Reacondicionamiento de conducciones de agua con tecnología de infusión y vacío

En 2018 la tecnología TECNOINVAC®, desarrollada por NAVEC, obtuvo el reconocimiento a la innovación en el certamen de la JEC Innovation Awards en París, focalizado en un proyecto específico de fabricación de tuberías in-situ mediante infusión de resinas epoxi reforzadas con fibra de carbono y consolidadas por un sistema de vacío.  

En la apuesta de una economía circular para conservar, mantener y alargar el valor de las redes de distribución y abastecimiento de agua, la tecnología desarrollada por NAVEC supone una alternativa segura, fiable y eficaz para todas aquellas conducciones enterradas, cuya reparación supone un importante desafío debido a la complejidad de actuación por medios tradicionales, con grandes  excavaciones e interferencias en otros servicios afectados y gran presión social por  cortes de tráfico y suministros. Las soluciones tradicionales, en algunos casos, son de imposible ejecución.

El concepto 

Resolviendo todas las carencias de las aplicaciones manuales, el desarrollo de la tecnología de vacío aplicada a la rehabilitación de conducciones de agua  es una realidad, que nace de la necesidad especifica de reparar el sistema de refrigeración de un reactor nuclear, donde, aprovechando la conducción existente y garantizando sus propiedades mecánicas, se desarrolla una solución definitiva manteniendo el funcionamiento normal de la central, premisas clave en el proyecto, con total seguridad para los trabajadores, evitando cualquier exposición a vapores de los materiales empleados.

El sistema consiste en la fabricación de tuberías in-situ por infusión en vía húmeda de resina epoxi de alta resistencia reforzada con fibra de carbono y consolidada a presión de vacío hasta la finalización del curado. La finalidad es restaurar la integridad estructural perdida, proporcionando las nuevas propiedades mecánicas requeridas a lo largo de la conducción.  En función del tipo de tubería, hormigón o metálicas, la existente es considerada como molde perdido o tiene cierta capacidad estructural.

Esta solución, homogénea en todo su conjunto, elimina las incertidumbres generadas por las aplicaciones manuales derivadas del factor humano, como son la falta de impregnación o exceso de resina, oclusiones de aire, delaminación, compactación entre capas, adherencia sobre los sustratos y adaptación a la geometría existente. Con esta tecnología se absorbe únicamente la resina necesaria en función del gramaje empleado de fibra de carbono, permitiendo una fracción de volumen de fibra del ± 70%, obteniendo optimas propiedades mecánicas del conjunto en función de las hipótesis de cálculo. 

Trabajar en los activos

El crecimiento de las ciudades, en extensión y población, ha generado incrementos importantes en el nivel de operación de las redes, diseñadas y construidas decenas de años atrás. Estas conducciones, enterradas metros bajo la superficie, pueden haber sido afectadas por otro tipo de infraestructuras que comparten espacios comunes. En esta situación, día a día aumenta el riesgo respecto a la aparición de patologías, además de aumentar la velocidad de deterioro.

Con esta tecnología se puede alargar la vida de las conducciones actuales sin reposiciones totales, activos cuasi agotados, incluso incrementar su capacidad estructural aumentando sus prestaciones para permitir su operación  a mayores presiones, permitiendo  una capacidad  de transporte en la línea con caudales superiores. 

Desarrollo del sistema

Para entender el funcionamiento del conjunto resultante de fibra de carbono en una conducción, estructura o equipo, de ahora en adelante laminado, es necesario comprender la aportación de los distintos elementos que lo componen y la forma en que se procesa. Un laminado es un material bifásico compuesto por al menos dos elementos que trabajan juntos, fabricado expresamente para mejorar los valores de las propiedades que los materiales constituyentes presentan por separado. Está formado por un refuerzo, fibra, la cual soporta los esfuerzos mecánicos aportando rigidez y resistencia, y una matriz, resina polimérica, la cual aporta la geometría y cohesión al material compuesto y transmite los esfuerzos de unas fibras a otras. La particularidad principal de un laminado es que es anisótropo, es decir, sus propiedades dependen de la orientación del material de refuerzo.

Tanto las propiedades mecánicas resultantes como la fiabilidad y homogeneidad de los valores finales dependen principalmente del proceso utilizado en la obtención del laminado. Únicamente con la tecnología de vacío pueden garantizarse, con la aplicación de una presión homogénea de vacío desde la fase de introducción de la resina en la fibra, infusión, hasta la finalización de su ciclo de curado y correspondiente polimerización. 

Este proceso se logra mediante el sellado de una bolsa de plástico, molde flexible, sobre el laminado colocado sobre la conducción. El aire se extrae mediante un sistema de regulación conectado a una bomba de vacío. El laminado se mantiene comprimido desde la infusión hasta la consolidación y curado del mismo.

Sobre las capas de fibra de carbono que conforman el laminado, se instalan los consumibles del sistema. En el sistema de vacío, los puntos de succión se diseñan en el frente de avance de la resina que llegue en último lugar, para que contribuya con el gradiente de presión que hace de fuerza impulsora. Seguidamente se sella el laminado de la zona perimetral con masilla de cierre. Finalmente, se conecta el vacío al conjunto; la presión atmosférica obliga a salir el aire que se encuentra dentro y la bolsa de vacío se comprime contra el laminado.

Comprobado que el sellado es correcto, se procede a la inyección de la resina facilitando un flujo constante por capilaridad y saturación. La entrada se realiza a través de los perfiles de infusión en distintas secciones, distribuidos para garantizar la impregnación completa del laminado. Durante la infusión, los perfiles se regulan dependiendo del plan diseñado.

Este sistema garantiza la adherencia con el sustrato, elimina el exceso de absorción de resina, remueve el aire ocluido entre capas, compacta las capas mejorando la solidez interlaminar, evita cambios de orientación de fibras durante el curado, reduce la humedad y optimiza el contenido de resina en el material compuesto final, obteniendo las propiedades mecánicas optimas respecto a las hipótesis de cálculo.

Los ensayos realizados según el RD 140/2003 de no migración certifican la compatibilidad del laminado en contacto con agua para consumo humano, por lo que puede emplearse para cualquier conducción agua potable, desmineralizada o tratada.

Principales factores clave 

• Fiabilidad. Contenido de resina, diseño y colocación de fibras y alta reducción de huecos vacíos o aire en correspondencia con diseño.
• Homogeneidad de propiedades mecánicas a lo largo de todo el laminado o estructura. Ideal para geometrías complejas, tramos verticales, inclinados, techos, generatriz superior de cualquier tubería o deposito. 
• Proceso industrializado independiente de las habilidades de cada trabajador. Elimina el error humano. Distinta calidad con distintos trabajadores por exceso o falta de impregnación, etc.
• Seguridad. Ausencia de volátiles en la atmósfera de trabajo, eliminando el contacto directo de  trabajadores con vapores de productos químicos.
• Respetuoso con el medio ambiente favoreciendo la economía circular. 
• Sin interferencias con el resto de las instalaciones y servicios cercanos, sin excavaciones.
• No interrumpe la vida normal de la ciudad.
• Mejores prestaciones mecánicas en un procesado in-situ sin equipos auxiliares de autoclave. Puede llegar a tener hasta 10 veces más resistencia que un mismo laminado realizado por medios manuales.
• Alargar la vida de los activos, incluso incrementando y mejorando las operaciones por aumento de caudales y presiones. 

Otras aplicaciones del sistema

• Reparación y refuerzo estructural, interior o exterior, de tanques y depósitos de almacenamiento, metálicos o de hormigón. 
• Reparación y refuerzo estructural en techos de tanques metálicos afectados por corrosión. 
• Impermeabilización y refuerzo estructural de balsas, canales, etc
• Recuperación estructural de equipos estáticos y dinámicos, como bombas, impulsores, etc.

Artículo de Vicente Mohedano, Director General de Navec y Francesc Robles, Director Técnico de Navec