Las centrífugas decanter mejoran la operación de construcción de microtúneles

Según Ben Truschel, director de equipos de Bradshaw Construction Corporation, no suele ser habitual considerar el uso una centrífuga Flottweg a la hora de trabajar en proyectos de construcción civil de microtúneles. «Cuando la gente piensa en las centrífugas Flottweg piensa en minería, productos químicos, aguas residuales y otras industrias», explica Truschel. «Realmente no se piensa en proyectos de construcción de túneles. En la excavación de microtúneles, todo gira en torno al lodo: siempre el lodo, en todo momento».

Sin embargo, mientras viajaba por Europa y Oriente Medio, Truschel estuvo presente en un proyecto de excavación de microtúneles en Doha, Qatar, que utilizaba con éxito centrífugas decanter Flottweg. El trabajo se canceló y el equipo quedó disponible a un precio reducido. Fue entonces cuando Truschel decidió probar un proveedor de equipos alternativo para su área de especialización. «Aparte del precio, lo que resultó atractivo de Flottweg es que suministraban un kit completo para este trabajo en particular. Incluía un panel de control, la bomba de alimentación y las tuberías: era un sistema completo.  Normalmente no se suele ver algo así. El tipo con el que trabajé era alemán y llamaba a Flottweg «el Mercedes de las centrífugas».

 

A Truschel le gustó que la gama de productos de Flottweg se centrase en las centrífugas y que la empresa afirmase con orgullo que las tecnologías de separación eran su principal competencia. Decidió utilizar el equipo en combinación con máquinas de polímeros de ClearWater Industries, un fabricante de equipos de clarificación de agua y sistemas de preparación química con sede en Wisconsin. «Conjugamos los equipos de las dos empresas en un paquete modular», afirma. «Probablemente haya sido la primera vez que se ha hecho algo así. El maridaje entre las tecnologías de dos empresas altamente especializadas como Flottweg y ClearWater tenía toda la lógica del mundo aplicado a nuestros proyectos de construcción civil de microtúneles, nuestra competencia principal». 

El proceso de microtunelización

Considerada la «tunelización de la era digital», la microtunelización utiliza un sistema de elevación de tuberías de última generación controlado remotamente por una combinación de PLC, HMI y un operador físico. El operador, situado en la superficie, maneja el sistema de excavación de microtúneles utilizando un ordenador para avanzar y dirigir la microtuneladora, levantar la tubería y excavar el suelo.  Alrededor del 90 por ciento del negocio de Bradshaw Construction Corporation se centra en la microexcavación de túneles, principalmente para proyectos de suministro de agua o aguas residuales. Los túneles, creados principalmente para servicios públicos futuros, oscilan entre 20 y 120 pulgadas de diámetro. 

 

La microtuneladora transporta el material a través de un lodo acuoso (semejante a la forma en la que las empresas petrolíferas perforan verticalmente para la extracción de petróleo o gas). Bradshaw utiliza un fluido de perforación similar en su proceso de excavación de túneles, utilizando circulación inversa en lugar de la circulación directa que se suele encontrar en el sector de la perforación horizontal dirigida (HDD). «Debemos separar el líquido final y el material excavado del fluido de perforación. Ahí es donde Flottweg entra en escena», explica Truschel. «En la industria de la minería o los agregados, el producto es el agregado: el sólido. El material se extrae de la mina y, a continuación, se debe limpiar repetidas veces, para lo que se necesita agua. Ese agua se ensucia y, seguidamente, es necesario limpiarla, normalmente por motivos medioambientales o de descarga.

«En nuestro mundo, es todo lo contrario. El lodo es el producto. Lo que queremos es apartar el terreno del camino para hacer avanzar el túnel. El desafío reside en que el terreno no suele ser uniforme. Puede ser arena, limo, arcilla, roca dura, roca débil o cualquier otro material». Bradshaw Construction es responsable de excavar ese terreno, apuntalándolo de forma segura y transportando los escombros. Dado que las microtuneladoras transportan el material a través del lodo, el sólido debe separarse del líquido. 

«Realmente nuestro producto es el lodo», indica. «Es el fluido de perforación. Queremos acondicionar el fluido de perforación de la mejor manera posible para el proceso de excavación de túneles». La mayoría de los proyectos de Bradshaw son de nueva construcción, y la empresa cuenta ya con más de 30 años de experiencia. Durante esos años, han ido probando diferentes tipos de equipos de separación.

 

La primera etapa de separación consiste en la separación de los recortes que salen de la propia máquina.  Normalmente se transportan a la planta en una línea de lodos de 4, 5 o 6 pulgadas, en función del tamaño de la máquina.  Cuanto más grande sea la máquina, más grande será la línea de lodos. Ese suministro de lodo suele tener al menos un 30 % de contenido en sólidos. El tamaño del material puede ser cualquiera: desde 5 micras hasta agregados de 3 pulgadas. Las arcillas y limos entran normalmente con un tamaño de 74 micras. «Cuando extraemos, el lodo de desecho entra primero en una planta de separación, que tiene una plataforma de decapado principal donde se elimina el agregado de gran tamaño», dice Truschel. «Lo que queda son sedimentos arenosos y arcillas. Después de la primera plataforma de decapado, los materiales suelen recogerse utilizando una bomba de lodos centrífuga que los bombea a través de una serie de hidrociclones hasta una plataforma de desarenado. Es la segunda capa: la segunda plataforma está diseñada para extraer toda la arena». 

Lo que queda son partículas finas de material del tamaño del limo y la arcilla, generalmente de 74 micras o menos, después de que el equipo de separación haya realizado una limpieza considerable. «La única forma de eliminar las partículas finas o pequeñas del lodo (de 74 micras y más pequeñas) es procesar el lodo con pequeños hidrociclones de tamizado fino, y hacerlo pasar continuación por una centrífuga», explica Truschel. Combinando las tecnologías de Flottweg y ClearWater, Bradshaw construyó una serie de unidades modulares que utilizan una centrífuga decanter, con dos modelos Flottweg (Z4E y Z5E). Utilizan este sistema desde 2019 y tienen cuatro sistemas en funcionamiento.

El proceso de separación

Las centrífugas de la serie Z de Flottweg tienen un diseño modular, por lo que se pueden personalizar para aplicaciones específicas. Cuando es necesario separar mezclas de sólidos y líquidos con una alta proporción de sólidos, las centrífugas decanter funcionan de forma continua utilizando fuerzas centrífugas elevadas para separar de la suspensión las partículas sólidas finamente distribuidas. La aceleración centrífuga separa la fase sólida y uno o dos líquidos entre sí. Dado que el sedimento (fase sólida) tiene una mayor densidad, se acumula en la pared del tambor. El tornillo sinfín de transporte desplaza el sólido continuamente hacia las aberturas de evacuación. La(s) fase(s) líquida(s) fluye(n) a lo largo del tornillo sinfín. 

 

Un decanter se puede considerar como un depósito de sedimentación enrollado alrededor de un eje. En el depósito de sedimentación, las partículas sólidas, que son más pesadas que el líquido, se depositan en el fondo gracias a la fuerza de la gravedad y se forma una capa de sedimentos en el fondo. Las fases sólida y líquida se separan mediante la aceleración centrífuga.  En el tambor rotativo de la centrífuga, las partículas sólidas, que tienen una mayor densidad y, por lo tanto, son más pesadas que el líquido, se mueven hacia fuera debido a la fuerza centrífuga. El sedimento se forma en la pared interior del tambor de la centrífuga. Dado que en una centrífuga se ejercen fuerzas centrífugas de aproximadamente 3000 g en contraste con la fuerza 1 g del campo gravitacional, la separación de las partículas sólidas del líquido es mucho más rápida y eficiente.

Ventajas del uso de la tecnología de centrífugas en la excavación de microtúneles

«La medición de los resultados es el quid de la cuestión en una obra de construcción civil», dice Truschel.  «Si entramos en una obra, echamos un vistazo al efluente que sale de la descarga de la centrífuga y el agua es cristalina, qué más se puede pedir», explica. Así que, aunque no es tradicional utilizar una centrífuga Flottweg para un proyecto de excavación de microtúneles, hemos visto resultados claros».

Truschel afirmó que ha conseguido unas ventajas obvias para el sistema utilizando equipos Flottweg. 

 

1. Maquinaria de alta calidad que produce efluentes claros con un tiempo de inactividad mínimo. «Se trata de unidades móviles, por lo que tienen mucha actividad. Es muy difícil hacerse una idea de las horas de funcionamiento frente a las de inactividad, pero diría que el tiempo de inactividad es probablemente menos del 1 % en comparación con las horas de funcionamiento reales», añade Truschel. «Si funcionan durante 100 horas seguidas, tendrán menos de una hora de inactividad».
2. Asistencia en cuanto a disponibilidad de piezas y servicio al cliente.
3. Personalización. «Muchos otros proveedores ofrecen una centrífuga y un panel de control, y a uno le corresponde averiguar el resto», afirma Truschel. «Flottweg nos ha ayudado mucho construyendo equipos personalizados, algo que nos ha proporcionado mucha flexibilidad».
4. Capacidad de rendimiento. «Lo principal es que el equipo ofrezca rendimiento», afirma. «Queremos extraer los sólidos del líquido. Debemos estar seguros de que podemos eliminar suficientes sólidos para crear un efluente transparente». 

En el proceso de microtunelización, el agua limpia se recicla devolviéndose al depósito de fluido de perforación. «Al final del proyecto, una vez completado el túnel, tenemos todo este fluido de perforación. No podemos simplemente verterlo al suelo», dice Truschel. «Con una centrífuga de Flottweg y una unidad de floculación de ClearWater, ambas de buena calidad, podemos eliminar el 99 % de los sólidos del fluido de perforación. También se podría descargar en un sistema de filtración para, posteriormente, descargarlo directamente en la red de alcantarillado.» Eso también supondría una gran reducción en los costes de eliminación.

 

Autor:

Daniel Lakovic, director de desarrollo comercial de Flottweg Separation Technology