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La última edición de este post fue realizada por yinkuilin6868 el 14-12-2015 a las 10:13. Clasificación de las técnicas de detección. Actualmente, la investigación relacionada con la detección de fugas en las tuberías de transporte de gas es muy avanzada en todo el mundo. Existen numerosos métodos para detectar tales fugas, los cuales se pueden dividir, en general, en dos categorías: detección directa e indirecta. La detección directa de fugas consiste en utilizar inspecciones manuales o instrumentos portátiles para detectar directamente las fugas en las tuberías. Se utiliza principalmente para detectar fugas muy pequeñas, y puede realizarse tanto cuando las tuberías están en funcionamiento como cuando no lo están. La detección indirecta de fugas se refiere a la identificación de fugas en las tuberías mediante parámetros físicos como ondas sonoras, ondas de presión, corrientes de turbulencia y caudal, así como mediante las relaciones de equilibrio de materiales. Las técnicas convencionales de detección de fugas incluyen: el método de detección por imagen de interferencia de fase, los métodos de detección basados en robots inteligentes, la tecnología de sensores olfativos, los métodos de detección de gases, el radar geofísico, las técnicas de detección de ondas de estrés, los métodos de balance de flujo o masa, los métodos estadísticos de detección de fugas, y el análisis mediante modelos dinámicos. La mayoría de estos métodos para detectar fugas en las tuberías de transporte presentan problemas como una precisión insuficiente en las pruebas y una capacidad limitada para detectar fugas pequeñas. 2 Nuevas tecnologías para detectar fugas 2.1 Tecnología de detección de fugas mediante imágenes por infrarrojos Cuando hay una fuga en las tuberías de transporte de gas, esto provoca cambios en la temperatura del suelo circundante. La tecnología de imágenes por infrarrojos aprovecha este fenómeno para detectar si existe alguna fuga, comparando la temperatura del suelo afectado con la temperatura del suelo normal. Esta tecnología fue inventada por la empresa estadounidense OILTON. El método consiste en utilizar helicópteros equipados con cámaras infrarrojas de alta precisión para volar a lo largo de las tuberías de transporte de gas. De esta manera, se pueden registrar los efectos de la radiación geotérmica en las zonas cercanas a las tuberías. A través del análisis espectral, se puede determinar si hay fugas en las tuberías y localizar su ubicación exacta. La antigua Unión Soviética utilizó analizadores láser de largo alcance, desarrollados por Estados Unidos, montados en helicópteros, para volar a lo largo de las tuberías de transporte de gas. Se detectó con éxito una nube de gas de varios metros de tamaño, cuya fracción volumétrica de etano era de solo un por ciento. Esta tecnología cuenta con ventajas como una rápida velocidad de detección, un amplio rango de detección y una alta precisión, pero aún presenta ciertas dificultades para detectar tuberías que se encuentran a gran profundidad. Según la información disponible, cuando la altitud de vuelo del avión es de 300 m, la profundidad a la que deben estar enterrados los tubos debe ser de 6 m como máximo. Además, este método no permite realizar un monitoreo continuo de los tubos. 2.2 Técnica de detección de fugas mediante ondas de presión negativa. En los últimos años, el método de detección de fugas mediante ondas de presión negativa ha ganado mucha atención a nivel internacional como método para detectar fugas en tuberías. Su principio consiste en que, cuando ocurre una fuga de gas, la densidad del gas en las áreas cercanas al punto de fuga disminuye, lo que provoca una caída brusca en la presión. Dado que el gas es continuo, se genera una diferencia de presión alrededor del punto de fuga. Esta diferencia de presión hace que el gas a alta presión, tanto en la parte superior como en la inferior, fluya hacia el gas a baja presión en el punto de fuga, formando así una onda de presión centrada en ese punto de fuga; desde el punto de vista mecánico, esto se denomina onda de presión negativa. Debido al efecto de guía de ondas en la pared del tubo, las ondas de presión negativa se atenúan poco durante su propagación, por lo que pueden viajar grandes distancias. Mediante los sensores de presión instalados en ambos extremos del tubo, es posible detectar las señales de fluctuaciones de presión. Además, según la diferencia de tiempo entre las ondas de presión negativa recibidas en cada extremo, se puede determinar la ubicación exacta de la fuga en el tubo. La ventaja de utilizar ondas de presión negativa para detectar fugas en tuberías es que ofrece una alta precisión en la localización y una rápida velocidad de respuesta. Su desventaja es que resulta difícil detectar fugas pequeñas; solo se pueden detectar cuando hay fugas significativas en las tuberías. Debido a las condiciones complejas en las que operan las tuberías de transporte de gas, los sensores de presión suelen verse afectados por diversos señales, lo que reduce la precisión de las mediciones. 2.3 Técnica de detección de fugas por campo magnético. Por “fuga de campo magnético” se entiende que, cuando un tubo se magnetiza bajo la acción de un campo magnético externo, si el tubo está sin defectos, las líneas de campo magnético se distribuyen de manera uniforme dentro del tubo. Sin embargo, cuando aparecen defectos en la pared interior o exterior del tubo, las líneas de campo magnético se deforman, y algunas de ellas logran salir del tubo, lo que provoca una fuga de campo magnético. La tecnología de detección de campos magnéticos fugitivos consiste en utilizar sensores colocados muy cerca de la pared del tubo para detectar dichos campos. Las señales detectadas son luego procesadas mediante filtrado, amplificación y conversión analógico-digital, antes de ser almacenadas en la memoria del dispositivo de detección. Finalmente, se realiza un análisis mediante software para determinar si existen defectos. Actualmente, el método de detección por flujo magnético es reconocido tanto a nivel nacional como internacional como uno de los métodos más eficaces para inspeccionar tuberías. No solo permite detectar fugas en las tuberías, sino que también permite determinar el grado de corrosión de estas, lo cual sirve como base para las reparaciones necesarias. De este modo, se reduce la falta de precisión en las reparaciones y se ahorran recursos financieros. 2.4 Técnica de detección de fugas por fibra óptica distribuida. La tecnología de sensores basados en fibra óptica ganó importancia en la década de 1970, a medida que las comunicaciones por fibra óptica se desarrollaban rápidamente. La tecnología de detección de fugas por fibra óptica se basa principalmente en los cambios en la distribución de la luz de dispersión retrogradada de la fibra óptica, a fin de analizar y detectar cambios en la deformación, la temperatura alrededor de la fibra óptica y otros parámetros que se desean medir. La luz de dispersión retrogradada se divide a su vez en luz de dispersión elástica y luz de dispersión inelástica. La luz de dispersión elástica incluye la dispersión Rayleigh, mientras que la luz de dispersión inelástica incluye la dispersión Raman y la dispersión de Brillouin. Se pueden desarrollar diversos sensores aprovechando las diferentes propiedades de la luz dispersada. Por ejemplo: sensores OTDR desarrollados mediante dispersión de Rayleigh retropropagada, sensores B-OTDR y B-OTDA desarrollados mediante dispersión de Brillouin, y sensores R-OTDR desarrollados mediante dispersión Raman, entre otros. El sensor FBG es un tipo de dispositivo pasivo completamente basado en fibra óptica, desarrollado en la década de 1990. Permite realizar el monitoreo en tiempo real de las tuberías de gas natural. Esta tecnología de sensores utiliza principalmente el método de modulación de ondas largas, lo que evita los efectos de la intensidad lumínica y los problemas relacionados con la medición de fase en los sensores de fibra óptica de tipo interferométrico. Aprovechando la capacidad de las rejillas de fibra óptica cuasidistribuidas para realizar detecciones en grandes áreas, se puede instalar un cable óptico a lo largo de la tubería. Los FBG sirven como sensores, permitiendo obtener señales de deformación a lo largo de la tubería de gas natural. Mediante el análisis y procesamiento de estas señales, es posible determinar la ubicación de las fugas en la tubería de transporte. La ventaja de la detección de fugas mediante fibra óptica distribuida es que cualquier punto de la fibra sensora tiene capacidad de detección, lo que permite obtener información continua. Permite localizar la ubicación de la fuga, con un alto grado de precisión. Tiene un gran alcance de detección y una alta sensibilidad. Aunque la detección de fugas con fibra óptica distribuida tiene muchas ventajas, todavía existen algunos problemas urgentes que deben resolverse. (1) Efecto de la presión del señal acústica en el punto de fuga sobre la luz. (2) Grado de sensibilidad de la fibra óptica a las señales acústicas. (3) Problemas relacionados con el envejecimiento del material que recubre la fibra óptica. (4) Problemas relacionados con los algoritmos utilizados para procesar las señales detectadas. (5) Pérdida de intensidad lumínica en el camino de la luz. Actualmente, la investigación en tecnologías de detección de fugas mediante fibras ópticas en nuestro país se encuentra aún en una fase inicial. Además, la mayoría de las fugas en las tuberías de transporte son de pequeña magnitud. En el caso de estas fugas pequeñas, la tecnología OTDR resulta inútil. Asimismo, cuando existe una amplia cobertura con fibras ópticas, es necesario tener en cuenta factores como el envejecimiento del material, su vida útil y los costos asociados. Por lo tanto, la tecnología de detección por fibra óptica distribuida aún tiene un gran potencial de desarrollo. 2.5 Técnica de detección de fugas mediante sensores olfativos. La tecnología de sensores olfativos utiliza los sensores para detectar las reacciones químicas presentes en el gas natural; a partir de las señales generadas, se analiza si hay fugas en las tuberías. Al colocar los sensores olfativos a cierta distancia a lo largo de las tuberías, se forma una red de sensores que permite el monitoreo en tiempo real de las mismas. Cuando hay una fuga de gas, los sensores reaccionan inmediatamente. Pero actualmente, la investigación en esta tecnología aún se encuentra en una fase inicial; se trata de una tecnología inmadura, por lo que aún no se ha aplicado en la producción. 2.6 Técnica inteligente de detección de fugas en capas anticorrosivas. El método de capas anticorrosivas inteligentes consiste en añadir un circuito de detección contra robos a la capa anticorrosiva de las tuberías de transporte de gas. Si se produce una fuga, esta inevitablemente daña la capa anticorrosiva. Se puede determinar si la capa anticorrosiva está intacta a través del valor de resistencia del circuito. Las ventajas de este método de detección son: (1) alta sensibilidad, (2) alta precisión en la localización, (3) bajos costos de transmisión y sensores, y (4) facilidad para recuperar el sistema. Las desventajas son: (1) Este método de detección es muy sensible a las condiciones ambientales; los cambios en la temperatura y la humedad pueden afectar la resistividad, lo que provoca alarmas falsas. (2) La instalación del sistema requiere costos elevados. 2.7 Técnicas de detección de fugas basadas en ondas sonoras en los tuberías. En los últimos años, las ondas sonoras, gracias a sus características de señal únicas, se han convertido en un tema de estudio importante en el campo de la detección de fugas en tuberías. Los estudios han demostrado que las señales de baja frecuencia generadas por fugas en las tuberías pueden propagarse a grandes distancias dentro de ellas. Además, las características de estas señales son diferentes de las características de las señales que se generan debido a perturbaciones en el funcionamiento de las tuberías. Ya en la década de 1990, Jolly y otros utilizaron ondas sonoras para detectar fugas en las tuberías. En el año 2009, Hua Ke y sus colaboradores desarrollaron un sistema de detección y localización de fugas en tuberías de transporte basado en ondas sonoras, logrando excelentes resultados en la detección de dichas fugas. El principio de detección de fugas basado en las ondas sonoras dentro de la tubería es el siguiente: se utilizan sensores de ondas sonoras instalados a lo largo de la tubería, tanto en su extremo superior como inferior, para recopilar las señales sonoras. A través del análisis detallado de las características de estas señales, se determina si hay una fuga en la tubería. Este método ha demostrado en pruebas tener una buena precisión de localización, ser sencillo de utilizar y capaz de detectar fugas diminutas. Sin embargo, en entornos de trabajo reales, debido al alto nivel de ruido, esto puede afectar la precisión de la detección. Además, su eficacia no es tan buena para tuberías largas; por todo esto, aún no se utiliza ampliamente en la práctica. 2.8 Técnica de detección de fugas por imagenación con gases. El principio de este método consiste en aprovechar la dificultad que tienen los gases para ser visualizados mediante técnicas ópticas, a fin de determinar si existe alguna fuga en las tuberías. Esta tecnología no solo puede detectar fugas en las tuberías de gas en la superficie, sino también en las tuberías subterráneas. 2.9 Técnica de detección de fugas mediante imágenes de campo. Nombre original: Field-Signature Method; abreviado como FSM. Esta tecnología no solo permite detectar fugas en las tuberías, sino que también permite determinar el grado de corrosión de las mismas antes de que ocurran fugas, así como la presencia de pequeños daños como grietas. Su principio es que, cuando la corriente fluye a través del tubo, se genera un campo eléctrico. Este campo eléctrico tiene una “huella digital” única, que es lo que se conoce como imagen de campo. Se determinan los daños y fugas en las tuberías según los cambios en la huella del campo eléctrico detectado. Esta tecnología permite detectar el grado de corrosión en las tuberías. Posee ventajas como una alta sensibilidad y un amplio rango de detección, lo que la hace adecuada para la inspección de tuberías de transporte a larga distancia. 3 Conclusiones: A medida que las reservas mundiales de petróleo disminuyen gradualmente y la demanda de energía por parte de las personas aumenta, el gas natural seguramente se convertirá en la principal fuente de energía en el futuro. Es especialmente importante detectar fugas en las tuberías de transporte de gas natural. Con el avance y desarrollo de la tecnología, los métodos para detectar fugas en el futuro tenderán a basarse cada vez más en la inteligencia artificial, y se exigirá una sensibilidad cada vez mayor en los equipos. El uso combinado de diversos métodos de detección, para compensar las deficiencias de un método único, permite perfeccionar aún más la tecnología de detección de fugas en tuberías. La detección y localización de pequeñas fugas en las tuberías de transporte a larga distancia de gas natural sigue siendo un foco de investigación en el futuro. Con el desarrollo de la ciencia y la tecnología, una gran cantidad de nuevas tecnologías se están utilizando para detectar fugas en las tuberías, lo que sin duda aportará un nuevo impulso a la investigación sobre las fugas en las tuberías de transporte de gas.