ES2167286T3 - Rehabilitacion de conducciones de suministro de agua. - Google Patents

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Abstract

Un método para la rehabilitación de conductos de suministro de agua que comprende desarrollar un forro tubular (10) dentro de un conducto (11), incluyendo el uso de un forro (10) de un tubo plegado de un material poliolefínico, formado con múltiples pliegues radiales que se extienden longitudinalmente, caracterizado porque el forro tubular (10) comprende un elastómero de poliolena/plastómero de un interpolímero de etileno sustancialmente lineal, y porque dicho forro (10) se despliega dentro del conducto (11) fijando un extremo del forro (10) en un extremo del conducto y tirar del forro (10) a través del conducto (11) por medio de un cable fijado a un dispositivo mensajero transmitido a través del conducto por presión de fluido.

Description

Rehabilitación de conducciones de suministro de agua.
Este invento se refiere a mejoras introducidas en la rehabilitación de conducciones de suministro de agua.
Los sistemas domésticos de suministro de agua están conectados, usualmente, a la red de la compañía del agua mediante una tubería de servicio, en dos partes, formando la tubería de la compañía del agua una unión de extremo con extremo con la tubería del cliente en el límite de la vía pública. Un problema importante relacionado con la salud pública consiste en el gran número de instalaciones que todavía están equipadas con tuberías de plomo, ya que el plomo ligeramente soluble es un veneno acumulativo bien conocido. Una solución a este problema ha consistido en reemplazar las tuberías de plomo por conducciones de plástico de polietileno. Los metales dúctiles alternativos, tales como el cobre, tienen sus propios riesgos para la salud por acumulación.
Como alternativa a la sustitución de las tuberías de plomo, se ha propuesto forrarlas interiormente con una película de polietileno que es evertida por presión de fluido en el interior del tubo (véase el documento WO97/04269) o con una película de poli(tereftalato de etileno) (PET) que es extrudida como un perfil e inflada mediante presión de fluido cuando es calentada en posición. Esto presiona el forro contra las paredes interiores de la tubería y reblandece el forro para conseguir una cierta unión por calor con la pared de la tubería.
El documento WO92/08922 describe un método de forrar interiormente una conducción según el cual un primer miembro tubular flexible es evertido contra la superficie interior de una conducción a forrar y al extremo trasero del primer tubo flexible se conecta el tubo de revestimiento termoplástico plegado de manera que se tire de él al interior de la conducción en virtud de la operación de eversión. Para la eversión se utiliza un fluido caliente, de manera que el tubo de termoplástico se reblandezca. El tubo de termoplástico reblandecido es inflado mediante presión de fluido contra la conducción y se le deja solidificar en su sitio.
Otro método para instalar un forro en el interior de una conducción o similar se describe en el documento WO97/10943. Dicho método comprende las operaciones de inundar el interior de la conducción y tirar del forro, típicamente de material polímero, a lo largo de la conducción, por dentro de ella, desde un extremo de aguas arriba y hasta un extremo de aguas abajo de la misma.
Además, el documento WO/92/09843 describe un método para rehabilitar una conducción evertiendo un forro de termoplástico en el interior del conducto. Para ello, se aplica agua caliente a la punta delantera del forro a medida que es evertido, con el fin de mantener la plasticidad del forro. El forro es extrudido en forma de tubo circular desde un extrusor de cabeza transversal, y se le pliegareducir su sección transversal.
Todas las técnicas conocidas conllevan una inversión significativa en cuanto a instalaciones y equipos, incluyendo las antes esquematizadas y, también, el uso de topos de impacto (utilizables en suelos compactables pero que no pueden ser dirigidos para salvar obstrucciones tales como otros conductos de servicios como gas, alcantarillado, electricidad, etc..), tracción sobre los tubos, división de los tubos, perforación guiada, empujesobre los tubos, rozadoras y potentes excavadoras de vacío.
Un objeto del presente invento es proporcionar un método más sencillo y económico si necesidad de abrir zanjas, merced al cual puedan rehabilitarse tuberías de plomo existentes para agua, particularmente tuberías enterradas, perturbando mínimamente la propiedad del cliente y sin necesidad de utilizar instalaciones ni equipos costosos.
De acuerdo con el invento, se proporciona un método de rehabilitar tuberías domésticas de plomo para el suministro de agua, que comprende incorporar un forro tubular dentro de un conducto, comprendiendo el forro un tubo plegado con una sección transversal en general en forma de estrella o multilobulada obtenida mediante pliegues y nervaduras radiales, que se extienden longitudinalmente, e inflar el forro después de desplegarlo mediante presión aplicada al interior del mismo, caracterizado porque el forro comprende un elastómero de poliolefina o un plastómero de poliolefina, es extrudido en forma de tubo plegado y es estirado en matriz durante la extrusión mientras el material se encuentra justo por debajo de la temperatura de fusión/cristalización, para producir un tubo de diámetro reducido, con fuerte orientación molecular.
Preferiblemente, el elastómero de poliolefina tiene un peso específico inferior a 870 kg/m^{3}, mientras que el plastómero de poliolefina tiene un peso específico superior a 870 kg/m^{3}.
De acuerdo con el invento, se proporciona también un aparato para rehabilitar tuberías domésticas de plomo para el suministro de agua que incluye medios para formar el forro por extrusión y caracterizado porque incluye medios para estirar en matriz el forro durante la extrusión.
El elastómero/plastómero de poliolefina comprende, preferiblemente, un interpolímero de etileno sustancialmente lineal, que puede comprender del 50-95% en peso de etileno, y del 5-50% en peso de, al menos, un co-monómero olefínico, preferiblemente del 10-25% en peso del co-monómero. Los co-monómeros pueden contener de 3 a unos 20 átomos de carbono, y pueden comprender uno o más de entre propileno, 1-buteno, 1-hexeno, 4-metil-1-penteno, 1-hepteno y 1-octeno. El margen de pesos específicos puede estar comprendido entre 830 y 967 kg/m^{3}, preferiblemente entre 863 y 913 kg/m^{3} y, más preferiblemente, de 885 a 913 kg/m^{3}, para conseguir una flexibilidad y una tenacidad óptimas. Los co-monómeros preferidos son 1-hexeno y, especialmente, 1-octeno.
Los interpolímeros sustancialmente lineales se caracterizan, ventajosamente, por una estrecha distribución del peso molecular, especialmente de 1,8 a 2,2 y por una distribución homogénea del co-monómero.
El forro tubular se obtiene como un tubo plegado formado con múltiples pliegues radiales que se extienden longitudinalmente, proporcionando una sección transversal en forma de estrella, multilobulada u ondulada. El tubo se forma, de preferencia, con seis pliegues radialmente equiespaciados, que definen un número igual de lóbulos que sobresalen hacia fuera.
El forro se despliega dentro de un conducto asegurando un extremo del forro junto a un extremo del conducto al que se ha tenido acceso, y tirando del forro a través del conducto mediante una línea que puede unirse a un torpedo mensajero y propulsarse por el conducto mediante presión de fluido. Alternativamente, puede empujarse el forro y tirarse de él a través del conducto que lo aloja mediante una varilla flexible unida al forro.
El forro se extrude, de preferencia, en forma de tubo plegado del elastómero/plastómero de poliolefina, y tiene un diámetro exterior significativamente menor que el diámetro interno del conducto a rehabilitar.
El forro es estirado en matriz durante el proceso de extrusión mientras el material se encuentra, justamente, por debajo de la temperatura de fusión/cristalización del polímero, para forzar una reducción importante del tamaño de la extrusión en comparación con la matriz y, también, crear una orientación significativa del polímero en la dirección axial de la extrusión. Esta orientación en la dirección de la extrusión proporciona rigidez y resistencia al doblado.
Se describirá ahora con mayor detalle una realización preferida del método y del aparato de rehabilitación de acuerdo con el invento, a modo de ejemplo, con referencia a los dibujos adjuntos, en los que:
- la Figura 1 es una vista en sección agrandada de un forro de acuerdo con el invento, desplegado dentro de una tubería doméstica para el suministro de agua;
- la Figura 2 es una vista en sección agrandada, similar, del forro de la Figura 1 expandido por una presión interna con el fin de forzarlo a entrar en contacto con la pared interna de la tubería;
- la Figura 3 es una vista en sección, fragmentaria, del forro encogido después del estirado en matriz;
- la Figura 4 es una vista en sección tomada por el eje geométrico de la tubería, de una primera disposición terminal para cerrar un extremo del forro durante su instalación;
- la Figura 5 es una vista similar de una segunda disposición terminal para cerrar un extremo del forro durante su instalación.
El forro 10 se ilustra en la Figura 1 introducido axialmente en una tubería de plomo 11 de agua que tiene una pared interna 12. El forro 10 comprende una extrusión de un elastómero o plastómero de poliolefina, tal como un interpolímero de etileno sustancialmente lineal, de una clase que se describirá con mayor detalle en lo que sigue.
El forro 10 tiene una sección transversal generalmente en forma de estrella o lobulada, proporcionada por seis nervaduras 14 y seis pliegues 13 que se extienden longitudinalmente.
El diámetro, medido entre crestas de nervaduras opuestas, es de unos 8 mm, lo que permite introducir el forro fácilmente en el ánima de una tubería de plomo doméstica de agua que, típicamente, tiene un diámetro interno de entre 10 y 20 mm.
Esta forma y estas dimensiones permiten desplegar el forro axialmente a lo largo de la tubería y negociar los codos de la misma sin retorcerlo no doblarlo.
La Figura 2 muestra la tubería 11 y el forro 10 después de inflar éste mediante una presión interna tal como la proporcionada por la presión del suministro de agua, de manera que el forro de elastómero se expanda y sea mantenido en contacto con la pared interna 12 de la tubería por la presión del agua.
Las Figuras 4 y 5 muestran dos realizaciones de un dispositivo para cerrar un extremo del forro 10 en el exremo accesible de una tubería 11 durante el despliegue del forro en el interior de la tubería. En la Figura 4, el extremo de la tubería 11 es recibido en un apoyo en un adaptador exterior 20 que es recibido en el extremo abierto de un acoplamiento 21, y asegurado alrededor del extremo de la tubería mediante una tuerca 22 de compresión roscada en el acoplamiento 21 y en el extremo de la tubería mediante un anillo de agarre 23.
Un adaptador interno, en forma de miembro 24 estrechado recibe un extremo del forro 10 y lo sujeta con una junta 25 en cooperación con una cara interna del adaptador exterior 20.
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La realización de la Figura 5 posee todas estas características, pero se diferencia en que el extremo de la tubería 11 es retenido mediante un collarín 26 de bloqueo en un eje corto 27 retenido por la tuerca de compresión 23 mediante abrazaderas 28.
El forro 10 de la realización preferida es una extrusión tubular de un elastómero o plastómero de poliolefina. Se obtiene a partir de un interpolímero de etileno sustancialmente lineal, tal como se describe en las patentes norteamericanas 5.272.236, 5.278.272 y 5.380.810. Tales polímeros los suministra, por ejemplo, DuPont Dow Elastomers, S.A. ("sustancialmente lineal" quiere decir que el polímero en masa tiene una media de 0,01 a 3,0 ramas de cadena larga por cada 1000 átomos de carbono, preferiblemente de 0,01 a 1,0 ramas de cadena larga por cada 1000 átomos de carbono). Los polímeros con menos de 0,01 ramas de cadena larga por cada 1000 átomos de carbono se describen como "lineales".
El interpolímero de etileno contiene, preferiblemente, del 50-95% en peso de etileno y del 5-50% en peso de, al menos, uno de entre alfa-olefina, co-monómero, preferiblemente del 10-25% en peso de co-monómero. El porcentaje de co-monómero se mide mediante radiación infrarroja de acuerdo con la norma ASTM D-2238. La alfa-olefina puede tener hasta, aproximadamente, 20 átomos de carbono; por ejemplo, para uso en el forro se prefieren en especial propileno, 1-buteno, 1-hexeno, 4-metil-1-penteno, 1-hepteno y 1-octeno, más especialmente 1-octeno. Los inter-polímeros así producidos se caracterizan por un estrecho margen de distribución del peso molecular y por una distribución homogénea del co-monómero. La distribución del peso molecular (Mw/Mn) medida por GPC (cromatografía por permeación de gel) está definida por la ecuación Mw/Mn (I_{10}/I_{2})-4,63. El margen preferido para el peso específico del inter-polímero es de desde 863 a 913 kg/m^{3}, por cuanto el forro debe ser flexible y, sin embargo, tener una excelente resistencia al estallido merced a las moléculas de las cadenas de enlace.
Un material adecuado para el forro responde a las siguientes especificaciones:
Propiedades físicas Ensayo
Contenido de co-monómero, % en peso 9,5 Dow
Índice de fusión, dg/min 1,0 ASTM D-1238
Peso específico, g/cm^{3} 0,908 ASTM D-792
Propiedades después de moldeo
Resistencia final a la tracción, MPa 33,0 ASTM D-638M-90
Módulo de flexión, 2% secante, MPa 141 ASTM D-790
Alargamiento final a la tracción, % 700 ASTM D-638M-90
Dureza, Shore A/D 96/49 ASTM D-2240
Propiedades térmicas
Punto Vicat de reblandecimiento, ºC 97 ASTM D-1525
Punto de fusión, DSC 103 DuPont/Dow
Los polímeros se producen utilizando, por ejemplo, la INSITE TECHNOLOGY (DuPont Dow Elastomers SA, Marca Registrada), procedimiento que permite tener el control sobre la estructura del polímero, sus propiedades y reología. Al controlar la arquitectura molecular, INSITE (MR) hace posible conseguir una distribución muy estrecha del peso molecular y mantener un nivel controlado de cristalinidad, lo que se traduce en ventajas clave tales como el control de la flexibilidad, de la dureza, la elasticidad, la resistencia a la compresión y al calor. Estas propiedades pueden mejorarse adicionalmente mediante la formación de compuestos y el uso de cargas, y puede llevarse a cabo la reticulación utilizando silano, peróxido o radiación ultravioleta o de otro tipo.
Las propiedades físicas de un elastómero/plastómero de poliolefina se resumen como sigue:
Peso específico (g/cm^{3}), ASTM D-792 0,864-0,913
Módulo de flexión, 2% secante,
Mpa, ASTM D-790 7-190
Módulo 100%, Mpa, ASTM D-412 1 a 5
Alargamiento, %, ASTM D-638 77+
Punto de fusión, ºC 50-100
Dureza, Shore A, ASTM D-1003 10-20
Índice de fusión, 12, ASTM D-1238, dg/min 0,5-30
Fragilidad a baja temperatura,
T, ASTM D-746 Inferior a -76 
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El polímero puede tratarse del mismo modo que un termoplástico y se comporta como un elastómero/plastómero.
El forro fabricado a partir de este material aprovecha las propiedades del polímero, especialmente la elasticidad que le permite una considerable expansión radial bajo presión, conjuntamente con un aumento del caudal debido a la excelente capacidad del polímero para el tratamiento.
El peso específico del material preferido está en el margen de 902 a 908 kg/m^{3}, la resistencia a la tracción varía de 32-33 Mpa, y el alargamiento final llega hasta el 800%.
Sin embargo, se ha encontrado que el material con la densidad más alta se comporta de forma más satisfactoria.
El forro 10 es extrudido empleando una matriz de calibración en vacío para producir un perfil con un grosor de pared de 0,25-0,55 mm y para montarlo en tuberías de plomo para agua con un diámetro interno de entre 12,5 y 20 mm (0,5 y 0,75 pulgadas). También está diseñado para expandirse radialmente bajo presión al tiempo que conserva su integridad estructural y geométrica y es capaz de recuperar su forma incluso después de ser aplastado al vacío. El forro es estirado en matriz durante la extrusión mientras el material se encuentra justamente por debajo de la temperatura de fusión/cristalización. Este permite que las dimensiones del forro se reduzcan significativamente (por ejemplo, pasando de 12 a 6-8 mm) y, también, crea una significativa orientación del polímero en la dirección axial de extrusión. La forma del forro estirado en matriz, reducido, se muestra en la Figura 3, que representa una sección transversal del forro 10 que muestra que los pliegues son aplastados hasta que sus superficies interiores entran en contacto. Esta figura no está a la misma escala que las Figuras 1 y 2 y el forro encogido de la Figura 3 tiene un diámetro mucho menor que el forro 10 de la Figura 1.
Cuando se instala el forro, la tubería 12 es limpiada a fondo por un método de limpieza adecuado, por ejemplo, bombeando agua limpia por la tubería mediante un recipiente portátil con agua dotado de una bomba de presión como accesorio. Este método ha demostrado su utilidad para eliminar por lavado depósitos tales como óxidos que pueden acumulares en la tubería de plomo, desde la red de agua con conducciones de hierro. El agua actúa también como lubricante adecuado para la introducción del forro; pueden utilizarse otros métodos de limpieza tales como el soplado con arena limpiadora a través de la conducción o el uso de varillas de limpieza con accesorios apropiados. Se accede a la tubería por medio de un grifo de cierre o una caja de límite de cámara. Puede impulsarse entonces por soplado un torpedo a través de la tubería 11, con una línea unida para utilizarla como guía para tirar del forro 10 a través de la tubería a lo largo de hasta 30 metros o más. Cuando el forro está en su sitio, se vuelve a conectar la tubería. La presión del agua en la tubería durante el uso expandirá el forro y lo retendrá en su sitio, y el forro evitará la contaminación del agua por el metal de la tubería. El forro 10 está hecho de un elastómero o plastómero de poliolefina de calidad seleccionada, con un grosor de pared de entre 260-500 micras o mayor, o suficiente para mantener la integridad geométrica del forro, sin que se aplaste, en el interior de una conducción enterrada existente que lo aloja.
El uso de material elastómero para formar el forro ofrece ventajas sustanciales, ya que el forro puede introducirse como una inserción de pequeño diámetro que es expandida por aplicación de una presión interna, y tiene una buena flexibilidad y elasticidad, que resultan ventajosas durante la introducción del forro en la tubería.
El método y los materiales descritos proporcionan un método de rehabilitar tuberías de pequeño diámetro exento de muchos de los problemas con que se tropieza en la técnica anterior y proporcionan protección contra la erosión corrosión, contaminación por plomo y depósito de sólidos (incrustaciones o depósitos) en la superficie interior de la tubería.
No se necesita activar el polímero con calor y el forro tiene una resistencia mecánica de la que carecen algunos de los forros de película propuestos. Asimismo, se reduce de manera significativa la necesidad de utilizar instalaciones y maquinaria costosas.
El forro puede expandirse y contraerse por acción de la presión hidrostática y no está sometido a la formación de dobleces ni se retuerce aún cuando se introduzca a lo largo de tuberías que incluyan codos, y es capaz de mantener su forma original siguiendo los codos de la tubería de paso.
El forro estirado en matriz también posee rigidez a la torsión debido a la compactación de los pliegues obtenida por el estirado en matriz. El forro posee también una estructura geométrica autoportante y funciona como una membrana de válvula hidrostática debido a su elasticidad. Todos estos atributos y ventajas provienen del uso del material elastómero de poliolefina, la sección transversal con pliegues radiados y la operación de estirado en matriz del forro a medida que es extrudido.

Claims (11)

1. Un método de rehabilitar tuberías domésticas de plomo para el suministro de agua que comprende desarrollar un forro tubular (10) dentro de una tubería (11), comprendiendo el forro (10) un tubo plegado que tiene una sección transversal en forma, generalmente, de estrella o multilobulada obtenida mediante nervaduras (14) y pliegues (13) radiales que se extienden longitudinalmente, e inflar el forro (10) después de desplegarlo por medio de una presión aplicada interiormente al forro, caracterizado porque el forro (10) comprende un elastómero de poliolefina o un plastómero de poliolefina y es extrudido en forma de tubo plegado y es estirado en matriz durante la extrusión mientras el material se encuentra, justamente, por debajo de la temperatura de fusión/cristalización, para producir un tubo de diámetro reducido, con fuerte orientación molecular.
2. Un método de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el forro (10) es desplegado en el interior de la tubería (11) asegurando un extremo del forro (10) a través de la tubería (11) por medio de una línea unida a un torpedo mensajero propulsado por la tubería (11) por presión de fluido.
3. Un método de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el forro (10) es desplegado en el interior de la tubería (11) asegurando un extremo del forro (10) en un extremo de la tubería, y empujando el forro a través de la tubería (11) por medio de una varilla flexible unida al forro.
4. Un método de acuerdo con la reivindicación 1, la reivindicación 2 o la reivindicación 3, en el que el elastómero/plastómero de poliolefina tiene un peso específico comprendido en el margen de 830 a 967 kg/m^{3}, preferiblemente de 863 a 913 kg/m^{3} y, más preferiblemente, de 855 a 913 kg/m^{3}.
5. Un método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, que comprende el uso, como elastómero/plastómero de poliolefina, de un inter-polímero de etileno sustancialmente lineal.
6. Un método de acuerdo con la reivindicación 5, en el que dicho inter-polímero comprende del 50-95% en peso de etileno, y del 5-50% en peso de, al menos, un co-monómero olefínico.
7. Un método de acuerdo con la reivindicación 6, en el que el co-monómero tiene de 3 a 20 átomos de carbono.
8. Un método de acuerdo con la reivindicación 7, en el que el co-monómero es cualquiera o más de: propileno, 1-buteno, 1-hexeno, 4-metil-1-penteno, 1-hepteno y 1-octeno.
9. Un método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en el que el elastómero de poliolefina es reticulado.
10. Aparato para rehabilitar tuberías domésticas de plomo para el suministro de agua de acuerdo con el método de las reivindicaciones 1 a 9, que comprende medios para formar el forro (10) por extrusión y caracterizado porque incluye medios para estirar en matriz el forro (10) durante la extrusión.
11. Aparato de acuerdo con la reivindicación 10, caracterizado porque incluye medios para desplegar el forro (10) en el interior de la tubería (11) que incluyen un torpedo mensajero y una línea para tirar del forro a través de la tubería.
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