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Cómo se utilizó la tecnología de ultrasonido para localizar fugas de bajo nivel en intercambiadores de calor

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

La detección de fugas ultrasónicas se ha utilizado para una variedad de aplicaciones que van desde la reducción de energía mediante la localización de fugas de aire comprimido hasta inspecciones de control de calidad, como la localización de ruido del viento y fugas de agua en automóviles.El secreto del éxito es entender qué tipo de fuga produce un ultrasonido detectable y qué no, junto con las técnicas que se pueden utilizar para la identificación eficaz de fugas.Una vez entendido, hay casos en los que los límites de detección se pueden mejorar para ayudar a localizar una fuga en situaciones difíciles.

Por lo general, la detección de fugas de ultrasonido se utiliza para localizar fugas donde el diferencial de presión es suficiente para producir un flujo turbulento a medida que el gas se mueve de la alta presión al lado de baja presión de una fuga.  En la mayoría de los momentos, cualquier fuga con una tasa inferior a 1 x 10-3 std.cc/sec no generará un flujo detectable y turbulento.Por esta razón, la mayoría de las aplicaciones de fugas para ultrasonidos se limitan a fugas por encima de este umbral.  Una de las ventajas del ultrasonido 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 fluidos.

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

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

Dan consideró utilizar pruebas de helio, que sentía que encontraría fugas más pequeñas de lo que el ultrasonido normalmente puede detectar.Su preocupación era doble: la proximidad de los tubos y el tiempo que tomaría identificar las fugas.Por lo general, la detección de helio consume mucho tiempo, ya que el sensor tiene que ser manipulado cuidadosamente alrededor del área de prueba.  Además, existe la posibilidad de confusión en caso de que el helio de un sitio se desvíe al sensor mientras escanea 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 intercambiador grande con más de 8.000 tubos en una lámina de tubo de 15-16 pies de diámetro con los tubos que se extienden varias pulgadas de la hoja de tubo.  La manipulación de un sensor alrededor de esta configuración podría tardar días en completarse.

Desde que Dan había decidido investigar el uso de la detección de fugas por ultrasonido 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 eran de formación lenta y bajo nivel.Sugirió que usaran un método llamado Amplificación de Fugas Líquidas.Esto incorpora el uso de un tensioactivo con baja tensión superficial.El intercambiador de calor se presuriza y el líquido se aplica a las secciones de la lámina del tubo.Esto es similar en naturaleza a la típica “prueba de burbujas” con una excepción.  El fluido utilizado tiene 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 (normalmente por debajo de 1 x 10-3 cc/seg) tardarán mucho más tiempo en formar burbujas y un tiempo aún más largo para que la burbuja estalle.Además, con configuraciones inusuales como en este caso donde los tubos se extendían más allá de la lámina del tubo, las burbujas no se verían y, por lo tanto, la fuga no se detectaría.

Rennert decidió probar el método de amplificación de fugas líquidas.Presurizó el intercambiador de calor a unos 50 PSI y roztimó el amplificador de fuga líquida en secciones cuadradas de cuatro pies de la lámina del tubo del intercambiador.Es habitual que este procedimiento se formen una serie de burbujas al contacto con la hoja de tubo, por lo que esperó hasta que la formación inicial de burbujas disminuyó.Dan luego enchufó el módulo de escaneo y comenzó a escanear a lo largo de la sección de la hoja de tubo con el sensor ultrasónico.Repitió este proceso de pulverización del líquido en una sección de cuatro pies a la vez, esperando y escaneando.Identificó las fugas detectando lo que describe como un sonido lento “pop-pop” que ocurre con aproximadamente 1-2 segundos de diferencia.Aunque no vio las burbujas, fue capaz de confirmar la fuga al notar que los sonidos de estallido no se produjeron alrededor de ningún tubo adyacente.Le tomó sólo 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.Hubiera sido extremadamente caro para su cliente si tuvieran una fuga en el intercambiador de calor ya que la fuga habría contaminado su producto.Con este procedimiento, Mason fue capaz de 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 están apretadas.Lo usarán antes de una prueba hidroeléctrica en estos intercambiadores.Como Dan explicó, “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 líquida.

Dado que Dan había utilizado el equipo de ultrasonido anteriormente en una prueba de plantas químicas para fugas de vapor, estaba lo suficientemente familiarizado con la tecnología para adaptarlo a su posición actual.Anticipa el uso de ultrasonidos en su tienda para reducir el desperdicio de energía mediante la localización de fugas de aire.De hecho, recientemente caminó a lo largo de un área 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 palabra de precaución: cualquier método establecido para la detección de fugas tiene sus beneficios y sus limitaciones.  La detección de fugas es generalmente “trabajo duro”. Requiere el conocimiento del sujeto de prueba y las condiciones de prueba y una comprensión del tipo de fuga que se detecte.Por ejemplo, es un líquido o un gas; ¿es una fuga de formación lenta o una fuga de alto flujo? Una vez entendido, el inspector debe decidir sobre la tecnología y el método más adecuados para la fuga en particular.También requiere una estrategia para la preparación, seguridad, aplicación, identificación y confirmación de la fuga.Es posible que algunos tipos de pruebas deberán ajustarse a códigos y estándares específicos.Además, se debe implementar un método para la gestión de fugas para que las fugas no sólo se identifiquen, sino que también se repare y vuelva 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.