Autor: Carlos Álvarez, 03 noviembre 2023
Introducción
Las tuberías de polietileno de alta densidad (HDPE) son ampliamente utilizadas en la industria de la construcción y la infraestructura debido a su durabilidad y resistencia a la corrosión. Sin embargo, como cualquier otro componente de infraestructura, las tuberías de HDPE están sujetas a la degradación con el tiempo. La inspección regular es necesaria para garantizar su integridad y funcionamiento adecuado.
La evaluación de la integridad estructural de tuberías termoplásticas se ha convertido en un área interesante de investigación debido al incremento en su uso. Las pruebas de ondas guiadas ultrasónicas han ganado mayor atención por parte de la industria para la inspección de estructuras alargadas debido a la reducción en el tiempo y costo de inspección en comparación con las técnicas de prueba no destructivas convencionales, por ejemplo, pruebas ultrasónicas, radiografía e inspección visual.
En este artículo, exploraremos un método avanzado de inspección: el ensayo de ondas guiadas y cómo se aplica a las tuberías de polietileno de alta densidad.
Introducción a las tuberías de Polietileno de Alta Densidad
El polietileno de alta densidad (HDPE) es un polímero termoplástico ampliamente utilizado en la fabricación de tuberías debido a su resistencia a la corrosión, durabilidad y bajo costo de mantenimiento. Estas características hacen que las tuberías de polietileno de alta densidad sean ideales para una amplia gama de aplicaciones, como suministro de agua potable, gas natural, productos químicos, entre otros. A pesar de sus ventajas, las tuberías de HDPE a la degradación, lo que hace que la inspección regular sea esencial para garantizar la seguridad y el rendimiento a largo plazo.
Importancia de la inspección de tuberías de HDPE
La inspección de las tuberías de polietileno de alta densidad es fundamental para detectar tempranamente cualquier signo de daño tales como grietas. Si no se abordan estos problemas a tiempo, pueden llevar a fugas, contaminación del agua, daños a la infraestructura circundante y, en última instancia, costosos costos de reparación. La inspección adecuada y oportuna puede ayudar a prevenir estos problemas y garantizar la funcionalidad continua de las tuberías.
El método de ensayo de ondas guiadas
El ensayo de ondas guiadas es un método de ensayo no destructivo que se utiliza para evaluar la integridad de las tuberías y otros componentes estructurales. Las ondas guiadas se refieren a ondas mecánicas o elásticas que pueden propagarse en un medio en un rango de frecuencia de 10 KHz a 2 MH, guiadas y confinadas a su geometría. El medio donde viaja la onda tiene una fuerte influencia en su comportamiento.
A diferencia del ultrasonido convencional, donde la inspección es localizada, en el sistema de ondas guiadas la inspección se realiza empleando un anillo de transductores para emitir ondas ultrasónicas de baja frecuencia que viajan hacia uno o ambos lados del componente, logrando de esta manera la inspección de grandes distancias desde un único punto de aplicación
Ventajas del ensayo de ondas guiadas en la inspección de tuberías de HDPE
1. Inspección no destructiva: El ultrasonido por ondas guiadas es una técnica no destructiva, lo que significa que no es necesario desmontar o cortar las tuberías para llevar a cabo la inspección. Esto minimiza la interrupción de las operaciones y reduce los costos de mantenimiento.
2. Detección temprana de defectos: El ultrasonido por ondas guiadas puede detectar defectos incipientes, como fisuras y corrosión, antes de que se vuelvan críticos. Esto permite la planificación de reparaciones o reemplazos antes de que ocurran daños significativos.
3. Inspección de secciones de tuberías a través de pases de carretera y muros de contención: El ultrasonido por ondas guiadas se puede utilizar en tuberías de polietileno de alta densidad en pases de carreteras, tales como puentes aéreos (pipe rack) y alcantarillas, así como a través de muros de contención, e igualmente a través de tuberías enterradas, aunque esta última con limitación en el recorrido de la onda a través del subsuelo.
4. Inspección en zonas de soportes: Una de las grandes aplicaciones en tuberías que se ha desarrollado en los últimos tiempos es en la evaluación de aquellas zonas donde se soporta la tubería, las cuales son difíciles de evaluar mediante métodos y técnicas convencionales. Para ello se usa una derivación del método de ensayo conocido como ondas guiadas de corto alcance.
5. Monitoreo continuo: El ultrasonido por ondas guiadas también se puede utilizar para el monitoreo continuo de tuberías, lo que permite detectar cambios en la integridad de las tuberías a lo largo del tiempo y tomar medidas preventivas.
Pruebas para la inspección de tuberías HDPE utilizando GWT
La inspección de tuberías termoplásticas empleando GWT es un área de interés emergente. Diversas pruebas utilizando el efecto piezoeléctrico como medio para excitar GWT se han aplicado para detectar grietas en tuberías de plástico y a diferentes distancias, tanto en tuberías sin fisuras y tuberías y con diferente número de este tipo de falla. Cada muestra de tubería ha sido probada con diferentes distancias y en diferentes frecuencias de excitación.
Los resultados en general muestran diferencias en la respuesta de frecuencia entre tuberías agrietadas y no agrietadas y también entre el número de grietas, lo que demuestra que GWUT se puede usar para detectar grietas en tuberías de plástico, por otro lado, la técnica lanza y atrapa (pitch & catch) ha resultado ser más efectiva en la detección de grietas. Sin embargo, se observa que la amplitud monitoreada en estas pruebas en el rango de frecuencia, disminuye en todas las muestras debido a la atenuación en el medio a medida que aumentaba la distancia desde la fuente al receptor y con una zona muerta más alta.
Algunos hallazgos han revelado que las grietas con longitudes iguales o mayores que la longitud de onda del modo de interacción eran más fácilmente detectables, mientras que las grietas más pequeñas requerían mayores profundidades de grieta para su detección. Los hallazgos de estos estudios, han demostrado que el potencial de GWT para el monitoreo de tuberías de polietileno de alta densidad es evidente.
Desafíos en la inspección de tuberías de HDPE
Las pruebas de investigación han estado dirigidas a definir el rango de frecuencia óptimo para la inspección, el diseño del arreglo y la duración de la inspección, esto con el objeto de afrontar y solventar los siguientes desafíos.
Dificultades de acoplamiento: El HDPE es un material más ligero y menos rígido que el acero, lo que dificulta el acoplamiento de las sondas de ultrasonido. Se requieren técnicas de acoplamiento específicas para asegurar una transferencia adecuada de energía ultrasónica entre la sonda y la tubería.
Atenuación y dispersión: Las ondas ultrasónicas pueden experimentar una mayor atenuación y dispersión en el HDPE en comparación con otros materiales. Esto puede afectar la calidad de la señal y la capacidad de detectar defectos.
Anisotropía: El HDPE es un material anisotrópico, lo que significa que sus propiedades pueden variar en diferentes direcciones. Esto puede complicar la interpretación de los datos ultrasónicos y la detección de defectos, ya que la velocidad de propagación de las ondas puede variar según la dirección.
Capacitación y experiencia inadecuadas: la inspección GWT eficaz para tuberías de HDPE requiere técnicos altamente capacitados con conocimientos especializados. Una formación y experiencia insuficientes pueden dar lugar a una mala interpretación de los resultados de la inspección y a defectos no detectados.
Conclusiones
La inspección de tuberías de HDPE mediante ultrasonido por ondas guiadas GWUT promete ser una valiosa herramienta para evaluar la integridad de estos componentes. A pesar de los desafíos mencionados, esta tecnología promete ser eficaz en la detección de grietas gestadas durante el servicio, enfocando los esfuerzos en definir el rango de frecuencia óptimo para la inspección, el diseño del arreglo de sondas y la duración de la inspección.
La inspección de estas tuberías es esencial para garantizar la seguridad y el funcionamiento eficiente de sistemas de tuberías en aplicaciones críticas como las redes de transmisión de gas. La detección temprana de este tipo defectos puede prevenir costosas interrupciones y, lo que es más importante, garantizar la integridad de las infraestructuras y la protección del medio ambiente.
En conclusión, la inspección de tuberías de HDPE mediante ultrasonido por ondas guiadas es una herramienta importante que, a pesar de sus desafíos, puede aportar beneficios significativos en términos de seguridad y eficiencia operativa. A medida que la tecnología continúa evolucionando, es probable que se mejoren aún más las capacidades de inspección, fortaleciendo su papel en la preservación de infraestructuras y la protección del medio ambiente.
Referencias Bibliográficas
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