Inspección de tuberías en la ciudad

(Artículo publicado en la Revista Obras Urbanas número 48)
Ponencia en No-Dig Madrid 2014
José Luis Sánchez Álvarez; director de producto en Tecnologías para Saneamientos S.L. (TECSAN)

Las tuberías de la red de alcantarillado se deben inspeccionar periódicamente para conocer su estado y detectar posibles problemas. Estas inspecciones permiten visualizar el estado interior de la red, obtener medidas y localizaciones para evaluar su estado general y programar mantenimientos y rehabilitaciones para optimizar el funcionamiento de la red y aumentar su vida útil.

1.Para qué se inspeccionan las tuberías

El conocimiento del estado general de una red de saneamiento es una información básica para establecer y ejecutar los planes de mantenimiento correspondientes.

La forma más general de comprobar el estado general de una red es la inspección interna de sus componentes: Tuberías, pozos, acometidas, etc.

Los objetivos fundamentales de estas inspecciones son:

  • Visualizar el estado interior de la red
  • Evaluar su estado general
  • Obtener medidas complementarias
  • Programar tareas de limpieza, mantenimiento y rehabilitación
  • Controlar tareas de limpieza, mantenimiento y rehabilitación

Con estos objetivos se pretende optimizar el funcionamiento de la red y aumentar su vida útil.

En la figura 1 se indican alguna de las incidencias que se pueden encontrar en las redes de saneamiento.

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Figura 1. Diferentes tipos de incidencias: Infiltraciones, acometidas, raíces, suciedad

2.Métodos de inspección más habituales

Según los componentes de la red (tuberías generales, acometidas, pozos…) y los tamaños de los mismos, se pueden utilizar diferentes métodos o equipos:

  • Entrada de personas (solamente para algunas redes visitables)
  • Cámaras de televisión de circuito cerrado (CCTV) manejadas por control remoto

En ambos casos se debe dejar constancia de la información obtenida con la emisión de los informes correspondientes. Los sistemas CCTV incorporan sistemas de medición y grabación de la información y cuando se realiza con entrada de personas, éstas se suelen ayudar de quipos de grabación y medición auxiliares.

3.Frecuencia de inspección

Normalmente, la frecuencia de inspección se indica en el plan de limpieza y mantenimiento de la red y dependerá de los requerimientos exigidos por la autoridad correspondiente o propietario de la red según las características específicas de la misma.

Lo más aconsejable es realizar una primera inspección para el control y recepción de una obra nueva. Después de esta primera inspección o para establecer la frecuencia de las inspecciones en las redes ya existentes,  se deben tener en cuenta las siguientes condiciones generales:

  • Tipo de servicio: Pluviales, fecales, mixtas
  • Materiales de la red, tipo de construcción, pendiente de las tuberías…
  • Características de los terrenos: Nivel freático, terrenos de protección especial, profundidad
  • Infraestructuras que pueden verse afectadas: Redes de otros servicios, tráfico, edificaciones…
  • Estado general observado en las inspecciones previas

Además, se deben realizar inspecciones para controlar los resultados de los trabajos de limpieza y de rehabilitación que se puedan realizar en la red. También es aconsejable inspeccionar las redes colindantes a obras de importancia, sobre todo cuando se utilice maquinaria pesada de transporte o se realicen importantes movimientos de tierras para vaciado de solares, etc.

4.Elementos básicos de un sistema de inspección

Los sistemas CCTV que se utilizan para la inspección de redes, disponen de tres elementos básicos:

  • Cámara de inspección: Es el elemento que se desplaza por el interior de la tubería a inspeccionar y capta la imagen de su interior. Este desplazamiento se realiza normalmente mediante un carro de tracción en el que va montado el cabezal de la cámara propiamente dicha. En los equipos pequeños para inspección de acometidas o de tuberías domésticas, en lugar de los carros de tracción se utilizan guías deslizantes. Requiere de iluminación propia para visualizar la zona de inspección.
  • Unidad de control: Es el elemento exterior donde se visualiza la imagen captada por la cámara, se manejan las diferentes funciones de la misma y se graban la imagen y los datos de la inspección para realizar los informes correspondientes.
  • Cable: Es el elemento que une los dos anteriores y por el que se transmite la información entre ambos.

En la actualidad, los sistemas de inspección más importantes, están diseñados con un concepto modular de sus componentes, es decir existen diferentes tipos y tamaños de cámaras, de carros de tracción, de tambores de cable y de unidades de control, que se pueden combinar para configurar equipos con diferentes rangos de aplicación y con diferentes niveles de equipamiento. Ver figura 2.

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Figura 2. Diferentes componentes de un sistema de inspección modular

En la figura 3 se muestra un croquis general de la inspección de una tubería de alcantarillado en la vía pública. El vehículo de inspección con la unidad de control y los elementos auxiliares se sitúa junto al pozo de registro. A través del pozo de registro se coloca el conjunto cámara-carro en la tubería a inspeccionar.

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Figura 3. Croquis general de inspección de alcantarillado

Desde la unidad de control, el operador hace avanzar la cámara por la tubería grabando y observando su estado. En los puntos donde se detectan  incidencias o elementos característicos de la red, el operador detiene el avance y realiza los movimientos de la cámara para definirlos y evaluarlos debidamente.

En los vehículos de inspección se dispone habitualmente de un sistema de software específico, para el registro de las incidencias y elementos, con su localización y definición, fotografías y películas, que permiten obtener los informes correspondientes de la red inspeccionada.

Los sistemas de inspección CCTV según sus diferentes tipos y tamaños se utilizan habitualmente para la inspección de tuberías y conducciones no visitables, tuberías domésticas, acometidas y colectores generales.

5.Tipos de cámaras de inspección

Atendiendo a la forma de la visualización de la imagen, las cámaras para inspección las podemos dividir en:

  • Cámaras de visión axial
  • Cámaras oscilo-giratorias

5.1.Cámaras de visión axial

Tienen una visualización fija en el sentido del eje de la tubería, sin ningún movimiento alrededor del mismo. Disponen de un ángulo de visualización ligeramente superior al del ojo humano (≈ 100º).

Tienen iluminación frontal alrededor del objetivo.

Se utilizan habitualmente en sistemas de empuje manual para pequeños diámetros (hasta DN200-250mm). La conexión al cable-varilla de empuje suele tener un sistema de muelle para facilitar el paso por curvas. Pueden tener un sistema auto-nivelante para visualización de la imagen en vertical.

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Figura 4. Cámaras de visión axial

5.2.Cámaras oscilo-giratorias

El captador de imagen está montado sobre un sistema con movimientos combinados de oscilación (±120º)  y giro o rotación  (360º) alrededor del eje de la tubería. Con estos movimientos el operador puede dirigir la visión hacía los diferentes puntos de interés. Disponen de un ángulo de visualización similar al del ojo humano.

La iluminación está distribuida para acompañar al giro del captador.

Se utilizan habitualmente montadas en un carro de tracción, pero también hay cámaras de pequeño tamaño para sistemas de empuje manual.

Los diámetros de aplicación de estas cámaras están previstos para tuberías desde DN100mm hasta visitables.

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Figura 5. Cámara oscilo-giratoria. Movimientos respecto al eje

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Las cámaras más completas disponen de un sistema auto-nivelante en el captador de imagen para una visualización vertical, independientemente de la posición de giro de la cámara (Rotax®).

Pueden disponer de captadores en los movimientos oscilo-giratorios para indicación gráfica de su posición, automatización de movimientos y mediciones en la tubería.

Pueden disponer de emisores láser para la realización de mediciones en la tubería.

Aunque la mayoría de cámaras disponen de imagen en sistema TV (PAL – NTSC), ya existen equipos en el mercado con sistemas de imagen de alta definición (Full HD 1920×1080).

6.Tipos de carros de tracción para inspección

Los carros tienen la función principal de centrar la cámara en la tubería y transportarla por ella en avance y retroceso, por tanto la característica más importante que define un carro es su rango de aplicación (diámetros).

Los carros actuales tienen tracción por ruedas  y un mismo carro se puede usar con diferentes tamaños de ruedas y separadores, así como otros elementos auxiliares (elementos de elevación de la cámara) que facilitan el centrado de la cámara en el eje de la tubería. Ver figuras 6 y 7.

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Figura 6. Carro T66 con diferentes configuraciones

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Figura 7. Carro T76 con diferentes configuraciones

La tracción de los carros suele ser a las 4 ruedas y pueden tener control de giro izquierda-derecha.

Según el tipo de cámara y el diámetro de la tubería pueden requerir elementos de iluminación adicional.

Tienen sensores de inclinación en ambos ejes, el del eje longitudinal se utiliza como referencia para medir la pendiente de la tubería y el del eje transversal para control del sistema antivuelco electrónico.

Para facilitar su capacidad de tracción y estabilidad, los carros están fabricados con un peso elevado, incluso a veces se utilizan pesos adicionales según las condiciones de trabajo.

7.Tipos de unidades de control

Las podemos dividir en tres grupos, según el tipo de equipamiento al que están destinadas:

  • Para equipos de empuje manual: Son las más sencillas y pequeñas.
  • Para equipos portátiles con carro: Configuración en maleta fácilmente transportable.
  • Para vehículos de inspección: Son los sistemas más completos y tienen configuración en rack y consolas de control.
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Figura 8. Unidades de control para sistemas de empuje manual, portátil y en rack para vehículos

8.Tipos de tambores de cable

El cable que une la unidad de control exterior con la cámara que se mueve dentro de la tubería, va montado en un tambor con diferentes configuraciones según el tipo de equipamiento requerido. Podemos establecer tres grupos: Para empuje manual, para equipamientos portátiles con carro y para instalación fija en vehículo.

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Figura 9. Tambores de cable para sistemas de empuje manual, portátil y para vehículos

Los sistemas de inspección con empuje manual, al no utilizar carros de tracción, necesitan una combinación de cable-varilla  que incluye el cable de transmisión de las señales eléctricas entre la unidad de control y la cámara, junto con una varilla de empuje que transmite la fuerza necesaria para desplazar la cámara por la tubería. Este cable varilla va montado en un tambor de accionamiento manual y con una longitud habitual de unos 50 metros, aunque existen tambores con mayor capacidad.

Los tambores de cable para equipos portátiles, tienen un tamaño reducido y un diseño que facilita su transporte. Pueden ser de accionamiento manual o motorizado y sincronizado con los movimientos del carro de tracción. Las longitudes de cable suelen estar entre los 100-200 metros y el sistema de guía para enrollar el cable suele ser manual.

Los tambores para instalación fija en vehículo pueden disponer de las combinaciones más completas: Capacidades de cable hasta 600m, brazos giratorios con poleas para salida del cable y foco de trabajo, husillos para enrollado uniforme del cable, grúa para subir y bajar los carros a los pozos, sistemas de control de la tensión lineal del cable…

Los cables utilizados en los sistemas de inspección de canalizaciones, además de la transmisión de señales entre la unidad de control y el conjunto carro cámara, tienen que cumplir unos requerimientos de resistencia mecánica muy importantes ya que están sometidos a grandes esfuerzos de tensión longitudinal, abrasión, enrollados y desenrollados continuos…, y todo ello dentro de un ambiente muy agresivo. Por estos motivos estos cables tienen un diseño especial y muy específico para estas aplicaciones, con refuerzos de fibras sintéticas (Kevlar).  Por otro lado la necesidad continua de mayor capacidad de transmisión de información y mayor longitud de cable, requiere la aplicación de sistemas coaxiales o de fibra óptica para asegurar la calidad de imagen.

9.Escáner digital 3D. Sistema IBAK PANORAMO®

Es un sistema que cambia radicalmente el sistema de captación de las imágenes de la red respecto a los sistemas tradicionales de inspección y en consecuencia presenta nuevas posibilidades tanto en la información recogida, como en su evaluación y rendimiento.

Está formado por un conjunto de dos cámaras de visión axial (sin movimientos exteriores) montadas sobre un carro tractor, una en su parte delantera y otra en la parte trasera. También dispone de un sistema informático específico para el tratamiento de la información.

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Figura 10. Escáner digital 3D. Sistema IBAK PANORAMO®

A diferencia de los sistemas convencionales, las cámaras no son de TV sino escáner digitales de muy alta resolución, con un objetivo súper gran angular de 185º e iluminación por flash.

Las cámaras se van disparando sincronizadamente con el desplazamiento del carro, de forma que según la dirección de desplazamiento, en un determinado punto de la tubería se toma una foto semiesférica (185º) con la cámara delantera en el sentido de avance y cuando la cámara trasera alcanza ese mismo punto, se toma otra imagen semiesférica en el sentido contrario. Combinando esas dos fotos en el sistema informático del equipo tenemos una imagen esférica total de ese punto. El sistema repite este proceso cada 5cm de desplazamiento, por lo que obtenemos una imagen 3D de todo el trazado de la tubería.

La película obtenida con el sistema PANORAMO® permite una inspección virtual 3D en un ordenador, de forma que con unos sencillos movimientos del ratón podemos visualizar la tubería como si estuviéramos en ese momento dentro de ella: Avanzar y retroceder por la tubería, con menor o mayor velocidad, parar y girar el punto de visualización de forma esférica a cualquiera de los puntos de la tubería, revisar la visualización con movimientos de avance o retroceso, hacer zoom sobre la imagen…

En otra ventana también se dispone de una visualización 2D en corte longitudinal de la tubería que permite una rápida localización de elementos o incidencias y realizar medidas directas sobre la imagen.

El sistema descrito es para la inspección de tuberías horizontales. También existe otra versión específica para la inspección en vertical de los pozos de registro.

Las ventajas más importantes respecto a los sistemas de inspección convencionales, son:

  • Grabación automática de la imagen completa de la tubería
  • Siempre graba todo. No depende del operador. Sin posibilidad de errores ni olvidos
  • El análisis y evaluación de la inspección se puede realizar en el vehículo o en la oficina, en cualquier momento y con los criterios que en cada caso puedan interesar.
  • Mayor rendimiento de inspección en campo. Hasta 3 veces más
  • Menos partes móviles. Más robusto y con mayor fiabilidad

10. Tipos de equipos de inspección. Configuraciones

En cuanto a las configuraciones de aplicación más generales, podemos establecer los siguientes tipos de equipos:

  • Equipos de pértiga con zoom para revisión de tuberías desde los pozos de registro. No se puede considerar propiamente un equipo de inspección de tuberías, sino un equipo muy específico para revisión de las mismas, ya que el detalle en su visualización tiene limitaciones.

La aplicación más general es el control y valoración de limpieza, atascos e incidencias muy visibles. Permite una aplicación rápida.

Consiste en una cámara de visión axial con un zoom de gran alcance (hasta X300) e iluminación para gran distancia. La unidad de control dispone básicamente de un monitor, un sistema de grabación de video y los controles para el zoom, iluminación, enfoque, etc. La cámara y la unidad de control están unidas por una pértiga telescópica con longitud ajustable a la profundidad del pozo (normalmente hasta unos 7 metros). La alimentación es por baterías.

La cámara se coloca en el pozo frente al tubo a revisar y el operador maneja la iluminación y el zoom para visualizar el interior de la tubería. Normalmente se pueden alcanzar distancias de revisión entre 30-50 metros.

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Figura 11. Equipo de pértiga con zoom

  • Equipos de empuje manual Son equipos de configuración portátil y de fácil manejo, diseñados para su aplicación en la inspección de tuberías domésticas y acometidas, tanto horizontales como verticales. Están previstos para colocarlos junto a la arqueta de acceso y realizar la inspección. La alimentación puede ser por red o baterías.

El rango de aplicación general es para diámetros hasta 200-300mm, según tipo de cámara y con longitudes de inspección de hasta 50m aproximadamente aunque hay equipos para mayores distancias.

Están compuestos por una cámara de visión axial u oscilogiratorias de pequeño diámetro, un tambor de cable-varilla para el desplazamiento manual de la cámara por la tubería y una unidad de control específica que puede variar según sus prestaciones, con visualización de imagen, grabación de video, inserción de textos en la imagen, etc.

Para ayudar a centrar la cámara en la tubería y facilitar su desplazamiento, se utilizan guías deslizantes o con ruedas.

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Figura 12. Equipo de empuje manual

  • Equipos portátiles con carros de tracción Son equipos previstos para trabajar con diferentes tipos de cámaras y carros de tracción, pero diseñados en configuración portátil (unidad de control y tambor de cable) para poder transportar en cualquier vehículo.

El rango de utilización depende del carro utilizado, normalmente para diámetros de DN100-600mm.  Los tambores de cable utilizados suelen tener una longitud de cable de hasta 200 metros.

Pueden incluir prestaciones muy completas en lo que ha información de la inspección se refiere: Medición y registro de la inclinación de la tubería, medición de su diámetro interior, software específico de inspección para registro de la información y emisión de informes, etc.

Aunque su uso está pensado inicialmente para  lugares de acceso complicado con los vehículos de inspección convencionales, también se utilizan para vehículos pequeños o con un equipamiento adicional reducido, sobre todo cuando no se necesita una inspección continuada y con rendimientos elevados.

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Figura 13. Equipo portátil con carro de tracción

  • Furgones de inspección Son los equipos más habituales para la inspección de redes, sobre todo cuando se quiere disponer de sistemas completos y autónomos, equipados para obtener rendimientos elevados.

Pueden equiparse según los requerimientos del cliente y de las necesidades de inspecciones a realizar, utilizando diferentes componentes del sistema modular. Además disponen de alimentación propia para los equipos con generador o sistema de baterías, climatización en la cabina de operador, equipos para limpieza de los carros y cámaras, bandejas y armarios para accesorios, señalización para trabajar en la vía pública y en general todos los elementos auxiliares que aumentan el rendimiento y la seguridad de operación.

El equipamiento se realiza mediante una adaptación especial del furgón original. La zona trasera se divide en dos cabinas, Cabina Operador con acceso por la puerta lateral y Cabina Trasera.

En la cabina del operador se instalan todos los componentes de la  unidad de control del sistema, ordenador, monitores y armarios para que el manejo sea cómodo y ergonómico.

En la cabina trasera se instala el tambor de cable con grúa, cajones para los carros, cámaras y accesorios, sistemas de limpieza, generador, etc., que facilitan las tareas de acceso a las tuberías a través de los pozos de registro y la conservación de los equipos…

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Figura 14. Furgón de inspección

11.Informaciones obtenidas y software de inspección

Con los sistemas de inspección se obtiene una gran cantidad de información sobre las tuberías. A modo de ejemplo podemos citar las siguientes:

  • Película de la inspección realizada y fotos de los detalles de interés
  • Identificación y localización de los diferentes elementos o incidencias de la red
  • Medidas en la tubería, como longitudes, diámetros, defectos, pendientes, temperaturas.

Para poder manejar esta información de manera cómoda y útil se emplean sistema de software específicos, instalados en el propio furgón y también para utilizar en la oficina de gestión.

En la oficina de gestión, el software se puede enlazar con sistemas GIS y sistemas de almacenamiento, para que la información obtenida en las inspecciones complemente los datos ya existentes y esté disponible en cualquier momento para consultas.

El tipo de información de las inspecciones de tuberías de saneamiento, sus descripciones, identificaciones y codificación están regulados por la norma UNE EN 13508-2.

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