Inspección de tuberías bajo soporte con pruebas de Ondas Guiadas de Corto Alcance y el uso de transductores EMAT

Introducción

La integridad de los sistemas de tuberías es fundamental para garantizar la seguridad, fiabilidad y eficiencia de diversas industrias, incluyendo las de petróleo, gas y procesamiento químico. Uno de los desafíos en el mantenimiento de la integridad de estos conductos es la inspección de tuberías bajo soporte, propensas a la corrosión externa y al desgaste mecánico debido a su contacto o proximidad a estructuras de soporte. Los métodos de inspección tradicionales a menudo no son suficientes para evaluar efectivamente estas áreas debido a problemas de accesibilidad y la compleja naturaleza del daño.

Este artículo se adentra en un enfoque innovador utilizando pruebas de ondas guiadas de corto alcance (SRGWT) combinadas con la tecnología de Transductor Acústico Electromagnético (EMAT) para la inspección de tuberías bajo soporte, destacando los principios, ventajas y aplicaciones de esta metodología.

El desafío de inspeccionar tuberías bajo soporte

La corrosión bajo los soportes representa un reto significativo para la integridad de las tuberías, particularmente en aquellas expuestas a entornos marinos agresivos y condiciones climáticas extremas. Esta problemática se agrava cuando la humedad se acumula en la interfaz entre el soporte y la tubería, acelerando el deterioro por corrosión. La preparación superficial requerida por diferentes metodologías de Ensayos No Destructivos (END) —incluida la remoción de recubrimientos— puede incrementar la vulnerabilidad de las tuberías a este fenómeno.

Las técnicas convencionales, como las pruebas ultrasónicas (UT) y las inspecciones visuales, presentan limitaciones considerables debido a la restricción de acceso directo en las zonas bajo los soportes. Sin embargo, la evolución tecnológica en el campo de los END ha llevado al desarrollo de sistemas capaces de generar y detectar ondas guiadas, así como de dirigir su propagación de manera eficiente. Estos avances han establecido a los transductores especializados como herramientas óptimas para la evaluación de áreas previamente inaccesibles, tales como: los puntos de contacto en tuberías apoyadas, ofreciendo una solución prometedora para superar los desafíos asociados a la corrosión bajo soporte.

Principios del ensayo de Ondas Guiadas de Corto Alcance (SRGWT)

Las Pruebas de Ondas Guiadas (GWT) son un método avanzado de END que utiliza ondas ultrasónicas de baja frecuencia y se diferencian de las ondas ultrasónicas convencionales en que utilizan el medio en el que se propagan como una guía de ondas, y las reglas de interacción con los defectos son diferentes en comparación con las ondas ultrasónicas convencionales.

En la técnica conocida de ondas guiadas de largo alcance o LRGWT se tienen frecuencias mucho más bajas, obteniéndose distancias de propagación mucho más largas. Sin embargo, al centrarse en aplicaciones como la inspección bajo soporte, las pruebas de ondas guiadas de corto alcance (SRGWT) se vuelven particularmente relevantes.

SRGWT es una técnica de corto alcance que permite utilizar ondas sonoras de mayor frecuencia, lo que da como resultado una sensibilidad y resolución mucho mayores, capaces de detectar fallas dentro de un rango más corto, típicamente hasta unos pocos metros del transductor. El uso de ondas guiadas de corto alcance permite la detección de corrosión, grietas y otras formas de daño con alta resolución y precisión.

Beneficios del ensayo de Ondas Guiadas de Corto Alcance

Los beneficios de SWGWT para la inspección de tuberías bajo soporte incluyen:

• Accesibilidad: Permite la inspección de áreas de difícil acceso sin necesidad de excavaciones extensas o remoción de soportes.
• Eficiencia: Se pueden inspeccionar grandes secciones de tubería rápidamente, reduciendo el tiempo de inactividad y los costos de inspección.
• Sensibilidad: Detección de alta resolución de defectos pequeños, asegurando una intervención y reparación tempranas.
• Rango de espesores: Esta técnica se puede utilizar en un espesor de pared que oscila entre 6 mm y 25 mm.
• Rango de Temperaturas: Se puede utilizar hasta 200 °C (392 °F)

Limitaciones de las Ondas Guiadas de Corto Alcance

Al igual que las ondas guiadas de largo alcance, SRGWUT tienen las siguientes limitaciones:

• Este método solo se puede realizar a temperatura ambiente.
• No puede distinguir entre una discontinuidad en el D.I. y una discontinuidad en el D.E. En otras palabras, no puede indicar la profundidad de la discontinuidad.
• La superficie de inspección debe ser una base de metal limpia y lo más lisa posible para evitar la difracción de ondas ultrasónicas.
• El instrumento y sus accesorios son muy costosos.
• La formación es extensa y se necesita mucha experiencia en UT.

Transductores Acústicos Electromagnéticos (EMAT): Mejorando la inspección de tuberías bajo soporte

La tecnología de Transductor Acústico Electromagnético (EMAT) representa un avance significativo en el campo de las pruebas ultrasónicas. A diferencia de los transductores piezoeléctricos convencionales que requieren un acoplante líquido para transmitir ondas ultrasónicas, EMAT genera ondas ultrasónicas directamente en el material a través de la inducción electromagnética, lo que lo hace altamente adecuado para inspeccionar tuberías bajo soporte donde la aplicación de acoplante es impráctica.

Esta tecnica puede generar ondas ultrasónicas con un mínimo contacto con la superficie, mientras se mueven, permite al inspector escanear superficies rugosas sin afectar seriamente las propiedades de las ondas guiadas. La tecnología se utiliza de manera más eficiente en áreas de difícil acceso que necesitan un análisis más completo, complementado con otras técnicas¹.

Se han desarrollado nuevas tecnologías EMAT que permiten generar ondas de corte horizontales en cada una de las posiciones axiales escaneadas que se propagan en la dirección circunferencial de la tubería y son recibidas por el sensor receptor. Los tres resultados de medición principales incluyen los espesores de pared promedio en los caminos superior e inferior, y los espesores de pared restantes mínimos, indicados por A, B y D1 respectivamente. En la figura 1, se muestra el equipo QSR1 de GUL diseñado específicamente para la inspección de tuberías debajo de soportes².

Ventajas en el uso de transductores EMATS

EMAT ofrece varias ventajas para la inspección de tuberías:

• Acoplamiento seco: Elimina la necesidad de un acoplante líquido, facilitando inspecciones en entornos desafiantes.
• Versatilidad: Puede generar varios modos de onda, incluyendo ondas de cizalla, que son particularmente efectivas en la detección de grietas y otros tipos de defectos.
• Durabilidad: Resistente a condiciones ambientales adversas, lo que las hace ideales para aplicaciones de campo.
• Generación de ondas de corte horizontales: Las ondas de corte de polarización horizontal, en la práctica, solo pueden ser generadas a través de la tecnología EMAT³, específicamente mediante el uso de EMAT con imán permanente periódico (PPM – EMAT). Este tipo de ondas son de gran utilidad, por ejemplo, en la inspección de soldaduras de material austenítico con una estructura altamente atenuante y anisotrópica. En la figura 2, se ilustra una onda de corte horizontal⁴.
• Rango de temperaturas: Se puede utilizar hasta 200 °C (392 °F).

Integrando pruebas de Ondas Guiadas de Corto Alcance con EMAT para la inspección bajo soporte

La integración de pruebas de ondas guiadas de corto alcance con tecnología EMAT ofrece una solución poderosa para la inspección de tuberías bajo soporte. Este enfoque combina las capacidades de detección de alta resolución de ondas guiadas de corto alcance con los beneficios prácticos de los transductores EMAT, proporcionando una evaluación integral de la integridad de la tubería sin necesidad de acceso directo o contacto.

¿Qué aplicaciones tienen las Ondas Guiadas de Corto Alcance?

Varios estudios de caso han demostrado la efectividad de usar pruebas de ondas guiadas de corto alcance con transductores EMAT para la inspección de tuberías bajo soporte en diversas industrias. Por ejemplo, en el sector de petróleo y gas, este enfoque ha identificado exitosamente corrosión bajo soportes de tuberías en plataformas offshore, llevando a reparaciones oportunas y una extensión de la vida útil del servicio. De manera similar, en plantas químicas, se ha utilizado para detectar grietas progresivas bajo soportes de tuberías de alta temperatura, previniendo fallas potenciales.

A continuación se muestra una demostración de cómo se puede dimensionar la corrosión debajo de los soportes de tuberías (CUPS) utilizando el QSR1, cortesía de: GUL – Ultrasonidos guiados Ltd.

Inspeccionando la corrosión bajo soportes de tuberías (CUPS).

Futuro del SRGWUT con EMATs

La técnica de Ondas Guiadas de Corto Alcance (SRGWT, por sus siglas en inglés) ha incorporado recientemente avances significativos mediante la utilización de tecnología de arreglo de fase. Esta innovación se manifiesta en instrumentos especializados que emplean sondas de arreglo lineal de elementos a ser activados en fase, permitiendo la realización de inspecciones más precisas y detalladas.

Con la introducción de la tecnología Transductores Acústicos Electromagnéticos con Imán Periódicamente Permanentes (PPM – EMAT), se producen las ondas de corte horizontales con lo que se minimiza las complejidades en la inspección de soldaduras de acero inoxidable austenítico, obteniendo un mayor espectro de posibilidades del SRGWT. Esto resulta en un extraordinario avance en lo que ha sido un reto por décadas en la inspección de este tipo de materiales.

Mirando hacia el futuro, se anticipa que la evolución de la técnica SRGWT se orientará hacia la implementación de sistemas de escaneo automatizado junto con algoritmos de Reconocimiento Automático de Defectos (ADR). Esta transición hacia la automatización busca minimizar la dependencia de la pericia del operador, aumentando así la objetividad y precisión de las inspecciones.

El desarrollo y la implementación de estas tecnologías avanzadas prometen transformar significativamente el proceso de inspección, haciéndolo más eficiente y confiable.

Conclusión

La inspección de tuberías bajo soporte presenta desafíos significativos para la gestión de la integridad de las tuberías. La integración de pruebas de ondas guiadas de corto alcance con tecnología EMAT ofrece una solución prometedora, superando problemas de accesibilidad y proporcionando evaluaciones precisas y de alta resolución de la condición de la tubería. A medida que las industrias continúan reconociendo los beneficios de este enfoque innovador, está destinado a convertirse en una práctica estándar en los protocolos de mantenimiento y seguridad de tuberías, asegurando la operación confiable de infraestructuras críticas en todo el mundo.

Referencias

1. JOHN BOYLE, ERIC SJERVE. EMAT Ultrasonic Guided Wave Inspection of Simple Pipe Supports; Consultado en fecha 09 de Abril 2024; https://es.scribd.com/document/475970494/EMATUltrasonicGuidedWaveInspectionofSimplePipeSupports-pdf
2. Guided Ultrasonic Limited. QSR1. Consultado el 09 de Abril de 2024. https://www.guided-ultrasonics.com/inspection/scanning/qsr-system/qsr1/
3. AZHAR M. MEMON, LUAI M. ALHEMS. Applications of EMAT Generated Guided Waves in Pipes: A Review; Consultado en fecha 10 de Abril de 2024. https://www.ndt.net/article/ndt-canada2023/papers/EMAT_Generated_Guided_Waves_in_Pipes.pdf
4. P.A. PETCHER, S. DIXON. Weld defect detection using PPM EMAT generated shear horizontal ultrasound; Consultado en fecha 11 de Abril 2024. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0963869515000572