Gestión de sistemas de bombeo de agua en los proyectos de construcción más desafiantes

Pablo García, Gerente de Desarrollo de Negocios Globales de Sulzer, analiza cómo las operaciones de túneles pueden verse afectadas por la elección del equipo de bombeo utilizado para la deshidratación.

Los avances en la tecnología de túneles en los últimos años han proporcionado tiempos de viaje más cortos, así como viajes más seguros a través de áreas montañosas e incluso bajo el mar. Los túneles pueden mejorar los enlaces de transporte, reduciendo los costos de transporte y haciendo que el transporte por carretera sea más rentable. También ayudan en la estrategia global para reducir las emisiones de CO2 al reducir los tiempos de viaje y abrir nuevos corredores ferroviarios, que ofrecen una solución más sostenible en comparación con el transporte aéreo.

Tomar la decisión de construir un túnel, en lugar de pasar por encima o alrededor de una obstrucción, se basa en muchos factores, entre ellos la diferencia en los costos de construcción entre las opciones. Sin embargo, los beneficios a largo plazo y la mejora de la seguridad durante las inclemencias del tiempo a menudo significan que se favorecerá la opción del túnel.

Gestión del agua
Desde el principio, es importante comprender que el agua juega un papel importante en todos los proyectos de construcción de túneles. El agua de montaña, el agua subterránea y el agua de perforación deben manejarse correctamente para maximizar la seguridad y la eficiencia de un proyecto. La gestión del agua es una consideración clave para todos los sitios de construcción.

Los equipos de ingenieros y geólogos pueden tener que extraer volúmenes significativos de agua del sitio de construcción para estabilizar el suelo o evitar que el área de trabajo se inunde. A medida que avanza la construcción, la distancia a la que se debe bombear el agua aumentará y esto puede afectar el diseño del sistema de bombeo.

Sin embargo, el mayor desafío es la contaminación del agua. Los sólidos suspendidos en el agua deben eliminarse y las bombas que transfieren el agua a las plantas de tratamiento deben diseñarse para manejar el aumento de la abrasión. Del mismo modo, a medida que aumenta la profundidad del túnel, debe aumentar el rendimiento, o la altura, entregada por las bombas.

Métodos de construcción
Aunque las tuneladoras (TBM) se utilizan comúnmente para proyectos más grandes, la técnica de perforación y voladura también se utiliza para eliminar materiales y crear las nuevas estructuras del túnel. En ambas situaciones, el agua se utiliza para enfriar la maquinaria, se mezcla con los materiales de desecho en el proceso y debe bombearse continuamente hacia la superficie.

La proporción de sólidos en el agua puede variar considerablemente y se pueden usar tanques de recolección a lo largo del túnel para permitir que algunos de los sólidos sedimenten. Esto reduce la carga de sólidos en las bombas y puede mejorar su confiabilidad.

Esto puede resultar especialmente beneficioso cuando la geología local incluye partículas muy abrasivas, como el granito. Además, el método de construcción también puede afectar los niveles de contaminación del agua. Los residuos de hormigón proyectado pueden aumentar la carga de partículas del agua, mientras que la instalación de secciones de hormigón prefabricado tendrá un efecto mínimo.

Diseño de túneles
Los túneles poco profundos, normalmente instalados en entornos urbanos, normalmente utilizan una variedad de bombas de drenaje sumergibles y bombas de lodo para transportar el agua fuera del lugar de trabajo. Estos se pueden agrupar en estaciones de bombeo que se instalan a intervalos regulares a medida que aumenta la longitud del túnel.

Dependiendo del contenido de sólidos, las estaciones de bombeo se pueden diseñar con tanques de sedimentación que eliminan los sedimentos o mezcladores, que mantienen los sólidos en suspensión, asegurando que las bombas de lodos funcionen de manera confiable. En la mayoría de los casos, las bombas se organizarán con cierta redundancia para que los problemas de mantenimiento no impidan el progreso. Las bombas de reserva se pueden emplear como respaldo o para rotar el ciclo de trabajo y extender la vida útil de la estación de bombeo.

Selección de bomba
Las bombas de drenaje sumergibles están diseñadas para agua con un bajo contenido de sólidos. Las bombas de lodo funcionan de manera confiable con agua que contiene bajos volúmenes de sólidos, mientras que las bombas de lodo pueden tolerar mezclas de lodo con hasta un 70% de sólidos. Hacer la elección correcta de la bomba para cada aplicación es esencial para una confiabilidad continua.

Los requisitos de rendimiento para bombas en aplicaciones de túneles son variados. Si bien las bombas para lodos pueden funcionar a alturas bajas a medias, los diseños de bombas de alta presión requeridos para aplicaciones más profundas son propensos a un desgaste rápido si se usan con agua muy contaminada.

El diseño de la bomba y la cuidadosa selección de materiales son cruciales para la confiabilidad a largo plazo, especialmente en aplicaciones de deshidratación. Los cojinetes de alto rendimiento pueden permanecer en servicio durante más de 50.000 horas y el tiempo medio entre reparaciones (MTBR) de una bomba puede ser de hasta un año. La selección de una bomba menos adecuada puede resultar en reparaciones después de unas pocas semanas.

Eficiencia
La mayoría de los proyectos de construcción de túneles son proyectos a largo plazo, por lo que el costo de propiedad de los activos utilizados en la construcción es un aspecto importante a considerar. En cuanto a las bombas, la combinación de eficiencia hidráulica y eléctrica puede tener un efecto significativo en los costes de funcionamiento de las estaciones de bombeo.

El uso de técnicas avanzadas de modelado de flujo de líquidos y el análisis de elementos finitos han dado como resultado una hidráulica optimizada y recubrimientos especializados que mejoran la eficiencia y mantienen la erosión y la corrosión al mínimo. Junto con motores eléctricos de alta eficiencia, la combinación de menores costos de funcionamiento y mayor confiabilidad ofrece ahorros de costos a largo plazo para el proyecto.

Todos estos ahorros ayudan a minimizar los costos del ciclo de vida de los activos. Estos están compuestos por el precio de compra inicial, instalación y puesta en servicio, costos de energía, gastos de mantenimiento y reparación, así como el costo del tiempo de inactividad en términos de producción perdida. Como tal, es evidente que la fiabilidad y la eficiencia optimizadas pueden reducir los costes de por vida de forma significativa.

Asistencia de expertos
Al igual que con cualquier equipo rotativo, el apoyo del fabricante es fundamental, para el diseño de la instalación de bombeo, la selección de los diseños de bombas más adecuados y el apoyo de mantenimiento. La asistencia en el lugar con piezas de repuesto, así como los activos adicionales para mantenerse al día con el programa de construcción, son igualmente importantes.

Este proceso se simplifica enormemente si el proveedor de bombas tiene una amplia experiencia en proyectos de túneles y está organizado de tal manera que se pueda brindar apoyo a proyectos en todo el mundo utilizando instalaciones locales.

Sulzer tiene una amplia cartera de productos de bombeo y mezcladores diseñados específicamente para proyectos de desagüe de túneles. Con personal experimentado y flexibilidad para respaldar este exigente entorno de construcción, Sulzer tiene la experiencia en diseño y las capacidades de fabricación para brindar la eficiencia y la confiabilidad que pueden marcar la diferencia en la construcción de un túnel.