Comprender el doble termoplástico

Por Steven Dolejsi Como sugiere su nombre, un sistema de tuberías de doble pared es esencialmente un sistema de tuberías dentro de otro. La tubería interna se denomina tubería "primaria", mientras que la externa es la tubería "secundaria" o de "contención". El objetivo de estos conjuntos de pared doble es crear un sistema a prueba de fallas donde la tubería secundaria contenga cualquier fuga de líquido si ocurriera una falla en la tubería principal. Disponibles en varios materiales, los sistemas de tuberías de doble pared son ideales para muchas aplicaciones.

La mayoría de los sistemas de tuberías de doble pared instalados en las instalaciones de tratamiento de agua y aguas residuales son obligatorios por la Agencia de Protección Ambiental de EE. UU. (EPA). Si bien este organismo supervisa al sur de la frontera, este autor ha encontrado que las regulaciones para los sistemas de doble contención están mucho mejor definidas en los Estados Unidos que en Canadá. En otras palabras, mientras que el profesional de diseño/construcción debe conocer todas las normas y reglamentos locales, la EPA brinda una buena guía general.

Según la agencia, todos los sistemas de tuberías que transporten desechos peligrosos enumerados o identificados en el Subtítulo C de la Ley de eliminación de desechos sólidos, o una mezcla de dichos desechos peligrosos y otras sustancias reguladas, deben cumplir con la Sección 280.42, "Requisitos para tanques de almacenamiento subterráneo de sustancias peligrosas ( UST) Sistemas". Esta sección indica que las tuberías subterráneas deben estar equipadas con sistemas de contención secundaria que:

Aunque es posible que la EPA no requiera el uso de sistemas de doble pared sobre el suelo, los problemas de seguridad se han convertido en una preocupación seria en Canadá y los Estados Unidos. El costo combinado de los litigios, la limpieza y las pautas de seguridad cada vez más estrictas han requerido el uso de ensamblajes de pared doble a prueba de fallas para tuberías peligrosas sobre el suelo.

Detección automática de fugas De acuerdo con los requisitos de la EPA, las tuberías subterráneas que transportan sustancias reguladas bajo presión también deben estar equipadas con detección automática de fugas. Dichos sistemas monitorean el espacio intersticial en un sistema de tuberías de doble pared. Completamente automatizados y a prueba de fallas, a menudo se pueden integrar en el controlador lógico programable (PLC) de una planta o en el sistema de control de supervisión y adquisición de datos (SCADA) para monitoreo y control basados ​​en computadora.

Cuando ocurre una fuga en la tubería principal, el sistema de detección alerta al operador por medio de una alarma visual y/o audible. Los dos sistemas más comunes disponibles son la detección electrónica de fugas de punto bajo y la detección electrónica continua de fugas.

La teoría operativa detrás de la primera categoría involucra la creación de 'zonas' en un sistema de doble pared. Esto se logra instalando estaciones de detección de fugas en ubicaciones específicas. Estos son esencialmente un tramo de goteo en la tubería de contención secundaria donde se acumula el fluido si ha habido una fuga en la tubería primaria.

Cada estación de detección de fugas se controla con un sensor electrónico y hay varios sistemas de detección disponibles. La mayoría de los sistemas requieren que el sensor esté en contacto con el fluido filtrado para enviar una alarma. También existen sistemas que emplean un sensor de proximidad que puede detectar fluido a través de la pared de la tubería, sin entrar en contacto con el fluido. Estos sensores eliminan los problemas de compatibilidad, optimizan la funcionalidad y hacen que los sensores sean reutilizables y prácticamente libres de mantenimiento.

Los sistemas electrónicos continuos de detección de fugas emplean un cable sensor. Las propiedades eléctricas del cable se alteran cuando entra en contacto con un líquido. El cable del sensor se tira a través del espacio intersticial de la tubería después de la instalación y descansa en la parte inferior de la tubería secundaria. Es importante tener en cuenta el tamaño de la tubería secundaria cuando se utilizan sistemas de detección de fugas electrónicos continuos: el espacio intersticial debe ser lo suficientemente grande para permitir que el cable de detección y los conectores asociados se instalen correctamente.

Es una buena práctica incorporar la detección visual de fugas junto con la detección automática de fugas. Esto permite que un operador verifique las alarmas visualmente antes de tomar medidas correctivas. También es una buena idea utilizar dicha detección en sistemas sobre el suelo. El cloruro de polivinilo transparente (PVC) se puede emplear para la detección visual instantánea de fugas para garantizar que se tomen medidas correctivas de inmediato.

Opciones de materiales Con los sistemas de tuberías de pared doble, los ingenieros no diseñan dos sistemas separados de pared simple, sino una combinación de los dos. Las tuberías primarias y secundarias de los sistemas de doble pared están interrelacionadas, donde las condiciones cambiantes afectan continuamente a ambas tuberías. Por lo tanto, es fundamental contar con sistemas de doble pared diseñados profesionalmente por un ingeniero experimentado y ensamblados en la fábrica por un fabricante confiable.

Hay varios materiales disponibles para sistemas de tuberías termoplásticas de doble pared, que van desde PVC y cloruro de polivinilo clorado (CPVC) hasta polipropileno (PP), polietileno (PE) y fluoruro de polivinilideno (PVDF). La elección del material correcto para el sistema primario y secundario depende de la presión, la temperatura y la compatibilidad con el fluido de servicio.

El PVC y el CPVC se especifican con frecuencia como materiales de tubería de contención primaria y secundaria en instalaciones de tratamiento de agua y aguas residuales. Los productos químicos para el tratamiento del agua, como el hipoclorito de sodio para la desinfección, a menudo se transportan bajo tierra desde los sistemas de almacenamiento o bombeo. Se requieren sistemas de tuberías de doble pared para evitar posibles fugas o derrames en el entorno circundante.

Muchas aplicaciones pueden usar el mismo material para la tubería primaria y secundaria, pero emplean una pared más delgada para la tubería secundaria para ahorrar material. Un ejemplo sería un sistema de pared doble de CPVC Schedule 80 x CPVC Schedule 40. Esta práctica suele ser aceptable ya que no se requiere que la tubería secundaria funcione bajo presión durante un período prolongado.

También es posible utilizar diferentes materiales para la tubería primaria y secundaria para obtener el máximo rendimiento y minimizar aún más el costo del material. Por ejemplo, una tubería primaria de CPVC Schedule 80 puede estar contenida en una tubería secundaria de PVC Schedule 40 donde el CPVC es compatible con un químico bajo presión o a temperaturas elevadas, y el PVC es compatible solo a presiones de drenaje y a temperatura ambiente.

Caso de estudio Originalmente construida a fines de la década de 1950 para manejar un flujo diario promedio de 7,57 millones de litros (2 millones de galones), la planta de tratamiento de aguas residuales de GE Booth (Lakeview) es una instalación clave para la región de Peel del área metropolitana de Toronto (GTA). En 2009, la instalación experimentó una expansión de $260 millones para tratar 518,6 millones L (137 millones de galones) de más de 1,3 millones de residentes y 90 000 empresas comerciales en la sección este de Mississauga, Brampton, Bolton y Caledon East.

Ahora se espera que satisfaga de manera efectiva las necesidades de tratamiento de aguas residuales del área hasta al menos 2031, la instalación ampliada de Lakeview incluye una nueva instalación de cabecera, nitrificación mejorada, una nueva instalación de manejo de biosólidos y capacidad de incineración adicional. Al finalizar el proyecto, Lakeview se convirtió en la instalación de cribado de placa perforada más grande de América del Norte y la instalación de incineración de biosólidos en lecho fluidizado más grande del mundo.

En la instalación, las aguas residuales que fluyen a través de 11 tanques de sedimentación primarios se mezclan con cloruro ferroso en los tanques de aireación para solidificarse y eliminar el exceso de fósforo. Después de que los clarificadores secundarios eliminan los sólidos adicionales de las aguas residuales, se desinfectan aún más antes de fluir sobre los vertederos y, finalmente, descargarse en el lago Ontario. El sistema de tuberías de difusión alcanza más de 1,25 km (0,8 millas) desde la orilla hasta el fondo del lago. Para garantizar la seguridad y la fiabilidad, el sistema de alimentación de productos químicos que transporta el cloruro ferroso diluido con agua portadora tiene doble contención para evitar posibles fugas o derrames.

"El sistema de alimentación de productos químicos es un sistema largo de tuberías que atraviesan túneles subterráneos, y el cloruro ferroso es un producto químico muy corrosivo", explica Vlad Petran, gerente de obras de capital/tratamiento de aguas residuales de Peel y ex ingeniero senior de proyectos en AECOM Canada Ltd. , que diseñó el sistema. "Cualquier fuga puede crear un peligro para la seguridad, además de dañar potencialmente la estructura de concreto u otros sistemas que se ejecutan a través de los túneles. El uso de un sistema de doble contención garantiza un sistema libre de derrames para una mayor confiabilidad".

Durante la fase de diseño inicial del proyecto Lakeview, el fabricante de tuberías trabajó con los diseñadores en un sistema de doble contención que comprendía una tubería portadora de PVC cédula 80 de 50 mm (2 pulg.) dentro de una tubería cédula 40 de 100 mm (4 pulg.). Tubería de contención de PVC. Para reducir los costos de instalación y mantenimiento del sistema, cuenta con un diseño patentado que permite instalar el sistema con longitudes completas de 6,1 m (20 pies), manteniendo la tubería portadora perfectamente centrada dentro de la tubería de contención. El sistema también está disponible en fabricaciones de piezas de carrete de acuerdo con diseños de aplicaciones específicas.

"Elegimos el sistema de doble contención de PVC porque ofrecía la resistencia a la corrosión que necesitábamos y era la opción más rentable", dice Petran. "El fabricante también trabajó con nosotros para encontrar la forma más económica de diseñar el sistema con juntas de expansión para adaptarse a los cambios de temperatura estacionales en los túneles".

La instalación del sistema fue realizada por Maple Reinders Constructors Ltd.; el gerente del proyecto, Lyndon Grovum, coordinó la capacitación en el sitio para instaladores de tuberías para enfatizar la soldadura adecuada con solvente y otros procedimientos de instalación antes del trabajo.

Se crearon estaciones de detección visual de fugas utilizando tuberías transparentes de PVC S40.

"El personal de operaciones de la planta estaba preocupado por detectar cualquier fuga en el sistema. Para brindar mayor tranquilidad y un sistema libre de preocupaciones, el fabricante proporcionó tubos transparentes en los puntos bajos visibles del sistema donde se detectarían posibles fugas", dice Petran. . "Estos puntos de detección se inspeccionan periódicamente. El sistema funciona según lo previsto; no hemos experimentado ninguna fuga desde que se instaló en 2009".

Conclusión Las preocupaciones ambientales y de seguridad son las principales prioridades en la agenda global actual. La reducción de emisiones, la conservación de energía y la prevención de la contaminación de las aguas subterráneas son algunas de las áreas en las que las reglamentaciones definen cada vez más una línea importante entre la utilización y la explotación de los recursos de nuestro planeta. Cuando las aplicaciones requieran un sistema de tuberías a prueba de fallas y sin fugas, un sistema de tuberías de doble pared podría ser ideal.

Steven Dolejsi es ingeniero de aplicaciones en IPEX USA LLC en Mississauga, Ontario. Recibió una licenciatura en ingeniería mecánica de la Universidad de Ryerson. Dolejsi tiene ocho años de experiencia en diseño y aplicación de sistemas de tuberías termoplásticas; ha ayudado en la selección de materiales y ha diseñado para múltiples instalaciones de tratamiento de agua y aguas residuales. Puede comunicarse con él en [email protected].