Ensayo de Matriz de Campo Cercano para la detección de fallas en tubos de enfriadores por aire

Introducción

En el complejo mundo de las pruebas no destructivas (NDT, por sus siglas en inglés), las pruebas de tubos con Matriz de Campo Cercano (NFA) surgen como un avance tecnológico, especialmente para la inspección de tubos ferrosos y no ferrosos en la inspección de la superficie interna, y en especial en tubos con aletas de enfriadores por aire.

Este método innovador emplea principios de pruebas electromagnéticas para descubrir y caracterizar defectos dentro de las paredes de los tubos, ofreciendo perspectivas sin precedentes sobre la salud de componentes industriales críticos.

Esta guía integral profundiza en los matices de las pruebas de tubos con arreglo de campo cercano, arrojando información sobre sus principios, beneficios, aplicaciones y los desafíos que enfrenta. Para entender la técnica NFA es necesario explicarla y compararla brevemente con la técnica electromagnética predecesora y aun de amplio uso del Ensayo de Campo Cercano o NFT.

Entendiendo el Ensayo con Matriz de Campo Cercano NFA

Las pruebas de tubos con NFA son una técnica de vanguardia en el panorama de NDT, diseñada para identificar y evaluar fallas internas en estructuras tubulares y que evoluciona de la técnica predecesora de Campo Cercano (NFT), por lo que explicaremos previamente esta última.

Las sondas NFT para pruebas de campo cercano miden el despegue o “factor de llenado” y lo convierten en señales basadas en la amplitud (sin análisis de fase)². La tecnología NFT utiliza dos bobinas: un transmisor y un receptor. Por lo general, la bobina del receptor está cerca de la bobina del transmisor, aprovechando la zona de campo cercano del transmisor. En la zona donde el campo magnético de la bobina del transmisor induce fuertes corrientes Eddy, axial y radialmente, en la pared del tubo, a diferencia del Ensayo Electromagnético de Campo Remoto (RFT), donde la sonda se ubica a una distancia más allá de dos diámetros y medio internos del tubo, zona conocida como campo remoto.

Las sondas NFT operan dentro del mismo rango de frecuencia que las sondas RFT³. Debido a que la penetración de corrientes Eddy se limita a la superficie interna del tubo. Están diseñadas específicamente para la inspección de enfriadores de ventiladores de tubos de acero al carbono con aletas, no se ven afectadas por la geometría de las aletas en el exterior del tubo y detección de corrosión interna, erosión o picaduras en tubos de acero al carbono cuando solo se espera encontrar este tipo de fallas siendo una solución rentable².

Una mejora del método tradicional de Campo Cercano (NFT) es la técnica de Matriz de Campo Cercano (NFA) en la que la sonda dispone de un arreglo de bobinas. NFA utiliza una técnica similar a la de ECA (prueba de corrientes inducidas por arreglo) en la que hace uso de una serie de bobinas (hasta 30 bobinas) que se activan en secuencias. A diferencia de las pruebas de corrientes inducidas convencionales, las pruebas NFA utilizan bobinas tangenciales adicionales que ayudan a obtener datos detallados y discontinuidades en todas las direcciones.

A continuación, se presenta el video sobre la detección de pequeños defectos volumétricos en enfriadores de aire con ventilador de aletas mediante Sondas de Matriz de Campo Cercano (NFA). Fuente: Eddyfi Technologies.

Sondas de Matriz de Campo Cercano (NFA).

Aquí es donde sale a la luz la información de la matriz NFA: su mapeo adicional del tubo proporciona más información sobre las morfologías del defecto y, por lo tanto, una mejor evaluación de las indicaciones detectadas⁴.

El software para evaluaciones NFA permite que los datos de prueba de tubos NFA se muestren e informen en formato de escaneo “C” 2D y 3D para mapeo de corrosión que puede ayudar a los propietarios de activos a tomar decisiones informadas sobre la base de la ubicación específica de la discontinuidad y la precisión de la misma.

En su núcleo, las pruebas de tubos NFA se basan en la interacción entre el campo electromagnético generado por una sonda equipada con un arreglo y el material bajo inspección. La sonda, compuesta por varios elementos de bobina, se pasa a través del tubo y genera un campo electromagnético que, al encontrar fallas (corrosión, erosión, picaduras, fisuras), sufre alteraciones. Estos cambios se detectan y analizan, ofreciendo información detallada sobre la naturaleza de las fallas y siendo su mayor ventaja una presentación del mapeo de corrosión tanto en 2D como en 3D.

Componentes clave del Ensayo de Matriz de Campo Cercano

• Sonda NFA: Incorpora múltiples bobinas en un arreglo, cada una capaz de emitir y recibir señales electromagnéticas de forma independiente, permitiendo la creación de imágenes de alta resolución de las fallas.
• Sistema de adquisición de datos: Recopila, procesa y visualiza señales de la sonda NFA, utilizando software especializado para el análisis de datos.
• Guía del tubo y codificador: Facilita la navegación precisa de la sonda dentro del tubo y rastrea su posición, asegurando la localización exacta de las fallas detectadas.

Ventajas del Ensayo de Matriz de Campo Cercano

Las pruebas de tubos NFA destacan por su:

• Alta sensibilidad y resolución: Detecta fallas menores, superando a los métodos convencionales. Puede medir con precisión discontinuidades volumétricas de aproximadamente 3 mm en una sola pasada.
• Eficiencia: Permite inspecciones más rápidas, examinando tubos en un solo paso. Puede escanear cómodamente a 6 metros por minuto, lo que permite reducir el tiempo de mantenimiento del intercambiador de calor.
• Mejor caracterización de las fallas: Proporciona información detallada sobre el tamaño, forma y orientación de las fallas a través del mapeo de corrosión. Puede detectar grietas tanto axiales como circunferenciales.
• Versatilidad de material: Efectiva tanto en materiales ferrosos como no ferrosos, ampliando su alcance de aplicación.
• Inspección de tubos con aletas: Al concentrarse las corrientes Eddy en la superficie interna del tubo, estas no se ven afectadas por las aletas fijadas en el exterior, siendo ideal para la inspección de tubos de enfriadores de aire.

Desafíos y limitaciones del Ensayo de Matriz de Campo Cercano

A pesar de sus ventajas, las pruebas NFA enfrentan limitaciones como:

• Solo detectan discontinuidades internas.
• Aplicable solo en materiales ferromagnéticos.

Áreas industriales de aplicación

Las pruebas de tubos NFA son invaluables para industrias donde la integridad del tubo es crucial, incluyendo:

• Generación de energía: Para inspecciones de tubos de calderas para prevenir fallos.
• Petroquímica: En la revisión de tubos de intercambiadores de calor en refinerías para prevenir fugas debido a la corrosión o erosión.
• Fabricación química: Para mantener la integridad de los tubos de proceso, evitando la contaminación y las interrupciones del proceso.

Perspectivas futuras

El futuro de las inspecciones de tubos con aletas con Matriz de Campo Cercano es prometedor, con desarrollos continuos en diseño de sondas, algoritmos de procesamiento de datos y automatización para mejorar aún más sus capacidades. La integración con otros métodos de NDT podría ofrecer un enfoque detallado para las inspecciones industriales, elevando la seguridad y la eficiencia operativa a nuevas alturas.

Conclusiones

Las inspecciones de tubos con aletas o ferrosos donde se espera encontrar imperfecciones internas con el ensayo de matriz de campo cercano representan un avance significativo en el examen no destructivo de tubos, ofreciendo una mezcla de precisión, eficiencia y diagnósticos integrales que es inigualable en la industria. Su capacidad para proporcionar detección de fallas rápida, precisa y detallada la ha convertido en una herramienta indispensable para mantener la integridad de la infraestructura crítica.

A medida que la tecnología evoluciona, el ensayo NFA está destinado a desempeñar un papel cada vez más importante en asegurar la seguridad, fiabilidad y eficiencia de las operaciones industriales en todo el mundo, salvaguardando tanto los activos como las vidas. Con el desarrollo continuo y el refinamiento de esta tecnología, las pruebas NFA contribuirán a operaciones industriales más seguras, confiables y eficientes en los siguientes años.

Referencias

1. EDDYFI. Sizing Small Volumetric Defects in Fin-Fan Air Cooler Tubes; Consultado en fecha 23 de Marzo de 2024. https://www.eddyfi.com/en/appnote/sizing-small-volumetric-defects-in-finfan-air-cooler-tubes
2. APLUS. Remote Field Testing and Near Field Testing; Consultado en fecha 24 de Marzo de 2024. https://www.applus.com/dam/PDFServices/Energy-and-Industry/GLOBAL/near-field-testing-and-remote-field-testing_en.pdf#:~:text=Typically%2C%20the%20receiver%20coil%20is%20close%20to%20the,within%20the%20same%20frequency%20range%20as%20RFT%20probes.
3. EDDYFI: Near-Field Testing (NFT); Consultado en fecha 25 de Marzo de 2024; https://www.eddyfi.com/en/technology/nearfield-testing-nft
4. ANTOINE GRÉGOIRE & DAVID AUBÉ. The Power of Near Field Array for Air Cooler Fin Fan Tube Inspection; Consultado en fecha 26 de Marzo de 2024; https://blog.eddyfi.com/en/the-power-of-near-field-array-for-air-cooler-fin-fan-tube-inspection
5. EDDYFI. Near-Field Array (NFA); Consultado en fecha 27 de Marzo de 2024; https://www.eddyfi.com/en/technology/nearfield-array-nfa