Sistemas de captación en desaladoras de agua de mar (I). Tomas abiertas

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  • Sistemas captación desaladoras agua mar (I). Tomas abiertas

Sobre el blog

Mario De Miguel Bello
Ingeniero de Caminos, Canales y Puertos.
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La desalación de agua de mar ha adquirido en los últimos años un importante auge debido principalmente a la mejora de las tecnologías en ósmosis inversa y de los sistemas de recuperación de energía. Los sistemas de captación también han ido cambiando y mejorando con el transcurso de los años debido principalmente a la necesidad de adaptación a las nuevas normativas ambientales, mejoras tecnológicas y el aumento de calidad y eficiencia de las nuevas plantas. Tanto las tomas como los vertidos de las plantas son puntos con una elevada carga ambiental pues se desarrollan generalmente próximos a ecosistemas marinos, a menudo con alto grado de protección.

Actualmente los principales sistemas de captación de agua marina para desalación pueden clasificarse en:

  • Tomas abiertas.
  • Pozos/Sondeos verticales
  • Drenes horizontales.
  • Tomas mixtas.

En relación con el aspecto cualitativo, la toma abierta genera más incertidumbres,  ya que es más vulnerable a todo tipo de vertidos contaminantes, presenta mayor variabilidad de calidad, y está sujeta a variaciones de temperatura. Por el contrario, el agua de pozos y drenes presenta generalmente una mejor calidad y es más homogénea.

Ahora bien, desde el punto de vista de la garantía de caudal, las ventajas son para la toma abierta, ya que la experiencia demuestra la dificultad de asegurar el caudal de producción en el agua de pozos y drenes por lo que, para plantas de producción media/alta se aconseja en condiciones normales la toma abierta de agua de mar, aunque presente el inconveniente de una mayor complejidad de ejecución y en muchos casos mayor inversión en la etapa de Pretratamiento.

Una vez captado el agua necesaria puede enviarse directamente a la planta o a un depósito de bombeo intermedio, en el caso de tomas sin presión. La presión de entrada a la planta generalmente oscila entre los 2 y 6 bares, antes del pretratamiento. Los bombeos intermedios antes de la entra a planta pueden ser en cámara seca o mediante bombas sumergibles.

Tomas abiertas

Generalmente este tipo de captaciones se utiliza en plantas de gran capacidad, o en aquellas donde una vez realizados los estudios hidrogeológicos no es posible conseguir el caudal necesario mediante la ejecución de pozos o drenes.

Las ventajas de este tipo de tomas son las siguientes:

  • Caudal asegurado incluso para posibles ampliaciones.
  • Bajo mantenimiento, pues normalmente solamente se requiere una inspección y limpieza de las rejas anualmente, respecto por ejemplo en tomas de pozos en las que el mantenimiento es continuo.

Y como principales inconvenientes:

  • Es necesaria la ejecución de obras marinas, que normalmente por su dificultad incrementan el presupuesto de las obras.
  • Mayores condicionantes ambientales.
  • Al realizarse la toma directa la calidad del agua es menor, al no disponer de una filtración natural del terreno como la que se obtiene al captar el agua mediante pozos o drenes. La calidad del agua a la entrada puede sufrir variaciones importantes, debido principalmente a las fluctuaciones por temporales, posibles vertidos próximos, etc.
  • Se produce también un incremento en la inversión del pretratamiento siendo necesario colocar un mayor número de filtros de arena, incluso dependiendo de la calidad puede ser necesaria la instalación de una doble etapa, e instalaciones previas de desarenado o eliminación de sólidos por flotación.
  • También es necesario modificar ligeramente el pretratamiento e introducir en este la dosificación de coagulantes, y aumentar las dosificaciones de anti incrustante e hipoclorito sódico.

Sin embargo estas desventajas pasan a un segundo plano cuando no existe otra manera de conseguir el caudal necesario para la alimentación de la planta.

Las tomas abiertas generalmente constan de los siguientes elementos:

  • Torre de toma de agua de mar.
  • Inmisario submarino de captación.
  • Cántara o pozo de bombeo a planta.

Para evaluar la ubicación más idónea y obtener la mejor calidad de agua posible se toman muestras a diferentes profundidades y en diferentes condiciones para conocer al menos los siguientes parámetros físico-químicos:

  • pH, materias en suspensión (MES), turbidez, oxígeno disuelto, nutrientes inorgánicos (Amonio (NH4), Nitratos (NO3), Nitritos (NO2), Ortofosfatos (P2O5)), Demanda Biológica de Oxígeno DBO5, Pigmentos Fitoplanctónicos (clorofila).
  • Metales, metaloides y no metales: Cobre, Cromo, Hierro, Manganeso, Zinc, Aluminio, Boro, Silicio, Selenio.
  • Carbono Orgánico Total (TOC).
  • Sólidos disueltos: Calcio, Magnesio, Sodio, Potasio, Bario, Estroncio, Cloruros, Sulfatos, Bicarbonatos, Carbonatos, Fluoruros, Silicatos, Bromuros.
  • Hidrocarburos totales y aceites y grasas.
  • Microbiología: Escherichia coli, Coliformes totales, Estreptococos fecales, Bacterias marinas a 22 ºC.

Una vez analizada la calidad del agua y analizados los condicionantes ambientales, será necesario el estudio de la geología y geotecnia de las obras marinas con el fin de comprobar la idoneidad del terreno para la instalación de la toma de agua, la conducción y el bombeo en tierra. Generalmente se realizarán sondeos, ensayos de penetración (SPT) o tomografía eléctrica, para conocer la capacidad portante y las caracteristicas del terreno y adoptar los métodos más convenientes para la ejecución de las obras.

Es necesario realizar un estudio de la dinámica litoral en toda la zona de actuación mediante modelado numérico, en él se estudiaran los diferentes elementos forzadores de la dinámica marina, oleaje, direcciones del viento, etc. Para el conocimiento de las condiciones hidrodinámicas en la zona de ubicación de la toma es necesario realizar un estudio del clima marítimo a través de los datos proporcionados por la de la red REMRO de Puertos del Estado y del programa WAM de generación sintética de oleaje y de los datos visuales proporcionados por barcos en ruta. De este estudio se obtienen las condiciones tanto medias como extremales del oleaje asociada a un periodo de retorno que permiten determinar las acciones de diseño en profundidades indefinidas y conocer también las alteraciones que sufre el oleaje en su aproximación a la costa.

Los principales elementos de los que generalmente consta un sistema de captación mediante toma abierta son los siguientes:

Torre o cajón de Toma

La torre o cajón de toma pude ejecutarse con diferentes materiales, polietileno, poliéster, hormigón. Su construcción se ejecuta en dique seco y posteriormente se transporta a su ubicación mediante remolcador.

Básicamente la torre de toma debe contar con unas ventanas para la captación del agua, protegidas con rejas de poliéster, polietileno o acero inoxidable, para evitar la entrada de grandes peces y sólidos, de una brida o elemento de conexión con el Inmisario y una boca de hombre, generalmente ubicada en su parte superior para las labores de mantenimiento e inspección interior.

Las ventanas se ubican en la parte superior de los laterales para evitar la entrada de arenas, y la conexión con el inmisario se realiza a una cota superior a la de la solera a fin de que los sólidos y sedimentos que puedan introducirse en su interior debido al arrastre de la dinámica litoral decanten y no pasen al interior de la tubería. Si el flujo de entrada de agua en las estructuras es horizontal, se reduce enormemente la succión de organismos, respecto de la entrada en dirección vertical descendente.  Se estudian modelos hidrodinámicos para evitar la posible succión de material, con velocidades que garanticen que no se producirá entrada de sedimentos y que no habrá acumulaciones de material alrededor de la torre que puedan alcanzar las ventanas. 

La forma de las ventanas de toma suele ser rectangular o circular, esta última ofrece la ventaja de su facilidad de cierre con bridas ciegas para su transporte, e instalación y conseguir de esta manera la máxima estanqueidad. Para la determinación de las dimensiones y el número  de ventanas se tendrá en cuenta el caudal máximo de paso incluyendo las posibles ampliaciones, las perdidas de carga por el paso del hueco y la perdida de sección de las rejillas con el porcentaje de atascamiento previsto.

La profundidad de instalación depende en gran medida de la calidad del agua a captar, de los condicionantes medioambientales, de los condicionantes geotécnicos y de clima marítimo y por su puesto de la optimización de costes, ya que a mayor profundidad y separación de la costa estos son más elevados.

La estructura, no debe suponer un obstáculo significativo para la dinámica general de transporte de sedimentos en la zona, y debe calcularse para soportar los esfuerzos transmitidos por la dinámica litoral y las presiones debidas a la profundidad y la carga de agua. También estará previsto en el proyecto el sistema de fondeo y los cálculos de flotabilidad y transporte en caso de ser necesario su remolcado hasta su ubicación definitiva. Debe realizarse un estudio detallado para garantizar la estabilidad de la estructura ante vuelco, deslizamiento y hundimiento, condicionando la geometría y el peso de la estructura.  A la estructura se le suele dar un tratamiento con pinturas antifouling, adiciones de hipoclorito y aire comprimido, para evitar incrustaciones. La adicción de hipoclorito, generalmente en impulsos, mantendrá la entrada limpia y evitará incrustaciones en la estructura y en la tubería.

Para su transporte y fondeo puede utilizarse un flotador fijo construido junto a la toma con las dimensiones necesarias para garantizar su flotabilidad o bien flotadores hinchables que suspenderán la estructura para su remolcado hasta el punto de fondeo. En el caso de cajones autoflotantes, por seguridad en caso de llenado accidental estarán previstos los flotadores necesarios para evitar su hundimiento.

Las fases para su ejecución son las siguientes:

Dependiendo del terreno existente en la ubicación será necesario ejecutar una banqueta de apoyo, mediante dragado o nivelado del fondo con grava, una vez colocada la torre en la banqueta suele protegerse con un relleno de hormigón sumergido y/o escollera.

El dragado puede efectuarse mediante succión si se trata de arenas o excavación mediante bivalva desde gánguil para terrenos más consolidados. En caso de tener terrenos de mayor dureza y de dificultad de excavación pueden efectuarse micro-voladuras controladas para fracturar la roca y facilitar su posterior excavación.

La construcción de la torre se realizará en un puerto con calado suficiente para su transporte. La unión entre estructuras en caso de construirse con un flotador fijo se realizará con tornillería de acero inoxidable y resinas para garantizar la estanqueidad, el flotador si es metálico se revestirá con resina de poliéster para evitar su corrosión, que puede pasar al interior de la toma y acabar incrustándose en las membranas de ósmosis inversa.

El flotador llevará incorporado dos tuberías, una para la entrada de agua para lastrarlo y otra para la salida de aire a medida que éste se llena de agua (acción a desarrollar en la última fase constructiva).También se incorporarán varias orejetas por la parte posterior del cajón de modo que se puedan pasar por detrás del mismo los elementos adecuados para su remolque. En la parte superior del cajón se colocarán los elementos de anclaje necesarios para su izado y puesta a flote. Una vez finalizada la primera fase, el cajón será puesto en flotación desde el muelle mediante grúa o si es necesario debido al peso, se utilizarán varias grúas.

Durante la fase de cálculo será necesario comprobar la estabilidad en flotación y el calado necesario para su transporte con resguardo de seguridad para su remolque. El transporte de la torre se llevará a cabo mediante remolcador a velocidad no superior a dos nudos hasta la ubicación seleccionada en condiciones meteorológicas y de oleaje favorable.

Mediante lastrado progresivo con agua de mar se irá hundiendo el cajón en el emplazamiento definitivo previsto para la toma. El flotador se diseña para que en el momento de llenado de la torre, el nivel del agua exterior llegue precisamente hasta el borde de la misma. Conviene, no obstante, sujetar el cajón unos instantes antes para luego proceder a su fondeo, por ejemplo, cuando el francobordo sea de unos 0,75 m. También puede suspenderse de una estructura con flotadores si se opta por hacer la torre estanca o auto flotante. El  hundimiento debe ser lento y muy controlado con el fin de evitar desviaciones que puedan producirse y que el cajón quede colocado en las coordenadas previstas y correctamente nivelado.

Una vez finalizado el fondeo se procederá a retirar las bridas y tapas ciegas, colocar las rejillas y a realizar la conexión con el inmisario submarino. La torre se protegerá con escollera o muertos de hormigón y se procederá a su balizamiento y señalización con boyas de acuerdo con las instrucciones de la Capitanía Marítima. 

Inmisario

Para transportar el agua desde el punto de toma hasta el pozo o cántara de bombeo a planta es necesaria la ejecución de una o varias conducciones, condicionadas principalmente por razones ambientales y el grado de afección al ecosistema marino existente. Puede ejecutarse en zanja, mediante hinca o micro-túnel, perforación horizontal dirigida y lastrada al fondo marino.

La ejecución en zanja prácticamente no se utiliza, y no se recomienda por su grado de afección a los fondos marinos y por la necesidad de clima marítimo favorable para su ejecución. Actualmente se utilizan las técnicas de micro-túnel, perforación dirigida y lastrado, y para tomas de gran diámetro pueden usarse grandes tuneladoras de frente presurizado con instalación de anillo de dovelas de hormigón armado. Generalmente para la zona de transición tierra-mar se recurre al túnel y a la perforación y una vez superado esta si es necesario alcanzar una mayor distancia y profundidad se utiliza el sistema lastrado.

El tipo de tubería utilizado varía según el sistema de ejecución, para ejecución en zanja y perforación dirigida se utiliza tubería de polietileno por su resistencia, flexibilidad para su colocación y facilidad de soldadura, el micro-túnel se ejecuta con tubería de hinca de hormigón armado, en el que puede instalarse tuberías de polietileno o poliéster en su interior o utilizar la misma tubería de hinca como tubería de captación.

El cálculo hidráulico de la conducción debe realizarse teniendo en cuenta el caudal necesario para todas las operaciones de la planta a su máxima capacidad de producción incluso las posibles ampliaciones futuras, las perdidas de carga y el nivel mínimo en la cántara de bombeo que garantice el correcto funcionamiento de las bombas, así como el material de la conducción, rugosidad, etc. Además de los cálculos hidráulicos será  necesaria la realización de los cálculos mecánicos de la tubería en función de los materiales y su sistema de ejecución y colocación, en zanja, perforación, fondeo lastrado, hinca, etc.

Todos los elementos en contacto con el agua de mar deben de ser aptos para consumo humano y no tener en su composición elementos que puedan migrar al agua, de acuerdo con el RD 140/2003 de 7 de febrero, por el que se establecen los criterios sanitarios de la calidad del agua de consumo humano.

Se describen a continuación los sistemas de ejecución de inmisarios más utilizados en la actualidad.

Perforación horizontal dirigida (PHD)

Este tipo de sistema consiste básicamente en la ejecución de una perforación horizontal hasta el punto previsto de salida en el lecho marino, desde donde una vez conseguido el diámetro de perforación necesario estabilizado con bentonita, se conecta con la tubería que previamente se ha lanzado al mar y mediante el tiro de la máquina de perforación se lleva hasta el punto de salida en tierra.

Al igual que cualquiera de los sistemas de perforación es necesaria la movilización de los equipos de perforación, compuestos por una máquina perforadora, estación de mezcla de lodos de perforación, estación de reciclaje de los lodos de perforación, equipos auxiliares tales como camiones de transporte y ayuda a los trabajadores, furgonetas y otros.

En el momento en que la lanza de perforación sale en las coordenadas previstas los buzos proceden al cambio de útiles. Este proceso consiste en el desmontaje de la lanza de perforación, utilizada para los trabajos de direccionamiento de la perforación piloto, y en la instalación de un escariador para proceder al ensanche del microtúnel hasta el diámetro requerido para la introducción del tubo de servicio.

El ensanche del micro-túnel se realiza progresivamente, es decir, no se pasa del diámetro de perforación piloto directamente al diámetro final, sino que se ejecutan unos ensanches intermedios. Simultáneamente al proceso de ensanche se procederá a la soldadura de los tubos para posteriormente colocarlos el extremo de salida de la perforación piloto. Será importante tener preparada toda la longitud de la tubería para que en el momento que se tenga abierto el microtúnel, se pueda lanzar al mar e introducirla de inmediato, y así evitar el riesgo de colapso de la perforación.

Así pues dependiendo del diámetro necesario se realizan varias pasadas, y entre pasada de escariado se irán realizando limpiezas con un barril, que retirará de la perforación los restos de detritus, que se extraerán por medio de la inyección de lodos bentoniticos por la boca de tierra de la perforación. Para evitar vertidos de material procedente de la perforación los ensanches deben hacerse de mar a tierra.

Para el lanzamiento al mar de la tubería soldada, esta se coloca sobre unos patines y se va introduciendo lentamente en el mar, tirada por un remolcador que la colocará en el punto de conexión con el cabezal de perforación.

Una vez la tubería sale por el pozo de entrada, esta queda instalada dentro del túnel, según el trazado seguido para la perforación piloto, realizándose una limpieza interior con un barril, inyectando agua a presión.

Hinca en Micro-túnel

Esta técnica se utiliza para grandes diámetros y grandes longitudes ya que la perforación dirigida es muy complicada a partir de los 1.400 mm de diámetro y más de 600 m de longitud. Las microtuneladoras sin embargo pueden llegar hasta diámetros de 3.000 mm y longitudes de 2.000 m. Para mayores diámetros se utilizan tuneladoras mayores con sistemas de dovelas de hormigón armado.

Las principales instalaciones necesarias para la ejecución de este sistema son las siguientes:
  • Pozo de ataque: debe tener espacio suficiente para alojar los componentes de la hinca y proteger la zona de trabajo. Su pared posterior ha de ser capaz de resistir los empujes previstos para colocar la tubería.
  • Grúa o sistema de izado y bajada de material al pozo de ataque.
  • La cabeza perforadora o microtuneladora está formada básicamente por el cabezal de ataque donde van colocados los grupos eléctricos, hidráulicos y compresores así como los depósitos de aire y combustible y las distintas coronas de corte dependiendo de los terrenos a perforar.
  • La cabina de mando ubicada fuera del pozo donde se encuentran los cuadros eléctricos y automatismos, además del panel y sistema de control y de guiado, por lo que el operario-maquinista dispone de total información durante el trabajo.
  • Sistemas de reciclado y recirculación de lodos de perforación y balsas de acumulación de detritus.

Hay dos tipos de microtuneladoras,  de escudo cerrado y escudo abierto, pero para perforaciones con nivel freático alto o en el caso que nos ocupa de obras bajo el subsuelo marino se utilizan las de escudo cerrado con frente presurizado cuyo objetivo es evitar que el agua penetre al interior del túnel.

Mientras la tuneladora va perforando y abriendo el túnel en su paste posterior se van hincando tubos , generalmente de hormigón Armado, dotados de virolas de unión y juntas de estanqueidad especiales para sellar las uniones y evitar la entrada de agua.

Los materiales de la excavación se fluidifican con bentonita y se bombean a una recicladora en la que los sólidos se separan de la bentonita que se vuelve a incorporar al circuito para continuar la perforación, el detritus se deposita en balsas al efecto para su decantación y secado y posterior envío a vertedero.

El panel de mando ofrece la situación exacta de los gatos hidráulicos para el direccionamiento de la cabeza, pudiendo corregir las posibles desviaciones de trayectoria. Estos equipos suelen ir dotados de un sistema de guiado por láser para conocer en cada momento la posición real.

El elemento de empuje está formado por un sistema de cilindros hidráulicos en número adecuado al diámetro de los tubos que, a través de una corona para repartir esfuerzos, empuja sobre los tubos para introducirlos en la perforación. Dado que los cilindros hidráulicos tienen un recorrido limitado, se colocan unos postizos a medida que el tubo va introduciéndose con el fin de no parar el avance.

Cuando la conducción es de gran longitud, se hace necesaria la utilización de estaciones intermedias de empuje. Estas constan de un sistema de cilindros hidráulicos de carrera corta, cuyo empuje actúa alternándose con el de la estación principal. La longitud de una perforación viene condicionada por la máxima presión que pueden desarrollar los cilindros y, por otra parte, por la resistencia que ofrece la compresión longitudinal de la tubería.

Los tubos de hormigón armado para hinca, por los esfuerzos que deben soportar y por la complejidad del hincado (ya que requiere un perfecto paralelismo entre sus caras), deben ser diseñados y fabricados siguiendo los más estrictos controles de calidad.

El material de desecho junto con la suspensión se extrae mediante bombas centrífugas a la superficie, donde los lodos bentoníticos se aislarán del escombro mediante una planta separadora y se volverá a inyectar al circuito de alimentación. Los escombros tamizados y secados se evacuan regularmente a vertedero.

Cuando el equipo de hinca finaliza su trabajo, realizando su salida al mar a la profundidad proyectada y en las coordenadas previstas, se procede al cierre y presurización de la cabeza de corte, retirada de todos los elementos de la tubería de hormigón y del pozo de salida, a la inyección del trasdós y a la recuperación de la cabeza de corte por vía marítima mediante una embarcación especialmente preparada para tal fin.

En el interior de la tubería se instalarán las conducciones necesarias de dosificación de reactivos y aire comprimido hasta la torre de toma.

Los aspectos a tener en cuenta de esta técnica para realizar conducciones submarinas se indican a continuación:

  • Las instalaciones para la ejecución mediante el sistema de microtunel son más numerosas y requieren más espacio que la de perforación dirigida.
  • Los riesgos son mayores al tener que trabajar el personal en el interior del túnel para el montaje de tuberías de aire, lodos, conducciones eléctricas, guiado, etc.
  • En terrenos blandos puede producirse la flotación de los tubos de hinca y movimientos durante la fase de ejecución, al encontrarse el tubo vacio que pueden dar origen a que se abra alguna junta y por tanto una vía de agua, para ello es necesario colocar lastres para aumentar el peso de la conducción, sin embargo estos dificultan el paso de personas y disminuyen las condiciones de seguridad y la rapidez o las labores de evacuación en caso de emergencia.
  • Debe tenerse especial cuidado en el control y disposición de las juntas de goma, que deben ser totalmente estancas, de materiales resistentes y adecuados, generalmente con doble junta para mejorar la seguridad.
  • En algunos casos la tuneladora puede quedar atrapada siendo dificultoso su rescate bajo el lecho marino.
  • Es necesario extremar la seguridad e incorporar apartados muy específicos en el Plan de Seguridad y Salud, donde se recojan los riesgos existentes, las medidas de protección y los planes de emergencia y evacuación.
  • Por lo general será necesario colocar en el túnel ventilación forzada y sistemas autónomos de oxigeno a lo largo del mismo para que en caso de inundación de este los trabajadores que pudieran quedar atrapados pudieran emplearlos hasta su rescate.

Tubería Lastrada

Generalmente está técnica no se realiza por si sola sino que se ejecuta en combinación con alguna de las dos anteriores. Este sistema no genera afección significativa sobre los ecosistemas marinos, pero si en los fondos donde se crea una barrera artificial en el transporte de arenas. La tubería que se suele utilizar para este tipo de ejecución es de polietileno, dada su flexibilidad, resistencia, facilidad de manejo y soldadura.

Las tuberías de polietileno son actualmente el material más comúnmente utilizado en instalaciones submarinas lastradas. La combinación de flexibilidad y resistencia las hace superiores a otros materiales. Los diámetros varían en un intervalo de Ø 500 mm - Ø 1600 mm. Para este tipo de conducción sumergida se utiliza como mínimo tubería PE 100, SDR 26 con una presión nominal mínima de 8 bar.

Para su sujeción al fondo se utilizan lastres de hormigón armado. La tipología y forma de los lastres varía en función de las características del fondo, así para fondos arenosos se ejecutan con patas que se hincan en la arena para asegurar su estabilidad, en fondos rocosos pueden ser circulares, o fondo plano, y por exigencias ambientales en zonas de pradera de posidonia oceánica, se diseñan con apoyos pequeños y sobre elevados para que el tubo no descase sobre la planta y la afección sea la mínima posible.

La tubería puede instalarse con los lastres de una sola pieza o de varias piezas abrochadas mediante pasadores de acero inoxidable o colocarse in situ en la traza de la conducción trasladándose mediante flotadores colocándose uno a uno encima de la tubería, y posteriormente y mediante lanza de dragado actuando sobre las patas encajar el lastre en el fondo para asegurar su estabilidad.

Antes del hundimiento se ha de elaborar un procedimiento del mismo que tenga en cuenta todas las situaciones relevantes que pueden suceder durante la instalación.

El propósito de los lastres también es proporcionar estabilidad frente a:

  • Acumulaciones de aire.
  • Protección frente a arrastreros.
  • Fuerzas debidas a las corrientes.
  • Fuerzas debidas al oleaje

Una vez analizados los aspectos ambientales, y realizados los cálculos oportunos para el fondeo y lastrado, la primera fase es la soldadura en tierra de los tubos.

Los tubos son trasladados por remolcadores hasta el punto de instalación .El hundimiento de la tubería se lleva a cabo básicamente con las propias fuerzas de la naturaleza, es decir, la gravedad, la flotabilidad y la presión del aire.

Este se realizará de distinta forma dependiendo de la tipología de lastre colocado, con los lastres abrochados o sin lastres, que se colocaran posteriormente en el fondo. Para el hundimiento sin lastres se colocan elementos de peso en el interior del tubo, generalmente cadenas y el tubo se va llenando poco a poco con agua por un extremo, mientras sale el aire por el contrario hasta embocarlo con el punto de embridado mediante un tractel lastrado al fondo.

Antes de la instalación debe estar preparado el procedimiento de inmersión detallado y comprobados los cálculos proyectados.

Antes de proceder a la conexión con bridas, la presión interna del aire en la tubería debe ajustarse con la presión a la profundidad de conexión (por ejemplo, +0,3 bares si la profundidad inicial es 3 m). También es importante aplicar una fuerza de tracción en el extremo exterior de la tubería antes de que comience el hundimiento. Esta fuerza puede variar a lo largo de la operación de hundimiento y se calculará con especial precisión de antemano.

El hundimiento comienza abriendo con cuidado la válvula de aire en el extremo exterior y controlando la presión interna con un manómetro si es necesario para cargar la tubería con aire comprimido. Antes se habrá calculado una curva que señale la presión de aire necesaria como función de la profundidad de hundimiento. Regulando la presión interna de acuerdo con esta curva, tendremos un hundimiento controlado con una velocidad casi constante. La velocidad de hundimiento aproximada puede ser de 0,3m/seg.

El factor crítico es el radio de la curvatura en la superficie marina. Si este radio es inferior a 50 m aproximadamente en este caso, la tubería corre el riesgo de deformarse por pandeo.

Es necesario realizar la operación de hundimiento como un proceso continuo. Si el hundimiento se detiene, el módulo elástico del material de polietileno disminuirá con el tiempo y el radio mínimo de la curvatura se reducirá análogamente. Esto puede provocar una deformación por pandeo en la tubería.

Los datos de la previsión meteorológica y del oleaje son esenciales para preparar el proceso de hundimiento. La altura de las olas no podrá sobrepasar el metro durante la inmersión de la tubería. Si la acción de las olas es lo más reducida posible, aumentará el coeficiente de seguridad contra daños de los tubos. El proceso de hundimiento precisará un periodo de calma de entre 12 y 48 horas, en función de las longitudes, posibles dificultades y la planificación establecida.

Durante el hundimiento de la tubería hay que considerar como mínimo estos factores:

  • Es preciso elaborar un procedimiento detallado del hundimiento, incluyendo los parámetros técnicos, recursos necesarios, sistemas de comunicación y procedimientos de emergencia
  • Hay que realizar cálculos detallados de las curvaturas de hundimiento.
  • La velocidad de hundimiento no podrá exceder los 0,3 m/seg.
  • Se calculará la curva de presión del aire en función de la profundidad.
  • El radio crítico de curvatura es de 50 m aproximadamente.
  • El hundimiento se efectuará como un proceso continuo.
  • Los contrapesos de hormigón deben sujetarse de manera segura.
  • Las condiciones climatológicas deben ser satisfactorias.

Cántara de Bombeo

La cántara o pozo de bombeo es una instalación común a la toma abierta ya que esta generalmente se diseña para trabajar  con la presión de la columna de agua del mar menos las pérdidas de carga de la conducción y de la toma. La cota de entrada se diseña teniendo en cuenta las pérdidas de carga de la tubería y la torre de captación y para las necesidades del caudal de la planta. Tanto la cántara, como la toma y la conducción o conduccion deben diseñarse de tal manera que la planta sea capaz de bombear al máximo de su capacidad y de las ampliaciones previstas, sin disminución de caudales, niveles y cambios excesivos de velocidad de entrada y transporte.

El pozo de bombeo se realiza generalmente en hormigón armado y dada la profundidad necesaria y la usual existencia de nivel freático alto dada la proximidad al mar se recurre a sistemas de muro pantalla para su ejecución, dejando prevista la conexión con el inmisario o perforando con posterioridad, pudiéndose utilizarse como pozo de ataque.

Estas instalaciones generalmente disponen de un canal de entrada, unas rejas o tamices de desbaste, que pueden ser mecánicos o manuales. Los equipos de bombeo que habitualmente se instalan son sumergibles, aunque pueden ser de cámara seca con aspiración.

También dispondrán de los equipos eléctricos y mecánicos necesarios para su funcionamiento, tuberías de impulsión, válvulas, instrumentación, etc., y de un edificio o sala separada o aislada de la zona húmeda para el control de motores (CCM).

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