El contenido de humedad del suelo es el principal factor que controla hasta qué punto y en qué concentración se propaga el gas natural desde una tubería subterránea con fugas, según ha descubierto un nuevo estudio.
Los operadores de tuberías deben tener en cuenta cómo la cantidad de agua que se encuentra en el suelo circundante afecta el movimiento del gas cuando intentan determinar los peligros potenciales que plantea una fuga en la tubería, dijo Kathleen M. Smits de SMU, quien dirigió el estudio publicado recientemente en la revista. elementos que examinó las propiedades del suelo de 77 lugares en todo el país donde se había producido una fuga de gas.
«No necesitamos mirar más allá de Dallas o Georgetown, Texas, para ver dónde las fugas de tuberías subterráneas tienen el potencial de resultar en resultados catastróficos», dijo Smits, presidente de ingeniería civil y ambiental de la Escuela de Ingeniería SMU Lyle y profesor Solomon de Desarrollo global. «A menudo vemos que este tipo de incidentes son el resultado de la falta de protocolos claros para detectar las fugas o evaluar los daños. Es por eso que debería prestarse más atención a la importancia de los factores ambientales, como la humedad del suelo, y cómo contabilizarlos adecuadamente en caso de fugas». escenarios».
En general, el equipo, codirigido por Younki Cho, científico investigador del Instituto de Energía de la Universidad Estatal de Colorado, descubrió que el gas metano que se escapa de una tubería no se propaga tanto cuando aumenta el contenido de humedad del suelo. Eso da como resultado una mayor concentración de gas metano cerca del sitio de la fuga en un suelo más húmedo, reveló el estudio.
Lo contrario era cierto con el suelo más seco.
Pero Smits enfatizó que simplemente saber qué tan húmedo está el suelo en el momento de la fuga no es suficiente para sacar conclusiones sobre cómo el contenido de humedad del suelo afecta el movimiento del gas. La humedad del suelo, o la falta de ella, en el momento de la fuga desencadena diferentes comportamientos complejos en el suelo cuando el gas metano se filtra en los mismos espacios que el agua y el oxígeno en los poros del suelo. El contenido de humedad del suelo también puede cambiar con el tiempo debido al clima y otros factores, como los niveles freáticos estacionales.
«Tienes que entender cómo la humedad controla tanto el movimiento como la concentración», dijo Smits. «Esto es algo en lo que podemos ayudar [pipeline owners] con seguir adelante en el tratamiento de incidentes de fugas».
El equipo de investigación analizó más de 300 muestras de suelo de sitios de fugas en todo el país. Las muestras, que se tomaron en el momento de la fuga y nuevamente después de que se reparó la fuga, se pesaron cuando estaban húmedas. También se pesaron por segunda vez después de haber sido secados en un horno.
«La diferencia en los pesos seco y húmedo, junto con el conocimiento del volumen de la muestra de suelo, nos permitió calcular la humedad del suelo», explicó Smits.
El equipo también examinó otras cualidades del suelo, como su textura y permeabilidad, pero no demostraron tanto impacto en la forma en que el gas natural se movía bajo tierra.
Otros coautores fueron Nathaniel L. Steadman, del Departamento de Ingeniería Civil de la Universidad de Texas en Arlington; Bridget A. Ulrich, del Instituto de Investigación de Recursos Naturales de la Universidad de Minnesota Duluth; Clay S. Bell, del Instituto de Energía de la CSU; y Daniel J. Zimmerle, Director y Director Principal del Centro de Evaluación de Tecnología de Emisiones de Metano en CSU.
Las encuestas ambulantes son mejores para encontrar fugas en las tuberías que la detección móvil en determinadas circunstancias.
En otro estudio destinado a mejorar la detección de fugas de gas, Smits e investigadores del Instituto de Energía de CSU descubrieron que hay casos en los que operar una unidad de detección móvil desde el frente o el techo de un automóvil no fue tan efectivo como los caminantes que llevan un instrumento de detección de mano.
En una encuesta móvil, la unidad de detección mide los niveles elevados de gas metano en el aire mientras se conduce el automóvil. Una mayor velocidad de desplazamiento o velocidad del viento fuera del automóvil resultó en una menor probabilidad de detección de fugas en comparación con una patrulla a pie.
«Por ejemplo, si solo aísla la velocidad de viaje, comparando a una persona que camina a 2 o 3 millas por hora con un automóvil que conduce a una velocidad lenta de 20 a 30 mph, la probabilidad de detectar una fuga cae del 85 por ciento. para una encuesta a pie al 25 por ciento para un automóvil», dijo Smits.
El estudio, publicado en la revista Contaminación ambiental, mostró que la estabilidad atmosférica también tuvo un efecto en las encuestas móviles.
La estabilidad atmosférica determina esencialmente si el aire subirá, se hundirá o no hará nada. El aire cálido y menos denso asciende (inestable), mientras que el aire más frío y denso desciende (estable). El aire que permanece a la misma altitud se considera neutral.
Los investigadores descubrieron que las encuestas móviles realizadas a velocidades de entre 2 y 11 millas por hora se volvieron progresivamente menos efectivas (del 85 al 60 por ciento) para encontrar una fuga a medida que la estabilidad atmosférica pasaba de condiciones extremadamente inestables a extremadamente estables. Las encuestas a pie realizadas en estas mismas condiciones no reflejaron la variabilidad.
«Las encuestas ambulantes encuentran la mayoría de las fugas, por mucho, pero requieren mucha mano de obra y cuestan mucho dinero», señaló Smits. «Este estudio muestra que si los operadores desean utilizar otro método, como una encuesta móvil, deben elegir cuidadosamente una velocidad de encuesta adecuada en diferentes condiciones climáticas para lograr una probabilidad de detección equivalente a la encuesta a pie tradicional».
Los hallazgos podrían aplicarse a cualquier tipo de tubería enterrada, dijo Smits.
Cho, Bell, Cho y Zimmerle de CSU ayudaron con este estudio, al igual que Stuart N. Riddick, científico investigador del Instituto de Energía. Shanru Tian, un doctorado. estudiante del Departamento de Ingeniería Civil de la Universidad de Texas en Arlington, fue el autor principal de este estudio.