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15/05/2019

Sistema de extracción de aguas residuales por vacío en buques y puertos deportivos

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El sistema de extracción de aguas grises y negras por vacío es un método comúnmente empleado en aviones comerciales y buques que tiene como objeto favorecer la circulación y recogida efectiva de las aguas residuales generadas.
 
En el presente reportaje describiremos el sistema desarrollado por la empresa FLOVAC para la recogida de aguas grises y negras de embarcaciones e instalaciones ubicadas en puertos y marinas.
 
 

Gestión de Residuos para Embarcaciones

 
En los buques se cuenta con un sistema sanitario de aguas residuales que conecta los inodoros y otros sanitarios hasta una planta de tratamiento de aguas residuales generando un vacío en el sistema.
 
Este vacío se crea haciendo pasar las aguas residuales a través de una serie de ejectores instalados (generalmente) en la propia planta de vacío.
 
 
 
 
Las aguas residuales del sistema sanitario se dividen en dos tipos:
 
  • Aguas Grises: Son las provenientes de duchas, lavamanos y urinarios.
     
  • Aguas Negras: Son las provenientes de inodoros.
 
El funcionamiento a bordo es sencillo de entender; los inodoros (aguas negras) se conectan directamente a una tubería de vacío, cuando se activa el pulsador de succión, una válvula de descarga se abre durante un breve espacio de tiempo y se produce la extracción (en cada descarga se emplea 1 litro de agua aproximadamente). Por otra parte, los lavamanos, duchas y urinarios, son drenados por gravedad a unidades intermedias compuestas por un pequeño tanque conectado al sistema de tuberías de vacío a través de una válvula de descarga que se abre automáticamente cuando el volumen de líquido alcanza un determinado nivel.
 
Para el cálculo del diseño del sistema de saneamiento, se tiene en cuenta la fuerza de la gravedad, por ello, las zonas de habilitación y cocina se encuentran en las cubiertas más altas, aprovechando esta fuerza, se recogen las aguas grises y se derivan al tanque de aguas grises y posteriormente a la planta de tratamiento de aguas residuales localizadas en la cubierta de cámara de máquinas.
 
Realizar el diseño y construcción de una instalación de un sistema como este a bordo no implica mucha ingeniería, pero cuando el medio es una zona portuaria, la cosa se complica enormemente.
 
En instalaciones terrestres se deben tener en cuenta otros factores de vital importancia, la instalación de un sistema de recogidas por gravedad, es el más eficiente en en zonas con pendiente o con un bajo nivel freático, pero si hablamos dezonas portuarias, donde el sistema está instalado en una misma cota y con un nivel freático alto hay que tener en cuenta un incremento del coste al depender de bombas y del peligro constante de filtraciones de la red al medio marino. 
 
 
 
 
*Nivel freático: Puede definirse como el nivel superior del agua en un acuífero o más correctamente como el lugar donde la presión del agua es igual a la de la presión atmosférica. La distancia medida entre el agua subterránea y la superficie se corresponde con el nivel freático.
 
Los puertos convencionales que emplean sistemas de recogida por gravedad y bombeo, no pueden dar servicio de recogida de aguas residuales a embarcaciones en su amarre debido al coste y sobretodo al riesgo de contaminación marítima, por lo que el servicio de recogida a embarcaciones se lleva a cabo por medio de camiones cisterna comúnmente denominados camiones MARPOL, esto implica una pérdida de eficiencia en cuanto a tiempo y dinero ya que después de la descarga debe realizarse el cálculo de cuanto volumen ha sido extraído y la consecuente emisión del certificado MARPOL.
 
Para mejorar la eficiencia de esta operación, la empresa FLOVAC ha desarrollado un sistema innovador en el ámbito portuario para la recogida de todas estas aguas residuales e hidrocarburadas (a través de circuitos de tuberías independientes), permitiendo medir el volumen extraído eliminando la intermediación de los camiones cuba y centralizando la gestión del saneamiento de embarcaciones e instalaciones portuarias en una sola estación de vacío.
 
En esta estación de vacío se retienen las aguas contaminadas por hidrocarburos hasta su recogida final por un gestor autorizado, mientras que el agua libre de hidrocarburos se vierte, junto con las aguas residuales al alcantarillado tradicional de la urbe. De esta manera se agiliza la gestión para los buques que no deben preocuparse del camión MARPOL.
 


Funcionamiento del Saneamiento por Vacío

 

 
En este tipo de sistema, el Saneamiento o alcantarillado por vacío envía las aguas residuales hasta la planta de tratamiento entres fases:
 
 
1.- Fase: Los buques bombean las aguas residuales  hasta las arquetas o pozos de vacío. En estas cámaras se ubican lasválvulas de vacío FLOVAC. Si no se disponen de bombas de descarga para aguas residuales a bordo, como puede ser el caso de embarcaciones de pequeña eslora, estas se aspiran directamente del tanque de aguas residuales.
 
2.- Fase: Una vez en dichas arquetas, las aguas son evacuadas por vacío a través de la red de tuberías hasta la estación de vacío e impulsión.
 
3.- Fase: Desde la estación de vacío e impulsión, son bombeadas a la planta de tratamiento.
 
 

Partes del Sistema

 
Este sistema de saneamiento se componen de los siguientes elementos: Arquetas o pozos de vacío (también llamados cámaras) con las válvulas de vacío para la interconexión; la red de vacío o red de tuberías; y la estación de vacío e impulsión.
 

Arquetas y Pozos de Vacío
 
Las arquetas y pozos de vacío son cámaras con una o varias entradas que recogen las aguas residuales de los barcos y en ellas se sitúan las válvulas de vacío de FLOVAC.
 
Cuando el nivel de agua en el pozo alcanza 25 cm de altura, que corresponde a unos 50 litros aproximadamente, estas válvulas se abren y el vacío de la red aspira el agua acumulada en el pozo. Dichas válvulas disponen de un sensor de nively funcionan neumáticamente, sin necesidad de electricidad, ya que es el propio vacío el que proporciona la energía necesaria.
 
Animación de un pozo PE de FLOVAC con válvula de vacío abriéndose a los 40 litros:
 
 
 
 
Las arquetas deben ser estancas y provistas de tapas que eviten la entrada de aguas superficiales, así como tener capacidad suficiente para almacenar al menos el 25% del caudal medio diario.
 
Las dimensiones de las válvulas de vacío FLOVAC empleadas van desde D40 a D90 empleándose en función de las necesidades de la instalación, si bien para alcantarillado en general únicamente se utilizan las de D90 y para derrames enrecintos cerrados, como por ejemplo en la propia estación de vacío, de D63.
 
Todas ellas están fabricadas en termoplástico resistente a los agentes corrosivos de las aguas residuales urbanas e industriales, y su diseño y resistencia les permite alojarlas en la misma arqueta de recogida  sin necesidad de aislar la válvula, ya que su diseño está pensado para trabajar sumergida.
 
 
 
 
Durante el desarrollo del diseño de  las válvulas, se ha prestado especial atención la incorporación de elementos anti-atascos, dadas las características del fluido que se transporta. El funcionamiento de la válvula no requiere electricidad ni ninguna otra red auxiliar.
 
El mismo vacío que se lleva las aguas residuales es el que aporta la energía requerida para abrir y cerrar la válvula en la operación de vaciado de la arqueta de vacío.
 
Un punto importante a tener en cuenta en los sistemas de alcantarillado es el olor, el diseño del sistema se regula para que con un volumen muy pequeño de agua residual, la válvula ya se abre y vacía el pozo, con lo que el tiempo de permanencia del agua residual es mínimo, evitando que se vuelva séptica y, por tanto, la aparición de olores.
 
Para asegurar la retirada total de fluido, la válvula de vacío no cierra cuando se evacúa toda el agua presente en el pozo, sino que tiene un retardo al cierre, es decir, permanece abierta entre 1 ó 2 segundos más, tiempo en el cual entra aire a la red de tuberías y se produce un venteo forzado.
 
De este modo, incluso se renueva el aire del pozo, reduciendo aún más la posibilidad de olores. También se evita la posibilidad de atascos, ya que de esta manera, la válvula cierra en seco, después de que ya ha pasado todo el agua hacia las tuberías.
 
 
Red de Vacío
 
La red de vacío está formada por las tuberías que unen todas las arquetas y pozos de vacío con la estación de vacío. Las tuberías de PVC PN10, unidas con manguitos de conjunta elástica especial para vacío están certificadas por el fabricantepara 100 años de vida con un vacío de -0,7 bar. También se utilizan tuberías de HDPE SDR17 o SDR11.
 
 
 
 
Los diámetros de las tuberías del sistema de extracción de aguas residuales, oscilan de 90 a 315 mm, los diámetros más utilizados en marinas son de 160 y 200 mm de diámetro.
 
El hecho de que el fluido circule por vacío implica que las tuberías se pueden montar con una pendiente mínima del 0,2%, a una profundidad de entre 70 cm y 1,5 m, dependiendo de las condiciones de carga y tipo de recubrimiento con subidas de 30 cm a 45º (“Lifts”) cada 150 m, con lo que se recupera la cota inicial en caso de terrenos llanos.
 

Conexión lateral con Lift

 
Se puede montar la tubería con una pendiente mayor si el terreno lo requiere. En caso de contrapendientes se coloca la misma pendiente del 0,2% entre lifts, pero a menor distancia, con lo que se irá ganando cota. Incluso se pueden poner lifts tanto para salvar obstáculos como para mantener toda la red a una profundidad comprendida entre 70 cm y 1,5 m. La mayor velocidad del fluido en el interior de la red de vacío implica menores diámetros de tubería, por lo que las zanjas son estrechas y poco profundas. Se pueden salvar contrapendientes mediante sucesivos lifts, por lo que no hace falta situar la estación de vacío en el punto más bajo, sino donde mejor convenga, normalmente cerca de la planta de tratamiento o colector.
 
En el siguiente vídeo se aprecia el comportamiento del fluido ante un Lift:
 
 
 
 
En la red de vacío hay una serie de accesorios especiales:
 
  • Los Lifts mencionados.
     
  • Las conexiones de las acometidas a los ramales y de ramales secundarios al principal; Estos se deben hacer a 45º, lo que obliga a prever derivaciones especiales.
     
  • Las uniones de los tubos entre sí. Se recomienda realizar estas uniones con manguitos con junta elástica especial para vacío en el caso del PVC, o en caso del Polietileno, se recomienda realizar las uniones con manguitos electrosoldables.

El transporte en el interior de las tuberías es de tipo bifásico, ya que es una mezcla de agua y aire aspirado en el pozo de vacío. El resultado de una aspiración bifásica, permite obtener velocidades del orden de 5 a 8 m/s, que garantizan que no se produzcan sedimentaciones ni atascos. Por otro lado, se consiguen caudales elevados en diámetros relativamente pequeños comparados con un alcantarillado por gravedad.
 
El hecho de tener una pendiente del 0,2% y lifts cada 150 m, conforme un «perfil en diente de sierra”. Dicho perfil favorece el transporte bifásico y permite alcanzar grandes distancias con pequeñas pérdidas de carga. Por ejemplo, en el Muelle Adosado del Puerto de Barcelona hay cerca de 3 km entre el último pozo y la estación de vacío.
 
 
Estación de Vacío
 
En la estación de vacío se ubican las bombas y otros elementos necesarios para el funcionamiento del sistema, siendo el único punto que necesita acometida eléctrica:
 
 

 
 
  • Depósito o tanque de vacío, es el encargado de acumular el agua residual recogida y sirve de pulmón de vacío del sistema de manera que el vacío no caiga excesivamente cada vez que se abre una válvula de vacío.
     
  • Las bombas de vacío, que están conectadas al depósito en su parte superior y a través de él crean el vacío en toda la red. Las bombas de vacío mantienen toda la red a una presión negativa entre 0,5 y 0,7 bar.
     
  • Las bombas de impulsión, de cámara seca y con impulsor vórtex, que trasladan el agua desde el depósito acumulador hasta la planta de tratamiento. El paso libre de estas bombas es de 80 mm, igual que las válvulas de vacío. Por lo tanto, todos los componentes del sistema tienen un paso libre que evita los atascos. El impulsor vórtex es el más adecuado para evitar atascos con fibras largas.
     
  • El panel de control, que recoge las señales del estado del depósito y controla el funcionamiento de las bombas. Este panel de control automatiza el proceso de funcionamiento de las bombas de vacío y de impulsión.
 
Panel de Control. Flovatronic

 

 

Ventajas del Sistema y Aplicabilidad
 

  • Repercusión en la obra civil, pues requiere de zanjas estrechas y poco profundas, lo cual reduce los costes respecto a un sistema de gravedad.
     
  • Si el puerto dispone de galerías de servicios, se pueden utilizar para pasar las tuberías de vacío. Incluso pasar de zonas con tuberías enterradas a las galerías y al revés, aunque sea a diferentes niveles, gracias a la fuerza del vacío.
     
  • Permite dar servicio de recogida de aguas residuales de las embarcaciones (Aguas grises, negras y oleosas) desde terminales en el propio puerto.
     
  • No hay riesgo de que posibles fugas llenen la galería de agua residual, ya que una fuga en una tubería de vacío produce una entrada de aire, nunca un escape de agua residual. Esto puede ser muy apreciado en zonas con ecosistemas sensibles a la contaminación. Con una legislación cada vez más restrictiva, esta cualidad es muy apreciada por los diseñadores de nuevas marinas y puertos, ya que la alternativa, tuberías por gravedad y múltiples bombeos, es muy difícil asegurar que no se producirán fugas de agua residual al entorno.
    En algunos casos se ha instalado la tubería colgada por debajo de la losa que conformaba el muelle para una mayor concienciación medioambiental y una demanda creciente del servicio de recogida de aguas residuales en los propios amarres, los fabricantes de pantalanes están empezando a incorporar nuestras tuberías a sus productos.

El siguiente vídeo nos muestra que sucede en caso de una perforación de una tubería del sistema:
 
 

 
  • En terrenos llanos se evita la apertura de zanjas muy profundas, por lo que se reducen costes de excavación y entibación.
     
  • Si el nivel freático del terreno es alto, como son los puertos, se puede trabajar por encima de la cota de agua sin necesidad de hacer un elevado número de estaciones de bombeo, sino con una única estación de vacío. 
     
  • Diámetros más pequeños que en el alcantarillado por gravedad, esto permite realizar zanjas  más estrechas. Este sistema reduce los costes de obra civil considerablemente, ya que la tubería irá instalada muy superficialmente.
     
  • El tiempo de permanencia del agua residual en las arquetas es mínimo, ya que enseguida es aspirada y trasladada hacia la estación de vacío. Esto impide la formación de olores en los pozos. Como en la estación el agua se acumula en un depósito cerrado y es impulsada por bombas de cámara seca, la estación de vacío también está libre de olores, lo que se agradece por parte del personal de mantenimiento, a la vez que se evita un problema en el entorno de la estación.
 
Todas estas ventajas frente a los sistemas tradicionales de gravedad con bombeo, han hecho que este sistema de vacío ya se haya implantado en multitud de puertos.
 
Tales como los de Barcelona (5 instalaciones con la que se ha puesto en marcha recientemente en Marina Vela), Valencia (5 instalaciones), Tarragona y Roses, entre otros.
 


Ejemplo de Implementación en un Puerto

 
El Sistema de Extracción de Aguas Residuales de FLOVAC ya se ha implementado en muchos puertos y marinas de España y del mundo. Un ejemplo reciente es la instalación en la Marina Port Vell, en Barcelona. Allí se da servicio a las embarcaciones en su amarre y a las instalaciones localizadas en el recinto portuario.
 
 
 
 
En la imagen se puede observar que la red comprende toda la marina y que se ha instalado cerca del mar. Las válvulas se reparten de manera equidistante a lo largo de la marina (1), se activan al llegar al volumen de agua indicado y la fuerza del vacío transporta las aguas residuales hasta la estación de vacío (2).  En cada amarre del puerto hay una torreta de vacío (3)con una manguera para succionar las aguas de los buques sin necesidad de una cuba. Además, de que, como ya se ha mencionado, los edificios de la marina también cuentan con sus pozos de recogida (4).
 
Este esquema suele repetirse en los sistemas que FLOVAC diseña e instala, aunque el número de torretas y válvulas y la posición de la estación de vacío pueden variar según la necesidad de cada proyecto.
 
 
Torreta de vacio Flovac (3)
 
 

FLOVAC "El Futuro Verde del Saneamiento por Vacío"

 
FLOVAC es una empresa de diseño e instalación de sistemas de alcantarillado por vacío. FLOVAC usa la tecnología de las válvulas del grupo multinacional homólogo, con el que colabora como una gran familia.
 
Creada en el año 2006 con el objetivo de ser la primera empresa de saneamiento por vacío de España, se ha convertido en un referente en puertos y marinas del país, sino también alrededor del mundo. 
 
Uno de los grandes proyectos que impulsaron la marca FLOVAC en España fue la instalación en Santa Pola (Alicante), la más grande que se había hecho hasta el momento en Europa. En los últimos años, FLOVAC ha diseñado e instalado sistemas en el Caribe y en América del Sur.
 
Su eslogan es "El futuro verde del alcantarillado". Esta corta frase sintetiza en gran medida los valores de FLOVAC. La empresa apuesta por el futuro, por la innovación y el desarrollo tecnológico de sus sistemas. Lo hace porque cree en un futuro sostenible, donde se ponga en valor la protección del medioambiente, una de sus prioridades. 
 
El alcantarillado por vacío de FLOVAC es estanco, no produce filtraciones al terreno, no produce malos olores ni necesita zanjas profundas que requieran una gran excavación que modifique el terreno.
 
¡En definitiva, realmente es la opción más verde!

 

 

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