Más allá de la prevención de roturas de las tuberías de gran diámetro

El sistema de monitorización de fibra óptica acústica (AFO) SoundPrint® de Xylem es un Sistema Avanzado de Alerta para las canalizaciones de hormigón pretensado con camisa de chapa (HPC- PCCP). La plataforma juega un papel importante para ayudar a las empresas de aguas en la reducción de costes, mejora de planificación y evitar la reposición innecesaria de tuberías.

Los tubos HPC-PCCP son una solución habitual en las redes de distribución de gran diámetro. En el caso de España, grandes operadoras de agua como Canal de Isabel II, Aigües Ter-Llobregat o el Consorci d’Aigües de Tarragona han utilizado esta solución para algunas de infraestructuras más importantes o críticas.

Las roturas de los tubos de HPC-PCCP suelen ser catastróficas y tienen un alto costo social y económico. Su coste promedio se estima en 500.000 euros, pudiendo ascender fácilmente a millones en áreas urbanas, donde las roturas pueden afectar a otras infraestructuras adyacentes críticas. Pero, además, deben tenerse en cuenta los costes sociales y ambientales, que resultan en muchas ocasiones factores más críticos que el coste económico en sí.

Las roturas de las tuberías HPC-PCCP están ligadas al envejecimiento de las espiras de acero pretensado, principal componente estructural de estos tubos. Las posibles causas de su degradación son múltiples: condiciones de operación, factores ambientales, daño de terceros u otras variables. Esto hace que la predicción del deterioro sea difícil y, a menudo, lleva a las empresas de aguas a concluir que la sustitución de ramales enteros de HPC-PCCP es la mejor opción, especialmente si se ha experimentado una gran rotura.

Sin embargo, la experiencia de Xylem en la evaluación de canalizaciones de HPC-PCCP, con más de 3.100 km inspeccionados, permite concluir que se trata de una tubería con alta fiabilidad en la que el deterioro no suele ser genérico, sino que se concentra en menos del 4% de los tubos.

Con base en esta información, la gestión preventiva y proactiva se presenta como la forma más rentable de gestionar el HPC-PCCP, permitiendo focalizar los esfuerzos de reparación e inversión en las zonas realmente deterioradas, evitando roturas y eventos catastróficos, y aumentando la vida útil de zonas sin desperfectos eliminando la incertidumbre y riesgos.

La gestión proactiva de los tubos de HCP-PCCP puede reducir significativamente el riesgo para las empresas de aguas

Al implementar un programa de gestión proactiva, las empresas de aguas pueden eliminar virtualmente el riesgo en la gestión de sus canalizaciones de HPC-PCCP. Para lograr tanto la reducción de roturas, como el ahorro de inversión de capital, las empresas de aguas pueden adoptar el siguiente enfoque:

• Inspección electromagnética para comprender mejor el estado y condición de referencia de la tubería mediante la identificación y localización de roturas existentes de espiras pretensadas.
• Análisis estructural que modela el tubo bajo presión y carga externa para determinar el daño crítico que haga alcanzar su límite de resistencia y lo relacione con los daños identificados durante la inspección electromagnética.
• Análisis de la vida útil remanente, utilizando simulaciones estadísticas (Monte Carlo) que indican cuánto tiempo puede operar el tubo antes de que se produzca una rotura, frente a las cargas externas e internas existentes.
• Monitorización acústica en continuo para identificar roturas de espiras casi en tiempo real que alertando si el fallo en la tubería es inminente.
• Reinspección electromagnética para restablecer el nivel de referencia de daño en la tubería, confirmar cualquier actividad detectada a través de la monitorización y actualizar los análisis estructurales y de vida útil remanente.
• Recomendaciones de ingeniería para determinar si las tuberías pueden continuar operando de manera segura o si se requieren rehabilitación o reposición de tramos o tubos concretos, así como acciones complementarias que pudieran reducir el riesgo calculado para la canalización.

Este enfoque ha sido utilizado con éxito por algunos de los gestores de tubos de HPC-PCCP más grandes del mundo para evitar roturas críticas, desarrollar planes de mejora a largo plazo y evitar sustituir tubos que tienen una vida útil remanente muy alta.

La monitorización continua en tiempo real de los tubos de HPC-PCCP eleva la gestión de tuberías (activos) al siguiente nivel

Además de la inspección electromagnética, la inversión en monitorización en continuo para tubos de HPC-PCCP puede ser una alternativa más barata y menos disruptiva. La monitorización debe llevarse a cabo en las siguientes situaciones:

• Ante infraestructuras en las que no se tolere ninguna rotura o corte, por ser no redundante, suministrar a servicios críticos o por determinar mediante análisis de riesgo una elevada consecuencia de fallo (CoF).
• Cuando el análisis de la vida útil remanente indique una cantidad inaceptable de tubos excediendo el límite de resistencia dentro de la vida útil planificada.
• Cuando la tubería tiene un alto coste de reposición y no se puede asumir dentro del plan de mejoras de activos.

La monitorización en continuo (tiempo real) de los tubos de HPC-PCCP aumenta la confianza en la gestión de activos

Los beneficios económicos derivados de evitar una sola rotura de en HPC-PCCP son muy claros cuando se consideran costes directos e indirectos. Pero, además, no deben olvidarse las mejoras debidas al aplazamiento de la inversión y la posibilidad de planificación a largo plazo. La monitorización en continuo de los tubos de HPC-PCCP juega un papel importante en la planificación de capital, particularmente cuando se combina con otras estrategias.

La inspección electromagnética con una plataforma PIPEDIVER de PURE TECHNOLOGIES, una marca de Xylem, proporciona una “instantánea” de la condición de un tubo a lo largo del tiempo. Por sí solos, estos datos de inspección ayudan a las empresas de aguas a comprender el estado real y actual de la canalización. Sin embargo, con el tiempo, los tubos de HPC-PCCP no se deterioran de manera uniforme.

Inspección electromagnética con la plataforma PIPEDIVER de PURE TECHNOLOGIES (Xylem Brand).

Esto significa que el uso de datos de inspección electromagnética por sí solo introduce cierta incertidumbre para la planificación de capital al predecir la vida útil remanente de un tubo. La supervisión continua de una tubería de HPC-PCCP proporciona datos de alta resolución durante un intervalo de tiempo, resultando un grado de confianza mucho mayor.

La Figura 2 muestra cómo la monitorización en continuo proporciona una granularidad mucho mayor de los datos de deterioro de la tubería en comparación con la proporcionada por inspecciones puntuales a lo largo del tiempo.

FIGURA 2. Número de tubos con al menos una espira rota a lo largo del historial de inspecciones.

El seguimiento del deterioro a lo largo del tiempo permite una evaluación del deterioro más precisa, además de posibilitar la prevención de roturas.

Pure Technologies, una marca de Xylem, llevó a cabo una evaluación económica para un operador de aguas de Estados Unidos con tuberías de gran diámetro de HPC-PCCP. La evaluación comparó el coste de reposición precoz, frente a la gestión basada en el análisis riesgo, para una canalización de 1.350 mm, cuya reposición estaba programada para el año 2037 con coste medio de 5M€/km.

La proyección de costes en un periodo de veinte años, para las dos alternativas, muestra que el enfoque proactivo genera un ahorro superior al 70% (Figura 3). Además, permite la prevención de roturas, cuyos costes potenciales no están incluidos en el análisis. La monitorización en continuo proporciona información del estado, casi en tiempo real, que permite analizar la vida útil remanente, a partir de la evolución de roturas. La tasa de deterioro indica el número esperado de roturas de espiras para un período determinado, posibilitando modelaciones de deterioro de alta resolución, que mejoran la planificación de reparaciones e inversiones en estas infraestructuras.

FIGURA 3. Comparativo con alternativas de costes de inversión para veinte años.

Los beneficios económicos de la monitorización en continuo de tubos de HPC-PCCP

• Acción preventiva que evita roturas a gran escala reduciendo costes económicos, sociales y ambientales.
• Sustitución selectiva de tramos o tubos HPC-PCCP con deterioro cuantificado.
• Evita proyectos disruptivos de reposición de tuberías, aumentando y garantizando el servicio durante la totalidad de la vida útil planificada.
• Disposición de datos en tiempo real, actualización de modelos estadísticos y planificación precisa y controlada de reparaciones y reposiciones.
• Reducción del riesgo de los tubos de HCP-PCCP y el costo asociado a la asunción de fallos en la red.

Innovación. Detección de fugas con la tecnología AFO para HPC-PCCP

Como ya se ha visto, la tecnología de monitorización acústica con fibra óptica (AFO) detecta la rotura de espiras pretensadas en HPC-PCCP casi en tiempo real. Una reciente innovación permite el uso de esta tecnología para la detección y localización de fugas, mediante registro y análisis acústico. Esta innovación complementa los beneficios de la tecnología AFO, permitiendo la reducción de pérdidas reales con el uso de la misma herramienta, disponiendo de resultados, también, en tiempo real.