Gestione dei sistemi di pompaggio dell’acqua nei progetti di costruzione più impegnativi

Pablo Garcia, Global Business Development Manager di Sulzer, osserva come le operazioni di tunneling possono essere influenzate dalla scelta delle attrezzature di pompaggio utilizzate per la disidratazione.

I progressi nella tecnologia del tunneling negli ultimi anni hanno consentito tempi di viaggio più brevi e viaggi più sicuri attraverso le aree montuose e persino sotto il mare. I tunnel possono migliorare i collegamenti di trasporto, riducendo i costi di trasporto e rendendo il trasporto stradale più efficiente in termini di costi. Aiutano anche nella strategia globale per ridurre le emissioni di CO2 riducendo i tempi di viaggio e aprendo nuovi corridoi ferroviari, che offrono una soluzione più sostenibile rispetto al trasporto aereo.

La decisione di costruire un tunnel, invece di superare o aggirare un ostacolo, si basa su molti fattori, non ultima la differenza nei costi di costruzione tra le opzioni. Tuttavia, i vantaggi a lungo termine e il miglioramento della sicurezza in caso di maltempo spesso significano che l'opzione tunnel sarà favorita.

Gestione dell'acqua
Fin dall'inizio, è importante capire che l'acqua gioca un ruolo significativo in ogni progetto di tunneling. L'acqua di montagna, la falda freatica e l'acqua di perforazione devono essere gestite adeguatamente per massimizzare la sicurezza e l'efficienza di un progetto. La gestione dell'acqua è una considerazione chiave per tutti i cantieri.

I team di ingegneri e i geologi potrebbero dover estrarre volumi significativi di acqua dal cantiere per stabilizzare il terreno o impedire l'allagamento dell'area di lavoro. Man mano che la costruzione progredisce, la distanza che l'acqua deve essere pompata aumenterà e questo può influenzare il design del sistema di pompaggio.

Tuttavia, la sfida più grande è la contaminazione dell'acqua. I solidi sospesi nell'acqua devono essere rimossi e le pompe che stanno trasferendo l'acqua agli impianti di trattamento devono essere progettate per gestire la maggiore abrasione. Allo stesso modo, all'aumentare della profondità del tunnel, devono aumentare le prestazioni, o prevalenza, erogate dalle pompe.

Metodi di costruzione
Sebbene le perforatrici per tunnel (TBM) siano comunemente utilizzate per progetti più grandi, la tecnica di perforazione e sabbiatura viene utilizzata anche per rimuovere i materiali e creare le nuove strutture del tunnel. In entrambe le situazioni l'acqua viene utilizzata per raffreddare i macchinari, mescolandosi con i materiali di scarto nel processo e deve essere continuamente pompata via verso la superficie.

La proporzione di solidi nell'acqua può variare notevolmente e si possono utilizzare serbatoi di raccolta lungo la lunghezza del tunnel per consentire ad alcuni dei solidi di depositarsi. Ciò riduce il carico di solidi sulle pompe e può migliorare la loro affidabilità.

Ciò può essere particolarmente utile quando la geologia locale include particelle altamente abrasive, come il granito. Inoltre, il metodo di costruzione può anche influenzare i livelli di contaminazione dell'acqua. I residui di calcestruzzo spruzzato possono aumentare il carico di particolato dell'acqua, mentre l'installazione di sezioni di calcestruzzo prefabbricato avrà un effetto minimo.

Design del tunnel
I tunnel poco profondi, tipicamente installati in ambienti urbani, normalmente utilizzano una varietà di pompe sommergibili di drenaggio e pompe per fanghi per trasportare l'acqua lontano dal cantiere. Questi possono essere raggruppati in stazioni di pompaggio installate a intervalli regolari all'aumentare della lunghezza del tunnel.

A seconda del contenuto di solidi, le stazioni di pompaggio possono essere progettate con vasche di decantazione che rimuovono i sedimenti o miscelatori, che mantengono i solidi in sospensione, garantendo un funzionamento affidabile delle pompe dei fanghi. Nella maggior parte dei casi, le pompe saranno disposte con una certa ridondanza in modo che eventuali problemi di manutenzione non ostacolino il progresso. Le pompe di riserva possono essere utilizzate come supporto o per ruotare il ciclo di lavoro e prolungare la durata della stazione di pompaggio.

Selezione della pompa
Le pompe sommergibili per drenaggio sono progettate per acque con un basso contenuto di solidi. Le pompe per fanghi funzionano in modo affidabile con acqua contenente bassi volumi di solidi, mentre le pompe per fanghi possono tollerare miscele di fango fino al 70% di solidi. Fare la scelta corretta della pompa per ciascuna applicazione è essenziale per una continua affidabilità.

I requisiti di prestazione per le pompe nelle applicazioni di tunneling sono molteplici. Mentre le pompe per liquami possono funzionare a prevalenze medio-basse, i progetti di pompe ad alta pressione richiesti per applicazioni più profonde sono soggetti a una rapida usura se utilizzati con acqua fortemente contaminata.

Il design della pompa e l'attenta selezione dei materiali sono fondamentali per l'affidabilità a lungo termine, soprattutto nelle applicazioni di disidratazione. I cuscinetti ad alte prestazioni possono rimanere in servizio per più di 50.000 ore e il tempo medio tra le riparazioni (MTBR) di una pompa può arrivare fino a un anno. La selezione di una pompa meno adatta può comportare riparazioni dopo poche settimane.

Efficienza
La maggior parte degli schemi di costruzione di gallerie sono progetti a lungo termine, quindi il costo di proprietà dei beni utilizzati nella costruzione è un aspetto importante da considerare. Per quanto riguarda le pompe, la combinazione di efficienza idraulica ed elettrica può avere un effetto significativo sui costi di esercizio delle stazioni di pompaggio.

L'utilizzo di tecniche avanzate di modellazione del flusso di liquido e l'analisi degli elementi finiti hanno portato a un'idraulica ottimizzata e rivestimenti specializzati che migliorano l'efficienza e riducono al minimo l'erosione e la corrosione. Insieme a motori elettrici ad alta efficienza, la combinazione di costi di esercizio inferiori e affidabilità estesa offre risparmi sui costi a lungo termine per il progetto.

Tutti questi risparmi aiutano a minimizzare i costi del ciclo di vita degli asset. Questi comprendono il prezzo di acquisto iniziale, l'installazione e la messa in servizio, i costi energetici, le spese di manutenzione e riparazione nonché il costo dei tempi di fermo in termini di produzione persa. In quanto tale, è chiaro come l'affidabilità e l'efficienza ottimizzate possano ridurre significativamente i costi di vita.

Supporto esperto
Come per qualsiasi apparecchiatura rotante, il supporto del produttore è essenziale per la progettazione dell'installazione di pompaggio, la selezione dei modelli di pompa più appropriati e il supporto per la manutenzione. Altrettanto importanti sono l'assistenza in loco con parti di ricambio e risorse aggiuntive per tenere il passo con il programma di costruzione.

Questo processo è notevolmente semplificato se il fornitore di pompe ha una vasta esperienza in progetti di tunneling ed è organizzato in modo tale che il supporto possa essere fornito ai progetti in tutto il mondo utilizzando strutture locali.

Sulzer dispone di un ampio portafoglio di prodotti di pompaggio e miscelatori progettati specificamente per i progetti di disidratazione dei tunnel. Con personale esperto e flessibilità per supportare questo esigente ambiente di costruzione, Sulzer ha l'esperienza di progettazione e le capacità di produzione per fornire l'efficienza e l'affidabilità che possono fare la differenza nella costruzione di un tunnel.