El control de una estación de bombeo de aguas residuales

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.

                          Esquema control de estación de bombeo

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, …).

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 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 lo 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.

Problemas con toallitas húmedas y adherencias

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.

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.

Presencia de flotantes en la superficie

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.

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 en 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 %.

¿Qué sucede si un relé continúa activo durante un largo periodo de tiempo? El controlador VEGAMET dispone de una opción de conmutación forzada, donde se puede aplicar un tiempo máximo de funcionamiento para evitar que una bomba quede conectada durante un periodo de tiempo muy largo. En el caso de que el nivel quede estable entre dos umbrales y transcurrido el tiempo programado, el controlador forzará una conmutación a la bomba que corresponda en función del modo de trabajo, secuencial o en función del tiempo de funcionamiento. Si todas las bombas ya están conectadas, la bomba también continuará conectada.

¿Y si una bomba no funciona? Los VEGAMET serie 800 disponen de entradas digitales para activar la monitorización de bombas. Si está opción es activada, una vez que cualquiera de los umbrales es superado y se conecta un relé, arranca un temporizador interno. Si la bomba no arranca y por tanto no da señal al controlador dentro de un periodo de tiempo establecido, se activa una señal de fallo y el relé se desactiva automáticamente. Esto también sucede si el relé está conectado y la señal de respuesta de la bomba cambia durante el funcionamiento normal.

¿Cómo podemos configurar el sistema? La ubicación de los sensores está en muchos casos en lugares poco accesibles, en zonas peligrosas, con presencia de Sulfhídrico u olores desagradables, por lo que una configuración a distancia sería ideal para trabajar de forma segura y evitar acceder con EPI’s especiales o espacios confinados. Tanto los controladores VEGAMET serie 800 y los VEGAPULS serie 10-20-30 pueden configurarse vía Bluetooth® mediante un PC o un Smartphone con la app VEGATOOLS. La configuración del control de bombas se realiza mediante un menú guiado, facilitando la puesta en marcha.

En definitiva, los VEGAMET serie 800 están especializado en la automatización de bombeos, permitiendo automatizar una estación de bombeo de una forma económica, rápida y sencilla, sin necesidad de realizar programaciones complicadas con otros controladores programables.

VEGA

www.vega.com

Este artículo aparece publicado en el nº 544 de Automática e Instrumentación págs. 29 a 31.