Ensayos no destructivos robóticos

Las herramientas de inspección robóticas con cable tienen un cable umbilical conectado que les proporciona energía y comandos de control, a la vez que transmite los datos de los sensores al técnico. Los robots con cable tienen las siguientes ventajas sobre los robots sin cable:

• Los técnicos pueden usar el cable de sujeción para ayudar a recuperar el vehículo oruga en caso de emergencia o para realizar reparaciones.
• El suministro ilimitado de energía a través del cable umbilical permite a los técnicos examinar posibles defectos según sea necesario sin preocuparse por la duración de la batería.
• El cable umbilical proporciona datos de control y de sensores en tiempo real a los técnicos, lo que permite la reinspección de hallazgos dudosos si es necesario, así como alertar a los técnicos de inmediato sobre fallos en las herramientas (es decir, minimizando las falsas alarmas o las anomalías no detectadas).
• La mayoría de los robots ILI con cable son lo suficientemente pequeños como para insertarse a través de accesorios/bridas retirados o pequeños cortes en una tubería, lo que minimiza las molestias para el operador de la tubería.
• Las capacidades bidireccionales requieren un único punto de acceso para las inspecciones de tuberías.

Los robots rastreadores con cable presentan las siguientes desventajas frente a los robots rastreadores sin cable:

• La longitud y el peso del cable umbilical limitan la distancia que pueden recorrer estas herramientas.
• Por lo general, es necesario poner fuera de servicio las tuberías y los tanques para facilitar la entrada y el desplazamiento de las herramientas de inspección en línea.

Los robots de inspección en línea inalámbricos (ILI) funcionan con baterías integradas; estas herramientas transmiten datos de sensores de forma inalámbrica al operador o almacenan los datos para su descarga al retirar la herramienta. Los robots inalámbricos presentan las siguientes ventajas sobre los robots con cable:

• Las herramientas sin cable tienen un mayor alcance efectivo sin las limitaciones impuestas por un cable umbilical.
• Las tuberías se pueden sellar con herramientas sin cables en el interior; a menudo, la tubería puede permanecer en servicio durante la inspección.
• Las capacidades bidireccionales requieren un único punto de acceso para las inspecciones de tuberías.

Los robots rastreadores sin cable presentan las siguientes desventajas frente a los robots rastreadores con cable:

• Los robots de inspección en línea sin cable pueden atascarse, lo que requiere excavación y corte de tuberías para recuperar la herramienta.
• Los robots rastreadores ILI que registran datos no proporcionan datos en tiempo real a los operadores, lo que puede requerir recorridos de inspección adicionales para analizar posibles hallazgos.
• Los robots rastreadores ILI sin cables generalmente requieren lanzadores grandes para su despliegue y recuperación.

Artículo principal – Transductores acústicos electromagnéticos

Los transductores acústicos electromagnéticos (EMAT) inducen ondas ultrasónicas en objetos de inspección metálicos mecanizados uniformemente (por ejemplo, paredes de tuberías, fondos de tanques). Los técnicos pueden evaluar el estado del metal y detectar anomalías basándose en las reflexiones de estas ondas: cuando el transductor pasa sobre una anomalía, aparece una nueva reflexión entre el pulso inicial y la reflexión normal. ^{[ 1 ]}

La inspección por haz directo EMAT, en la que la herramienta induce ondas ultrasónicas en el metal con un ángulo de 0° (o perpendicular a la superficie del metal), es el método de inspección más común. Las inspecciones por haz directo determinan el espesor del metal, además de detectar y medir los siguientes defectos:

• Pérdida de metal en la superficie interna (por ejemplo, corrosión por picaduras , pérdida general de metal).
• Pérdida de metal en la superficie externa (por ejemplo, corrosión por picaduras, arañazos), incluyendo una medición del espesor residual en las zonas defectuosas.
• Anomalías en la sección media de la tubería de laminación (por ejemplo, laminaciones, inclusiones no metálicas), incluida la medición de profundidad.

Las inspecciones con haz angular, en las que la herramienta induce ondas ultrasónicas en el metal en un ángulo con respecto a la superficie metálica, pueden realizarse simultáneamente con inspecciones de haz directo para confirmar la detección de anomalías. Un transductor de haz angular solo registra los ecos de anomalías o reflectores que caen en la trayectoria del haz; a diferencia del haz directo, no recibe reflexiones de la pared opuesta de acero normal. ^{[ 1 ]}

La combinación de los métodos de haz angular y haz directo puede detectar anomalías adicionales y aumentar la precisión de la inspección. Sin embargo, el método de haz angular tiene una menor tolerancia a los residuos superficiales que el método de haz directo. Las inspecciones con haz angular detectan anomalías similares a grietas paralelas al eje de la tubería y defectos de pérdida de metal demasiado pequeños para detectarlos mediante haz directo, entre los que se incluyen los siguientes:

• agrietamiento por corrosión bajo tensión
• Daños mecánicos (por ejemplo, marcas, arañazos)
• corrosión por picaduras

Además de su utilidad en tuberías que no pueden ser inspeccionadas con raspadores, la naturaleza sin contacto de las herramientas EMAT hace que este método sea ideal para aplicaciones en seco donde los requisitos de acoplante líquido pueden hacer que las herramientas UT tradicionales no sean deseables (por ejemplo, líneas de gas natural).

La integridad de las soldaduras es un componente crucial para la seguridad de los oleoductos, especialmente las soldaduras circunferenciales (o las que unen cada sección de la tubería). Sin embargo, a diferencia de la estructura molecular uniforme del acero laminado, las soldaduras y sus zonas afectadas por el calor (ZAC) presentan una estructura granular anisotrópica que atenúa las señales ultrasónicas y genera variaciones en la velocidad de las ondas que resultan difíciles de analizar con las herramientas ILI.

Un método EMAT de haz angular emplea un conjunto de nueve escaneos de frecuencia-tiempo (FT) en cada lado de la soldadura circunferencial, donde cada frecuencia corresponde a un ángulo de onda de entrada diferente. ^{[ 2 ]} La siguiente figura muestra un diagrama del área de inspección cubierta por este método, donde el área verde representa la propagación de ondas de corte en la soldadura y el metal circundante.

La herramienta combina cada conjunto de escaneos FT en un único escaneo de matriz frecuencia-tiempo para mostrar las condiciones de la soldadura, con anomalías codificadas por colores según su gravedad. ^{[ 2 ]} Este método de escaneo de soldadura circunferencial está diseñado para detectar los siguientes defectos de soldadura :

• Defectos planares (por ejemplo, falta de fusión, grietas)
• Defectos volumétricos (por ejemplo, porosidad, inclusiones no metálicas)

Artículo principal: Fuga de flujo magnético

Las herramientas de detección de fugas de flujo magnético (MFL) utilizan un sensor intercalado entre varios imanes potentes para crear y medir el flujo magnético en la pared de la tubería. El acero estructuralmente sólido tiene una estructura uniforme que permite un flujo magnético regular, mientras que las anomalías y características interrumpen dicho flujo siguiendo patrones identificables; el sensor registra estas interrupciones para su posterior análisis. La siguiente figura ilustra el principio de funcionamiento de una herramienta de inspección MFL típica; el lado izquierdo del diagrama muestra cómo funciona una herramienta MFL en una tubería estructuralmente sólida, mientras que el lado derecho muestra cómo detecta y mide un defecto de pérdida de metal. ^{[ 3 ]}

Las herramientas MFL se utilizan principalmente para detectar corrosión por picaduras, y algunas configuraciones de herramientas pueden detectar defectos de soldadura. Una ventaja de las herramientas MFL sobre las herramientas ultrasónicas es su capacidad para mantener una sensibilidad razonable a través de recubrimientos superficiales relativamente gruesos (por ejemplo, pintura, revestimientos de tuberías). ^{[ 4 ]}

Artículo principal: inspección por vídeo

Las herramientas robóticas de ensayos no destructivos (END) emplean cámaras para proporcionar a los técnicos una visión óptima del área de inspección. Algunas cámaras ofrecen vistas específicas de la tubería (por ejemplo, una vista frontal del área de contacto del sensor con el metal) para facilitar el control de la herramienta, mientras que otras se utilizan para tomar fotografías de alta resolución de los resultados de la inspección.

Algunas herramientas se dedican exclusivamente a la inspección por vídeo; muchas de ellas incluyen un mecanismo para orientar la cámara y optimizar por completo el campo de visión de los técnicos, y la ausencia de otros sensores ILI voluminosos las hace excepcionalmente manejables. Las cámaras en las herramientas ILI multipropósito suelen colocarse en ubicaciones que maximizan la capacidad de los técnicos para analizar los resultados y controlar la herramienta de forma óptima.

Artículo principal: metrología de superficies

Los perfilómetros láser proyectan una forma sobre la superficie del objeto. Los técnicos configuran el láser (tanto el ángulo de incidencia como la distancia al objeto) para asegurar que la forma sea uniforme en metales normales. Las anomalías superficiales (por ejemplo, corrosión por picaduras, abolladuras) distorsionan la forma, lo que permite a los técnicos de inspección medir dichas anomalías mediante programas informáticos especializados . Las fotografías de estas distorsiones láser proporcionan evidencia visual que mejora el proceso de análisis de datos y contribuye a las labores de evaluación de la integridad estructural.

Artículo principal: Corriente de Foucault pulsada

Las herramientas de corrientes parásitas pulsadas (PEC) utilizan una bobina de sonda para enviar un campo magnético pulsado a un objeto metálico. El campo magnético variable induce corrientes parásitas en la superficie del metal. La herramienta procesa la señal de corriente parásita detectada y la compara con una señal de referencia establecida antes de su funcionamiento; se eliminan las propiedades del material para obtener una lectura del espesor promedio de la pared dentro del área cubierta por el campo magnético. La herramienta registra la señal para su posterior análisis. ^{[ 5 ]} El siguiente diagrama ilustra el principio de una herramienta de inspección PEC típica.

Las herramientas PEC permiten realizar inspecciones precisas con una mayor separación entre el transductor y el objeto de inspección que otras herramientas, lo que las hace ideales para inspeccionar metales a través de sustancias no metálicas (por ejemplo, revestimientos de tuberías, aislamiento, incrustaciones marinas).

La Administración Federal de Seguridad de Materiales Peligrosos y Oleoductos (PHMSA) no permite el uso de robots sin cable en áreas de alto riesgo de obstrucción. Excavar tuberías enterradas para recuperar herramientas atascadas bajo cruces de autopistas, ríos o zonas urbanas densamente pobladas tendría un impacto excesivo en la infraestructura de la comunidad. Por lo tanto, los operadores de oleoductos y gasoductos dependen de robots ILI con cable para inspeccionar las tuberías que no pueden ser desatascadas con raspadores.

Williams utilizó un robot ILI con cable para inspeccionar una sección no apta para inspección manual del oleoducto Transco en Nueva Jersey en 2015. ^{[ 8 ]} El sistema de oleoductos pasaba por debajo del río Hudson; la construcción de un nuevo complejo de condominios cercano creó una nueva HCA, lo que obligó a Williams a crear un programa de gestión de la integridad según las regulaciones de PHMSA.

Alyeska Pipeline Service Company inspeccionó la Estación de Bombeo 3 del Sistema de Oleoductos Trans-Alaska después de que se descubriera una fuga de petróleo en un oleoducto subterráneo en la Estación de Bombeo 1 en 2011. ^{[ 9 ]} El derrame resultó en un acuerdo de consentimiento entre Alyeska y PHMSA que requería que Alyeska retirara todas las tuberías de transporte de líquidos de su sistema que no pudieran evaluarse utilizando herramientas ILI o una técnica de inspección similar adecuada. Debido a que otras herramientas ILI no podían navegar por la geometría de la tubería común a cada una de las once estaciones de bombeo a lo largo del oleoducto, Alyeska recibió aprobación para usar un robot ILI con cable fabricado por Diakont para completar un proyecto de inspección en la Estación de Bombeo 3. Esta herramienta permitió a Alyeska retirar solo algunos accesorios pequeños en la superficie para permitir el acceso del robot a la tubería, ahorrando el tiempo y el costo necesarios para excavar cientos de pies de tubería (algunos de los cuales también estaban encerrados en bóvedas de concreto) para inspeccionarlos manualmente.

Las centrales nucleares de Estados Unidos están sujetas a requisitos únicos de gestión de la integridad, según lo establecido en la Guía NEI 09-14 del Instituto de Energía Nuclear (NEI), relativa a la gestión de la integridad de las tuberías enterradas.

• La central nuclear Cooper en Nebraska realizó inspecciones de tuberías enterradas para cumplir con estos mandatos de la industria como parte de la renovación de la licencia de la central nuclear en 2010. Parte del programa de gestión de la integridad de las tuberías de la planta incluyó la inspección de una línea de inyección de refrigerante a alta presión (HPCI) utilizando un robot ILI con cable fabricado por Diakont. ^{[ 10 ]}
• La central eléctrica South Texas Project realizó una inspección de una tubería de agua de servicio en 2014 utilizando una oruga GE Vernova de Hitachi Nuclear Energy . ^{[ 11 ]}

Los operadores de gasoductos pueden utilizar robots ILI inalámbricos para tuberías de distribución más pequeñas que no estén ubicadas debajo de elementos de infraestructura crítica (por ejemplo, cruces de autopistas).

• En 2011, Southern California Gas Company (SoCalGas) utilizó un robot de inspección en línea inalámbrico fabricado por Pipetel para inspeccionar un gasoducto de gas natural de 8 pulgadas cuyo flujo de producto carecía de la presión necesaria para impulsar un dispositivo de inspección inteligente tradicional. La herramienta inspeccionó con éxito 2,5 millas de gasoducto, incluyendo un segmento revestido y un área debajo de una vía férrea. ^{[ 12 ]}
• Southwest Gas Corporation utilizó la misma herramienta en 2013 para inspeccionar aproximadamente una milla de una tubería de gas natural de 6” en Las Vegas, Nevada. ^{[ 13 ]}
• Central Hudson Gas & Electric utilizó un vehículo oruga similar en 2015 para inspeccionar una sección de 3000 pies de una línea de gas natural de 16 pulgadas que incluía un cruce de carretera. ^{[ 14 ]}