Accionamientos en sistemas de defensa contra inundaciones

Desde Nueva Orleans hasta los Países Bajos, el mundo está lleno de lugares amenazados por inundaciones. Y una de las armas más antiguas en la lucha contra los desastres, la bomba de agua, sigue siendo la más eficiente gracias al uso de motores de velocidad variable y los accionamientos que los controlan.

La Organización Mundial de la Salud estima que, entre 1998 y 2017, las inundaciones afectaron a las vidas de más de dos mil millones de personas en todo el mundo. Además del riesgo que representan para la vida humana, las inundaciones pueden devastar los terrenos agrícolas (con frecuencia situados en llanuras aluviales) y provocar desastres en las estructuras e infraestructuras de zonas edificadas

Debido a las lluvias cada vez más copiosas y a la elevación del nivel de mar, ambas debidas al cambio climático, se prevé que las inundaciones graves sean cada vez más frecuentes al menos a corto y medio plazo.

¿Cuáles son las dificultades de una bomba para inundaciones motorizada? Y, ¿por qué los motores de velocidad variable son especialmente adecuados para ellas?

Las inundaciones son, por definición, imprevisibles. Si su llegada, a una escala potencialmente peligrosa, se produce tras un largo periodo de sequía, las bombas que hayan estado detenidas durante algún tiempo deben activarse de manera inmediata, con la potencia y eficiencia necesarias para empezar a transferir grandes volúmenes de agua (la estación de bombeo más grande del mundo, situada en las afueras de Nueva Orleans, tiene capacidad para desplazar casi 568.000 litros de agua por segundo) en caudales continuamente fluctuantes.

Es posible conseguir distintas capacidades de respuesta a la inundación, en primer lugar, variando el número de bombas activas.

Es imprescindible el uso de varias bombas en los sistemas de protección contra inundaciones (hasta en las configuraciones más pequeñas, cada bomba de servicio necesita otra de respaldo). El primer paso para crear un sistema más seguro y controlable es distribuir la tarea entre un número mayor de bombas pequeñas en lugar de emplear menos bombas grandes. Además, cuanto más pequeña sea la bomba, menos vulnerable será a sufrir problemas provocados por desechos flotantes, vórtices y bolsas de aire.

Además, los motores de velocidad variable son un requisito previo para que las bombas se enfrenten con eficiencia óptima a la dinámica característica del comportamiento de las aguas de inundación.

Es posible que la puesta en marcha (o la parada) directa de una bomba para inundaciones provoque un golpe de ariete, debido al cambio brusco del caudal que pasa por la tubería. Esos impactos hidráulicos acortan la vida útil de los equipos y generan fugas en los acoplamientos y roturas en las tuberías. El uso de arrancadores suaves o accionamientos de frecuencia variable (VFD, variable frequency drive) asegura una aceleración suave de la rotación de la bomba hasta alcanzar la velocidad nominal, dado que los VFD ofrecen a continuación la ventaja adicional de una velocidad de motor totalmente regulada.

Aunque en principio sea deseable, la regulación eficiente de los motores de bombas para inundaciones puede ser un tanto complicada.

Por ejemplo, aunque es positivo, desde el punto de vista del consumo de energía, que un motor de velocidad variable no funcione más rápido de lo estrictamente necesario, las bombas y las tuberías que manejan grandes volúmenes de agua de inundación pueden, dependiendo del diseño, ser más o menos vulnerables a la acumulación de sedimentos. En los sistemas en los que esto sea un problema, podría comprobarse que, al funcionar a una velocidad constantemente elevada, la acumulación de sedimentos se reduce al mínimo, al igual que la tensión mecánica correspondiente de los motores.

También es importante no exigir demasiado a las bombas. Por ejemplo, en una zona como la de los pantanos que rodean al río Great Ouse, es necesario gestionar los niveles del agua para facilitar la navegación (actualmente, de las embarcaciones de recreo, en lo que antes era tráfico fluvial comercial). Para ello es necesario hallar un equilibrio entre el drenaje insuficiente y el excesivo.

El diseñador del sistema de defensa contra inundaciones deberá, por lo tanto, evaluar detenidamente cuáles son los niveles de agua correctos en el entorno que se protegerá. Esos son los datos básicos que utilizarán los accionamientos para determinar la velocidad del motor: cuanto más suba el agua por encima del nivel adecuado, más rápido funcionará la bomba; cuanto más baje el agua, más se ralentizará la bomba.

Además de lo anterior, cuanto más programable sea el sistema, más oportunidades habrá de implementar distintos tipos de eficiencia. Ya sea mediante una tecnología de PLC (controlador lógico programable) o de PID (controlador proporcional derivativo integrado), se puede hacer que los valores preestablecidos cambien con el calendario para tener en cuenta las variaciones estacionales del nivel del agua. Por otra parte, es posible complementar las operaciones en tiempo real con sistemas de supervisión y adquisición de datos (SCADA), con el fin de obtener información sobre los cambios meteorológicos que se avecinen.

Las bombas centrífugas son las preferidas en los sistemas de defensa contra inundaciones debido a su potencia, simplicidad y tamaño relativamente pequeño. Por lo tanto, gracias a las leyes de afinidad de las bombas centrífugas y los ventiladores, se pueden conseguir importantes ahorros de energía tras la reducción de la velocidad del motor (su reducción del 25% equivale a la disminución del consumo de energía en casi un 60%, y así en todos los casos).

Esto es importante si se tienen en cuenta los costes de funcionamiento generalmente elevados de las estaciones de bombeo, de las que algunas siguen utilizando combustible diésel por razones económicas (aunque esos sistemas sólo consiguen unos niveles de eficiencia entre el 20% y el 40%).

Así pues, cuando se trata de crear o remodelar estaciones de bombeo de agua de inundaciones, también se suele optar por los sistemas eléctricos de velocidad variable. Además de las grandes ventajas que ofrece su facilidad de control, eficiencia y economía, también son comparativamente silenciosos, un aspecto importante en el diseño de sistemas en entornos de mayor densidad (y de ahí la inclinación en algunos sistemas por la refrigeración líquida en lugar de la refrigeración por aire de los motores y accionamientos).

En cuanto al futuro, todos los sistemas motorizados son cada vez más inteligentes y combinan una automatización más compleja con interfaces cada vez más accesibles. En especial, con la aparición de la conectividad con aplicaciones de teléfono, las posibilidades de control, supervisión y mantenimiento de los motores se están diversificando y evolucionando hacia un objetivo de sistemas cada vez más eficientes, lo cual, en el contexto de la defensa contra las inundaciones, garantiza entornos cada vez más seguros.