Cómo se usó la Tecnología de Ultrasonido Para Localizar Fugas de Bajo Nivel en los Intercambiadores de calor

Adrian Messer
Adrian Messer | Gerente de Operaciones en Estados Unidos, UE Systems

La detección de fugas por ultrasonidos se ha utilizado para una variedad de aplicaciones que van desde la reducción de energía mediante la localización de fugas de aire comprimido hasta las inspecciones de garantía de calidad, como la localización del ruido del viento y las fugas de agua en los automóviles. El secreto del éxito es comprender qué tipo de fuga produce un ultrasonido detectable y cuál no, junto con las técnicas que pueden utilizarse para la identificación efectiva de fugas. Una vez comprendido, hay casos en los que los límites de detección pueden mejorarse para ayudar a localizar una fuga en situaciones difíciles.

Típicamente, la detección de fugas por ultrasonido se utiliza para localizar fugas en las que el diferencial de presión es suficiente para producir un flujo turbulento a medida que el gas se mueve del lado de alta presión al lado de baja presión de una fuga.  Lo más frecuente es que cualquier fuga con una tasa inferior a 1×10-3 cc/seg. estándar no genere un flujo turbulento detectable. Por esta razón, la mayoría de las aplicaciones de fugas por ultrasonido se limitan a fugas por encima de este umbral.  Una de las ventajas de los ultrasonidos es que la detección de fugas no se limita a un fluido específico. La tecnología está abierta a la identificación de fugas en todo tipo de sistemas de gas e incluso de fluidos.

Cuando se enfrentó a una situación potencialmente difícil que implicaba la localización de fugas de bajo nivel en un intercambiador de calor shell-in-tube particular que estaban fabricando, Dan Rennert de Mason Manufacturing decidió investigar los ultrasonidos. Habiendo usado la tecnología para un empleador anterior, Dan era consciente del potencial de éxito, así como de los inconvenientes. Comprendió que los instrumentos de ultrasonido detectan un flujo turbulento y que, para producir esta turbulencia, la tasa de flujo tendría que ser superior a algunos de los tipos de fugas que sospechaba que tendría que encontrar. Había realizado una prueba hidrostática estándar en el intercambiador y localizó varias fugas, pero consideró que podría haber más fugas, más pequeñas.

Cuando se enfrentó a una situación potencialmente difícil que implicaba la localización de fugas de bajo nivel en un intercambiador de calor de casco y tubo particular que estaban fabricando, Dan Rennert de Mason Manufacturing decidió investigar los ultrasonidos. Habiendo usado la tecnología para un empleador anterior, Dan era consciente del potencial de éxito, así como de la desventaja. Comprendió que los instrumentos de ultrasonido detectan un flujo turbulento y que, para producir esta turbulencia, la tasa de flujo tendría que ser superior a algunos de los tipos de fugas que sospechaba que tendría que encontrar. Había realizado una prueba hidrostática estándar en el intercambiador y localizó varias fugas, pero consideró que podría haber más fugas, más pequeñas.

Mason Manufacturing fabrica una variedad de recipientes a presión e intercambiadores de calor para procesadores químicos, de alimentos y de granos. Algunos de sus clientes son muy exigentes en cuanto a la calidad de los productos que piden. Esperan que Mason Manufacturing entregue un producto libre de fugas, y Mason a su vez persigue todas las opciones para cumplir con estas demandas.

Dan consideró la posibilidad de utilizar pruebas de helio, que según él encontrarían fugas más pequeñas de las que el ultrasonido normalmente puede detectar. Su preocupación era doble: la proximidad de los tubos y el tiempo que llevaría identificar las fugas. Típicamente, la detección de helio lleva mucho tiempo, ya que el sensor debe ser manipulado cuidadosamente alrededor del área de prueba.  Además, existe la posibilidad de confusión si el helio de un sitio se desvía hacia el sensor cuando está escaneando un sitio adyacente. En este caso, los tubos del intercambiador de calor estaban muy cerca. Había una distancia de 3/8″ entre los tubos, lo que podría dificultar la identificación de un tubo con fugas en particular. Este era un gran intercambiador con más de 8.000 tubos en una lámina de tubos de 15-16 pies de diámetro con los tubos extendiéndose varias pulgadas de la lámina de tubos.  Manipular un sensor alrededor de esta configuración podría tomar días para completarse.

Como Dan había decidido investigar el uso de la detección de fugas por ultrasonidos para esta aplicación, consultó al Sr. Mark Goodman, Vicepresidente de Ingeniería de UE Systems. El Sr. Goodman estuvo de acuerdo con la preocupación del Sr. Rennert de que las fugas podrían no producir suficiente ultrasonido detectable ya que se formaban lentamente y eran de bajo nivel. Sugirió que usaran un método llamado Amplificación de Fugas Líquidas. Esto incorpora el uso de un surfactante con baja tensión superficial. El intercambiador de calor se presuriza y el líquido se aplica a secciones de la lámina del tubo. Esto es similar en naturaleza a la típica “prueba de la burbuja” con una excepción.  El líquido utilizado tiene una baja tensión superficial, de modo que una fuga de bajo flujo formará una burbuja que estallará casi inmediatamente. Esto produce un ultrasonido detectable. El jabón estándar y las soluciones de prueba de burbujas formuladas comercialmente cuando se utilizan en fugas de bajo nivel (típicamente por debajo de 1×10-3 cc/seg.) tardarán mucho más tiempo en formar burbujas y un tiempo aún mayor para que la burbuja reviente. Además, con configuraciones inusuales, como en este caso en el que los tubos se extendieron más allá de la lámina de tubo, las burbujas no se verían y, por lo tanto, la fuga no se detectaría.

El Sr. Rennert decidió probar el método de amplificación de fuga de líquido. Presurizó el intercambiador de calor a unos 50 PSI y roció el Amplificador de Fuga de Líquido en secciones de cuatro pies cuadrados de la lámina del tubo del intercambiador. Es habitual que con este procedimiento se formen varias burbujas al entrar en contacto con la placa de tubos, así que esperó hasta que la formación inicial de burbujas se redujo. Dan entonces enchufó el módulo de exploración y comenzó a explorar a lo largo de la sección de la lámina de tubo con el sensor ultrasónico. Repitió este proceso de rociar el líquido en una sección de cuatro pies cada vez, esperando y escaneando. Identificó las fugas detectando lo que describe como un lento sonido “pop-pop” que se produce con 1-2 segundos de diferencia. Aunque no vio las burbujas, pudo confirmar la fuga al notar que los sonidos de “pop-pop” no ocurrieron alrededor de ningún tubo adyacente. Sólo le llevó 8 horas completar la exploración de 8.000 tubos. Se identificaron tres fugas además de las que había localizado previamente con la prueba hidrostática.

Convencido de que había encontrado y reparado todas las fugas, envió el intercambiador de calor a su cliente. Habría sido extremadamente caro para su cliente si hubiera tenido una fuga en el intercambiador de calor, ya que la fuga habría contaminado su producto. Con este procedimiento, Mason pudo entregar un intercambiador de calor sin fugas a un cliente muy satisfecho.

En el futuro, Dan anticipa el uso de ultrasonidos para grandes intercambiadores para asegurarse de que las juntas son herméticas. Lo usarán antes de una prueba hidráulica en estos intercambiadores. Como explicó Dan, “Si tienes un intercambiador de 10-11 pies de diámetro y lo llenas de agua, eso es mucha agua”. Dan estima que esto les ahorrará muchos galones de agua. Su procedimiento será añadir 5 psi de aire después de que la junta haya sido instalada y probar con el Amplificador de Fuga de Líquidos.

Dado que Dan había usado el equipo de ultrasonido anteriormente en una planta química para probar las fugas de vapor, estaba lo suficientemente familiarizado con la tecnología para adaptarla a su posición actual. Prevé utilizar el ultrasonido en su tienda para reducir el desperdicio de energía localizando las fugas de aire. De hecho, recientemente caminó por una zona de su planta cerca de una pared y encontró fugas en la aerolínea, una grieta en la carcasa de un secador de aire y otra fuga en una manguera de aire.

Una advertencia: cualquier método establecido para la detección de fugas tiene sus beneficios y sus limitaciones.  La detección de fugas es generalmente un “trabajo duro”. Requiere el conocimiento del sujeto y las condiciones de la prueba y la comprensión del tipo de fuga que se va a detectar. Por ejemplo, ¿es un líquido o un gas; es una fuga de formación lenta o una fuga de alto flujo? Una vez comprendido, el inspector debe decidir la tecnología y el método más adecuado para la fuga en particular. También requiere una estrategia de preparación, seguridad, aplicación, identificación y confirmación de la fuga. Algunos tipos de pruebas podrían tener que ajustarse a códigos y normas específicas. Además, debe aplicarse un método de gestión de fugas para que las fugas no sólo se identifiquen, sino que también se reparen y se vuelvan a comprobar para garantizar la calidad

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SOBRE EL AUTOR

Adrian Messer
Adrian Messer Gerente de Operaciones en Estados Unidos, UE Systems

Adrian Messer es el Gerente de Operaciones de UE Systems, Inc en Estados Unidos. Adrian, durante más de una década ha ayudado a las instalaciones alrededor de todo el país a transformar sus programas de confiabilidad al implementar con éxito la tecnología de ultrasonido para aplicaciones de monitoreo de condición y conservación de energía.
Él siendo un experto en la materia de tecnología de ultrasonido y mejores prácticas de implementación, ha sido un orador destacado en muchos eventos de la industria. Se graduó en la Universidad de Clemson y mantiene vínculos estrechos con la Universidad asistiendo a los estudiantes actuales en un programa de tutoría a través de la Facultad de Ciencias Empresariales y del Comportamiento. Adrian, es un Profesional Certificado en Mantenimiento y Confiabilidad (CMRP) a través de la Society of Maintenance & Reliability Professionals (SMRP), y también es miembro fundador de Carolina’s Chapter de SMRP y el actual presidente interino del mismo.