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Detección de fugas con ultrasonido: ¿Cómo funciona?

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

Las fugas se pueden formar prácticamente en cualquier lugar de una planta. Esto incluye sistemas y sistemas presurídos bajo vacío. Las fugas pueden ocurrir internamente a través de válvulas y trampas de vapor, en tubos intercambiadores y condensadores de calor o a la atmósfera. Si bien es importante localizar los posibles riesgos de seguridad debido a las fugas, la pérdida de gases a través de fugas puede ser muy costosa.

Un concepto importante a entender es que todo se filtra. La determinación de cuándo y qué tipos de fugas buscar dependen de muchas variables, como las economías, la seguridad, el rendimiento, el impacto en objetos o productos relacionados (por ejemplo, la calidad), así como las economías de, y la capacidad de reparar la fuga una vez que se ha encontrado.

La fuga se produce cuando un material puede moverse de un medio a otro. En una presión o una fuga de vacío, el fluido (líquido o gas) se mueve desde el lado de alta presión a través del orificio de fuga al lado de baja presión. Cuando entra en el punto de baja presión, se produce un flujo turbulento. La turbulencia perturba las moléculas de aire que producen ruido blanco, que contiene componentes de baja y alta frecuencia. En la mayoría de los entornos de la planta, los sonidos circundantes pueden enmascarar este ruido. El componente audible, al ser una forma de onda más grande, puede aparecer omnidireccional, lo que dificulta la localización e identificación de una fuente de fugas.

El componente ultrasónico tiene atributos que hacen que la detección de fugas sea mucho más fácil. Como una onda corta, señal débil, la amplitud cae rápidamente de la fuente. También es una forma de onda longitudinal y se considera relativamente direccional. Dado que los sensores ultrasónicos no detectan los componentes de baja frecuencia, localizar e identificar una fuga puede ser muy eficaz, incluso en entornos de plantas ruidosos.

¿Qué afecta a la detectabilidad de una fuga?

Hay varios factores que hacen que una fuga sea detectable mediante ultrasonido.

1.Turbulencia

Hay dos tipos de flujo viscoso: turbulento y laminar. El flujo laminar se puede definir como: «Flujo fluido en el que el fluido viaja suavemente o en trayectos regulares. La velocidad, la presión y otras propiedades de flujo en cada punto del fluido permanecen constantes». El flujo turbulento se define como: “Un flujo de fluido en el que la velocidad en un punto determinado varía erráticamente en magnitud y dirección”. Por lo tanto, el ultrasonido no detectará el flujo laminar (como se encuentra, por ejemplo, en los difusores de aire acondicionado), sino que detectará el flujo turbulento. La mayoría de las situaciones de fugas producirán un flujo turbulento. Sin embargo, hay otras variables que deben tenerse en cuenta para determinar si hay suficiente turbulencia para producir ultrasonidos “detectables” para encontrar una fuga.

2. Forma de orificio

Independientemente del tamaño del orificio, es importante recordar que un orificio liso no producirá tanta turbulencia como un orificio irregular. Un orificio con múltiples bordes puede afectar al flujo de fluidos y producir más turbulencia, lo que se conoce como el “efecto de caña”. Una abertura estrecha de “corte”, como una fuga de trayectoria de rosca, no producirá tanta turbulencia como una fuga de “agujero de pasador”.

3. Viscosidad del fluido

La viscosidad de un fluido es su resistencia al flujo, una medida de la fricción interna del fluido. Por ejemplo, si comparamos la viscosidad del agua con el vapor, el agua tiene una mayor resistencia al flujo. Los factores que influyen en el flujo a través de los sitios de fugas son la viscosidad del fluido, la diferencia de presión que causa el flujo y la longitud y sección transversal de la trayectoria de fuga. Por ejemplo, a la misma presión, el aire se filtrará a través de un sitio de fugas significativamente más que un fluido como agua o aceite. Esto es importante entender si se le presenta una fuga en la que el fluido tiene una alta viscosidad, pero no hay suficiente presión para producir una fuga turbulenta. Por ejemplo, cuando se presenta una fuga de agua bajo tierra, cambiar el fluido a un gas ayudará en gran medida a localizar la fuga.

4. Diferencial de presión

El diferencial de presión es un problema importante al realizar la mayoría de las pruebas de fugas. Se crea un diferencial de presión cuando se cambia la presión a través de una fuga y el flujo cambia en proporción a las diferencias del cuadrado de la presión absoluta. Al realizar una inspección de fugas por ultrasonido en el aire, es importante considerar el flujo viscoso de un diferencial de presión dado que actúa a través de la fuga.

5.Distancia de la fuga

Otro factor que influye en la detectabilidad de una fuga es la distancia de la fuga. La intensidad de la señal de ultrasonido disminuye a medida que aumenta la distancia desde la fuente que envía el ultrasonido. La intensidad se refiere a la fuerza relativa de una señal de sonido en un determinado punto.

Accesibilidad a la fuga

Debido a la naturaleza de onda corta del ultrasonido, la amplitud de la emisión disminuye exponencialmente a medida que el sonido viaja desde la fuente. La distancia de detección se convierte en un factor. Si un inspector no puede estar a una distancia de detección de una fuga, será difícil encontrarla. Es importante que la fuga sea accesible. Siempre que sea seguro, cuanto más cerca pueda llegar un inspector a la fuga, mejores serán las posibilidades de detectarla y evaluarla. Si una fuga está enterrada detrás de varias estructuras, tendrá una tendencia a reflejarse en las diversas estructuras. El ultrasonido de la fuga se envía en otras direcciones, rebotando de un objeto a otro y, en consecuencia, confundiendo al inspector en cuanto a dónde está la fuente de la fuga. En algunos casos, el ultrasonido puede estar golpeando material que absorbe las ondas sonoras. Cuanto más se tenga que viajar la fuga, más probable es que la fuga se atenúe y se debilite.

Acérquese a la fuente de fugas, elimine objetos que interfieran y utilice ayudas para obtener acceso a la fuga, como una sonda de contacto para sonidos basados en estructuras que se encuentran en armarios cerrados, un micrófono parabólico o sondas flexibles. Si se produce una fuga en un espacio confinado, asegúrese de seguir todos los procedimientos de seguridad. Estas son condiciones muy peligrosas y cualquier error puede ser fatal.

Encontrar la fuga

Se pueden solicitar módulos especializados, como un micrófono parabólico para escaneo de larga distancia, un módulo de enfoque cercano para escaneo de primer plano o sondas flexibles para escaneo de difícil acceso. El método preferido para localizar una fuga se denomina “bruto a fino”. Esto se utiliza para identificar e identificar la ubicación de las fugas.

Comience con la máxima sensibilidad y escanee moviendo la sonda en todas las direcciones para localizar un sonido de fuga. Esto se escuchará como un ruido “de prisa”. Siga el sonido hasta el punto más alto. A medida que se mueve, el ruido de la fuga podría aumentar, lo que dificulta la identificación de la dirección de la fuga.Reduzca la sensibilidad a medida que se acerca al área y escuche la señal de fuga más alta. Escanee alrededor de la zona de fuga sospechosa. Siempre que sea difícil determinar la dirección del sonido de fuga, ajuste la sensibilidad hacia arriba si el nivel de sonido es demasiado bajo o hacia abajo si el nivel de sonido es demasiado alto. Es posible identificar el sitio exacto de la fuga si escanea completamente alrededor del área de interés. Una vez cerca del sitio, coloque la sonda de enfoque de goma sobre el módulo de escaneo y continúe moviéndose en la dirección de la fuga. Para confirmar, si es posible, presione la punta de la sonda sobre el sitio sospechoso. Si el sonido de la fuga continúa o aumenta de volumen, ha encontrado la fuga; si el nivel de sonido baja, continúe buscando.

Encuestas de fugas de aire comprimido

Un área que puede mostrar retornos rápidos es a través del establecimiento de un programa de reconocimiento de fugas de aire comprimido. De hecho, en los Estados Unidos, el Departamento de Energía ha estimado que de todo el aire comprimido utilizado en los EE.UU. por la industria, alrededor del 30% se perdió a las fugas. Estiman que esto cuesta de 1 a 3.200 millones de dólares estadounidenses al año. No es raro escuchar de los informes de los usuarios que, después de realizar un estudio de fugas y reparar las fugas, han eliminado el uso de un compresor adicional.

El software de encuesta de gas comprimido o las aplicaciones móviles organizan los resultados para que cuando se registren datos de fugas, el software o la aplicación calcule las pérdidas por fuga en términos de pérdida de dinero. También puede proporcionar información sobre los gases que contribuyen a la huella de carbono. Además de los resultados de la encuesta, el software o la aplicación se mantendrá al tanto de lo que se ha reparado y qué fugas no. Esto ayuda a los usuarios a gestionar su encuesta y proporciona información sobre el ahorro de dinero real y la reducción de las emisiones de gases de carbono.

Conclusión

Cuando se utilizan correctamente, los instrumentos de ultrasonido son herramientas muy poderosas para detectar fugas y pueden contribuir en gran medida en los esfuerzos de ahorro de energía. A pesar de que la detección de fugas con ultrasonido es un ejercicio muy simple y directo, siempre es aconsejable para los profesionales de mantenimiento para obtener un entrenamiento adecuado, que mejorará en gran medida sus habilidades con el instrumento ultrasónico y la creación de informes de fugas.

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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.