Autores: Mejías K. Pérez L. Torres V. Unidad de Ensayos no Destructivos, Análisis de Fallas y Corrosión de Materiales. Centro de Tecnología de los Materiales. FIIDT.
El Método de Ondas Guiadas (GWT), como Ensayo No Destructivo tiene numerosas aplicaciones industriales, específicamente sobre componentes tubulares de gran longitud o que se encuentren soterrados; dentro del sector energético, en las plantas de procesamiento y transporte , también en la industria en general de manera de obtener un rápido y eficiente control del real estado de la integridad de las tuberías. El método ahora se reconoce a nivel mundial y se utiliza en numerosas aplicaciones donde otros métodos END no son específicamente eficaces. [1]
PANORAMA DE TEGNOLOGIA FORANEA
Existen muchas empresas reconocidas a nivel mundial como OLYMPUS, , ILOG S.A de C.V, que desarrollan tecnologías o prestan servicios industriales de Inspección de Tuberías a través de Ondas Guiadas, y todas coinciden en la misión de proveer una alternativa para conocer el estado de las tuberías dentro de las plantas y así poder elaborar los planes de mantenimiento predictivo.
OLYMPUS
Presenta el Sistema UltraWave LRT que encuentra en el mercado industrial y nos muestra la tecnología de ondas guiadas, a través de un equipo que excita las ondas ultrasónicas de baja frecuencia que viajan a lo largo de una tubería, cubriendo una distancia superior a diez metros, para detectar variaciones en el espesor del material. El sistema es ideal para monitorizar tubos o ductos y tuberías en pleno servicio, y para inspeccionar desde una sola posición tuberías de acceso limitado.[2]
Software
Este sistema LRT incluye un software avanzado, una unidad de adquisición, un PC con pantalla táctil y, además, sondas compactas que son suministradas con bandas (o fajas) y membranas inflables, las cuales excitan las ondas ultrasónicas de baja frecuencia que se propagan en la dirección axial de la tubería, desde ambos lados del collar de sondas.[2]
Diversos factores influyen en la distancia máxima de la inspección: la configuración de la tubería y el ambiente, el tipo de fluido dentro de la estructura y, además, el tipo de revestimiento. Las ondas torsionales que son propagadas detectan no sólo las variaciones generales en el área transversal completa de la tubería, sino también cambios que se han producido en el material. [2] .Notesé en la Fig. 1.
Características especiales
- El rango de alcance en la inspección supera los 91 metros en cada lado del collar de sondas.
- El software de fácil uso ayuda a una administración adecuada de toda la información relevante de la inspección.
- La capacidad de focalización activa intensifica la evaluación de los defectos y esto mediante la descarga de energía concentrada en un área especifica de la tubería y producirá una mejor relación entre la señal y el sonido.
- La focalización sintética es una herramienta pos-procesamiento (fuera de línea) para análisis de datos más avanzados.
- La videocámara integrada en el PC permite al usuario importar rápidamente una imagen del sitio inspeccionado a un informe.
Collares
Sistema integrado de sensores para inspección
Informe
- El informe compila automáticamente toda la información necesaria en un solo documento. Es posible seleccionar datos específicos y agregarlos al menú práctico de informe del árbol tématico; también se pueden incluir a éste las representaciones F-scan, activa y sintética. El informe es personalizadle según los detalles vinculados a la ubicación de la inspección.
IILOG SA de CV
Tiene en el mercado industrial, TELETEST FOCUS + Ondas Guiadas, es principalmente una herramienta de monitoreo. El enfoque de la inspección es la de realizar pruebas rápidamente en longitudes largas con el 100% de cobertura del espesor de tubería y para identificar áreas de corrosión o erosión para una posterior evaluación usando otros técnicas de ensayos no destructivos como radiografía o ultrasonido convencional. La técnica es igual de sensible tanto a las pérdidas de espesor en el exterior como en el interior de la superficie de la tubería.[3]
Software
El Software de Teletest Focus tiene una interfaz amigable que guía al operador paso a paso en la configuración de la herramienta y realiza las funciones de manera automática, ya que tiene un administrador de reportes, el cual permite una generación rápida de los mismos y de alta calidad.[3]. Notesé en la Fig. 3
Características Especiales
- El sistema Teletest cuenta con wifi, se ha utilizado de manera exitosa en sitio con rangos hasta 50 m entre la PC y la unidad electrónica.
- Además cuenta con una conectividad Ethernet como respaldo, asi como los 24 canales de transmisión y recepción totalmente independientes para acelerar la recolección de datos.
- Implementa el uso de octantes para la inspección de tuberías, lo que permite maximizar el uso de A-map (360 ° de la tubería) y la técnica complementaria de enfoque exclusiva de Teletest .
Collares
El diseño radical combina material compuesto de carbono-kevlar y el diseño de los seguros, para proporcionar una herramienta de una sola pieza y con bolsa de aire integrada, ligera y facil de usar. Los collares incorporan módulos Multimodo TM, los cuales generan modos de onda Torsional y Longitudinal, dándole al operador un equipo versátil para realizar ua toma de decisiones informada.
Informe
El sistema es enteramente computarizado, la adquisición de datos, la visualización y análisis se realiza utilizando una computadora personal generando la data necesaria para los reportes. Observe Fig. 4.
PANORAMA DE DESARROLLO NACIONAL INSTITUCIONAL
Fundación Instituto de Ingeniería
Debido a la alta dependencia de tecnología foránea, para resolver los complejos y crecientes problemas de mantenimiento, detección, seguimiento y caracterización de defectos en sistemas industriales, en lo que respecta al uso de técnicas ultrasónicas avanzadas, entre las cuales se encuentra la Técnica de Ondas Guiadas.
Desde el año 2010 se inicio el Desarrollo de la Tecnología de Ondas Guiadas para el Monitoreo de la Integridad Estructural de Sistemas Industriales, a través de un Proyecto ejecutado fundamentalmente en las instalaciones de la Fundación Instituto de Ingeniería para la Investigación y el Desarrollo Tecnológico (FII), bajo un Proyecto Nacional Simón Bolívar, para privilegiar la inversión en investigación y desarrollo tecnológico y apoyar la investigación para mejorar la producción, transformación y distribución de hidrocarburos y energía eléctrica, bajo la supervisión del Jefe la Unidad de Ensayos No Destructivos, siendo en ese entonces Roberto L. Otero P., Inspector Nivel III en UT.
Para implementar la Técnica de Ondas Guiadas (OG) fue necesario realizar una inversión inicial en equipamientos complementarios entre si. Este tipo de aplicaciones serian empleadas en áreas tan estrictas como, el monitoreo de la corrosión en tuberías metálicas ( submarinas, enterradas o aéreas) en la industria nacional en general, o en perfiles metálicos empleados para la construcción de viviendas, etc. Estas actividades llevaron de manera implícita el desarrollo de arreglos de sensores ultrasónicos específicos. Adicionalmente, se podrán diseñar y realizar estudios de integridad estructural, verificando experimentalmente el desempeño de los sensores en condiciones limites. Para la ejecución del proyecto se emplearon alianzas existentes con especialistas de altísimo nivel, a nivel nacional e internacional para entrenamiento y adquisición de competencias .
Paralelamente, se realizo un análisis del “estado del arte” a partir de la información especializada necesaria por medio de la adquisición de libros, normativas y trabajos científicos publicados en revistas especializadas del tema. Este proyecto llevo implícito el desarrollo de sensores ultrasónicos específicos, para generar determinados”modos de ondas” primeramente en estructuras cilíndricas. Posteriormente se podrán diseñar y ampliar estudios de integridad, a partir del desarrollo de sensores en diferentes tipos de estructuras, y se podrá verificar experimentalmente su desempeño en condiciones límites. Notesé la Fig.5.
Fig. 5. Montaje Experimental para la Generación (Pulso – Eco) de Ondas Guiadas de Banda Ancha. Fuente: Fundación Instituto de Ingeniería (FII).
Software
El desarrollo del Prototipo Experimental para la Generación (Pulso – Eco) de Ondas Guiadas de Banda Ancha, se maneja a través de la interfaz de LabView ( multicanal y multinodal) de Ondas Guiadas Cilíndricas, y fue creado por un pasante de Ingeniería en Sistemas de la Universidad Simón Bolívar, quien con la base de datos requerida y la experiencia de profesores del área de matemáticas, física aplicada y ensayos no destructivos, ayudaron a desarrollar esta herramienta amigable, donde el operardor pueda configurar paso a paso la inspección de la tubería.[4]. Notesé la Fig. 6
Fig. 6. Sistema desarrollado en LABVIEW para la Generación (multicanal y multimodal) de Ondas Guiadas Cilíndricas. Fuente: Fundación Instituto de Ingeniería (FII)
Características Especiales:
- El prototipo del anillo de sensores esta elaborado solo para un diámetro de tubería especifico de 9”, y las cerámicas piezoeléctricas fueron adquiridas en la Empresa EBL de Estados Unidos.
- El sistema NDT-Pxi es un sistema experimental configurable de tarjetas de procesamiento distribuidos por National Instruments. [5]
- Sensores de baja frecuencia (Tipo Langevin desintonizados) para aplicaciones de Emisión Acústica, Ensayos en Hormigón y receptores de bajas frecuencias para Ondas Guiadas.
- Los transductores se encuentran fijos sobre el componente.
- Los rangos de frecuencia son de 10 Khz a 2 Mhz.
- La excitación es del tipo Seno modulado, Burst.
- La evaluación de la respuesta del pulso, Tiempo de vuelo, A – scans, Amplitud, FFT y SFTFT (presentaciones tiempo frecuencias.
Resultados Preliminares:
Los resultados esperados del proyecto y su impacto a corto plazo, fueron el desarrollo del sistema de prototipo de inspección de tuberías (de largo alcance) basado en la tecnología de Ondas (ultrasónicas) Guiadas (OG). Un procedimiento general de inspección de tuberías, empleando la técnica de Ondas Guiadas y la construccion de un anillo de sensores ultrasónicos, para ser utilizados bajo esta tecnica, al igual que la divulgación de resultados preliminares de las prácticas experimentales llevadas a cabo en el laboratorio de END de la Fundación Instituto de Ingeniería.
Se obtuvieron distintos resultados según la configuración de los cuadrantes del anillo y las frecuencias trabajadas, arrojando resultados preliminares de la entalla, tomada como muestra a una distancia preestablecida para el estudio. Observar Fig. 7
Fig. 7. Imagen de resultados preliminares, practica realizada en el laboratorio de END. Fuente: Fundación Instituto de Ingeniería (FII)
Conclusión
Las empresas de vanguardia ofrecen un servicio en el mercado industrial que necesita de esta Técnica de Ondas Guiadas para realizar inspecciones en las tuberías, que por lo general son de difícil acceso; el alcance de la inspección varía dependiendo de factores como las condiciones del tubo, tipo de soportes o recubrimientos. Asimismo, el alcance está en función del número de soldaduras a través de las cuales las ondas deben pasar.
En lo que respecta a nosotros como Institución estamos apenas comenzando para poder competir con un mercado tan amplio que presta servicios de este estilo, porque llevan años con equipos especializados y que cada vez son mas sofisticados, pero el primer paso se dio , al realizar un prototipo que nos brinda resultados satisfactorios según las condiciones dadas, haciendo el camino mas corto y permitiéndonos fortalecernos a nivel de investigación y desarrollos futuros en el área de ensayos no destructivos en técnicas avanzadas como ondas guiadas. Los beneficiarios de los resultados esperados serán, en principio, todas las industrias del país, en donde sea indispensable la aplicación de técnicas de inspección ultrasónica, (Ej: inspección de soldaduras en tuberías y/o recipientes metálicos). En general toda la industria nacional es susceptible a la incorporación de estas nuevas tecnologías, (Ej: Industria petrolera nacional (PDVSA), y sus filiales.
Bibliografía
[1]. Qualicontrol- Ondas Guiadas
[2] https://www.olympus-ims.com/es/ultrawave-lrt/
[3] Ilog, S. A. de C. V., Teletest Focus +. www.ilogsa.com
[4] Msc. Roberto Otero. “Desarrollo de Prototipo de Anillo de Generación de Ondas Guiadas en la Fundacion Instituto de Ingenieria”.
[5] http://sine.ni.com/nipartslist/app/pages/publicview/p/listview/c09692afd2d610b8
Contactos: karlamejiasb@gmail.com ; torrespvictorj@gmail.com