Reportajes

Para estar al día del sector

Reportajes

16/09/2020

La medición de nivel en estaciones de bombeo de aguas residuales



 

 

 


 

Antecedentes
 

Las redes de alcantarillado conducen el agua residual a través de diferentes colectores hasta las estaciones de depuración de aguas residuales (E.D.A.R.). Si la pendiente entre los colectores y las depuradoras no es suficiente para transportar el agua de un punto a otro por la fuerza de la gravedad, deben instalarse estaciones de bombeo de aguas residuales (E.B.A.R.) que impulsen el agua.
 
Estas estaciones suelen disponer de varias bombas de impulsión que se ponen en funcionamiento según el nivel en cada momento. El nivel puede aumentar más o menos rápidamente en función de los diferentes hábitos de la población, por ejemplo a primera hora de la mañana, cuando los habitantes se duchan o cuando existen periodos de lluvias débiles.
 
Mientras el aumento de nivel de las aguas residuales es lento, solo trabajará una bomba, pero cuando el volumen desalojado por una bomba sea inferior al volumen de entrada, será necesario la activación de una segunda bomba. La automatización de este proceso es muy importante para optimizar el funcionamiento de la estación, reducir mantenimientos y disminuir costes de consumo.
 
 

 

De forma paralela a este artículo, Luis Rodríguez Carregal, oficial de primera de mantenimiento y gestión de activos del Consorcio de Aguas Bilbao Bizkaia (CABB) nos comenta su experiencia en cuanto al control y la medición de nivel en las estaciones de bombeo que gestionan desde la entidad vasca...

 

 
 


La medida de nivel

 
La medición de nivel es lo primero que debemos realizar para disponer de un buen control de bombas. Los principios de funcionamiento existentes son varios, tanto para medidores puntuales (boyas, sondas conductivas, …) como continuos (radar, ultrasonidos, hidrostáticos, etc.,).
 
Los medidores puntuales, como las boyas, suelen ser soluciones muy económicas, pero no proporcionan una medida en todo el rango y deben colocarse varios de ellos para el control de varias bombas. También suelen ser poco fiables, ya que deben estar sumergidos y algunos sólidos contenidos en las aguas residuales, como las toallitas húmedas, pueden quedar adheridos al flotador y evitar que éste flote correctamente. Los flotantes, como grasas y jabones, pueden adquirir diferentes texturas y grosores que dificultan la flotabilidad de las boyas hasta bloquearlas. Este problema es especialmente peligroso para las boyas de bajo nivel que deben proteger a las bombas de un funcionamiento en seco o para las boyas que deben detectar la cota de alivio, especialmente importante desde la entrada en vigor del Real Decreto que obliga a detectar el vertido de aguas residuales en los episodios de tormenta en las redes de saneamiento. 
 
Otros problemas inherentes a estos elementos en contacto con las aguas residuales, suelen ser la abrasión y la corrosión. Diferentes productos sólidos o arenillas abrasivas pueden dañar los equipos por abrasión o las grasas generadas suelen provocar problemas de corrosión sobre algunos elastómeros o plásticos utilizados en la construcción de las boyas. No obstante, suelen utilizarse en pozos de bombeos muy pequeños, por ejemplo, aquellos situados en edificios y controlados típicamente por una sola bomba.
 
Los medidores de nivel continuos son más versátiles, son de fácil implementación y pueden realizarse controles más adecuados para las estaciones de bombeo. Dentro de los diferentes principios de medida, son preferidos aquellos que no tienen contacto con el producto, como radar o ultrasonidos.
 
Sondas capacitivas o hidrostáticas deben estar sumergidas en el agua y son susceptibles a las adherencias y deposiciones del fondo. La deposición de fangos en el fondo, de mayor densidad que el agua, provoca errores de medidas de varios centímetros cuando se utilizan sondas hidrostáticas. En cambio, tienen la ventaja de poder montarse en lugares muy poco accesibles, aunque entonces requieren de una mayor planificación de la instalación (cajas de compensación de la presión atmosférica, tubos de protección, soportes, …) o de trabajos de mantenimiento durante la sustitución de sondas averiadas.
 
Los sensores por ultrasonidos miden sin contacto y pueden funcionar correctamente en condiciones estables, pero las diferentes y difíciles condiciones de proceso en estas aplicaciones hace difícil su implementación si deseamos fiabilidad. Los sensores por ultrasonidos son sensibles a las condensaciones o adherencias en el transductor, pueden perder el eco en casos de fuertes espumas o tienen errores importantes debido a cambios de temperatura o por la presencia de gases generados por las aguas residuales. 
 
Los sensores de nivel radar son la solución perfecta. Instalados en la parte superior del pozo permiten medir el nivel de agua sin contacto, de forma precisa y fiable. La velocidad de la onda electromagnética virtualmente no se ve afectada por la presencia de gases o por cambios de temperatura, por lo que la precisión de la medida es muy alta en todo momento, asegurando un control optimizado de las bombas.
 

 

Además, los nuevos VEGAPULS con tecnología de 80GHz tienen un haz de emisión más estrecho que los equipos que trabajan a menor frecuencia, pudiendo concentrar la señal emitida en el punto a medir deseado y evitar fácilmente señales perturbadores generadas por los elementos que componen una estación de bombeo. 
 
Esta ventaja facilita la instalación del sensor en espacios más reducidos, zonas más accesibles y sin obstruir el paso del personal en tareas de manteniendo del pozo. Los solo 4º u 8º de apertura del haz de emisión de estos sensores también permiten medir desde gran altura sobre los estrechos canales de la parte baja de algunos registros o pozos.
 

 

Luis Rodriguez nos comenta las ventajas e inconvenientes del uso de las distintas tecnologías a la hora de su implementación en obra con las…

 

Boyas de nivel:

A los problemas mencionados en este artículo, añadiría otros del tipo adherencias, como grasas y jabones flotantes de texturas variadas, que pueden dificultar el volteo, variar la cota a la que debe activarse/desactivarse esa boya o incluso compactarse y bloquear el volteo sin que éste llegue a producirse.

Esto provoca una gran incertidumbre y poca fiabilidad para la protección de bombas por boya mínimo, la que usamos habitualmente como paro de seguridad antes de que se descubra el rodete de una bomba en cámara húmeda o caviten las de cámara seca.

También destacar la poca fiabilidad para advertir de que el nivel ha alcanzado la cota de alivio de la estación de bombeo y advertir de la situación de alarma y vertido al puesto de control central PCC.

Para finalizar añadiría la falta de precisión o amplia histéresis entre la cota de activación/desactivación, llegando incluso a 0,5 m entre una y otra en función de las adherencias y del montaje o atado que haga el instalador de la boya a la cadena o cable contrapesado.


Sondas conductivas:

Actualmente en desuso en nuestras estaciones de bombeo por la necesidad de limpiezas periódicas y exhaustivas de las incrustaciones, toallitas adheridas o auténticas madejas de kilos o toneladas que se forman en los colectores. Además, requerían de limpiezas con agua y papel del biofilm que genera en las varillas el agua residual y re-calibración, con escasa duración y eficacia.

 

Sondas hidrostáticas:

De gran uso aún en nuestras estaciones de bombeo y aliviaderos de tormenta, estamos sustituyendo su función de control de nivel para funcionamiento de bombas en bombeos y para regulación de compuertas en aliviaderos por la gama de radares VEGAPULS WL61, 64 y más recientemente C21 y C22.

Dichas sondas reciclamos su uso para que, vinculadas a los viejos VEGAMET 515, 624, 625, etc., aprovechemos las salidas de relé de ellos a distintas cotas y hagan la función de boyas, eliminando éstas de la instalación de manera definitiva.

Para nosotros las re-nombramos como sondas min/max/alivio en sustitución de la boya de mínimo de protección de bombas en cotas bajas, de máximo como aseguramiento del arranque de todas las bombas por encima de las cotas de control del radar, o de alivio para señalizar el vertido al medio receptor.

Los problemas que tienen las sondas no son tan serios como las boyas pero pueden tener un margen de error de +- 10cm (depende de su mantenimiento y limpieza), que quizá no sea relevante para el control de la estación de bombeo, pero sí en el contexto actual de exigencias en materia medioambiental de cubicar o aforar de manera precisa el episodio concreto de alivio (inicio y fin) y su volumen total. Se ven muy afectadas por quedar sumergidas en fangos primarios de más densidad que el agua en el fondo del depósito. Se atascan y miden mal dentro de los tubos de protección que las protegen por las grasas y jabones que se compactan en su interior. Adherencias menores gracias a esos tubos, pero siempre existen de pequeños trapos y otros residuos.

 

Sondas ultrasónicas:

Apenas usadas en nuestras estaciones de Bombeo y sin demasiada experiencia de uso, pero afectadas, como indica el artículo, por vapores, sprays de aguas, falsos ecos, espumas, etc.


Sondas Radar:

Las que mejor se adaptan a nuestras necesidades de precisión y fiabilidad de la medida sin contacto, no están exentas de algunos problemas en la instalación como: Flotantes y grasas que afectaban más al VEGAPULS WL61 y algo menos al 64.

Aumento de la consistencia, densidad y altura de esas grasas hasta el punto de convertirse en costras, a la que los radares consideran agua y no lo es. Hasta de 20cm en algunos bombeos, nos obligan a ubicar en lugares complicados libre de flotantes si es posible (hay veces que por el pequeño tamaño de la cámara húmeda del bombeo no es factible).

Aparición de nuevos ecos por acumulación de residuos o dificultad de eliminar los existentes por no tener una vertical libre con espacio. Gran mejoría con los nuevos VEGAPULS C22 de menor ángulo.

Indicar que la mayor parte de bombeos tienen cámaras húmedas donde alojamos el radar de pequeño tamaño, en las que “molestan”, para tener una buena y limpia vertical, las bombas, los tubos, cables, zonas de acumulación de flotantes, el espacio que ocupa el salto de agua de entrada al pozo, zonas inaccesibles para poner el radar el instalador, etc.

 


 
Las nuevas electrónicas de los VEGAPULS han sido optimizadas para poder medir correctamente señales más débiles, característica muy importante cuando existe generación de espumas en la superficie. Los VEGAPULS mantienen una medida estable sin perder el eco como sucede en sensores por ultrasonidos con presencia de espumas o sólidos flotantes.
 
 
Las adherencias y las condensaciones pueden provocar fallos en la medida de sensores por ultrasonidos o algunos tipos de radar. Este tipo de fallos pueden provocar un funcionamiento incorrecto del bombeo y por tanto requerir una acción correctiva, lo que aumenta los costes de mantenimiento y pueden provocar averías.
 
Para evitar este tipo de problemas, VEGA ha implementado un tratamiento la señal, basado en años de experiencia en la medición de nivel, lo que hace a los VEGAPULS insensibles a las condensaciones y adherencias.
 
 
 

Las nuevas versiones de la familia VEGAPULS específicamente desarrolladas para la industria del agua y agua residual, disponen de un encapsulado de PVDF con protección IP68, lo que le permite resistir la corrosión de los gases generados, como el Sulfhídrico, y puede quedar sumergido completamente por largos periodos de tiempo sin ningún  problema.
 
Adicionalmente, en los casos en que el sensor queda sumergido, dará una medida correcta de nivel (100%), ya que en las aplicaciones donde medimos agua, la zona muerta de los VEGAPULS es virtualmente cero, a diferencia de lo que pasa con otros sensores, donde deben montar un tubo o cubierta de protección de las antenas para no medir incorrectamente.
 


 
Su pequeño, ligero y compacto diseño es una mejora que facilita instalar un sensor estándar de múltiples maneras y en espacios muy reducidos, donde por ejemplo el techo puede quedar a escasos centímetros de la cota de alivio. 
 
El VEGAPULS C22 dispone de una salida de cable axial, para reducir su tamaño y en montajes por debajo de techo permite medir prácticamente todo el rango a diferencia de otros equipos de mayor tamaño.
 
 
 
 
Los múltiples accesorios y posibilidades de montaje disponibles permiten adaptarlos para cada aplicación y requerimientos, pero siempre partiendo de un mismo sensor. Gracias a esto, los plazos de entrega son muy cortos y no es necesario disponer en stock de múltiples versiones, reduciendo así costes de almacenaje.
 
En definitiva, la tecnología radar y los avances técnicos de la nueva serie VEGAPULS ofrecen una medida fiable en condiciones de proceso difíciles, altamente precisa, fácil de implementar en todo tipo de instalaciones, libre de mantenimiento y con un nivel de averías altamente inferior a otras tecnologías utilizadas anteriormente utilizadas, reduciendo los costes en todo el ciclo de vida.
 

 

El control de bombas

 
Para alargar la vida de las bombas, minimizar el mantenimiento preventivo y aumentar la seguridad en las estaciones de bombeo, se realiza un control de bombas en alternancia, de manera que no siempre es la misma bomba la que funciona a partir de un porcentaje de llenado.
 
Esto provocaría que una bomba fuese siempre la que entrase en funcionamiento a partir de un cierto umbral, mientras que el resto podrían permanecer sin funcionar durante largos periodos de tiempo.
 
Los controladores VEGAMET serie 800 disponen de diferentes controles de bombas en alternancia, el secuencial y el controlado por tiempo de funcionamiento.
 
 
 
 

 

“Nosotros en el Consorcio, ocasionalmente para la mejora de la capacidad de conectividad con el equipo y para la simulación de medida (nunca control de bombas) asociamos los radares VEGAPULS WL61 no bluetooth a controladores VEGAMET 624, 625 e incluso anteriores modelos. Otras veces por falta de espacio en los CCMs también con esos controladores”.
 
“De manera generalizada en nuestros Bombeos y Aliviaderos van conectados directamente a tarjetas de entradas analógicas AI de controladores lógicos programables PLCs. Mediante una arquitectura de comunicaciones entre las instalaciones permite la supervisión desde un puesto de control central PCC ubicado en la EDAR de Galindo, en Sestao”.
 
“De las soluciones de VEGA, me gustaría destacar especialmente la medida sin contacto, fiable y precisa. La disminución de tamaño significativa con los VEGAPULS C21 y C22 que permite alojar el sensor lo más cerca posible del techo del bombeo sin que se inunde. Uno de los problemas para los radares en todas nuestras instalaciones es la escasa altura existente entre la cota de alivio y la cota de techo”.
 
“El ángulo de apertura de 8º se nota para bien sin que aparezcan ecos cuando hay que ubicar el rádar muy alto con respecto al agua y hay muy poco espacio vertical libre de obstáculos. Tambien cuando lo que se quiere medir es el nivel en un canal desde gran altura y queremos “ver” el agua y no el eco del canal estrecho por el que circula”.
 

 

En el control de bombas secuencial, el controlador activará una bomba en función de una secuencia predeterminada, es decir, en un control de tres bombas, si la última bomba que se activó fue la “2”, la siguiente en activarse será la “3”, posteriormente la “1” y así secuencialmente. En el supuesto de alta demanda todas las bombas pueden funcionar simultáneamente en función de los puntos de conmutación registrados.

Los relés del controlador no están asignados a un determinado punto de conmutación, sino que se conectan y desconectan alternadamente. Aunque los umbrales de conexión y desconexión se ajustan individualmente a cada relé, el controlador activará los relés secuencialmente independientemente del umbral alcanzado. En el siguiente gráfico se puede observar una simulación de este modo de funcionamiento.
 

 
 
Por otro lado, en el control de bombas por tiempo de funcionamiento, la bomba que se conectará primero en caso de necesidad será aquella que tiene el tiempo de funcionamiento más corto, mientras que la bomba con el tiempo de funcionamiento más largo será la que primero se desconecte.
 
Al igual que en el control secuencial, en el caso de alta demanda todas las bombas pueden funcionar simultáneamente en dependencia de los puntos de conmutación registrados.
 
En el siguiente ejemplo podemos observar un control por tiempo de funcionamiento de dos bombas, donde el primer umbral está determinado a un 80 % y el segundo a un 90% de llenado. Al alcanzar el 80% de llenado, debe conectar la bomba con el tiempo de funcionamiento más corto registrado.
 
Si aún así el nivel sigue aumentando debido a una entrada de agua elevada, se deberá conectar una segunda bomba al alcanzar el 90 %. Ambas bombas se desconectarán a vaciar hasta el 10 %.
 
 
 

 
Hablando de fiabilidad, sobre los problemas que tienen en su día a día en el Consorcio con los sensores en función de su tecnología (decantación de sólidos,  toallas, adherencias, espumas, grasas, condensación, adherencias, etc., Luis nos comenta lo siguiente:
 
“Los problemas son de todos los tipos: debidos a la decantación de fangos, decantación de arenas, toallitas, madejas de toallitas de distintos tamaños y pesos, biofilms o biopelículas, espumas, grasas y  costras fltoantes, saltos de agua o incorporaciones de varios colectores (dificultan la medida sin contacto), poca altura entre el nivel tope o de alivio y el techo, dificultad para ubicar el radar en un punto del techo donde la vertical sea buena por ser inaccesible (obliga a suplementar mediante soportes hechos de calderería el soporte original Vega), condensación, humedad, vapores y sprays de agua residual provocados por el impacto de los saltos de agua con la superficie del agua del pozo o colector”.
 
“De las soluciones radar, destacar la medida de nivel fiable y precisa, un equipo insensible a la humedad, condensación y vapores, fiabilidad técnica y ausencia casi de averías, escaso o nulo mantenimiento, etc.”
 

 

En cuanto al mantenimiento correctivo y preventivo, Luis responde a la pregunta de qué le supone al Consorcio un mal funcionamiento o avería de un sensor y que tipo de averías puede provocar, tiempos y costes y detección de averías:
 
“Principalmente nos supone alivios no controlados al medio receptor con el consiguiente daño medioambiental. Un mal funcionamiento de la secuencia de arrancadas y paradas programadas de un bombeo con posible avería mecánica o eléctrica de las bombas. Perdida de disponibilidad de un bombeo dentro de la red, etc.”
 
“Para nosotros una avería en un sensor puede suponer desplazar a un equipo técnico de 2 o 3 personas con un vehículo, útiles y herramientas durante una jornada o más si se complica la avería a distancias de hasta 30 Km”
 
“Las averías son detectadas durante la explotación de la red de saneamiento por el personal desde el puesto de control central PCC mediante las medidas visualizadas en el Scada, explotación de alarmas generadas, etc. También durante los mantenimientos preventivos periódicos de mi departamento de Mantenimiento de Ejecución de Redes de Saneamiento Galindo - Lamiako”.
 
 
 

Publicidad

Deja tu comentario

Comentarios Publicar comentario

No hay comentarios publicados hasta la fecha.

Utilizamos cookies propias y de terceros para recopilar información que ayuda a optimizar su visita. No se utilizarán para recoger información de carácter personal. Puede permitir su uso, rechazarlo o cambiar su configuración cuando desee. Encontrará mas información en nuestra política de cookies.

Política de cookies