Introducción
Riesgos de la tubería principal de fuerza
Comprender bien la red de impulsión y sus zonas de mayor riesgo es fundamental para una buena gestión de riesgos. La mayoría de las fallas en estas tuberías se debe a tres factores principales: corrosión interna, deterioro estructural y baja velocidad del flujo.
- Corrosión interna. Más del 60 % de las tuberías de impulsión actuales están fabricadas con materiales ferrosos como acero, hierro fundido o hierro dúctil. El principal motivo de falla en estas tuberías es la corrosión interna causada por gas sulfuro de hidrógeno (H₂S).
- Deterioro estructural. Las tuberías de impulsión cuentan con válvulas de liberación de aire que evitan la acumulación de gases en los puntos altos, reduciendo así el riesgo de corrosión por sulfuros. Si una válvula de aire falla (o no está instalada), la corrosión por sulfuros resultante puede ir dañando progresivamente las tuberías y válvulas metálicas, lo que eventualmente provoca una falla en la línea de impulsión.
- Baja velocidad del flujo Un flujo demasiado lento en las tuberías de impulsión puede causar acumulación de sedimentos, lo que reduce la capacidad de transporte y aumenta el riesgo de abrasión con el tiempo.
Descripción del proyecto de la tubería de impulsión de Anacostia, Washington D.C.
La tubería de impulsión de Anacostia (AFM) en Washington D.C. tiene una longitud de 33.500 pies lineales (LF) y un diámetro de 108 pulgadas. Está construida con tubería de hormigón pretensado con camisa de acero (PCCP), instalada en varias etapas entre 1969 y 1973, y transporta aproximadamente 200 millones de galones por día. En 2018 se produjo una falla en la tubería, atribuida a corrosión provocada por acumulación de gases debido a la reducción del caudal promedio diario. Este incidente aumentó el riesgo de operación y mantenimiento de este activo esencial.
El gran tamaño de la tubería y sus limitados puntos de acceso dificultan enormemente su inspección. Para una inspección inicial se seleccionaron los dispositivos Pipers®, ya que son neutros en flotabilidad, pueden detectar bolsas de aire y resultan económicos.
Objetivos de la inspección:
- Detectar y localizar fugas.
- Detectar y localizar bolsas de gas o aire.
- Detectar y localizar anomalías magnéticas que pudieran indicar la presencia de componentes metálicos, como válvulas, uniones, reparaciones externas, cambios en el material de las tuberías u otras estructuras.
Herramienta de inspección Pipers®
Las herramientas de inspección Pipers®, desarrolladas por INGU, son dispositivos autónomos de flotación libre que permiten una evaluación integral de las tuberías de impulsión. Los Pipers® pueden identificar eficazmente fugas, bolsas de gas, determinar la línea de gradiente hidraúlico, y realizar una inspección magnética en una sola pasada. Gracias a su diseño flotante, los Pipers® pueden desplazarse por el flujo de la tubería sin quedar atascados en válvulas de liberación de aire, conexiones en T o depósitos internos.
- Detección de fugas Mientras se mueve a través de una tubería, Pipers® registra continuamente el ruido del flujo relativamente silencioso, creando una línea de base para la intensidad medida del sonido. Cuando hay una fuga en una tubería, el chorro de líquido que pasa a través de la grieta o el orificio genera un silbido o sonido de corriente característico que se desvía significativamente del ruido de base en una región localizada alrededor de la fuga.
- Detección de bolsas de gas Los Pipers® registran los sonidos generados por bolsas de gas, bombas y otras fuentes de ruido dentro de la tubería. Estas bolsas suelen producir un sonido más fuerte que el ruido de fondo del sistema y pueden identificarse por su firma espectral en el punto donde se encuentran
- Inspección magnética. Los Pipers® miden la densidad del flujo magnético dentro de las tuberías. Estas mediciones permiten identificar cambios en los materiales, características de la tubería (como válvulas de aire o revestimientos), y signos dedeterioro en los tramos metálicos.
Descripción operativa
Los Pipers® más grandes tienen un diámetro de 2,8 pulgadas, lo que permitió introducirlos sin dificultad a través de una válvula de liberación de aire (ARV) de 4 pulgadas, ubicada aguas abajo de una estación de bombeo principal. Se monitorearon los caudales y se confirmó que eran considerablemente menores que la capacidad total de la tubería de 108 pulgadas. Por lo tanto, la línea de impulsión no estaba completamente llena ni bajo presión en ese punto, lo que permitió retirar temporalmente la válvula ARV e insertar los Pipers® directamente sin necesidad de interrumpir el flujo.
Los Pipers® fueron finalmente recuperados en dos túneles aguas abajo Para ello, se fabricaron dos rejillas metálicas con un espacio entre barras menor a 2,8 pulgadas, que podían colocarse en las ranuras de detención para capturarlos de forma segura. Se fabricó una compuerta de desvío de acero y se instaló en la gran estructura de descarga para redirigir el flujo hacia los túneles, lo que permitió una extracción más sencilla de los Pipers®.
Resultados del proyecto
Los resultados de los datos de inspección de la tubería incluyen la detección de fugas, detección de bolsas de gas o aire, detección de anomalías magnéticas, inspección de presión y estimación del perfil de velocidad del flujo, cada uno brevemente abordado en esta sección.
Detección de fugas
No se detectaron fugas dentro de los límites de sensibilidad de los Pipers®.
Detección de bolsas de gas/aire
Se identificaron un total de 19 anomalías que indican la presencia de gas o aire en la línea de impulsión. De estas, 12 presentan una firma espectral correspondiente a bolsas de gas o aire localizadas, mientras que las restantes muestran firmas repetitivas típicas de bolsas de gas o aire a lo largo de tramos extendido
Tres de las bolsas de gas o aire identificadas también fueron previstas por el modelo hidráulico de DC Water y coinciden con las ubicaciones de bolsas de aire existentes. Antes de la inspección con Pipers® (julio de 2024), se realizó una inspección visual del interior del AFM en una de esas válvulas de aire (ARV) utilizando una cámara con zoom montada en un poste. La foto de la Figura 2 a la izquierda muestra evidencia visual de la presencia de una bolsa de gas o aire con flujo en canal abierto dentro del AFM cerca de la ARV, junto con un aparente deterioro de la pared de la tubería. La detección de esta bolsa de gas o aire por los Pipers® y su posterior confirmación visual respaldan la validez de los datos obtenidos durante la inspección.
El sitio de la ARV n.º 1 fue nuevamente inspeccionado en diciembre de 2024 utilizando un dron equipado con cámara, con el fin de realizar una inspección visual adicional y documentar el estado de las paredes de la tubería. La foto de la Figura 2 a la derecha muestra evidencia visual del deterioro de la pared de la tubería registrada por la cámara del dron. El resultado de esta inspección sugiere que el deterioro de la pared en esta zona probablemente se deba a corrosión biogénica. Es razonable concluir que dicha corrosión también podría estar ocurriendo en todas las ubicaciones de bolsas de gas o aire identificadas por los Pipers®.
Inspección magnética
Conclusión
Con base en los resultados de la inspección con Pipers®, los socios del proyecto recomendaron realizar inspecciones adicionales del AFM en las ubicaciones identificadas con bolsas de gas/aire, o en aquellas donde se sabe o se prevé que las tuberías de impulsión operen en condiciones de flujo parcial o por gravedad. Estas inspecciones complementarias ayudarán a documentar evidencia de corrosión biogénica y del deterioro superficial y pérdida de espesor asociadas. Los datos obtenidos contribuirán a la evaluación de la condición estructural del AFM. Además, las anomalías magnéticas identificadas por los Pipers® de INGU deben verificarse en campo, incluyendo la excavación y exposición del AFM en los puntos donde se sospeche la presencia de válvulas en línea. Ubicación de las bolsas de gas o aire detectadas por los Pipers® en comparación con las predicciones del modelo hidráulico a lo largo de la tubería de impulsión de Anacostia (AFM).
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) |
Lectura adicional
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
Los Pipers® de INGU han inspeccionado más de 100 líneas de impulsión en los Estados Unidos y Canadá. Estas inspecciones abarcaron una amplia variedad de longitudes de tubería, desde 0.05 hasta 70 millas, y diámetros desde 3 hasta 108 pulgadas. Las líneas de impulsión inspeccionadas estaban compuestas tanto de materiales metálicos (como hierro dúctil y hierro fundido) como de materiales no metálicos (como PVC y HDPE), y fueron diseñadas para distintos rangos de presión.