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Eyector hidráulico o bomba mamut

Los eyectores hidráulicos son dispositivos de elevación de fluidos que, aunque no constituyen bombas en sentido estricto, funcionan como sistemas fluido-dinámicos capaces de transportar un fluido secundario mediante la energía suministrada por un fluido primario a presión. Su principal característica es la ausencia de elementos móviles en la zona de aspiración o de elevación, lo que les proporciona una elevada fiabilidad, un mantenimiento mecánico prácticamente nulo en el interior del pozo y una gran resistencia frente a condiciones de trabajo severas.

El funcionamiento del eyector hidráulico se basa en el efecto de una corriente de agua a presión, impulsada desde la superficie a través de un conducto vertical sumergido y paralelo al tubo de aspiración. El fluido motriz atraviesa una tobera o garganta de sección reducida, donde adquiere gran velocidad y genera una zona de baja presión. Esta depresión produce la aspiración del fluido situado en el fondo del pozo o de la excavación, incorporándolo al flujo principal y permitiendo su elevación hasta la superficie.

Eyector hidráulico

Este tipo de dispositivos resulta especialmente útil cuando la altura de aspiración supera los 7 m, un límite práctico para muchas bombas convencionales. En condiciones adecuadas de diseño y funcionamiento, los eyectores hidráulicos pueden elevar fluidos de forma económica hasta alturas próximas a los 20 m, aunque su rendimiento global suele ser inferior al de otros sistemas de bombeo convencionales, especialmente al de las bombas de pozo profundo.

Una de las principales ventajas de los eyectores hidráulicos es su capacidad para trabajar con fluidos cargados de sólidos, aguas sucias, lodos, arcillas en suspensión y mezclas fangosas abrasivas, sin que existan órganos mecánicos sumergidos susceptibles de desgaste o avería. Por esta razón, son frecuentes en aplicaciones de ingeniería civil, minería y obras especiales, particularmente en excavaciones profundas, drenajes, pozos, operaciones de desagüe y de extracción de barros de perforación.

Eyector hidráulico. http://puyga.es/como-elegir-una-bomba-de-agua-para-pozos-componentes-tipos-y-recomendaciones-practicas/

Con determinadas modificaciones de diseño, estos dispositivos pueden transportar mezclas sólido-líquido en las que la fracción sólida alcance hasta una cuarta parte del volumen total del fluido, siempre que el tamaño de las partículas sea compatible con las dimensiones de la tobera y de la conducción. También pueden emplearse para el manejo de arenas y de materiales granulares finos en suspensión.

Dentro de este grupo destacan las denominadas “bombas mamut”, o sistemas de elevación por aire o por agua comprimida, utilizados para la extracción de mezclas fangosas y lodos con arenas. Estos sistemas pueden alcanzar alturas de elevación del orden de 10 m, aunque presentan rendimientos energéticos modestos, a menudo inferiores al 25 %. No obstante, su simplicidad constructiva, fiabilidad y capacidad para operar en entornos agresivos compensan, en muchos casos, su baja eficiencia.

En algunos trabajos de minería, cimentaciones y perforaciones se utilizan, además, lanzas hidráulicas o de aire comprimido de alta presión situadas cerca del fondo de la excavación. Estas lanzas permiten desagregar y fluidificar el material cohesivo, rompiendo su estructura y facilitando la entrada de la mezcla al sistema eyector, lo que mejora la continuidad y la eficacia del proceso de extracción.

Los sistemas eyectores resultan especialmente adecuados en terrenos finos y en situaciones en las que se requiere el bombeo de pequeños caudales de agua o de mezclas con sólidos, y en las que la simplicidad mecánica, la fiabilidad y la facilidad de instalación sean factores prioritarios frente al rendimiento energético. Además, pueden instalarse prácticamente en cualquier posición y trabajar con una amplia variedad de fluidos, lo que amplía considerablemente su campo de aplicación en la ingeniería civil y minera.

En esta conversación puedes escuchar las ideas más interesantes sobre este tipo de bombas.

Este vídeo resume los conceptos más relevantes sobre los eyectores hidráulicos.

Hydraulic_Ejector_Systems

Os paso una animación para que veáis cómo funciona un eyector. Espero que os sea útil.

REFERENCIAS:

  • POWERS, J.P. (1992). Construction dewatering: New methods and applications. Ed. Wiley et al., New York.
  • PREENE, M.; ROBERTS, T.O.L.; POWRIE, W., DYER, M.R. (2004). Groundwater control: design and practice. CIRIA C515, London.
  • TOMLINSON, M.J. (1982). Diseño y construcción de cimientos. URMO, S.A. de Ediciones, Bilbao, 825 pp.
  • YEPES, V. (2020). Procedimientos de construcción de cimentaciones y estructuras de contención. Colección Manual de Referencia, 2ª edición. Editorial Universitat Politècnica de València, 480 pp. Ref. 328. ISBN: 978-84-9048-903-1.
  • YEPES, V. (2021). Procedimientos de construcción para la compactación y mejora del terreno. Colección Manual de Referencia, 1ª edición. Editorial Universitat Politècnica de València, 426 pp. Ref. 428. ISBN: 978-84-9048-603-0.

Curso:

Curso de procedimientos de contención y control del agua subterránea en obras de Ingeniería Civil y Edificación.

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Drenaje de excavaciones mediante bombeo desde pozos eyectores

Figura 1. Bombeo desde pozos eyectores. https://wjgroup.org/our-services/ejector-dewatering/

El sistema de pozos eyectores combina las ventajas de los pozos profundos y de las lanzas de drenaje (wellpoints), pero también presenta algunas desventajas. Los pozos profundos precisan un diámetro suficiente para alojar en su interior una bomba sumergible, con el coste correspondiente, además, presentan una relativa fragilidad que puede solucionarse con el sistema de pozos profundos con eyectores. En este caso, la elevación del agua se realiza mediante la inyección de agua a alta presión hasta el fondo del sondeo, donde el efecto Venturi la succiona y la eleva al exterior. Trabaja por succión, pero a diferencia de los wellpoints, esta se produce en el fondo del pozo. La ventaja frente a los pozos profundos es que los eyectores tienen un diámetro reducido. Las bombas de presión se sitúan en superficie y son del tipo normal, lo cual resulta de interés por su fácil vigilancia, mantenimiento y sustitución. Además, a diferencia de las electrobombas sumergibles, que pueden quemarse rápidamente si funcionan en seco, los eyectores pueden bombear mezclas de aire y agua sin problemas. Por tanto, el coste unitario de los eyectores es significativamente menor que el de los pozos profundos, por lo que pueden utilizarse en espaciamientos más reducidos cuando las condiciones lo permiten.

Su desventaja es su bajo rendimiento energético y su aplicabilidad se centra en caudales bajos. De hecho, en suelos con más del 5 % de partículas finas, los métodos de drenaje gravitacionales son muy lentos y los conos de depresión tardan en formarse. Por tanto, este sistema es adecuado cuando se quiere rebajar el nivel freático en terrenos de baja permeabilidad (limo o arena fina) a más de 5 m, que es el límite de un wellpoint de una sola etapa. En estos terrenos de tan baja conductividad, el uso del vacío garantiza un mejor drenaje del suelo. Además, si la columna del filtro del pozo se sella con bentonita, el vacío se transmite por completo al terreno, lo que acelera el drenaje de los suelos finos que atraviesan capas más permeables y aumenta la resistencia al corte del terreno.

Sin embargo, a profundidades superiores a 45 o 50 metros, este sistema deja de ser eficiente, por lo que se opta por un pozo profundo con una bomba en el fondo. Además, los sistemas eyectores son sensibles a distintos componentes del agua subterránea, como el hierro o el manganeso, cuya precipitación puede obstruir el sistema y reducir su rendimiento, así como a las bioincrustaciones o al desgaste de la boquilla, por lo que es necesario realizar un mantenimiento regular del equipo.

La instalación consta de una serie de pozos y de una única instalación de bombeo, cuya disposición depende de las condiciones del suelo. Los pozos están equipados con conductos o tuberías de alimentación, un expulsor (Venturi), y un conducto de retorno. En la cabeza del pozo, la tubería de alimentación es conectada a una línea de alimentación de alta presión, y la tubería de retorno es conectada a una tubería de evacuación de baja presión. Las líneas de retorno están conectadas a una planta especial de bombeo, la cual abastece a la línea de alimentación con agua a gran presión, y recoge el agua de la línea de evacuación. La elevada presión de agua que pasa a través del Venturi, succionará el agua del suelo y la enviará a la superficie a través de la tubería de retorno. Pueden ser de dos tipos: de tubería única (dos concéntricas) o de dos tuberías. Este sistema se utiliza en suelos de baja permeabilidad (Figura 2).

Figura 2. Esquemas de eyector de dos tuberías o de tubería única (Powers, 1992)

A pesar del alto costo de la instalación de estos pozos, en algunos casos pueden resultar más económicos y más fáciles de operar que los wellpoints. Los pozos pueden instalarse en la superficie de la tierra, fuera del área de construcción, para reducir el nivel de agua en una sola etapa. La distancia entre eyectores es similar a la empleada en el sistema de wellpoints. En un principio, las profundidades de operación no están limitadas por la altura de succión, ya que hay eyectores capaces de trabajar hasta 150 m de profundidad, aunque lo normal es situarse entre 30 y 50 m en una sola etapa. Cuando se utilizan eyectores de una sola conducción, el diámetro interno de la perforación puede ser tan pequeño como 50 mm, lo que hace que este sistema sea muy rentable.

Una estación de bombeo suele constar de un tanque y una o más bombas, junto con válvulas y tuberías de conexión. La bomba toma agua del tanque y la impulsa a presión hacia la línea de abastecimiento, a la que están conectadas las tuberías de inyección de cada eyector. El agua inyectada y extraída del terreno vuelve al tanque a través de la línea general de retorno, a la que se conectan las tuberías de descarga de los eyectores. Una sola estación puede abastecer hasta 75 pozos eyectores.

Os paso una animación para que veáis cómo funciona un eyector. Espero que os sea útil.

REFERENCIAS:

  • POWERS, J.P. (1992). Construction dewatering: New methods and applications. Ed. Wiley et al., New York.
  • PREENE, M.; ROBERTS, T.O.L.; POWRIE, W., DYER, M.R. (2004). Groundwater control: design and practice. CIRIA C515, London.
  • TOMLINSON, M.J. (1982). Diseño y construcción de cimientos. URMO, S.A. de Ediciones, Bilbao, 825 pp.
  • YEPES, V. (2020). Procedimientos de construcción de cimentaciones y estructuras de contención. Colección Manual de Referencia, 2ª edición. Editorial Universitat Politècnica de València, 480 pp. Ref. 328. ISBN: 978-84-9048-903-1.
  • YEPES, V. (2021). Procedimientos de construcción para la compactación y mejora del terreno. Colección Manual de Referencia, 1ª edición. Editorial Universitat Politècnica de València, 426 pp. Ref. 428. ISBN: 978-84-9048-603-0.

Curso:

Curso de procedimientos de contención y control del agua subterránea en obras de Ingeniería Civil y Edificación.

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