueden variar considerablemente debido a factores como el clima, los niveles de ingresos, la población y la proporción de usuarios residenciales, comerciales e industriales. ^{[ 2 ]}

Las estaciones de bombeo en los sistemas de recolección de aguas residuales están diseñadas normalmente para manejar aguas residuales sin tratar que se alimentan desde tuberías subterráneas por gravedad (tuberías inclinadas para que un líquido pueda fluir en una dirección por gravedad). Las aguas residuales se introducen y almacenan en un pozo, comúnmente conocido como pozo húmedo . El pozo está equipado con instrumentación eléctrica para detectar el nivel de aguas residuales presente. Cuando el nivel de aguas residuales sube a un punto predeterminado, se pone en marcha una bomba para elevar las aguas residuales a través de un sistema de tuberías presurizadas llamado colector de impulsión de alcantarillado si las aguas residuales se transportan a una distancia considerable. La estación de bombeo puede llamarse estación elevadora si la bomba simplemente descarga en una alcantarilla cercana por gravedad. ^{[ 3 ]} A partir de aquí, el ciclo comienza de nuevo hasta que las aguas residuales llegan a su punto de destino, generalmente una planta de tratamiento. Mediante este método, las estaciones de bombeo se utilizan para mover los desechos a elevaciones más altas. En caso de grandes caudales de aguas residuales hacia el pozo (por ejemplo, durante los períodos de caudal máximo y el clima húmedo), se utilizarán bombas adicionales. Si esto resulta insuficiente, o en caso de fallo de la estación de bombeo, puede producirse una acumulación de aguas residuales en el sistema de alcantarillado, lo que conlleva un desbordamiento de la red de alcantarillado sanitario , es decir, el vertido de aguas residuales sin tratar al medio ambiente.

Las estaciones de bombeo de aguas residuales suelen diseñarse para que una bomba o un conjunto de bombas gestionen el caudal máximo habitual. El sistema incorpora redundancia, de modo que, en caso de que una bomba deje de funcionar, la(s) bomba(s) restante(s) se encargarán del caudal previsto. El volumen de almacenamiento del pozo húmedo entre los estados de "bombeo encendido" y "bombeo apagado" está diseñado para minimizar los arranques y paradas de la bomba, pero no es un tiempo de retención tan prolongado como para permitir que las aguas residuales del pozo húmedo se conviertan en fosas sépticas .

Las bombas de aguas residuales son casi siempre bombas centrífugas de aspiración final con impulsores abiertos y están especialmente diseñadas con un amplio conducto abierto para evitar la obstrucción por residuos o la acumulación de residuos fibrosos en el impulsor. Normalmente, la bomba está accionada por un motor de inducción de CA de cuatro o seis polos. En lugar de proporcionar amplios conductos abiertos, algunas bombas, generalmente las de aguas residuales más pequeñas, también trituran los sólidos presentes en las aguas residuales, descomponiéndolos en partículas más pequeñas que pueden pasar más fácilmente a través del impulsor.

El interior de una estación de bombeo de aguas residuales es un lugar muy peligroso. Gases tóxicos, como el metano y el sulfuro de hidrógeno , pueden acumularse en el pozo húmedo; una persona sin el equipo adecuado que entrara en él se intoxicaría rápidamente. Cualquier entrada al pozo húmedo requiere el método correcto de acceso a espacios confinados para entornos peligrosos. Para minimizar la necesidad de entrar, la instalación suele diseñarse de manera que las bombas y demás equipos puedan extraerse desde fuera del pozo húmedo.

Las estaciones de bombeo de aguas residuales tradicionales incorporan tanto un pozo húmedo como un pozo seco. A menudo, se trata de la misma estructura separada por una división interna. En esta configuración, las bombas se instalan bajo tierra en la base del pozo seco, de modo que sus entradas quedan por debajo del nivel del agua al arrancar, lo que permite el cebado de la bomba y maximiza la altura neta de bombeo disponible (NPSH) . Aunque nominalmente aislados de las aguas residuales del pozo húmedo, los pozos secos son espacios subterráneos confinados y requieren precauciones adecuadas para su acceso. Además, cualquier fallo o fuga en las bombas o las tuberías puede descargar aguas residuales directamente en el pozo seco, siendo frecuente la inundación total. Por ello, los motores eléctricos suelen montarse por encima del nivel máximo de rebose del pozo húmedo, normalmente por encima del nivel del suelo, e impulsan las bombas de aguas residuales mediante un eje vertical extendido. Para proteger los motores de la intemperie, se suelen construir pequeñas casetas de bombeo que también albergan los interruptores eléctricos y la electrónica de control. Estas son las partes visibles de una estación de bombeo de aguas residuales tradicional, aunque suelen ser más pequeñas que los pozos húmedo y seco subterráneos.

Las estaciones de bombeo más modernas no requieren un pozo seco ni una caseta de bombeo y generalmente constan únicamente de un pozo húmedo. En esta configuración, las bombas sumergibles para aguas residuales, con un motor eléctrico acoplado directamente, se montan dentro del propio pozo húmedo, sumergidas en las aguas residuales. Las bombas sumergibles se montan sobre dos rieles guía verticales y se sellan a una base fija, que sirve tanto de soporte como de codo vertical para la tubería de descarga. Para el mantenimiento o la sustitución, las bombas sumergibles se elevan mediante una cadena desde la base hasta el nivel de mantenimiento (normalmente a nivel del suelo). Para reinstalar las bombas, simplemente se invierte el proceso: la bomba se vuelve a montar sobre los rieles guía y se baja sobre la base, donde su propio peso la sella. Dado que los motores están sellados y la intemperie no representa un problema, no se requieren estructuras en superficie, salvo un pequeño quiosco para albergar los sistemas de control y de distribución eléctrica.

Debido a la considerable reducción de los riesgos para la salud y la seguridad, así como a su menor tamaño y visibilidad, las estaciones de bombeo de aguas residuales con bombas sumergibles han sustituido casi por completo a las estaciones tradicionales. Además, la modernización de una estación de bombeo tradicional suele implicar su conversión en una estación moderna mediante la instalación de bombas sumergibles en el pozo húmedo, la demolición de la caseta de bombeo y la eliminación del pozo seco, ya sea desmantelándolo o derribando la división interna y fusionándolo con el pozo húmedo.

Los fabricantes de bombas siempre han diseñado y fabricado dispositivos electrónicos para controlar y supervisar las estaciones de bombeo. Hoy en día, es muy común utilizar un controlador lógico programable (PLC) o una unidad terminal remota (RTU) para estas tareas, pero la experiencia necesaria para resolver problemas específicos hace que sea conveniente optar por un controlador de bomba especializado. Las RTU son muy útiles para la monitorización remota de cada estación de bombeo desde una sala de control centralizada con sistemas SCADA (Control de Supervisión y Adquisición de Datos). Esta configuración permite monitorizar fallos, niveles y otras alarmas y parámetros de las bombas, lo que aumenta su eficiencia.

Un sistema de almacenamiento por bombeo es un tipo de central eléctrica que almacena y produce electricidad para satisfacer las altas demandas máximas mediante el traslado de agua entre embalses situados a diferentes alturas.

Normalmente, el agua se canaliza desde un depósito alto a uno bajo mediante turbinas que generan electricidad. Esto se realiza cuando la central necesita generar energía. Durante los periodos de baja demanda, como por ejemplo durante la noche, las turbinas se invierten y funcionan como bombas que impulsan el agua de vuelta al depósito superior.

Existen miles de estaciones de bombeo en todo el mundo. A continuación, se presenta una lista de las descritas en esta enciclopedia.

• Planta de bombeo de Edmonston
• Caseta de entrada (planta de tratamiento de agua)  : algunas casetas de entrada incorporan estaciones de bombeo.
• Bomba sumergible
• Bombeo de agua
• Bomba de viento

• Cómo elegir la bomba adecuada para su estación de bombeo
• Cómo cuidar su estación de bombeo compacta
• ¿Cuánto cuestan las estaciones de bombeo de aguas residuales?