El AVE, las autopistas o las diferentes líneas de metro de las principales ciudades de España tienen en común las tuneladoras. Estas grandes máquinas son las protagonistas de las infraestructuras más importantes y suponen una de las partidas de gasto más abultadas en los diferentes proyectos. Centímetro a centímetro y con un coste de mantenimiento y operación desorbitado, van avanzando y asegurando con una tecnología que poco ha evolucionado en los últimos años. Pero esto puede estar a punto de cambiar.
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Earthgrid, una compañía con sede en la californiana bahía de San Francisco, ha presentado el desarrollo de un robot perforador que emplea plasma. Este método promete ser mucho más rápido y eficiente ya que no necesita el cabezal o rueda de corte —la parte frontal que desgasta la roca— ni complejos sistemas de cintas para quitar los restos del frente de excavación.
Tal y como indican desde la compañía, se podrían excavar túneles 100 veces más rápido y un 98% más barato que con los métodos tradicionales de tuneladoras. El plan es poder emplear esta tecnología en la construcción de conducciones para redes eléctricas, internet y cualquier tipo de servicio público en Estados Unidos.
Excavando con plasma
"Imagina un robot con 10 sables de luz en el frente simplemente vaporizándose a través de la roca y el suelo", según explica Troy Helming, fundador de Earthgrid, en un vídeo explicativo publicado en YouTube. El sistema emplea plasma creado a partir de electricidad y flujo de aire, con columnas que llegan hasta los 27.000 grados centígrados.
Los cálculos de Earthgrid estiman que se podrían alcanzar velocidades de hasta 1 kilómetro al día mediante vaporización y espalación. Esto último es la desintegración en pequeños fragmentos de la roca al ser sometida a estrés mecánico. En el caso del sistema de plasma, debido a la elevadísima temperatura que puede llegar a romper la estructura química de los minerales que la componen.
Perforación con plasma
La técnica comienza con la excavación en la vertical de entre 3 y 30 metros, según indican. Con el fin de evitar otros tipos de conducción que puedan verse afectadas por el método del plasma.
El Robot Excavador Rápido (RBR, de sus siglas en inglés), cuenta con una serie de tubos emisores de plasma dispuestas en el cabezal siguiendo una espiral de Fibonacci, comenzando en el centro y ensanchándose hasta cubrir todo el diámetro del frente de excavación, según recoge New Atlas.
Esquema de un RBR de gran diámetro
El proceso consiste en encender todos los tubos al mismo tiempo e ir girando el cabezal para conseguir una cobertura total. Helming explica que un posible prototipo puede acarrear 72 antorchas de plasma para perforar 1 metro de diámetro; con un consumo eléctrico por cada una de ellas de 500 kW y un total de unos 40 MW en modo bajo coste. Si necesita más energía porque la roca es más dura podría llevar a 120 MW constantes.
Para realizar excavaciones más grandes, como un conducto por donde pueda caminar una persona, se necesitaría acoplar el sistema a un vehículo propulsado. La solución de Earthgrid para por el empleo de una maquinaria con orugas que soporte el peso del cabezal, que se pueda manejar a distancia y que gestione toda la energía necesaria.
Tuneladora de plasma
Lo que no mencionan en ningún momento es la estabilización del túnel. Las máquinas tuneladoras tradicionales, cuentan con un sistema que va acoplando pieza de hormigón prefabricado en todo el diámetro para asegurar la excavación y evitar desprendimientos. Tampoco comentan cómo de bien funciona el plasma con las innumerables cavidades llenas de agua que suelen aflorar en los túneles.
La escalabilidad del sistema junto con los cálculos del equipo de ingenieros de la compañía aseguran que en una etapa avanzada de la máquina podría llegar a consumir 1,38 GW. Aunque no es el límite, ni mucho menos. Se podrían diseñar generadores de plasma mucho más potentes o concatenar unos robots con otros —cada uno con la espiral más grande— para realizar los trabajos todavía más rápido.
Más barato
"Somos mucho menos costosos debido a que los gastos operativos son mucho más bajos", comentan en la web. Debido principalmente a que no necesitan cambiar brocas ni cabezales de corte varias veces al día. También indican que el consumo energético es mucho menor y, al emplear robótica, el coste de la mano de obra desciende notablemente.
La excavación de túneles con plasma tampoco genera lodos de perforación que se convierten en uno de los mayores problemas para las empresas constructoras. Otra de las vías que a las que apuntan es que los residuos —principalmente polvo— de roca que produce esta técnica se pueden reutilizar y pueden venderse a otras compañías para la construcción de carreteras o la fabricación de hormigones.
Varios sistemas de lanzas de plasma para conseguir mayor diámetro
En cuanto a los precios, y dependiendo siempre del tipo de roca a la que se tengan que enfrentar, Earthgrid publica que cada metro de excavación puede tener un coste de unos 300 dólares, lo que supone un 90% menos que si se emplearan técnicas tradicionales. Escalándolo, salen 300.000 dólares cada kilómetro, un 98% menos.