Parte I de II: Ultrasonido para la seguridad... ¡o para cualquier otra cosa!
por Jim Hall
Durante el fin de la década de 1980 y a través de la década de 1990, el ultrasonido fue, literalmente, una herramienta multiuso. Las tecnologías de vibración y termografía infrarroja (IR) eran demasiado costosas para las organizaciones. Sin embargo, usted podía comprar una pistola con termómetro de infrarrojos a 100 dólares y un kit de instrumentos de ultrasonido entre 750 y 7000 dólares y usarlos en innumerables aplicaciones en rodamientos de motores, cajas de cambio, bombas de cavitación, detección de fugas (presión/vacío), trampas de vapor y lubricación acústica (cuya aparición data de principios de la década de 1990). Era posible conectar un instrumento ultrasónico a un analizador de vibraciones y utilizar el sensor de contacto o magnético de los rodamientos para detectar fácilmente un defecto en el anillo externo, en ocasiones, pasado por alto por las cajas de vibración anteriores que no podían superar los 20 000 Hz. A mediados de la década de 1990, los inspectores de ultrasonido agregaron la inspección de dispositivos de distribución eléctrica y subestaciones para la detección de arcos, seguimiento y descarga de corona. Había comenzado una nueva era en materia de inspección ultrasónica que se dedicaba a LA SEGURIDAD.
Figura 1: Auditoría de fuga de aire, planta química, Waco, TX
“Había comenzado una nueva era en materia de inspección ultrasónica que se dedicaba a la SEGURIDAD.”
Ultrasonido para la detección segura de fallas eléctricas
Este ejemplo demuestra por qué el uso de ultrasonido para la seguridad es tan importante. Hace muchos años en una planta proveedora de alerones (es decir, alas) militares del sur de California para misiles guiados por calor, los hornos de tratamiento térmico estaban ubicados en una sala a unos pocos pies del dispositivo de distribución de 480 V. En el área había olor a ínfimas fugas de gas. Pero entonces, se podían oír arcos intermitentes y un ruido crepitante. Se evidenciaban arcos de lo que parecía ser un cableado de aluminio desde un panel eléctrico entreabierto de 480 V. (En esa época, el cableado de aluminio blando también se denominaba “cableado deslizante”. Su nombre se debía a su tendencia a deslizarse de la posición en la que se había colocado. En la actualidad, el cableado es totalmente de cobre). Por supuesto, los cables sueltos pueden producir arcos eléctricos y calentarse. Obviamente, todos salieron del establecimiento de inmediato para quedar a salvo.
Figura 2: Arco eléctrico oído dentro de un panel cerrado de 480 v en una planta de generación eléctrica
Las instalaciones no contaban con un instrumento de ultrasonido. Pero, si se hubiese tenido tecnología ultrasónica disponible, el técnico podría haberla usado para escanear primero los paneles del dispositivo de distribución antes de abrirlos. Luego, una vez abierto y reactivado, el ultrasonido podría usarse como herramienta complementaria para la inspección con cámara tanto infrarroja como de efecto corona. ¿Por qué? Las cámaras infrarrojas y de efecto corona requieren una línea visual, a diferencia del ultrasonido. Así que aprenda a usarlas todas en combinación. Familiarícese con los sonidos de las anomalías eléctricas. Capacítese un poco. ¡Aunque sea hágalo en nombre de LA SEGURIDAD!
Ultrasonido para la seguridad en ubicaciones remotas
Las plataformas petrolíferas en medio del océano utilizan aire comprimido y gases de diferentes tipos. Algunas hasta pueden ventilarse por la borda. En una plataforma petrolífera en particular, faltaba aire comprimido en un área de producción, muy probablemente debido a una fuga en el sistema.
Al buscar cuáles eran las posibilidades con un instrumento ultrasónico, los técnicos ubicaron una alta cantidad de aire comprimido que se escapaba por un drenaje que no debería haber estado abierto. Esto solo se detectó al bajar por una escalera externa que llevaba de una cubierta a otra. Los técnicos estaban escaneando con el ultrasonido y un accesorio con bocina de largo alcance. Ubicaron la fuga a una distancia de entre 50 y 60 pies.
El gas no solo era aire comprimido manufacturado; en realidad, se trataba de gas de nitrógeno (N2). En la actualidad, la mayoría de las plataformas petrolíferas usan generadores de nitrógeno a bordo pero, aun así, la fabricación de este gas es muy costosa. El nitrógeno tiene muchos usos en una plataforma petrolífera, demasiados para enumerar aquí. Aunque no es volátil ni cáustico, demasiado nitrógeno podría causar asfixia. Una concentración de oxígeno por debajo del 19,5 por ciento se considera no segura para los trabajadores. Cuando el contenido de oxígeno desciende hasta el 8 o 10 por ciento aproximadamente, no hay muchas posibilidades de supervivencia. El nitrógeno es un asesino silencioso.
Figura 3: Plataforma petrolífera en el Golfo de México
El ultrasonido es sonido por encima de los 20 000 Hz. Detecta sonidos que superan el campo auditivo humano. También detecta fricción, la cual puede ser una interferencia en el aire. Por ejemplo, las fugas de aire o gases comprimidos, ya sea una presión positiva o negativa, producen fricción en el aire. Algunos instrumentos son capaces de detectar una fuga de 5 psig de 0,005 pulgadas a 50 pies. Tras mencionar esto, cabe decir que el ultrasonido no puede distinguir entre una fuga de aire comprimido, nitrógeno o gas de hidrógeno. No obstante, las fugas a la atmósfera producen fricción y, debido a que dicha fricción es una interferencia de la atmósfera, puede detectarse a través del ultrasonido.
Ultrasonido para la detección segura de fugas de gas
Figura 4: Fuga en un sistema de suministro de oxígeno líquido
Dentro del sector militar, la seguridad es una de las máximas prioridades. A comienzos de la década de 1970, la Marina de los EE. UU. capacitó a técnicos en criogenia para producir oxígeno y nitrógeno líquidos; así como para manejar y trabajar alrededor de otros gases que se usaban principalmente para el mantenimiento de aeródromos, en aeronaves y portaaviones.
El oxígeno líquido exige respeto. Al ser un líquido criogénico, es muy volátil y altamente explosivo. Los líquidos criogénicos son gases licuados que tienen un punto de ebullición normal por debajo de los -130 °F (-90 °C). El oxígeno líquido tiene un punto de ebullición de -297 °F (-183 °C) y una relación de expansión (de líquido a gas) de 1 a 860 del punto de ebullición a 68 °F (20 °C). ¡El oxígeno no tiene propiedades de advertencia!
Para detectar fugas en unidades de almacenamiento o líneas de suministro, a los técnicos en criogenia se les enseñó a usar un receptor o traductor de ultrasonido. La Marina de los EE. UU. les proporcionó a sus técnicos en criogenia una unidad traductora de ultrasonido que consistía en una varilla con un sensor piezoeléctrico en el extremo y un micrófono incorporado en la caja. Eficaz, pero no tanto en el mercado industrial de hoy en día.
El traductor ultrasónico recibe la alta frecuencia y los heterodinos o demodula la alta frecuencia a una señal de baja frecuencia por debajo de los 20 000 Hz. Esto también se conoce como Ultrasonic Down Conversion™ (UDC).1 La UDC es lo que hacen todos los traductores ultrasónicos.
A través de la UDC, el usuario del instrumento puede distinguir una fuga ya sea de lejos o de cerca, según la sensibilidad del traductor usado y la aplicación.
Ultrasonido para la seguridad en plantas industriales
Además del sector militar, hay una enorme cantidad de oportunidades para usar un traductor o instrumento ultrasónico en la mayoría de las plantas industriales con fines de seguridad. Sin embargo, solo unos pocos de los instrumentos ultrasónicos que se fabrican en la actualidad son intrínsecamente seguros o calificados como IS, lo que significa que si la unidad tiene la calificación apropiada, el instrumento puede utilizarse en un entorno explosivo.
Algunos instrumentos de ultrasonido fabricados en la actualidad tienen una calificación IS según las directivas ATEX, mientras que otro fabricante popular de instrumentos ultrasónicos tiene un instrumento con calificación IS con el símbolo EX de ATEX y Mb Ex ib I para minería subterránea.
También está la calificación IS de Factory Mutual (FM), Clase I, Grupos A, B, C y D. Aquí hay un ejemplo de lo que significan estas calificaciones IS de FM.
Clase I: las ubicaciones son áreas donde puede haber presencia de gases inflamables en cantidades suficientes como para producir combinaciones explosivas o inflamables.
Div I: área donde suelen existir materiales explosivos o inflamables bajo condiciones normales.
Grupo A: atmósferas que contienen acetileno.
Grupo B: atmósferas que contienen hidrógeno, gases o vapores de peligro equivalente, como gas manufacturado.
Grupo C: atmósferas que contienen vapores de éter etílico, etileno o ciclopropano.
Grupo D: atmósferas que contienen gasolina, hexano, nafta, benceno, butano, propano, alcohol, acetona, bencilo, vapores solventes de lacas o gas natural.
Al utilizar ultrasonido, use ÚNICAMENTE un receptor/traductor ultrasónico aprobado con la “calificación IS” y consulte las recomendaciones locales de seguridad y las clasificaciones específicas autorizadas para uso a nivel local.
Inspecciones de ultrasonido para la seguridad
Las inspecciones de ultrasonido pueden incluir:
- fugas de hidrógeno: las plantas de generación eléctrica usan hidrógeno para enfriar el generador;
- transformador eléctrico: interno y externo para la detección de arcos, seguimiento y descarga de corona y parcial;
- calderas: fugas de gas natural alrededor de ellas y fuga de la caja horizontal de la llama que libera monóxido de carbono tóxico;
- inspección eléctrica: dispositivo de distribución y subestación para corona, seguimiento o descarga parcial o de arcos;
- bóvedas eléctricas subterráneas: para efecto corona, seguimiento o arcos de transformadores y cables eléctricos;
- bóvedas y túneles para servicios públicos subterráneos: para diversas fugas de gas (por ejemplo, nitrógeno, gas natural, etc.);
- aplicaciones de aviación: para fugas de gas comprimido o criogénico;
- fugas de combustible de aviación: uso de aire positivo o negativo en las alas y pilas de combustible para detectar fugas;
- presurización de cabina: ultrasonido utilizado en puertas, ventanas, fuselaje y otras áreas de la cabina que podrían crear una pérdida de presurización;
- aplicaciones marinas: escotillas y bocas de hombre herméticas para la intrusión de agua o gas en una puerta sellada;
- marina: para detectar emisiones fugitivas en una planta fabril o a bordo de un barco;
- salas blancas o laboratorios: fugas de presión negativa y gas criogénico (inerte y tóxico) dentro del piso falso debajo del laboratorio;
- servicios públicos subterráneos: líneas de gas natural, cables eléctricos y transformadores.
Por supuesto, estas son solo algunas de las miles de aplicaciones dentro del ámbito de fabricación industrial, transporte, militar, generación eléctrica y otros servicios públicos en los que puede utilizarse el ultrasonido con fines de seguridad.
¿Cuál es su aplicación de ultrasonido para SEGURIDAD?
Espere la Parte II de ULTRASONIDO PARA LA SEGURIDAD... ¡O PARA CUALQUIER OTRA COSA! en una próxima edición de Uptime Magazine.
Referencia
- Ultrasonic Down Conversion™ es una marca comercial registrada, Reg. N.° 4.377.926, desde el 30 de julio de 2013.
