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‘Pozos de bombeo con SP: funcionamiento fiable y optimización’ (Grundfos)

Se estima que el agua subterránea representa un 30 % del agua dulce en la Tierra. Es altamente dependiente de las precipitaciones y puede encontrarse, generalizando, almacenada en dos tipos de acuíferos: libres (parcialmente llenos de agua) y confinados (o cautivos) donde el agua almacenada se encuentra entre capas impermeables. Para acceder a este agua, habitualmente se lleva a cabo una perforación donde se puede instalar una bomba sumergible y es en la optimización de estos sistemas donde nos centraremos.

La captación de agua de pozo, según las estimaciones de los expertos de Grundfos, supone hasta un 50 % de la electricidad que se invierte en el suministro de agua y, en términos de ciclo de vida del equipo a instalar, el coste inicial supone en torno a un 5 % mientras que los costes eléctricos suponen un 85 %, por lo que resulta obvio que en cuanto a optimización energética debemos centrarnos en el consumo eléctrico de estos equipos, sin perder de vista el resto de elementos que pueden aumentar la fiabilidad y rentabilidad de nuestra explotación.
 

Recomendaciones para alargar la vida útil de la instalación y sus componentes al máximo

Los desafíos y consecuencias más habituales a los que nos enfrentamos en la explotación de un pozo con bombas sumergibles son:

  • El fallo o rotura de la bomba o motor: la operación de extracción y reparación del equipo puede ser muy costosa y por supuesto, supone la parada del suministro, un estudio sobre si merece la pena repararlo o comprar otro, etc.
  • Un consumo eléctrico excesivo que provoca que el coste por metro cúbico extraído se dispare y comprometa la rentabilidad del pozo. Además, aumentan las emisiones de CO2 asociadas al bombeo.
  • La contaminación del agua que puede llevar a la clausura del pozo, a la necesidad de implementar un tratamiento de agua previo, la perforación de un pozo más profundo o la disminución de la cantidad de agua disponible para extracción.
  • La presencia de arena y sedimentos en el propio pozo que afectan al desgaste de los equipos, la claridad del agua de salida o tiempos de parada no previstos.


 
Para reducir en la medida de lo posible esta problemática, se detallan a continuación unas recomendaciones generales de instalación y operación que en ningún caso sustituyen la información que el fabricante está obligado a suministrar en el manual del equipo, si no que pretenden en todo caso ampliar o mejorar la comprensión de dicha información.

Empecemos con los motores. Es bien sabido que el calor es su peor enemigo, de los motores en general y de los sumergibles en particular. Más del 80 % de los fallos en motores sumergibles se debe a sobrecalentamiento, por lo que es necesario garantizar una correcta refrigeración alrededor de toda la longitud del motor, controlando la temperatura del agua del pozo y asegurando que el agua no ‘entra’ desde la parte superior del pozo a la bomba. Si no podemos garantizar una velocidad mínima (recomendada 0’15 m/s) por no cumplir alguno de estos criterios, deberíamos utilizar una camisa de refrigeración.

Además, es crítico evitar el sobre y subvoltaje así como la asimetría entre fases y los picos de tensión que pueden ser debidos a impactos de rayos o derivaciones a tierra, protegiendo adecuadamente el equipo.

El número medio de arranques por día durante un periodo de tiempo relativamente corto también influye en la vida útil de la instalación. Un número excesivo de arranques y paradas puede afectar a la vida útil de los componentes de control como presostatos, arrancadores, relés, etc. Además, puede causar daños en el estriado del eje del motor, rodamientos y sobrecalentamiento del motor. Un dimensionamiento apropiado del tanque de almacenamiento y una buena selección del motor y los elementos de control son críticos para mantener el número de arranques en los valores recomendados por el fabricante. Un motor de este tipo debe estar funcionando al menos un minuto para disipar el calor generado por la corriente de arranque. En el caso de motores de 6” o mayores, este tiempo sube hasta cinco minutos y debe haber al menos quince minutos entre un arranque o intento de arranque y el siguiente.

Es necesario el uso de válvulas de retención (no son válidas las válvulas de aguja) ya que protegerán el equipo contra golpes de ariete que puedan dañar los rodamientos, ayudarán a minimizar el empuje vertical de la bomba al arrancar y que puede llevar a un desgaste prematuro de impulsores y rodamientos, así como la rotación inversa que puede dar lugar a un acoplamiento o eje rotos y desgaste de rodamientos. Algunos equipos llevan incluida una válvula de retención, pero si no es así, se debe instalar la válvula en la tubería de descarga a menos de siete metros y medio de la bomba y por debajo del nivel dinámico del agua. Para instalaciones más profundas, se recomienda que las válvulas de retención de la línea sean instaladas según las recomendaciones del fabricante.

Todos estos daños a los rodamientos que se comentan más arriba se producen simplemente porque se exceden los valores para los que están diseñados. Un rodamiento, para funcionar adecuadamente y absorber el empuje, necesita una lubricación que puede verse comprometida por una velocidad de rotación demasiado baja, una temperatura o viscosidad excesivas o por el golpe de ariete. Como norma general, un motor sumergible no debe trabajar por debajo de 30 Hz para asegurar la lubricación y refrigeración, estableciendo unas rampas de arranque y parada, de 0 a 30 Hz y de 30 Hz a 0, de un segundo como máximo.

La bomba y el motor deben ensamblarse en posición vertical, no se deben montar en el suelo una vez llegamos al pozo o llevarlo montado de taller, si no bajando poco a poco la bomba hasta conectarla con el motor apretando los tornillos en cruz, especialmente en el caso de motores grandes.
 

 
Soluciones inteligentes que simplifican la captación, maximizando su fiabilidad y optimizando el sistema

Repasadas las causas que llevan al sistema a no funcionar adecuadamente, toca hablar de soluciones. Veíamos que entre las causas de la rotura del equipo se pueden encontrar una tensión de suministro insuficiente (o incluso ausencia de alimentación), problemas técnicos del equipo o la falta de agua. Cualquiera de ellas, nos lleva a tener que sacar la bomba del pozo, verificar el fallo y decidir si se repara o se sustituye. Podemos minimizar o incluso evitar estas situaciones, instalando las protecciones adecuadas para el motor y valorando la instalación de un variador de frecuencia que nos permita adaptar el punto de trabajo del equipo a la demanda real. En el mercado existen equipos como el MP 204 de Grundfos que monitorizan los parámetros eléctricos, protegiendo el motor contra desajustes en la tensión de suministro (sobre o subvoltaje), aumentos en el consumo de corriente, sobretemperatura, etc.

Un consumo energético excesivo afecta a la rentabilidad de la instalación, complicando su explotación. Puede deberse a la antigüedad del equipo o al desgaste que pueda haber sufrido, por ejemplo, por la presencia de arena en el pozo. También puede deberse a cambios en el nivel de agua o en la demanda, y en algunos casos, a un mal dimensionamiento del equipo de bombeo.

Adicionalmente, si estamos sacando más agua de la necesaria porque tenemos una bomba sobredimensionada instalada, esto puede desembocar en un agotamiento del pozo, facilitando la contaminación del acuífero al recargarse (infiltraciones salinas) o la aspiración de arena y sedimentos al encontrarse el nivel de agua muy bajo, con lo cual los problemas aumentan ya que el desgaste de los equipos será mayor (bombas, válvulas, tuberías, etc.). La mejor solución en este caso es la instalación de un variador de frecuencia y un sistema de gestión remota que permita extraer agua de distintos pozos, si es posible, para compensar el consumo, monitorizar continuamente el sistema para adecuarlo a la demanda, y valorar la sustitución de las bombas sobredimensionadas por unas con mejor eficiencia, haciéndolas trabajar en el punto de mejor rendimiento, reduciendo así el coste por metro cúbico.
 

 
Mantenimiento y protecciones: los aliados clave

Al hablar de mantenimiento, no nos referimos solo a la bomba, también al pozo puesto que un mantenimiento inadecuado puede dar lugar a problemas de atascamiento. Este atascamiento puede ser físico, por partículas u objetos que caigan dentro del pozo que pueden llegar a bloquear los impulsores o debido a la formación de depósitos en el caso de la arena. Para prevenir esto, lo ideal es desarrollar el pozo adecuadamente tras su perforación, pero se pueden llevar a cabo posteriormente tratamientos químicos de limpieza, aunque la solución más efectiva es el uso de chorros de alta velocidad.

El atascamiento también puede ser biológico, provocado por bacterias del hierro, ferrobacterias, que crean una especie de biocapa suave y de color rojizo que es extremadamente difícil de eliminar. Estas bacterias encuentran un entorno perfecto para vivir en el agua turbulenta y bien oxigenada que se da precisamente en un pozo y deshacerse de ellas es complicado, por lo que prevenir mediante un tratamiento de todos los elementos que entran en el pozo con dióxido de cloro en alta concentración, es la mejor opción. Por la propia presión generada en el pozo y/o la disponibilidad de oxígeno, se pueden formar depósitos por precipitación química. En estos casos, lo más adecuado suele ser un tratamiento químico que reduzca el pH que dificulte la precipitación de carbonatos.

Si queremos un suministro fiable y duradero, es necesario incluir unos elementos mínimos que garanticen la protección y el control del pozo. Si tuviéramos que elegir los componentes serían, al menos, el equipo para protección del motor, como el MP 204 de Grundfos, un sensor de presión dentro del pozo y a poder ser, un caudalímetro ubicado a la salida. Para monitorizar las señales y sacar conclusiones de esta información, se podría añadir un sistema de gestión remota (Grundfos cuenta con el GRM, Grundfos Remote Management, para cubrir esta necesidad) y si es necesario adaptar la producción a una demanda variable, un variador de frecuencia tipo CUE para garantizar un funcionamiento optimizado, acercándonos siempre a los puntos con la mejor eficiencia y sin utilizar ni un kilowatio de más para el suministro de agua.

Por supuesto, la problemática en cada captación es distinta y la mejor opción es siempre trabajar con especialistas que nos asesoren sobre las opciones y ventajas de cada posibilidad.