Introducción
Las tuberías de impulsión son un componente presurizado de los sistemas de alcantarillado por gravedad que transportan las aguas residuales hasta un punto de descarga. Lamentablemente, su mantenimiento, inspección y reparación son complicados, ya que no pueden ponerse fuera de servicio durante períodos prolongados y cuentan con pocos puntos de acceso para inspección o mantenimiento.
Riesgos de las tuberías de impulsión
Comprender bien la tubería de impulsión y sus ubicaciones de alto riesgo es parte integral de la gestión de riesgos de la tubería de impulsión. La gran mayoría de las fallas en tuberías de impulsión se pueden atribuir a tres factores principales: corrosión interna, deterioro de estructuras y baja velocidad de arrastre. Por debajo de la velocidad mínima de autolimpieza de dos (2) pies por segundo, las bolsas de gas se forman con mayor facilidad y, donde el gas se acumula contra la pared de la tubería, la corrosión por sulfuros deteriora gradualmente la tubería y sus accesorios.
Descripción del proyecto de DC Water
La Anacostia Force Main (AFM) en Washington, D.C. es una tubería de concreto preesforzado con cilindro de acero (PCCP) de 108 pulgadas y 33.500 pies lineales, construida por etapas entre 1969 y 1973, que conduce aproximadamente 200 millones de galones por día. Una falla de la tubería en 2018, atribuida a la corrosión por bolsas de gas formadas bajo caudales diarios promedio reducidos, aumentó el riesgo de operar y mantener este activo crítico. El tamaño de la tubería de impulsión y los pocos puntos de acceso dificultan su inspección. El propósito de esta evaluación fue detectar y localizar fugas, bolsas de gas y aire, y anomalías magnéticas que indiquen accesorios metálicos, cambios de material, juntas de tubería, reparaciones externas y otros elementos construidos. La evaluación se realizó en colaboración con Brown and Caldwell y RJN Group, Inc.
Descripción operativa
Los Pipers® se insertaron a través de una válvula de liberación de aire (ARV) de 4 pulgadas ubicada justo aguas abajo de una estación de bombeo principal. Se sabía que los caudales estaban por debajo de la capacidad de la tubería de impulsión de 108 pulgadas. Por lo tanto, la tubería no está completamente llena ni bajo presión en este punto, por lo que la ARV se retiró temporalmente y los Pipers® se insertaron directamente en la tubería de impulsión sin detener el flujo. Los Pipers® se capturaron en dos túneles aguas abajo mediante rejillas metálicas bajadas en las ranuras de las compuertas, y se insertó una compuerta de desvío de placa de acero en la estructura de descarga para desviar el flujo hacia los túneles y facilitar la recuperación.
Herramienta de inspección
Los Pipers®, las herramientas multisensor de libre flotación de INGU, proporcionan una evaluación de la condición de las tuberías de impulsión en servicio. En una sola inspección, los Pipers® identifican bolsas de gas y fugas, determinan la línea de gradiente hidráulico y realizan una inspección magnética. Su diseño de libre flotación permite que los Pipers® se desplacen con el flujo de la tubería de impulsión sin atascarse en válvulas de liberación de aire, tes o depósitos. Los Pipers® fueron seleccionados para la inspección inicial de la AFM porque tienen flotabilidad neutra, detectan bolsas de gas y son rentables.
Resultados del proyecto
No se detectaron fugas dentro de la sensibilidad de los Pipers® de libre flotación. Se identificaron diecinueve (19) anomalías que indican gas o aire en la tubería de impulsión. Doce (12) presentan la firma espectral de bolsas de gas localizadas, y las siete (7) restantes muestran firmas repetitivas típicas de bolsas de gas a lo largo de un tramo extenso. Tres (3) de las bolsas de gas identificadas coinciden con ubicaciones en las que el modelo hidráulico de DC Water predecía bolsas de gas. En una de estas ubicaciones, una inspección con cámara montada en pértiga y una inspección con dron confirmaron flujo en lámina libre y deterioro de la pared de la tubería consistente con corrosión biogénica.
Se identificaron doce (12) características magnéticas. Tres (3) corresponden a juntas de tubería y cuatro (4) se encuentran cerca de válvulas de aislamiento o ARV. Las cinco (5) características magnéticas restantes no coinciden con ningún elemento conocido de la tubería de impulsión. Uno de los elementos documentados es una válvula de compuerta de 72 pulgadas. Los Pipers® detectaron una posible válvula aproximadamente 850 pies aguas abajo de la ubicación registrada. La separación es demasiado grande para correlacionar ambas directamente, y la detección proporciona un punto de referencia para futuras investigaciones.
Recomendaciones
Los socios del proyecto han recomendado una inspección de seguimiento en las ubicaciones de bolsas de gas identificadas, y en los puntos donde se sabe o se prevé que la tubería de impulsión opere parcialmente llena, para documentar la corrosión biogénica y la pérdida de pared asociada. Los datos resultantes contribuirán a la evaluación de la condición estructural de la AFM. También recomendaron la verificación en campo de las características magnéticas, incluida la excavación donde se sospecha la presencia de válvulas en línea.
Detalles de la tubería
Longitud de las tuberías | 33.500 pies |
Diámetro de tuberías | 108 pulgadas |
Material de tuberías | Tubería de hormigón pretensado con camisa de acero (PCCP) |
Contenido | Aguas residuales |
Lugar | Washington, D.C. (Estados Unidos) |
Lecturas adicionales
El proyecto se ejecutó en colaboración con Brown & Caldwell y RJN Group quienes también presentaron ponencias sobre el proyecto en conferencias que pueden descargarse a continuación.
Resilience and Innovation Safeguarding DC’s Critical Wastewater Infrastructure – Brown & Caldwell – Presentado en WEFTEC 2025
Thinking Outside the Box to Inspect a Critical 108-inch Force Main – RJN Group – Presentado en UESI Pipeline 2025