Técnicas para manejar un sistema de transmisión del agua (página 2)

AET Inspection I

En Marzo del 2003, PPIC y EPWU continuaron este programa basado en la condición de gerencia de activo con la meta de identificar que áreas de la fase II de la tubería principal de transmision de Cross City, si la hay, estaban experimentando señales de daños activos. Debido a que esta tubería, que se construye de 48"(1200mm) de diámetro con Cilindro Encajado (ECP) con la galga #6 de alambre pretensado, no se pudo desaguar, en esta parte del programa se determino usar la tecnologia de Pruebas de Emision Acústica (AET).

AET implica la instalación de dos o más detectores acústicos en una tubería existente. Estos sensores detectan y registran la presencia de los acontecimientos acústicos relacionados a alambre rotos (roturas o deslizamientos) que son indicativos de doños. Se analizan los datos recogidos, usando un software especializado, para localizar los acontecimientos acústicos.

PPIC realizó la inspección de AET entre la STA 0+25 y la STA 161+75, cubriendo una distancia aproximada de tres millas o de 16,150 pies (4.92 kms). Con la ayuda del personal de EPWU, PPIC instaló su equipo el 18 de Marzo, y retiró el equipo el 18 de Junio. Los datos fueron recogidos por los técnicos de EPWU y enviados a PPIC en Scottsdale, AZ para el análisis.

El objetivo de EPWU en conducir esta prueba fue el identificar que áreas de la tubería, si la hay, se encontraban con señal de daño activo, los hidrófonos fueron fijados para cubrir una área tan extensa como fuera posible y no localizar presisamente los acontecimientos. (Un acontecimiento se dice " ser localizado" si es detectado por dos o más sensores, asiendo posible determinar el origen posicional de la emisión, un evento " no localizado" es el que fue detectado solamente por un solo sensor.) La distancia mínima entre los hidrófonos fue de 410 pies (125 m), el máximo fue de 2,632 pies ( 802m) y el intervalo promedio fue de 1,793 pies (547m).

Durante la prueba, nuestros sistemas de supervisión de AET fueron instalados en los sitios 1-4 a lo largo de la tubería. Los datos fueron recogidos por 500 horas en estas localizaciones. Los sistemas despues fueron movidos a las cuatro nuevas localizaciones y el proceso de la colección de datos fue repetido. Este procedimiento de mover y de reinstalar los cuatro sistemas ocurrió 3 veces para un total de 12 localizaciones de prueba. Los datos fueron descargados de las unidades de monitoreo cada día de por medio (excepto los fines de semana) con la ayuda de los técnicos de EPWU.

La tabla 1, abajo, detalla el modelo de la evaluación de la linea de Conduccion Principal de Cross City y el número de acontecimientos localizados y no localizados que ocurrieron en cada estación.

Tabla 1 – Resultados de la prueba de AET de EPWU de Marzo del 2003

Con el análisis de los datos, fue determinado que la mayoría de la tubería presentó poco o ninguna señal de daño activo. Sin embargo, hubo 4 áreas de preocupación moderada cerca del sitio 1, sitios 4 y 5, sitio 8, y sitios 10 y 11.

• En el sitio 1, se encontró un acontecimiento localizado y dos no localizados relacionados a alambre rotos. La detección de tres acontecimientos en una distancia de 2,000 pies ( 609m) de una tubería por un período de monitoreo de 500 horas no indica que el área contenida en la tubería este en un estado avanzado de daño.
• En el sitio 4, ocho no localizados acontecimientos fueron detectados. En el sitio 5, veinte y siete acontecimientos no localizados fueron detectados. Parece ser que había señal de daños avanzados en los sitios adyacentes de los sitios 4 y 5.
• Entre el sitio 7 y 8, un acontecimiento localizado fue detectado. Los 3 acontecimientos no localizados en el sitio 7 y nueve en el sitio 8 fueron indicativos de daños ligeros en los sitios adyacentes.
• En el sitio 10, dos acontecimientos no localizados fueron detectados, y en el sitio 11, un acontecimiento no localizado fue detectado. Esto sugirió daños ligeros en esta secciόn.

De acuerdo con los resultados de esta prueba de AET, EPWU ha determinado no hacer ningún reemplazo o trabajo de reparaciόn sino que conducir un segundo proceso de monitoreo del mismo segmento cada cinco años. Además, EPWU terminará la evaluacion de AET en el resto de la línea de conducción en los próximos años.

Inspección de AET II

En Noviembre del 2003 la línea de flujo del pozo del Canutillo (CWF) experimentó una falla catastrófica. No hay redundancia en el sistema de CWF que haga difícil poner la tubería fuera de servicio para conducir una inspección de RFEC/TC. Por lo tanto, PPIC fue contratada para determinar la condición actual de la tubería usando AET y para determinar si cualquier otra tubería individual exhibe muestras de daños activa significativa.

La fase I de CWF se construye de Tuberia de concreto con cilindro encajado pretensado de 60" (1500mm). La fase II de CWF se construyo de tuberia de concreto con cilindro alineado pretensado de 54" (1371mm) y de 42" (1,066mm). Ambas fases de la tubería fueron construidas con galga #6 de alambre pretensado e instalados alrededor de 1977.

Por consiguiente, PPIC inicio la inspección de AET en la fases I y II del CWF en Diciembre del 2003. La fase I comenzo en la STA 2+00 y termina en la STA 41+57. La fase II comienza en donde termina la fase I en la STA 41+57, y se cambia como STA 0+00, y continúa a la STA 98+15. La distancia total supervisada fue aproximadamente de 13,772 pies o 2.6 millas (4.2kms). Con la ayuda del personal de EPWU, PPIC instaló su equipo el 18 de Diciembre del 2003, y retiró el equipo el 04 de Marzo del 2004. El equipo fue mantenido y operado por los técnicos de PPIC con la ayuda del personal de EPWU, y los datos fueron recogidos por el personal de EPWU y enviados a las oficinas del PPIC en Toronto, Canadá, para el análisis.

Inicialmente, con el programa de monitoreo de Marzo, PPIC planeó conducir la prueba usando una serie de hidrófonos. Sin embargo, debido a la necesidad de localizar tantos acontecimientos como fuese posible, el plan de monitoreo requirió que los hidrófonos fueran colocados mucho más cerca. El plan requirió que las 10 localizaciones sean divididas en dos fases de supervisión. La fase I consistiría en los sitios 1 – 6, mientras que la fase II consistiría en sitios 6 – 10. La fase I fue evaluada por 500 horas y cuando esta terminó, el equipo fue movido a la fase II.

El personal de PPIC instaló la fase I tal y como fue previsto, mientras que el personal de EPWU asistió con los pozos de entrada y la preparación de la instalación del equipo. La preparación de EPWU consistió en quitar las válvulas de aire, rebordes ocultos y reemplazarlas con una vávula de bola del 1"(25m m), y excavar las localizaciones de las válvulas de mariposa para las inserciones a través de las válvulas de parada.

Fue determinado antes de que la prueba comenzara que 3,880 pies (1.18 kilómetros) de distancia entre los sitios 1 y 2 que sería demasiado alejada para que los sensores puedieran localizar acontecimientos en este alcance. Debido a esto, EPWU y PPIC llegaron a la conclusion de agregar una localización adicional. A principios de Eneros, PPIC condujo pruebas para determinarse si el espacio muerto entre los sitios 1 y 2 podría ser eliminado. Los resultados de esta prueba fueron negativos. Sin otra localización de supervisión adicional entre los sitios 1 y 2, el CWF sería solamente 93.6% monitoreada durante la prueba.

Sin embargo, durante la instalacion inicial de la fase I a principios de Enero, y como parte del programa en curso de investigación y de desarrollo, PPIC instaló dos acelerómetros en el CWF. Los acelerometros son similares a los hidrófonos en que detectan la vibración del material a que se unen. Sin embargo, en vez de los sensores que son instalados a través de una válvula en el agua dentro de la tubería, se montan externamente en la superficie del mortero de la tubería. Los resultados de esta prueba demostraron que los acelerómetros proporcionaron datos excelentes.

Por consiguiente, los acelerómetros fueron utilizados para supervisar el área entre los sitios 1 y 2. Esto permitio 100% de cobertura de prueba de la tubería.

El programa de monitoreo fue confiadamente conducido durante el período del 05 de Enero, del 2004 al 05 de Marzo del, 2004. La prueba fue conducida con un total de 13 localizaciones en el CWF, utilizando los hidrófonos y los acelerómetros, por un período mínimo de 500 horas en cada localización.

El análisis de los datos indicó que la mayoría de la tubería en el CWF no presenta muestras de señal de daños activa. Sin embargo, 371 acontecimientos fueron localizados. PPIC agrupó estos acontecimientos e identificó 44 áreas dañadas distintas. Estas áreas luego fueron clasificadas con daños altos hasta llegar a daños bajos. Las áreas con daños altos fueron las áreas donde ocurrieron 10 o más localizaciones, las áreas moderadas de daños tenían cinco a nueve localizaciones, y las áreas bajas de daños tenían de una a cuatro localizaciones.

Tabla 2 – Resultados de la inspección de AET de EPWU de Enero del 2004.

La longitud combinada de las 44 áreas es aproximadamente 359 pies lineares (109m), o 2.6% de la longitud total de la tubería evaluada. Por lo tanto, más del 97.4% de la parte restante del CWF que fue examinada no presenta muestras de daños activos. Este nivel de daños es consistente con la experiencia de PPIC en muchas otras tuberías de PCCP.

Puesto que la tubería es el único conducto de la mayoría del agua extraida del pozo al depósito y a la estaciόn de bombeo, una decisión fue tomada para instalar una tubería paralela. Una vez que la nueva línea sea finalizada, programada para finales del 2005, la línea existente será probada para una prueba de RFEC/TC para confirmar los resultados de AET. Las porciones dañadas de la línea serán substituidas.

Inspección Sahara

Según lo indicado previamente, no todas las técnicas de evaluacion de la condición de las tuberías son apropiadas para la evaluación de todos los tipos de tubería. Para examinar las porciones de 30" (762mm) SCCP Canutillo, PVC Newman de16" (406mm), PVC Newman de 20" (508mm), 24" (610mm) N.E. de acero Mesa, hierro fundido de 16" (406mm) N.E. Mesa, el 24" (610mm) SCCP N.E. Mesa y las tuberías de Alameda de hierro fundido de 16" (406mm), EPWU elegio utilizar el sistema principal de identificación de fugas de transmisión del agua de Sáhara.

Figura 3- Diagrama esquemático del sistema de Sáhara en operación

El sistema de Sáhara establece claramente la localización y estima la magnitud de fugas en las líneas de transmisión de agua. El sistema de Sáhara utiliza una unidad altamente sensible del detector que se inserte en la tubería en cualquier punto de una valvulas de 2" (50mm) de diámetro o mayor mientras que la tubería permanece en servicio.

El detector es llevado a lo largo de la tubería por el flujo del agua, las fuga es identificada en tiempo real por un procesador en el punto de inserción. Un operador identifica estas fugas escuchando el ruido generado por la fuga del agua bajo presión y visualmente supervisando la señal usando software especializado del espectrograma en una computadora.

Una vez que se haya detectado un fuga la cabeza del sistema Sáhara se puede parar en el punto de la fuga. La cabeza del sensor se localiza con un dispositivo por un segundo operador que pueda localizar la posición de la cabeza del sensor de la superficie usando el dispositivo de PipeSpy 2000. La exactitud del dispositivo de PipeSpy permite que las fugas sean localizadas con exactitud extrema, y su posición marcada para la excavación y la reparación subsecuentes.

Por consiguiente, PPIC inicio la inspección de 29,837 pies, o 5.65 millas (9.1 kms), del sistema de EPWU el 07 de Julio del 2004. Durante el curso de la inspección, una fuga fue detectada en la línea de 30" (762mm ) SCCP Canutillo a 456 pies (139m) de la STA 0+32. EPWU había sospechado que había una fuga en el área, debido a la presencia de una laguna inexplicable de patos, pero no había podido localizar el origen de la fuga. Una vez que la fuga fuera identificada, el sistema de inspeccion fue detenido en el punto de la fuga. La cabeza del sensor fue localizada usando al rastreador de PipeSpy y se marco el area con un marcador azul y una bandera azul. EPWU excavó exactamente la tubería y verificó la presencia de la fuga.

EPWU también estuvo interesado en las condiciones de una tubería adyacente a la ciudad de EL Paso, terraplén municipal de la basura sólida. Este sitio había tenido un aumento dramático en el volumen de desperdicios y la gerencia del terraplén sospechó que la línea tiene una fuga. PPIC utilizó Sáhara para determinar la condición de esta línea y comprobó que la línea no tiene fugas.

Tabla 3 – Resultados de la inspección de Sáhara de EPWU Julio del 2004

La fuga en la línea de 30" (762mm) del Canutillo fue reparada poco después de la detección. Esta evaluacion crítica de la condición de las líneas restantes permitió el aplazamiento de casi $900,000 de reemplazos en la línea programados basados en la edad de la tubería.

Conclusión

EPWU ha utilizado una variedad de técnicas de evaluacion basadas en la gerencia de activo para establecer la condición individual de la tuberia en el sistema de transmisión del agua.

En el 2003 EPWU uso la técnica de RFEC/TC para establecer la condición del punto de partida de la tuberia principal de 48" (1200mm) de Cross City Feeder. Esta inspección determinó que la mayoría de la porción examinada de Cross City Feeder estaba estructural sana con solamente cuatro tubos (1.2%) que mostraron evidencia de alambres pretensados rotos.

En el 2003 EPWU utilizó la tecnologia de AET ambas determinaron el nivel general de daños activos en la tuberia principal de transmision de 48" (1200mm) de Cross City y localizar acontecimientos acústicos relacionados a alambre en la línea del Canutillo Well. El análisis de los datos de prueba de Cross City indicó que la mayoría de la tubería estaba poco o sin ningun daño activo, y reveló la localización general de las 4 áreas que exhibían daños moderados. Asi mismo, el análisis de los datos de AET de la línea del Canutillo Well reveló que más del 97.4% de la porción de la tubería esta en buenas condiciones sin ninguna área con daños.

Finalmente, en Julio del 2004, EPWU utilizó el sistema de localización principal de fugas Sáhara en la tuberia de transmisión del agua para validar la integridad de sus otros activos de la tubería. Este esfuerzo reveló que, con una excepción, los segmentos de la tubería evaluados estaban sin fugas, de tal forma se confirmo la integridad de estas tuberías. La fuga que fue detectada fue reparada inmediatamente.

EPWU es una de las primeras organizaciones que utiliza los tres metodos de evaluacion de las condiciones de la tubería. Utilizado por separado, cada uno de estas técnicas permite a los operadores establecer un programa selectivo y rentable de rehabilitación que identifica las tuberías individuales, de tal manera ampliando la vida ύtil y económica de la tubería. Utilizado las tecnologias en combinación, proporcionan un cuadro mas amplio y detallado de la condición real de una tubería. Esto permite que los operadores establezcan un mantenimiento y un plan a largo plazo de la gerencia para sus activos que esta basado con la mejor información disponible, y las mejores prácticas de la industria de transmisión del agua.

EPWU ha utilizado la información resultante de este programa basado en la condición de la gerencia de activo para dar prioridad a sus gastos de inversión de capital y para rehabilitar selectivamente las tuberías individuales. En el 2003, la prueba de RFEC/TC de Cross-City Feeder del 48" (1200mm) permitió que EPWU programará selectivamente el reemplazo solamente de un segmento de la tubería que mostró daños, y que se determinara cuál otros segmentos necesitan la supervisión continuada. Además, la información de la prueba dio la confianza a la gerencia en la condición y el funcionamiento de las tubería restantes y permitió que difiriera el reemplazo de estas tubería para el futuro próximo. La información obtenida de la prueba de AET en Cross City Feeder de 48" (1200mm) en el 2003 permitio a EPWU diferir el reemplazo previsto o trabajos de reparaciones en esta tubería, aunque los resultados también indicaron una necesidad de continuar monitoreando la tuberia cada cinco años. En el 2004, la evaluacion de la condición de la tubería usando la técnica de detección de fugas Sáhara en mas de 5 ½ millas en diversos tipos y tamaños permitió que EPWU difiriera casi $900,000 de la línea programados para reemplazos basados en la edad de la tubería.

En conclusión, reestableciendo la integridad de las tuberías y selectivamente substituyendo o reparando solamente esos segmentos de la tubería basados en las evaluaciones de las condiciones ya mencionados, EPWU es confiable de que podrá resolver las demandas sobre su sistema de abastecimiento de agua de una manera rentable.

Referencias

Mergelas, B., Kong, X. (2001) "Electromagnetic Inspection of Prestressed Concrete Pressure Pipe." AWWA Research Foundation.

Mergelas, B., Kong X., Worthington W., Vidmar T., Livingston B., Polhemus M. (2004) "Effective Combination of PCCP Condition Assessment Methodologies – Raising the Pressure at Homestake," Proceedings of ASCE Pipeline 2004, San Diego, California

Bond, A., Mergelas, B., Jones C., (2004.) "Pinpointing Leaks in Water Transmission Mains." Proceedings of ASCE Pipeline 2004, San Diego, California

Bond, A., Rees, B. (2001). "Development of on-line inspection system for water mains." Proceedings of 4th International conference on Water Pipeline Systems – Managing pipeline assets in an evolving market, York, United Kingdom

NRC. (2003). "Deterioration and Inspection of Water Distribution Systems." National Guide to Sustainable Municipal Infrastructure, Issue No. 1.1. April 2003

Mario Hasbum

Brian Mergelas

The Pressure Pipe Inspection Company Ltd., 4700 Dixie Rd, Mississauga, Ontario, Canada, L4W 2R1;

Kong Xiangjie

David Roy

The Pressure Pipe Inspection Company Ltd., 4700 Dixie Rd, Mississauga, Ontario, Canada, L4W 2R1;

info[arroba]ppic.com

John E. Balliew

El Paso Water Utilities, PSB, 1154 Hawkins Blvd., El Paso, TX 79925;

jeballiew[arroba]epwu.org