Dimensionamiento de pozos de aguas residuales

DIMENSIONAMIENTO DE POZOS DE AGUAS RESIDUALES

Aprenda a dimensionar de forma óptima un pozo de aguas residuales. Esta sección incluye ejemplos prácticos de cálculo.  

Los pozos de aguas residuales se suelen sobredimensionar para garantizar que tengan suficiente capacidad; sin embargo, a pesar de las buenas intenciones, es probable que esto tenga el efecto opuesto. 

En este tema aprenderá a dimensionar un pozo de aguas residuales de forma que garantice unas condiciones óptimas de trabajo en edificios comerciales y pequeños sistemas de descarga municipales. También se incluyen diversos ejemplos prácticos de cálculo que le servirán de ayuda a lo largo del proceso. Los ejemplos son válidos para bombas con motores de hasta 30 kW.

Una de las principales desventajas del sobredimensionamiento de un pozo es que puede provocar que las aguas residuales permanezcan demasiado tiempo en él, lo que podría dar lugar a fenómenos de sedimentación y, en última instancia, a obstrucciones. ¿Por qué sucede esto? 

Pongamos que el diámetro óptimo de un pozo es de 1,5 m pero, en lugar de eso, se construye con un diámetro de 2 m para disponer de un volumen adicional por si acaso. Sin embargo, si los niveles de arranque y parada se dejan igual que si el diámetro del pozo fuese menor, eso hará que las aguas residuales tarden más tiempo en alcanzar el nivel de arranque de la bomba. Y, si los arranques son menos frecuentes, las aguas residuales permanecerán más tiempo en el pozo.

A la hora de dimensionar un pozo, deben determinarse cuatro parámetros principales:

  • El caudal de entrada
  • El volumen efectivo
  • El diámetro del pozo
  • La diferencia de altura entre los niveles de arranque y parada de la bomba 

Los analizaremos uno por uno para explicar qué debe tenerse en cuenta y cómo llevar a cabo los cálculos en cada paso.

Lo primero que debe establecerse a la hora de dimensionar un pozo es el caudal de entrada. Esta cifra la suelen proporcionar expertos externos, ya que su cálculo resulta bastante complejo. El caudal de entrada fluctúa entre el día y la noche y de un día a otro, y también depende de la naturaleza de las aguas residuales. Las aguas pluviales de escorrentía conllevan fuertes fluctuaciones, mientras que las aguas residuales presentan una variabilidad menor.

Una vez que dispongamos del caudal de entrada, podremos calcular la capacidad de la bomba.

Veamos un ejemplo en el que el caudal de entrada es de 32 litros por segundo. Para hallar la capacidad requerida de la bomba, lo multiplicamos por 1,05; es decir, necesitamos una bomba capaz de bombear 34 litros por segundo en condiciones de carga máxima para garantizar que el pozo no rebose nunca.

A la hora de seleccionar la bomba, también es esencial considerar el número máximo de arranques por hora que deberá realizar, para asegurarnos de que ofrezca una respuesta adecuada en los períodos de mayor actividad. Por lo general, cuanto mayor sea el número de arranques por hora que admite, mejor.  

Ahora, llega el momento de calcular el volumen efectivo. Sin embargo, antes de hacerlo, es fundamental saber cuántas bombas se van a instalar y si van a funcionar en paralelo o de forma alterna.

El funcionamiento en paralelo, es decir, el funcionamiento simultáneo de dos o más bombas, se emplea habitualmente en sistemas mixtos de bombeo de aguas negras y aguas pluviales. El funcionamiento alterno, que hace que las bombas alternen la posición de trabajo y de reserva después de cada ciclo, es adecuado en aquellas situaciones en las que las aguas negras y las aguas pluviales se conduzcan a sistemas independientes.

A continuación, veremos cómo se calcula el volumen efectivo para cada una de estas dos opciones. 

En los sistemas de descarga con dos bombas que funcionan en paralelo, las dos bombas proporcionan de forma conjunta la capacidad requerida. En otras palabras, el funcionamiento conjunto de las bombas permite bombear 34 litros por segundo en condiciones de carga máxima.

En el ejemplo, las bombas son capaces de realizar 20 arranques por hora.

Para calcular el volumen efectivo entre el arranque y la parada se usa la siguiente fórmula. En este caso, el volumen efectivo es de 1,53 m3.

Para el cálculo del volumen efectivo de un sistema con funcionamiento alterno se emplea la misma fórmula, PERO sólo se considera la capacidad de una bomba y no de las dos bombas, como en el caso del funcionamiento en paralelo.   

Así pues, a la hora de dimensionar las bombas, es importante tener en cuenta que cada bomba debe ser capaz de cubrir el 100 % de la capacidad por sí sola; por tanto, en este ejemplo, las bombas serán más grandes que en el caso del funcionamiento en paralelo.

A continuación, determinaremos el diámetro del pozo. Como indicamos al principio de esta sección, es esencial determinar el diámetro correcto del pozo para garantizar unas condiciones óptimas de trabajo. Si el pozo es demasiado grande, existe el riesgo de que el número de arranques y paradas sea insuficiente para evitar la sedimentación.

El diámetro requerido se calcula en función del número de bombas y el espacio adicional necesario para las tuberías y otros elementos.

Si utilizamos los datos del ejemplo anterior de las dos bombas con funcionamiento en paralelo, el sistema requerirá un diámetro de pozo de 1,8 m (es decir, un radio de 0,9 m).

Por último, ya podemos calcular la diferencia de altura entre el nivel de arranque y el nivel de parada, también conocida como altura efectiva.

Sabemos que el volumen efectivo es de 1,53 m3, y que el radio del pozo es de 0,9 m.

Para calcular la altura efectiva, usaremos la siguiente fórmula. Esto nos da una altura efectiva de 0,6 m. 

Se preguntará por qué es importante que la diferencia de altura entre los niveles de arranque y parada sea correcta. Si la diferencia de altura es demasiado grande, eso reducirá el número de ciclos y podría provocar sedimentación en el sumidero, ya que el agua permanecerá en el pozo durante un tiempo excesivo. En última instancia, esto dará lugar a obstrucciones y paradas imprevistas.  

Por otra parte, si la diferencia de altura entre el nivel de arranque y el nivel de parada es demasiado pequeña, el motor podría sobrecargarse en condiciones de carga máxima debido al número excesivo de arranques y paradas, lo que podría dar lugar a paradas imprevistas. Por este motivo, es importante tener siempre en cuenta el número máximo de arranques por hora que una bomba y un motor están diseñados para soportar.

Para concluir, haremos una breve mención a algunos sistemas alternativos a los sistemas con dos bombas.

Si una estación de bombeo da servicio a unas pocas viviendas particulares, el caudal de entrada a menudo será limitado y bastará con una sola bomba para obtener la capacidad necesaria. Sin embargo, en este caso, la capacidad de la bomba seleccionada debe ser mucho mayor que el caudal de entrada para mantener una velocidad alta y prevenir eficazmente la sedimentación en la tubería de presión.

Los pozos con más de dos bombas son típicos de los sistemas mixtos, ya sea para incrementar la capacidad o para disponer de bombas de reserva ante posibles fluctuaciones repentinas e intensas (por ejemplo, producidas por precipitaciones fuertes).