El papel de la inspección robótica en línea hoy y mañana

La tecnología de inspección robótica en línea (ILI) está adquiriendo cada vez más importancia en el sector de las tuberías, ya que proporciona información crítica, en particular para las tuberías que no pueden inspeccionarse con los métodos de ILI convencionales. Markus Ginten, Director de Diagnósticos Exigentes de ROSEN, analiza con más detalle las ventajas específicas de las herramientas de inspección robotizadas que las hacen atractivas para la evaluación global de las tuberías y el papel de estas herramientas para el futuro del sector.

Importancia de la inspección en línea

Varias fuentes de datos están sentando las bases de una ingeniería y gestión de la integridad sólidas como clave para un funcionamiento seguro de las tuberías. Se trata, por ejemplo, de la evaluación directa, los métodos de medición en superficie y, posiblemente el más concluyente, la inspección en línea (ILI). Las alternativas, como las pruebas hidrostáticas, en las que se llena de agua una tubería y se presuriza hasta un límite predefinido por encima de la presión máxima de funcionamiento (MOP), suelen ser menos concluyentes y/o prohibitivas desde el punto de vista de los costes.

Las tecnologías convencionales de inspección en línea se han desarrollado durante décadas, comenzando a finales de los años 60 y principios de los 70, con lo que pueden denominarse herramientas de baja resolución para la detección y clasificación gruesa de anomalías de pérdida de metal. Con herramientas convencionales o de nado libre, la industria se refiere a herramientas propulsadas por el producto de la tubería. El fluido transportado, ya sea gas o líquido, crea una presión diferencial a través del plano o planos de sellado de la herramienta de inspección, lo que provoca su movimiento hacia delante. El ILI convencional requiere ciertas condiciones de contorno. Éstas son, a grandes rasgos, la presencia de trampas lanzadoras y receptoras, un diseño mecánico adecuado de la tubería y condiciones de funcionamiento. En la actualidad, estas herramientas de ILI no sólo pueden detectar y dimensionar con precisión defectos como deformaciones, corrosión por pérdida de metal y grietas en el material base y las zonas de soldadura, sino también caracterizar las propiedades mecánicas y de los materiales de las tuberías, información crucial para los programas de gestión de la integridad.

Necesidad del sector de la ILI robótica

Las investigaciones del sector estiman que aproximadamente el 40% de las tuberías del mundo son impigables y no pueden inspeccionarse con herramientas de ILI convencionales. A principios de la década de 2000, esto llevó al desarrollo de soluciones robóticas (autopropulsadas). En los años y décadas siguientes, los fallos provocaron un nuevo aumento de la demanda de inspecciones robóticas de tuberías. En particular, los fallos provocados por la falta de información y registros para tomar las decisiones correctas en materia de integridad llevaron a la Administración de Seguridad de Oleoductos y Materiales Peligrosos (PHMSA) a revisar el código y exigir que la información de los oleoductos sea trazable, verificable y completa (TVC). Naturalmente, el vacío de información es más significativo en el caso de las tuberías más antiguas, diseñadas y construidas cuando los requisitos de documentación eran mucho menores y sin tener en cuenta las ILI convencionales.

Ventajas y camino a seguir

Las herramientas robóticas presentan varias ventajas sobre las convencionales, como la flexibilidad en la inserción y extracción, la maniobrabilidad en configuraciones mecánicas difíciles y la independencia de los productos de la tubería como medio de propulsión. Esto las hace más versátiles y aplicables a muchas tuberías no piggables.

Ventajas adicionales de las que podrían beneficiarse las tuberías piggables son la velocidad controlada y la capacidad de arrancar, parar y moverse en cualquier dirección. La velocidad controlada contribuye generalmente a una mayor calidad de los datos. Al mismo tiempo, los demás aspectos permiten recoger diversas perspectivas y conocimientos más profundos, por ejemplo sobre características complejas como las soldaduras de circunferencia. Además, las tuberías que funcionan con caudales elevados podrían inspeccionarse sin reducir el flujo de producto durante la inspección, lo que maximizaría los beneficios de los operadores de tuberías.

Tras más de 20 años de desarrollo, la tecnología aún se encuentra en sus primeras fases, aunque hoy en día se observa una amplia gama de aplicaciones. Las limitaciones en el alcance de la inspección y en la preparación de la inspección de tuberías son retos inminentes que hay que superar.

Alcance de la inspección: Hoy en día, una herramienta robótica se alimenta mediante cable (tether) o baterías. Ambas soluciones son algo limitadas en cuanto al alcance de la inspección. Un cable provoca fuerzas de fricción que, sobre todo en tuberías con un mayor número de curvas, se acumulan. Como se necesita energía para los sensores, la electrónica de la herramienta y la unidad de propulsión, la capacidad de las baterías sólo es suficiente para rangos de inspección cortos. Por lo tanto, se necesitan alternativas. Existen conceptos básicos para ampliar el alcance de las inspecciones, pero aún pasará algún tiempo hasta que se hagan realidad.

Preparación de las tuberías: Una limpieza adecuada de las tuberías es una condición previa para recopilar datos de alta calidad. Las tuberías especialmente difíciles de limpiar suelen ser difíciles de limpiar. Aunque hoy en día se aplican algunas medidas básicas, no cabe duda de que existen oportunidades de mejora.

En la industria actual se utilizan sistemas controlados por operarios. Es concebible que, en un futuro lejano, se implanten sistemas autónomos configurados para una misión y que tomen sus propias decisiones basándose en algoritmos (de aprendizaje automático). Estos sistemas podrían permanecer permanentemente en las tuberías para supervisar su estado en lugar de realizar inspecciones "instantáneas". Para explotar todo el potencial de las ILI robóticas, los factores cruciales son la experiencia en inspecciones continuas y las asociaciones con operadores de oleoductos que apoyen nuestros esfuerzos. Como dijo Rodney Brooks, un robotista, la experiencia práctica es la mejor manera de aprender todos los aspectos interdisciplinarios de la robótica.

Markus Ginten, Head of Challenging Diagnostics, ROSEN Group

Papel en la transición energética

En nuestro camino hacia las emisiones netas cero, una parte de la infraestructura de tuberías se utilizará para transportar hidrógeno (H₂) y dióxido de carbono (CO₂). La inspección de este tipo de tuberías está asociada a ciertos retos que la ILI robótica puede superar. Algunos ejemplos:

Se necesitan datos de inspección precisos de las soldaduras de las circunferencias para reutilizar la infraestructura de tuberías existente para transportar hidrógeno. Una herramienta de inspección convencional pasa por cada soldadura circunferencial a una velocidad relativamente alta y dispone de "un solo disparo" para recopilar los datos. Por lo tanto, y debido al impacto mecánico de la soldadura sobre los portasensores, la calidad de los datos de las soldaduras de circunferencia obtenidos con las herramientas ILI convencionales es bastante limitada. Por el contrario, las herramientas ILI robotizadas pueden detenerse en cada soldadura circunferencial y escanear la zona con gran precisión.
El hidrógeno tiene una densidad extremadamente baja y, por lo tanto, es altamente compresible. En consecuencia, es probable que la inspección de una tubería de hidrógeno con una herramienta ILI convencional esté asociada a un perfil de velocidad bastante dinámico, lo que puede dar lugar a una degradación de la calidad de los datos. Se trata de un fenómeno bien conocido en las inspecciones de gasoductos de gas natural, en las que deben cumplirse las condiciones límite y adoptarse medidas para garantizar perfiles de velocidad adecuados. Conseguir perfiles de velocidad adecuados en el hidrógeno será una tarea aún más difícil. Sin embargo, las herramientas ILI robotizadas se propulsan independientemente de los productos de las tuberías y siempre se moverán a una velocidad óptima.
Las tuberías que transportan CO₂ suelen funcionar a presiones y temperaturas predefinidas. Es esencial que una herramienta ILI no introduzca cambios adicionales de presión o temperatura fuera del rango permitido. Además, las copas y los discos de las herramientas ILI convencionales sufren un gran desgaste al inspeccionar tuberías de CO₂. Aunque la inspección de tuberías de CO₂ con herramientas convencionales suele ser posible, hay casos en los que las herramientas de inspección robóticas serán la mejor opción.

Impacto en la mano de obra

El auge de la tecnología robótica plantea dudas sobre el papel de los trabajadores humanos en un mundo cada vez más automatizado. Aunque en general es cierto que la tecnología robótica aumenta el grado de automatización, en las ILI robóticas actuales se observa un mayor grado de interacción de los técnicos de campo que en las ILI convencionales. Esto seguirá siendo así en un futuro previsible. El manejo de herramientas ILI robotizadas conlleva interesantes oportunidades para la mano de obra cualificada en programación, control, mantenimiento y análisis (de datos sobre la vida/en el lugar). En este sentido, las herramientas ILI robotizadas pueden considerarse robots colaborativos, o simplemente cobots.

Conclusión

Las herramientas ILI robotizadas desempeñan un papel importante en el sector de las tuberías en la actualidad. Proporciona información valiosa sobre todo en tuberías no piggiables que no pueden inspeccionarse con ILI convencionales. Las herramientas robóticas presentan ciertas ventajas que las hacen atractivas para la inspección de tuberías en general. Sus capacidades permiten aumentar la potencia de los datos como base para tomar mejores decisiones en materia de gestión de la integridad.