Revestimientos en tuberías de fundición dúctil. Aplicación al abastecimiento de la Urb. de Costa Ballena, Cádiz

Transcripción

1 Revestimientos en tuberías de fundición dúctil. Aplicación al abastecimiento de la Urb. de Costa Ballena, Cádiz Cristina de la Fuente Ingeniero Industrial Olga Cagigas Ingeniero de Obras Públicas Application Technology Department (ATd) Construtec Buderus Introducción a la corrosión Importancia de la prevención La corrosión es uno de los procesos más agresivos que pueden debilitar la estructura de una conducción, las reacciones del material con su medio pueden causar su deterioro o destrucción. Si no se prevé con antelación, puede desembocar en consecuencias tales como la pérdida de fluido transportado, o lo que es más peligroso, la contaminación del mismo pudiendo poner en riesgo la salud, sin olvidar el gran coste económico que supone la pérdida del recurso natural. El proceso de la corrosión La mayoría de las reacciones de corrosión son de tipo electroquímico. Se trata de un proceso, en el cual debido a una diferencia de potenciales entre un punto y otro, causados por las distintas condiciones superficiales, se crea una corriente de electrones. Los materiales tienden a estabilizarse tanto química como energéticamente buscando el estado de mínima energía, siendo la parte que cede electrones el ánodo, mientras que el receptor es el cátodo. El flujo de electrones es simultáneo, los electrones que el ánodo pierde son iguales que los que acepta el cátodo. Por ello, cuanto mayor es la corriente, mayor es la corrosión. Dicha transmisión necesita de un medio de circulación o conductor eléctrico, llamado electrolito. Flujo de electrones a través de la conducción

2 Éstas corrientes pueden ser naturales o generadas por el hombre. La primera puede ser creada por diferencia de estratos, mientras que la segunda incluye una fuente artificial, por ejemplo, una red de ferrocarril o instalaciones eléctricas. El esquema de circulación de las corrientes vagabundas, muestra como las corrientes abandonan su medio de conducción previsto, fluyen por el electrolito hacia las conducciones y entrando con una reacción catódica y saliendo como una anódica. El resultado de este proceso es la corrosión de la tubería. Circulación de corrientes vagabundas Revestimientos Normativa actual sobre revestimientos UNE EN 545: 2007 Tubos, racores y accesorios de fundición dúctil y sus uniones para canalizaciones de agua. Requisitos y métodos de ensayo. UNE EN 598: 2008 Tuberías, accesorios y piezas especiales de fundición dúctil y sus uniones para aplicaciones de saneamiento. Requisitos y métodos de ensayo. UNE EN 14901: 2007 Tuberías, racores y accesorios de fundición dúctil. Recubrimiento epoxy (alta resistencia) para racores y accesorios de fundición dúctil. Requisitos y métodos de ensayo. EN 15542: 2008 Tubos, racores y accesorios de fundición dúctil. Revestimiento exterior de mortero de cemento para tubos. Requisitos y métodos de ensayo. Aplicación de la normativa de revestimientos Siguiendo el apartado de la norma UNE EN 545/ EN 598, todos los tubos deben suministrarse con un revestimiento exterior de zinc metálico con capa de acabado de producto bituminoso o de resina sintética compatible con el zinc. Para casos especiales, dependiendo de las condiciones de uso exteriores debe consultarse en ANEXO D de la norma donde se definen los revestimientos alternativos. Concretamente, dicha norma en su ANEXO D de carácter informativo define los Revestimientos alternativos para tuberías, su ámbito de utilización y las características de los suelos, determinando de esta manera el revestimiento adecuado y su composición:

3 - D.2.2.: Revestimiento zinc reforzado con 200g/m2 de masa mínima, con capa de acabado en epoxy 100µm. Por ejemplo: Tubería BUDERUS con revestimiento ZINK REFORZADO - D.2.3.: Revestimiento de aleación de zinc y aluminio con o sin otros metales, de 400 g/m2 de masa mínima, con capa de acabado en epoxy 100µm. Por ejemplo: Tubería BUDERUS con revestimiento ZINK PLUS (epoxy 150µm) - D.2.4.: Revestimiento de Zinc siendo, según la norma UNE EN 15542, 5mm el espesor mínimo de la capa de mortero de cemento reforzado con fibras Por ejemplo: Tubería BUDERUS con revestimiento ZMU Detalle capas de Zinc con Epoxy Detalle capas de Zinc con mortero de cemento Anexo D de la norma UNE-EN 545:2007 y UNE EN-598:2008 Tabla resumen de revestimientos alterativos para tuberías, ámbitos de utilización, características de suelos. Resumen del Anexo D sobre ámbito de utilización de revestimientos

4 Protección del revestimiento Todas las conducciones BUDERUS GUSS se protegen mediante la adhesión de una capa externa de Zinc prácticamente puro (99,99%). El Zinc es más negativo electroquímicamente que el hierro, convirtiéndolo en un inhibidor catódico, lo que provoca que la corrosión se localice en él, creando una película de óxido de Zinc que impide a su vez el progreso de la corrosión del propio zinc. Listado de metales y su potencial Elemento Potencial, Voltios Magnesio Aluminio Zinc Hierro (Fe 2- ) Cadmio Hierro (Fe 3- ) Hidrógeno Cobre (Cu 2- ) Dicho revestimiento cumple la condición fundamental por la cual las estructuras del objeto a proteger y del elemento de sacrificio o ayuda deben mantener en contacto eléctrico. Es decir el Zinc crea una protección pasiva disminuyendo la velocidad de corrosión desde el punto de vista termodinámico. En caso de producirse un impacto, está fina capa que se crea debido a la oxidación del Zinc hace que se taponen los pequeños huecos. Reacción del zinc frente a la corrosión

5 En el caso de Revestimiento ZINK- PLUS, la mezcla con aluminio actúa de la misma manera que el zinc, como se ha expuesto en la tabla anterior, el aluminio posee un potencial incluso más negativo que el Zinc. BUDERUS propone el revestimiento ZMU cuando el suelo existente no se sitúa dentro de los límites anteriores, según se recoge en el Anexo D (Informativo), apartado 2.4 de la Norma DIN EN 545:2007. Se le aplica a la tubería de fundición una capa de mortero exterior que absorbe la humedad del terreno, es decir elimina el electrolito ya que mantiene seco el material. Dicho mortero de cemento ha sido utilizado desde hace más de 25 años como revestimiento, especialmente en suelos con alto índice de agresividad. Su efecto de protección ha sido probado científicamente tanto en laboratorio como en campo. Además, gracias a la alcalinidad del mismo hace que disminuya el ph de la humedad evitando la corrosión de las sales sobre la fundición dúctil. De este modo, activa el poder de protección del Zinc. Sin humedad, al eliminar el electrolito, se elimina la corrosión. Caso práctico Aplicación proyecto Urb. Costa Ballena Definición del proyecto El proyecto que supone una inversión total de 5,578 Miles de Euros, consiste en la ejecución de una tubería de abastecimiento que transporta agua desde el depósito del Agostado que se encuentra bajo tierra hasta la red de abastecimiento de la urbanización Costa Ballena Chipiona, sirviendo para reforzar el abastecimiento a los municipios de Rota y Chipiona, dotando al sistema de una conexión entre los actuales Ramal Rota y Ramal Chipiona del sistema de abastecimiento de la zona Gaditana. Esta iniciativa, emprendida a finales de Marzo, tiene previsto un plazo de ejecución de 6 meses y una fecha prevista de finalización de Septiembre de este año (2009). Lo destacable del proyecto es que se consigue así que el abastecimiento en esa zona tenga garantías frente a cualquier rotura de alguno de los ramales, y además se mejora el servicio a ambos municipios, una zona de gran actividad turística y urbana así como agrícola y con un potencial de crecimiento destacable por los desarrollos urbanísticos en marcha. Mapa 1 y 2: Ubicación y trazado de la tubería de DN800 desde el deposito El Agostado hasta Costa Ballena

6 Para ello, está prevista la ejecución de un ramal de conexión entre esta tubería, y el depósito existente en Costa Ballena Rota, que actualmente se llena a través de una tubería de diámetro 300mm procedente de Rota. Además está prevista una conexión con el sistema de abastecimiento general a Chipiona, que cierre el anillo de abastecimiento de la zona gaditana y la ampliación del Agostado, de manera que tenga una mayor garantía de suministro. Se calcula que el caudal circulante es de 729, 65 l/s, con el que se cubre la demanda máxima de Chipiona en el mes de agosto, de la urbanización Costa Ballena en su conjunto y de la futura urbanización de las Lomas del Infante. Con dicho caudal, y un diámetro 800mm en la tubería se satisfacen los requerimientos de presión mínima necesaria. Elección del revestimiento En esta actuación, las características del terreno han sido determinantes a la hora de hacer la elección. Baja Resistividad del terreno La resistividad del terreno representa una de las propiedades más significativas a la hora determinar la corrosividad de un suelo. Se ha constatado que cuanto menor sea la resistividad, mayor es la corrosión tal y como se aprecia en la siguiente tabla. Relación entre la corrosión, nivel de resistividad y características del suelo Aumento de: Resistividad Corrosión Porosidad Aumenta Disminuye Salinidad Disminuye Aumenta Humedad Disminuye Aumenta Temperatura Disminuye Aumenta Los suelos con una resistividad (Ω x cm) < 900 son muy corrosivos, entre 900 y 2300 se considera bastante corrosivos y de 2300 a 5000 moderadamente corrosivos. Los análisis de las muestras tomadas en las catas realizadas muestran que la resistividad del terreno de Costa Ballena es variable y fluctúa entre muy corrosivo y moderadamente corrosivo llegando a mínimos de resistividad de hasta 175 Ω x cm. Valores de resistividad y equivalencias de corrosividad RESISTIVIDAD Ω x cm CORROSIVIDAD DEL SUELO < 900 Muy corrosivos 900 a 2300 Bastante corrosivos 2300 a 5000 Moderadamente corrosivos 5000 a Ligeramente corrosivos > Muy ligeramente corrosivos

7 La baja resistividad facilita la conducción de electricidad en tanto que no bloquea la corriente sino que favorece su paso hacia la tubería metálica. La corriente entra y sale de la tubería a lo largo de la conducción dependiendo de la resistividad del terreno que atraviesa. Los puntos de entra y salida de esa electricidad son puntos sensibles para la aparición de la corrosión pudiendo llegar incluso a agujerear la tubería. Acopio e instalación en zanja de tubería con revestimiento de mortero de cemento Imágenes 5 y 6: Protección del las uniones con banda de mortero Ergelit Mejoras adicionales Concretamente, en este caso, las ventajas principales fueron la alta resistencia a la corrosión del revestimiento exterior de mortero de cemento ZMU en suelos conflictivos con baja resistividad. Con dicha protección se asegura un lento envejecimiento debido al paso del tiempo o lo que es lo mismo, una vida prevista superior a la exigida.

8 Detalle de las capas de revestimiento ZMU de mortero de cemento La calidad de las agua a conducir no se verá entonces afectada por incidencias como la penetración de sustancias nocivas debido a las roturas. Asegurando con todo ello, el suministro sostenible de la población futura. No hay que olvidar, las ventajas adiciones resultantes de las características mecánicas del revestimiento ZMU. Estas hacen que pueda soportar grandes cargas, tanto del terreno como del tráfico, proponiendo su aplicación en diversos ámbitos pudiendo utilizar como relleno de compactación el material extraído de la propia zanja con tamaños de bolo de hasta 100mm, entre otras varias. Instalación en terreno pedregoso con revestimiento de mortero de cemento

9 Conclusión Se ha probado que la instalación de una tubería sin su protección específica para los diferentes tipos de corrosión, su impropia instalación, y el caso omiso de las corrientes vagabundas son factores que reducen considerablemente su vida útil. La elección de estos revestimientos exteriores implica seguridad y garantía a largo plazo. Con ellos, no es necesaria una protección adicional puesta en obra frente a la corrosión, como sucede en los casos en los que la tubería, por sí misma, no resiste los efectos de la corrosión del terreno. Por tanto, las soluciones ZINK REFORZADO, ZINK PLUS y ZMU, ahorran tiempo de montaje por no necesitar sistemas de protección adicionales y evita el riesgo de que aparezca la corrosión en puntos donde hay fisuras en dicha protección añadida en obra Por otro lado, aumenta la seguridad respecto de otras soluciones que eliminan la capa de zinc, que contravienen a la propia norma UNE EN 545:2007, que exige que cualquier revestimiento adicional debe contar con el baño de zinc. Su larga vida útil reduce los costes que supone el reemplazamiento de las conducciones dañadas, ya no sólo por la propia estructura sino por la parada de abastecimiento a otros servicios.