Introdução
As linhas de recalque são componentes pressurizados de sistemas de esgoto por gravidade que transportam o esgoto até um ponto de descarga. Infelizmente, são difíceis de manter, inspecionar e reparar devido à impossibilidade de tirá-las de operação por longos períodos e à limitação de pontos de acesso para inspeção ou manutenção.
Riscos das linhas de recalque
Um bom entendimento da linha de recalque e dos seus pontos de alto risco é uma parte fundamental para o gerenciamento de risco da linha de recalque. A maioria das falhas em linha de recalque pode ser atribuída a três fatores principais: corrosão interna, deterioração estrutural e baixa velocidade de fluxo.
- Corrosão interna Mais de 60% das linhas de recalque existentes são compostas de materiais ferrosos como aço, ferro fundido e ferro dúctil. A principal causa de falha nessas linhas de recalque é a corrosão interna devido ao gás sulfeto de hidrogênio (H2S).
- Deterioração estrutural As linhas de recalque têm válvulas de liberação de ar para prevenir acúmulo de gases nos pontos altos, reduzindo o risco de corrosão por sulfetos. Se uma válvula falha (ou não está presente), a corrosão por sulfetos resultante pode gradualmente deteriorar a tubulação metálica e as válvulas, por fim causando falha na linha de recalque.
- Baixa velocidade de fluxo Um fluxo muito baixo nas linhas de recalque podem levar a um acúmulo de depósitos que restringirão a capacidade e podem ser um risco para abrasão com o tempo.
Descrição do projeto da linha de recalque de Anascotia, Washington D.C.
A Linha de Recalque Anacostia (AFM), em Washington, D.C., é uma tubulação cilíndrica de concreto protendido (PCCP) de 2,74 m de diâmetro e 10,2 km de extensão, construída em várias fases entre 1969 e 1973, que transporta aproximadamente 757.000 m³ de esgoto por dia. Uma falha na tubulação em 2018, atribuída a uma corrosão devido a bolsões de gás resultantes da média reduzida das vazões, aumentou o risco de operar e fazer a manutenção dessa infraestrutura crítica.
O tamanho da tubulação e os pontos limitados de acesso tornaram a inspeção muito difícil. Pipers® foram selecionados para uma inspeção inicial, pois têm flutuabilidade neutra, conseguem detectar bolsões de ar e são econômicos.
O propósito da inspeção era:
- Detectar e localizar vazamentos.
- Detectar e localizar bolsões de gás/ar.
- Detectar e localizar anomalias magnéticas que possam indicar a presença de acessórios metálicos como válvulas, alterações no material da tubulação, juntas de tubulação, reparos externos e outras estruturas construídas.
Ferramenta de inspeção Pipers®
Pipers®, a ferramenta de inspeção de livre flutuação da INGU, oferece uma avaliação abrangente das linhas de recalque. Pipers® identifica de forma eficaz vazamentos, bolsões de gás, determina a linha de gradiente hidráulico, e realiza uma inspeção magnética, tudo em uma única inspeção. O design de livre flutuação permite que a Pipers® explore o fluxo da linha de recalque sem ficar presa em válvulas de liberação de ar, tubulações em T e depósitos.
- Detecção de vazamentos Enquanto se desloca por uma tubulação, Pipers® registra continuamente o ruído relativamente silencioso do fluxo, criando uma linha de base para a intensidade sonora medida. Quando uma tubulação apresenta vazamento, o jato de líquido que passa pela rachadura ou furo gera um som característico de chiado ou fluxo, diferente do ruído de referência na região ao redor do vazamento.
- Detecção de bolsões de gás A Pipers® registra sons causados por bolsões de gás, bombas e outras fontes de ruído na tubulação. Os bolsões de gás geralmente causam ruídos mais elevados do que aqueles característicos de uma tubulação e podem ser confirmados pela assinatura espectral específica em sua localização.
- Inspeção magnética A Pipers® mede a densidade de fluxo magnético dentro das tubulações. Essas medições permitem a identificação de alterações no material, características da tubulação (por exemplo, válvulas de alívio de ar e revestimentos) e deterioração de tubulações metálicas.
Descrição operacional
Os maiores Pipers® têm 71 mm de diâmetro, o que não representou problema para inserção através de uma válvula de alívio de ar (ARV) de 4 polegadas logo após uma estação elevatória primária. As vazões foram monitoradas e descobriu-se serem substancialmente menores que a capacidade da tubulação de 2.743 mm. Como a linha de recalque não seria preenchida completamente e não estaria sob pressão naquele local, foi possível remover a ARV temporariamente e inserir a Pipers® diretamente na linha de recalque, sem parar o fluxo.
A Pipers® acabou sendo capturada em dois túneis a jusante. Foram fabricadas duas grades metálicas, com espaçamento entre barras inferior a 71 mm, que podiam ser abaixadas nos sulcos das comportas. Uma grande comporta de desvio em chapa de aço seria fabricada e inserida na grande desembocadura da estrutura para desviar o fluxo na direção dos túneis e facilitar a extração do Pipers®.
Resultados do projeto
Detecção de vazamentos
Detecção de bolsas de gás/ar
Um total de 19 anomalias indicando gás/ar na linha de recalque foi identificado. Destas, 12 apresentam assinatura espectral de bolsões de gás/ar localizados, enquanto as demais mostram assinaturas repetitivas típicas de bolsões de gás/ar ao longo de trechos estendidos.
Três dos bolsões de gás/ar identificados também foram previstos pelo modelo hidráulico da DC Water e coincidem com as localizações já conhecidas de bolsões de ar. Uma inspeção visual do interior do AFM em uma dessas ARVs foi realizada antes da inspeção da Pipers® (julho de 2024) utilizando uma câmera com zoom montada em haste. A foto à esquerda da Figura 2 fornece evidências visuais da presença de um bolsão de gás/ar com escoamento em canal aberto no AFM próximo à ARV, juntamente com aparente deterioração da parede da tubulação. A detecção desse bolsão de gás/ar pela Pipers® e sua confirmação visual comprovam a validade dos dados de inspeção.
O local da ARV nº 1 foi novamente inspecionado em dezembro de 2024 com uso de um drone equipado com câmera, para realizar uma nova inspeção visual e documentar as condições da parede da tubulação. A foto à direita da Figura 2 mostra evidências visuais da deterioração da parede da tubulação registradas pela câmera do drone. O resultado desse levantamento sugere que a deterioração da parede nessa área provavelmente se deve à corrosão biogênica. É razoável concluir que esse tipo de corrosão também possa estar ocorrendo em todos os locais de bolsões de gás/ar identificados pela Pipers®.
Inspeção magnética
Foram detectadas doze anomalias magnéticas durante a inspeção; essas anomalias foram cruzadas com características conhecidas da construção do AFM com base nos registros da DC Water. Três anomalias parecem corresponder a juntas de tubos e são classificadas como juntas anômalas, enquanto quatro estão próximas de válvulas de isolamento ou ARVs. As anomalias restantes não se alinham com nenhuma característica conhecida e, portanto, recomenda-se investigação adicional. Um ponto de interesse particular é a identificação de uma válvula de gaveta de 72 polegadas “conhecida”. Embora uma localização indicativa esteja documentada, a Pipers® detectou uma possível válvula a 850 pés a jusante. Embora a distância seja muito grande para uma correlação imediata, o achado fornece um ponto de referência valioso para futuras investigações.
Conclusão
Com base nos resultados da inspeção da Pipers®, foram recomendadas inspeções adicionais do AFM nos locais identificados com bolsões de gás/ar ou onde se sabe, ou se prevê, que a linha de recalque opere em condições de fluxo parcial ou por gravidade. Essas inspeções complementares ajudarão a documentar evidências de corrosão biogênica e a deterioração superficial e perda de espessura associadas. Os dados resultantes contribuirão para a avaliação da condição estrutural do AFM. Além disso, as anomalias magnéticas identificadas pela Pipers® da INGU devem ser verificadas em campo, incluindo a escavação e exposição do AFM nos locais onde se suspeita a presença de válvulas em linha. Localização de bolsões de ar/gás pela Pipers® x previsões de modelos hidráulicos ao longo da AFM
Detalhes da tubulação
Comprimento da tubulação | 10,2 km |
Diâmetro da tubulação | 2.743 mm |
Material da tubulação | Tubo cilíndrico de concreto protendido (PCCP) |
Conteúdo | Efluentes líquidos |
Localização | Washington, D.C. (EUA) |
Leitura adicional
O projeto foi executado em colaboração com a Brown & Caldwell e o RJN Group que também apresentaram artigos sobre o projeto em conferências que podem ser baixados abaixo.
Resilience and Innovation Safeguarding DC’s Critical Wastewater Infrastructure – Brown & Caldwell – Apresentado no WEFTEC 2025
Thinking Outside the Box to Inspect a Critical 108-inch Force Main – RJN Group – Apresentado no UESI Pipeline 2025
Os Pipers® da INGU inspecionaram mais de 100 linhas de recalque em todo os Estados Unidos e Canadá. Essas inspeções abrangeram uma ampla variedade de comprimentos de tubulação, de 0,05 a 70 milhas, e diâmetros de 3 a 108 polegadas. As linhas de recalque inspecionadas eram compostas de materiais metálicos (como ferro dúctil e ferro fundido) e não metálicos (como PVC e HDPE), e foram projetadas para diferentes faixas de pressão.