Como puede decirle cualquier percusionista o cualquier persona inquieta que toque bolígrafos, diferentes materiales producen diferentes ruidos cuando los golpea.Los investigadores de la Universidad de Drexel esperan que este fenómeno acústico fundamental pueda ser la clave para la rápida eliminación de las tuberías de agua con plomo que han estado envenenando los suministros de agua en todo el país durante décadas.

Un estudio reciente realizado con la consultora de ingeniería geotécnica Seaflower Consulting Services, demostró que es posible discernir la composición de una tubería enterrada golpeándola y monitoreando laondas sonorasque llegan a la superficie.Este método podría guiar a las empresas de servicios de agua antes de comenzar a eliminar las líneas de servicio de plomo.

Después de 2014crisis del aguaEn Flint, Michigan, muchas empresas de servicios públicos han estado trabajando diligentemente para verificar los materiales de sus líneas de servicio.

Estos esfuerzos se han vuelto cada vez más urgentes en los últimos dos años debido a la Ley Bipartidista de Infraestructura de la Administración Biden y la iniciativa de Aceleradores de Reemplazo de Líneas de Servicio de Plomo de la Agencia de Protección Ambiental que exige la eliminación de todas las tuberías de plomo, que prestan servicios a aproximadamente 9,2 millones de hogares estadounidenses, poniendo en funcionamiento los servicios públicos.el reloj para terminar el trabajo en 2033.

"Las tuberías de plomo son claramente un problema urgente de salud pública, y reemplazarlas es, con razón, una prioridad, particularmente en áreas urbanas", dijo Ivan Bartoli, Ph.D., uno de los líderes del equipo y profesor de la Facultad de Ingeniería de Drexel."Pero el desafío en estas áreas es que muchas de las líneas son tan antiguas que es posible que no existan registros, y las compañías de servicios públicos deben verificar si están hechas de plomo o no antes de comenzar el costoso y largo proceso de desenterrarlas.y reemplazarlos."

Otras opciones no invasivas incluyen el muestreo de agua, que no identifica la fuente de contaminación y puede pasar por alto las líneas de plomo, y la inspección con cámara de circuito cerrado, que es difícil de implementar desde el exterior y no es tan efectiva cuando se usa en tuberías viejas debido a la corrosión yacumulación de incrustaciones.

El estándar actual para probar tuberías (entrar a las casas para probar la línea de servicio directamente o, alternativamente, excavar la línea para obtener la muestra) puede ser inconveniente para los propietarios, perjudicial para los ciudadanos y costoso para las empresas de servicios públicos.Y el tiempo que lleva verificar las tuberías de esta manera hace que sea poco probable que las áreas urbanas estén libres de plomo en el cronograma de la EPA.

Sólo en Filadelfia, el Departamento de Agua estima que unas 20.000 de las 511.000 propiedades de la ciudad pueden tener líneas de servicio de plomo.Desde 2017, el departamento solo ha podido reemplazar 2,600 de ellas, por lo que encontrar una manera más rápida y menos destructiva de identificar qué líneas tienen plomo podría ser crucial para cumplir con el plazo de la EPA sin excavar la mayoría de las calles y aceras de la ciudad.

El enfoque del equipo de Drexel se basa en monitorear la propagación de ondas de tensión ultrasónicas, una técnica utilizada frecuentemente para verificar el estado estructural de tuberías, ferrocarriles y alas de aviones.

Pero en lugar de simplemente mostrar que diferentes tipos de tuberías producen ondas de tensión acústicas claramente únicas cuando se golpean, en su estudio, publicado recientemente en la revistaRevista de evaluación no destructiva, el equipo dio un paso más al demostrar que esas ondas se pueden detectar a nivel de la superficie y su propagación se traduce en una firma para cada tipo de tubería.

"Dado que la velocidad de la onda varía según el tipo de material, el primer tiempo de llegada de la onda a la superficie difiere para los diferentes materiales de la línea de servicio", escribieron."Por ejemplo, en el caso del plomo, las ondas guiadas a lo largo de la tubería son más lentas ya que las velocidades de las ondas del plomo en masa son mucho más bajas que las velocidades de otros materiales de la línea de servicio".

El equipo experimentó en el laboratorio con tuberías de plomo, cobre, acero y cloruro de polivinilo (PVC), utilizando sensores acelerómetros piezoeléctricos para registrar la propagación de ondas de tensión a través de cada una de ellas cuando se golpean con un martillo de instrumentación.Repitieron el proceso después de llenar parcialmente cada tubería con agua y nuevamente después de enterrarla en 30 centímetros de arena.

Con los datos recopilados, el equipo produjo modelos, llamados curvas de dispersión, que muestran qué tan rápido las ondas alcanzaron cada sensor y cómo su velocidad cambió con el tiempo para cada tipo de tubería y en cada entorno.El equipo cree que estos modelos podrían usarse para identificar tuberías en el campo.

"Estos resultados presentan una oportunidad prometedora para la identificación no invasiva de líneas de servicio", afirmó Charles Haas, Ph.D., profesor LD Betz de ingeniería ambiental en la Facultad de Ingeniería y uno de los líderes del proyecto."Serán necesarias pruebas adicionales para verificar este enfoque y recopilar datos sobre cómo se propagan las ondas a través de diferentes tipos de suelos y aquellos que no son homogéneos, pero este es un paso importante hacia la solución de un problema muy grande".

La liberación de $15 mil millones en fondos de la Ley Bipartidista de Infraestructura para la eliminación de tuberías de plomo enáreas urbanas,comunidades rurales, y las escuelas y guarderías están ejerciendo presión adicional sobre las empresas de servicios públicos para que desarrollen una tecnología viable que acelere el proceso de identificación y eliminación.

El equipo está en el proceso de diseñar y probar un prototipo de un sistema que podría usarse para la identificación de tuberías en el campo colocando sensores en el suelo entre la tubería principal de agua y la casa y usando una sonda y un martillo para golpear la válvula de cierre de la acera.de la línea de servicio para inducir las ondas acústicas.Se han asociado con varias empresas de servicios de agua para probar el prototipo y comenzar a recopilar datos para perfeccionar sus modelos.

"Las empresas de servicios públicos deben trabajar rápidamente para mapear y verificar sus líneas de servicio, pero también deben asegurarse de que no haya fallas", dijo Kurt Sjoblom, Ph.D., ex profesor de la Facultad de Ingeniería de Drexel y fundador de Seaflower.Servicios de Consultoría y líder del proyecto."Si excavar todo su sistema de agua simplemente no es factible, una herramienta como esta podría ayudarlos a orientarse en la dirección correcta y reducir las excavaciones innecesarias".

Más información:K. I. M. Iqbal et al, Caracterización del material de líneas de servicio enterradas mediante la propagación de ondas de tensión: investigaciones numéricas y experimentales,Revista de evaluación no destructiva(2023).DOI: 10.1007/s10921-023-01031-y