Dos proyectos de cuencas de biorreactores de membrana, dos enfoques de recubrimiento.

FIG. 1: Para restaurar las paredes de hormigón deterioradas de las cuencas MBR de JBWRF, los aplicadores utilizaron un compuesto de reparación y revestimiento de epoxi con 100 % de sólidos, reconstruyendo las superficies a su plano original.

POR KEVIN MORRIS, JOHN SIERZEGA Y GREG HANSEN, SHERWIN-WILLIAMS PROTECTIVE & MARINE – FOTOS: CORTESÍA DE LA COMPAÑÍA SHERWIN-WILLIAMS

A la hora de revestir nuevas cuencas de biorreactores de membrana (MBR) de hormigón para operaciones de tratamiento de agua, los propietarios de las instalaciones disponen de diversas opciones de revestimiento protector. Sin embargo, también pueden optar por no revestir las cuencas desde el principio, pero el hormigón sin revestimiento se deteriorará con el tiempo y, con el tiempo, será necesario protegerlo. Por lo tanto, la decisión de no añadir un revestimiento durante la construcción es, en esencia, una postergación del proceso. No obstante, los contratistas pueden restaurar las cuencas a un estado como nuevo utilizando materiales robustos de restauración de hormigón y sistemas de revestimiento duraderos. Esta opción justifica la decisión de esperar para aplicar los revestimientos. Todo depende de la preferencia del propietario, y el presupuesto y los plazos suelen influir en la decisión.

Este fue el caso de la nueva Planta de Recuperación de Agua de la Cuenca Jordan (JBWRF) en Bluffdale, Utah. Los directores de proyecto del Distrito de Alcantarillado del Valle Sur (SVSD) consideraron la posibilidad de revestir o no las ocho cuencas de hormigón que conforman el sistema MBR de la instalación. Finalmente, decidieron esperar debido a limitaciones presupuestarias, entendiendo que necesitarían aplicar revestimientos eventualmente, después de que el hormigón se degradara por el uso. Sorprendentemente, ese deterioro se produjo más rápido de lo previsto, después de tan solo cinco años de servicio, lo que requirió un proyecto de rehabilitación de 57 semanas, que requirió mucha mano de obra y utilizó un sistema tradicional de revestimiento multicapa, mientras que la JBWRF seguía en servicio.

FIG. 2: La aplicación de la capa de refuerzo para los depósitos MBR JBWRF implicó sellar una estera de fibra de vidrio de 1,5 onzas usando un laminado epóxico teñido de verde.

Un nuevo proyecto para la construcción de la Planta Regional de Tratamiento de Aguas de Grand Forks (GFRWTP) en Grand Forks, Dakota del Norte, adoptó un enfoque diferente. Para esta instalación, los gerentes de proyecto contaron con un presupuesto suficiente para revestir las cuencas de MBR de la planta desde el principio. Los aplicadores utilizaron un robusto sistema de revestimiento de una sola capa que les ahorró al menos un día entero para cada una de las cinco cuencas de MBR que recubrieron, en comparación con el mismo sistema multicapa requerido para el proyecto JBWRF. Esta decisión y otras eficiencias finalmente ahorraron al equipo más de dos semanas de tiempo de instalación del revestimiento para las cuencas. Además, las cuencas revestidas no deberían necesitar reparaciones importantes después de cinco años. Ante dos escenarios presupuestarios diferentes, cada equipo del proyecto decidió cuándo aplicar los sistemas de revestimiento, y ninguno de los dos resultó correcto ni incorrecto. Los equipos tuvieron que optar por lo que mejor se adaptaba a sus circunstancias en ese momento.

Ataque con Productos Químicos Agresivos

Inaugurada en 2012, la JBWRF utiliza tecnología MBR para preparar el efluente del alcantarillado público para su reutilización en sistemas de riego secundarios tras su tratamiento. El agua que ingresa a la instalación pasa por una serie de membranas reforzadas de fibra hueca que filtran sales minerales, hierro, compuestos orgánicos insolubles y materia biológica. Con el tiempo, estos contaminantes obstruyen las membranas, lo que requiere protocolos de limpieza con ácido cítrico e hipoclorito de sodio. Estos agentes de limpieza agresivos son altamente corrosivos, lo que provocó la pérdida de entre 6 mm y 19 mm de hormigón en las cuencas sin revestimiento de la JBWRF en aproximadamente cinco años de servicio.

FIG. 3: Los aplicadores utilizaron rodillos de fibra de vidrio de aluminio para trabajar el material laminado teñido de verde en la alfombra para asegurar una humectación completa y una adhesión adecuada.

Inaugurada en 2020, la GFRWTP es una iniciativa de $153 millones diseñada para mejorar los procesos de tratamiento de agua y la capacidad diaria de la ciudad de Grand Forks. La planta también utiliza un proceso MBR para tratar el agua destinada a los sistemas de riego, así como los mismos productos químicos agresivos para limpiar las membranas. Con las cuencas de esta instalación revestidas con recubrimientos protectores desde el principio, el hormigón debería permanecer en muy buen estado durante una década o más sin necesidad de rehabilitación.

Rehabilitación de Cuencas con Alta Intensidad de Mano de Obra

Dada la considerable pérdida de hormigón en las ocho cuencas de MBR de la JBWRF, los contratistas tuvieron que realizar diversas etapas de rehabilitación que requerían mucha mano de obra. Estas incluyeron la preparación del hormigón para las reparaciones, la restauración de su superficie a su plano original, la aplicación de una imprimación para la remediación de la humedad, la adición de un sistema laminado epóxico reforzado con fibra de vidrio y la aplicación de un revestimiento epóxico protector.

Dado que los aplicadores tuvieron que completar la restauración de las cuencas mientras la JBWRF seguía en funcionamiento, los miembros de la cuadrilla instalaron un sistema de contención completo para evitar que el polvo y los escombros entraran en las cuencas adyacentes. También optaron por aplicar un chorro abrasivo de vapor al hormigón para minimizar la producción de polvo y escombros. Estas decisiones mantuvieron las demás cuencas libres de contaminación y limitaron las necesidades de limpieza.

Tras el chorreado del hormigón para crear una superficie limpia para el revestimiento, los ingenieros del proyecto sabían que la humedad sería un problema para la aplicación del revestimiento, ya que las cuencas adyacentes seguían en uso y llenas de agua. Por lo tanto, la humedad podría filtrarse a través del hormigón en al menos una pared de cada cuenca en reparación, lo que podría generar problemas de adherencia. El equipo solucionó este problema aplicando por pulverización una resina epoxi bicomponente de curado rápido en las paredes de la cuenca. La membrana superficial tolera la humedad residual del hormigón y sirvió para bloquear la humedad a su superficie, lo que permitió su restauración. También ayuda a prevenir el desprendimiento del sistema de revestimiento causado por la humedad.

Los aplicadores pudieron comenzar a reparar el hormigón deteriorado unas 12 horas después de aplicar la capa de control de humedad. Utilizando un compuesto epoxi para parcheo y revestimiento con 100 % de sólidos, repararon grietas, rellenaron huecos, agujeros y panales, y reconstruyeron las superficies de hormigón deterioradas para devolverles sus dimensiones originales y una superficie uniforme (Fig. 1).

Los ingenieros especificaron el compuesto de revestimiento, en lugar de un resurfacing o mortero cementoso tradicional, debido a que algunas paredes del depósito estaban previamente imprimadas y rellenas con materiales cementicios epóxicos. Estas aplicaciones no permitían una adhesión fuerte para un resurfacing o mortero cementoso, lo que hacía que el compuesto de parcheo y revestimiento fuera la opción óptima. La aplicación del compuesto de revestimiento también fue más eficiente que tecnologías alternativas como el cemento de uretano aplicado con llana, que habría requerido días de trabajo de instalación intensivo, lo que habría retrasado el cronograma del proyecto.

FIG. 4: El revestimiento de amina epoxi de ultra alto contenido de sólidos utilizado como capa final para los revestimientos de cuencas MBR JBWRF está diseñado para servicio de inmersión y presenta propiedades de alto espesor y retención de bordes para una protección superior.

A continuación, los aplicadores instalaron el sistema de revestimiento reforzado. Esto incluyó la aplicación de una capa base de un laminado epóxico de color verde, rematada con una estera de fibra de vidrio de 1.5 onzas, que posteriormente se selló con más material laminado teñido (Figs. 2 y 3) antes de aplicar una capa superior de laminado epóxico blanco (Fig. 4). Los dos recubrimientos de amina epoxi con contenido de sólidos ultra altos están diseñados específicamente para usarse como sistemas de laminación en servicio de inmersión y brindan una protección superior gracias a sus propiedades de alto espesor y retención de bordes.

Los aplicadores pudieron comenzar a reparar el hormigón deteriorado aproximadamente 12 horas después de aplicar la capa de control de humedad.

El uso de colores contrastantes proporcionó ventajas en el control de calidad de la instalación, así como un útil indicador visual de futuros daños.

Instalación Simplificada del Revestimiento

Para el proyecto GFRWTP, el presupuesto permitió revestir las cinco cuencas de MBR de la instalación desde el principio. Comenzar la instalación desde cero sobre hormigón nuevo permitió a la instalación considerar diferentes opciones de revestimiento. Podría haber utilizado el mismo sistema de revestimiento de cinco a seis capas que se requirió para las cuencas JBWRF. Sin embargo, los administradores de la instalación optaron por un sistema de una sola capa, mucho menos laborioso, que ahorró días al proceso de aplicación.

Revestir cada una de las cuencas de MBR de 7,6 metros de ancho por 9 metros de largo de la GFRWTP habría tomado tres o más días si los aplicadores hubieran instalado el sistema de cinco a seis capas utilizado en las cuencas JBWRF. En cambio, el sistema de una sola capa elegido se pudo aplicar y estuvo listo para su uso en menos de dos días, con una aplicación por pulverización más sencilla. El revestimiento de poliuretano elastomérico, 100 % sólido, presenta propiedades de construcción óptimas que permitieron a los aplicadores pulverizarlo con el mismo espesor que el sistema de cinco a seis capas en una sola pasada. Esto por sí solo representó un ahorro de un día por depósito.

Para revestir los depósitos, los aplicadores primero granallaron el hormigón según la norma SSPC-SP 13/NACE n.º 6. A continuación, aplicaron un resurfacing cementoso modificado con epoxi para rellenar cualquier imperfección del hormigón y crear una superficie dura y duradera con excelente adherencia al sistema de revestimiento. Para garantizar aún más la adherencia, los aplicadores aplicaron una capa de imprimación para crear una barrera que impidiera que la humedad y el aire del hormigón se escaparan y crearan poros en el revestimiento. Gracias al rápido retorno al servicio del repintador, así como a la ausencia de una limpieza a chorro antes de aplicar el revestimiento, los aplicadores pudieron completar el repintado y la imprimación el mismo día.

FIG. 5: En la GFRWTP, los aplicadores instalaron un sistema de revestimiento de poliuretano flexible en cinco cuencas de biorreactores de membrana recientemente instaladas, lo que llevó de uno a dos días por cuenca.

Al día siguiente, aplicaron el sistema de revestimiento de una sola capa, rociando el revestimiento con un espesor de película seca (DFT) de entre 65 y 100 milésimas de pulgada en una sola pasada (Fig. 5). Con este sistema, los aplicadores pudieron revestir completamente cada depósito en dos días, e incluso en ocasiones, todos en el mismo día.

El tinte de color optimiza las instalaciones e inspecciones

El control de calidad es especialmente importante al aplicar sistemas de laminado en capas/fibra de vidrio. Si la capa base no se aplica completamente al sustrato y la capa de fibra de vidrio no está completamente impregnada, es probable que se produzcan fallos de adhesión. Al utilizar productos laminados transparentes tradicionales, es difícil confirmar visualmente que la fibra de vidrio esté completamente saturada. Esto fue especialmente cierto en el interior de los depósitos de MBR JBWRF debido a las condiciones de iluminación poco ideales en condiciones de contención total. Para garantizar el control de calidad, el equipo de ingeniería optó por teñir las capas de epoxi del laminado base con un endurecedor verde ftalo con la resina epoxi transparente. Esta ingeniosa solución facilitaría a los aplicadores e inspectores durante el proceso de aplicación del revestimiento, así como al propietario posteriormente al examinar el revestimiento en busca de daños.

Para la instalación del revestimiento del depósito de MBR JBWRF, los aplicadores recubrieron las superficies de hormigón restauradas con una capa base de epoxi laminado de color verde, asegurando una cobertura completa mediante comprobaciones visuales. A continuación, colocaron una lámina de fibra de vidrio de 43 g (1.5 onzas) encima y la sellaron sobre las paredes del depósito con rodillos de aluminio para fibra de vidrio, integrando más material laminado verde en la lámina blanca. El contraste del color verde permitió a los aplicadores asegurar una humectación completa de la lámina (Fig. 6), evitando así bolsas de aire, zonas secas o huecos entre el hormigón y la fibra de vidrio. Los inspectores realizaron pruebas de adhesión después del curado del sistema para confirmar la calidad de la instalación.

A continuación, los aplicadores aplicaron una capa de laminado epoxi blanco para sellar la capa de lámina de fibra de vidrio. La aplicación del epoxi blanco sobre las superficies verdes permitió a los aplicadores asegurar una película final uniforme y sin poros. Cualquier área verde visible se pudo retocar rápidamente. Además, este contraste de color ayuda a la planta a supervisar el estado de los revestimientos, ya que cualquier mancha verde visible al reemplazar los cartuchos de filtro, por ejemplo, indica daños en la capa superior (Fig. 7).

¿Revestir o no revestir?
Al comparar los dos enfoques aplicados en las plantas de tratamiento de agua, la eficiencia y la facilidad de aplicación asociadas con el revestimiento inicial de los depósitos de MBR con un sistema de una sola capa son sin duda ideales. Esto coloca a la GFRWTP por delante en el mantenimiento, lo que le permite potencialmente una década o más antes de tener que realizar reparaciones importantes en el revestimiento de los depósitos.

FIG. 6: El uso de un endurecedor de color verde con un laminado transparente para revestir los depósitos de MBR JBWRF facilitó la humectación completa de la estera de fibra de vidrio durante las aplicaciones.

Sin embargo, los presupuestos municipales no siempre permiten aplicar la solución ideal. En el caso del proyecto JBWRF, los gerentes sabían que el concreto se deterioraría y que podrían restaurar las cuencas sin revestimiento cuando fuera necesario. Esta última capacidad le dio a SVSD la confianza de poder prescindir de la instalación inicial del revestimiento para destinar los ahorros resultantes a otros proyectos urgentes.

Tras la instalación del revestimiento, las cuencas JBWRF volvieron a funcionar a la perfección. Y, lo que es más importante, la instalación de 15 millones de galones diarios pudo permanecer en funcionamiento durante todo el proyecto, con solo una cuenca inactiva a la vez.

FIG. 7: El uso de un color blanco contrastante para la capa superior en las cuencas restauradas del JBWRF permite realizar controles visuales fáciles del estado del revestimiento, ya que cualquier área verde (como el punto que se muestra cerca de la parte superior del área revestida aquí) indica daño.

De cara al futuro, ambas instalaciones ahora cuentan con cuencas MBR con sistemas de revestimiento duraderos e impermeables que protegerán sus sustratos de concreto durante años. Ninguno de los dos enfoques de instalación fue correcto ni incorrecto. Pero el uso de sistemas de revestimiento de alto rendimiento fue sin duda la decisión correcta en ambos casos.

SOBRE LOS AUTORES

Kevin Morris es Director de Mercado Global de Infraestructura de Sherwin-Williams Protective & Marine. Lleva 20 años trabajando en la industria de aguas residuales y de protección marina, y 29 años en Sherwin-Williams. Morris es Inspector de Recubrimientos con certificación NACE Nivel 3, Inspector de Recubrimientos de Concreto con certificación SSPC e instructor de los Programas de Fundamentos de Recubrimientos de Concreto e Inspector de Recubrimientos de Concreto de SSPC. Ha publicado numerosos artículos para diversas organizaciones del sector.

John Sierzega es Gerente de Desarrollo de Negocios de Infraestructura Hídrica de Sherwin-Williams Protective & Marine. Comenzó en la industria de recubrimientos a temprana edad, construyendo tanques de agua de concreto con su padrastro durante los veranos, y desde entonces ha trabajado en la industria durante 24 años, trabajando en investigación y desarrollo de recubrimientos, servicio técnico y desarrollo de proyectos y negocios. Es inspector de revestimientos con certificación NACE, secretario del capítulo de la región centro-norte de SSPC, presidente social del Consejo de Fabricantes y Asociados (MAC) de la Asociación Americana de Obras Hidráulicas (MN AWWA) de la Sección de Minnesota y miembro del comité de rehabilitación de pozos de registro de NASSCO.

Greg Hansen es gerente de desarrollo de proyectos en Sherwin-Williams Protective & Marine, donde trabajó durante más de 26 años. Es inspector de revestimientos con certificación NACE Nivel 3 e inspector de revestimientos de concreto con certificación SSPC. Es licenciado en finanzas por la Universidad Estatal de Kansas.

Fuente: JPCL
Traducción y actualización: IARCOR INTERNACIONAL