Una bomba de cavidad progresiva para pozos profundos es una bomba de desplazamiento positivo que desplaza una cantidad fija de agua por ciclo. El agua se eleva desde profundidades de hasta 300 metros mediante un rotor helicoidal en lugar de un pistón oscilante. Estas bombas son útiles en todas las fases de una emergencia.

La mayoría de las bombas de cavidad progresiva para pozos profundos son mecanizadas, aunque también existen bombas manuales. Funcionan por rotación y no por oscilación. Existen diferentes mecanismos de propulsión que pueden funcionar a mano, con electricidad (de red o solar) o con motores diésel o de gasolina. En el pasado, el mecanismo de accionamiento se situaba a nivel del suelo y se conectaba a un eje de transmisión (mediante una correa trapezoidal o un cabezal de transmisión con engranajes); en la actualidad, en cambio, se acopla un motor eléctrico a una sección corta del eje de transmisión flexible dentro de la perforación. En ambos casos, el eje de transmisión se conecta a un rotor metálico de hélice simple que está en contacto constante con un estator de caucho de doble hélice y gira en su interior.

Consideraciones de diseño

Las bombas de cavidad progresiva para pozos profundos pueden funcionar a profundidades de hasta 300 metros, con caudales de hasta 50.000 l/h a bajas alturas. En general, son la bomba preferida para exigencias de mayor altura y menor caudal. Funcionan mediante la rotación de un rotor helicoidal, que tiene forma de una sola hélice que se asienta dentro de un estator fijo de caucho de doble hélice. El agua ocupa la cavidad entre ambos y, cuando el rotor gira, la cavidad se desplaza ("progresa") hacia arriba junto con el agua (de ahí el nombre de la bomba), provocando la elevación del agua en la tubería de impulsión.
Este diseño rotativo no necesita un sistema de válvulas antirretorno como ocurre con las bombas oscilantes, pero suele instalarse una válvula de pie bajo el rotor para evitar el retorno. La ventaja de las bombas mecanizadas de desplazamiento positivo (de las cuales la de cavidad progresiva es el tipo principal) es que el caudal de agua no varía significativamente con las diferencias de altura. Hay que tener en cuenta varias consideraciones para la operación de este tipo de bomba. Estas bombas pueden instalarse en paralelo, bombeando ambas a una tubería (véase A.8 ) Cuando el mecanismo de accionamiento está a nivel del suelo con un eje de transmisión vertical en un pozo de sondeo, este también debe ser vertical para permitir que el eje de transmisión cuelgue verticalmente. Además, las bombas nunca deben operarse contra una válvula cerrada, ya que esto puede dañar la bomba y los accesorios. Las bombas de cavidad progresiva también existen como bombas de succión (y no solo de pozo profundo) y, en este caso, hay una altura máxima a la que puede subir el agua en una tubería en función de la presión atmosférica, que a su vez varía con la altura (véase A.2 ). Otro aspecto a tener en cuenta en el diseño de las bombas de succión motorizadas es garantizar que se mantenga una presión suficiente en el puerto de succión para evitar la cavitación.
En este caso, se forman burbujas de aire en el agua a baja presión, que luego colapsan, desencadenando ondas de choque que pueden causar daños importantes en la bomba. Para evitarlo, es necesario calcular la altura de aspiración neta positiva (NPSH, por sus siglas en inglés) utilizando la presión atmosférica del lugar donde se encuentra la bomba, los datos de la NPSH del fabricante, las pérdidas por fricción en la tubería de entrada y la presión del vapor.

Materiales

Los materiales necesarios incluyen la tubería de impulsión, el eje de transmisión (de acero inoxidable), el motor, un rotor helicoidal (normalmente de acero cromado), un estator (de caucho) y una válvula de pie. Este tipo de bomba se fabrica en pocos centros de producción de solo algunos países y se exporta.

Aplicabilidad

Las bombas de cavidad progresiva para pozos profundos pueden ser una buena elección para emergencias si en general no es posible realizar con antelación un diseño detallado del bombeo (en comparación con las bombas de velocidad, en las que suele ser necesario un buen diseño). Esto significa que una misma bomba servirá para distintos cabezales sin demasiada variación en el caudal. Estas bombas también son más adecuadas para bombear agua que contenga sólidos o partículas abrasivas, en comparación con otros tipos comunes de bombas de perforación (por ejemplo, las bombas de velocidad), y se utilizan para aplicaciones de agua potable y no potable. Aun así, las bombas de perforación deben dimensionarse y colocarse correctamente para evitar una velocidad excesiva a través de la rejilla (que arrastra más partículas, véase I.8 ).

Operación y mantenimiento

Las bombas de cavidad progresiva para pozos profundos tienen un diseño mecánico sencillo, lo que las hace generalmente más confiables y fáciles de mantener que otras bombas mecanizadas. Cuando el mecanismo de accionamiento estaba a nivel del suelo en los diseños más antiguos, todo era fácilmente accesible, por lo que el mantenimiento era más sencillo, pero los problemas derivados de la vibración constante de la bomba solían provocar fallas en los retenes del eje. Las bombas sumergibles se diseñan ahora con motores de acoplamiento corto y ejes flexibles sin juntas, lo que significa que la vida útil de las piezas es ahora cinco veces mayor que antes, pero en este caso el mantenimiento del motor exige sacarlo de debajo de la tierra, lo que implica retirar también las tuberías ascendentes. Sin embargo, los estatores se desgastan primero, y por cada dos cambios de estator, debe cambiarse también un rotor. Los estatores almacenados pueden degradarse más rápidamente con el aumento del calor, la humedad, la luz solar o el ozono, por lo que deben almacenarse correctamente. Si los estatores tienen más de cinco años, ya habrá cierta degradación incluso antes de instalarlos, y la vida útil operativa disminuirá. Parte de este tipo de bombas es metálica; cuando estos componentes entran en contacto con aguas subterráneas con un pH de 6,5 o inferior, es probable que se produzca corrosión, lo que implica una sustitución más frecuente de las piezas afectadas. En el caso de esta bomba, la tubería de impulsión de hierro galvanizado corre más peligro que las demás piezas metálicas que son de acero inoxidable (por ejemplo, el eje de transmisión y el rotor helicoidal).

Salud y seguridad

En las bombas mecanizadas solo debe trabajar personal capacitado. El equipo debe estar fuera del alcance del público en general, y las correas trapezoidales de movimiento rápido deben estar protegidas. La calidad química del agua puede ser un problema con algunas bombas metálicas. Cuando las aguas subterráneas tienen un pH igual o inferior a 6,5, el hierro de las tuberías puede empezar a disolverse, provocando un riesgo indirecto para la salud, y se puede filtrar el plomo de determinadas soldaduras y accesorios independientemente del pH (ver A.2 ). Si se emplean bombas accionadas por motor, deben evaluarse los riesgos potenciales para la salud derivados de las emisiones del motor.

Costos

Las bombas de cavidad progresiva cuestan unos USD 1.250 para profundidades de 50 metros. Normalmente, los estatores (USD 170) duran unas 12.000 horas de funcionamiento, aunque, inevitablemente, deben sustituirse cada tres años, debido a la vida útil de la goma. Los rotores (USD 140) duran unas 30.000 horas.

Consideraciones medioambientales y sociales

El usuario final del sistema de suministro de agua no suele interactuar con estas bombas. Hay que tener en cuenta la complejidad de la operación y el mantenimiento del sistema, ya que se necesita personal formado y capacitado. Existe un riesgo de sobreexplotación de los recursos hídricos (subterráneos) que debe tenerse en cuenta al utilizar este tipo de bomba. En el caso de las bombas accionadas por motor, las principales consideraciones medioambientales se refieren al uso de consumibles (lubricantes, aceite, productos químicos) y fuentes de energía. Debe existir un plan para la contención y eliminación adecuadas de los consumibles. La bomba también puede funcionar con energía solar (véase S.10 ) para limitar el impacto ambiental de su funcionamiento.