Detección de Fugas Subterráneas
Por
Jim Hall
Este artículo fue publicado en
Uptime®
Magazine
en su edición de abril del 2006
Desde que trabajo en la industria de la plomería, siempre he tenido
el interés en localizar fugas subterráneas. A inicio de los años 70
la detección de fugas era virtualmente inexistente. Un estetoscopio
de doctor y un buen oído eran la alternativa. Sin embargo, el método
más común en el uso por contratistas, y para decir tristemente, aún
en la actualidad, es lo que llamo el método de "busca y destruye".
Esto es, utilizar técnicas cuestionables de adivinamiento y cavan un
hoyo donde piensan que la fuga puede estar. Si no la encuentran
siguen cavando hasta que la encuentran. ¡Este método puede llevar a
perdidas de tiempo y dinero, y claro, a algunos hoyos enormes!
Fuga
subterránea de vapor
Al
inicio de mi carrera en ultrasonido, me solicito un contratista para
localizar una fuga subterránea de vapor en la Universidad del Sur de
California. El contratista fue el contratista principal que había
instalado originalmente los tubos subterráneos de vapor.
Desgraciadamente para él, el campus ahora parecía tener pequeños
géiseres erupcionando por todas partes, creando nubes densas
condensadas por todas partes del campus. La aparición de estas nubes
significó grandes pérdidas de energía.
Un
nuevo proyecto de construcción estaba en progreso, utilizando un
tubo externo para proteger el tubo interior de acero de 16-pulgadas
con un aislamiento de fibra de vidrio tipo bobinado (no un
impermeabilizante anticorrosivo). Este proyecto particular fue
diseñado para conectar el sistema viejo de vapor con el nuevo
sistema. Las líneas de vapor subterráneas más viejas en el campus
incluían una línea principal de vapor de 4 pulgadas y una línea de
condensado de 2 pulgadas dentro de una camisa de acero aislante de
16 pulgadas aislado con un impermeabilizante anticorrosivo envuelto
fue enterrado a 5½ pies debajo del estacionamiento. El
impermeabilizante anticorrosivo es un aislante de sonido muy bueno,
y no permite casi que ningún sonido sea emitido dentro del tubo para
viajar a la superficie para su detección. Por lo tanto, había muy
pocas oportunidades de que un detector ultrasónico escuchara un
escape a 5 ½ pies debajo de la tierra.
Debido a la profundidad del tubo de vapor enterrado podía ser mejor
presurizar la línea de vapor principal o la línea de condensación
para aislar y saber cuál de las dos líneas tenía la fuga. Puede ser
necesario para localizar el tubo utilizar un localizador de tubo si
no hay signos de construcción previa ni de donde las líneas fueron
tendidas.
Un
punto más débil del tubo está en las conexiones. Las juntas,
empaques, uniones de soldadura, la rosca de la tubería y la
instalación pobre, son las razones más comunes que un tubo como éste
puede tener una fuga.
Para localizar esta fuga particular, yo escogí utilizar un compresor
de aire para crear una presión positiva dentro del tubo. Pensé que
el aire que sale del sitio de la fuga crearía un sonido que el
detector ultrasónico posiblemente pudiera oír. (Cuando se usa aire
comprimido para esta aplicación particular puede ser necesario
modificar el tubo, tal como soldar un cople de tubo con un acoplador
conectado, para que el aire pueda ser suministrado a la línea de
condensado).
Figura 1: Una línea de agua de 2½” con una fuga que fue detectada
utilizando un aparato de detección de sonido, 2 pies debajo de una
acera de concreto.
Todas las fotografías son cortesía de All Leak Detection, LLC.
De
hecho, esta fuga en el campus nunca se registró en el detector de
fugas balístico como una fuga. En cambio yo no vi virtualmente
ningún movimiento en el medidor balístico. Sin embargo, poco después
de barrer con el equipo de ultrasonido, me sorprendió oír un sonido
muy suave que silbaba en los auriculares ultrasónicos del detector.
Fue débil, suficiente débil que si movía el detector 18 pulgadas a
la derecha o a la izquierda lo perdía.
Tome una lata de pintura en spray e inmediatamente marque una "X" de
20 pies para marcar el lugar. El contratista entonces corto y abrió
el asfalto con un tractor exponiendo la camisa de acero que alberga
el tubo principal de vapor y la línea de condensación. Armado con
una cámara, miré como el soldador cortó una apertura en la cubierta.
El descubrió un aislamiento roto de 2 pulgadas alrededor de un cople
que se había partido, que causó el escape del vapor. El contratista
se preguntó si el escape había sido causado por vándalos. El dijo
que había sorprendido a unos vándalos en el pasado que trataban de
robar la tubería de cobre. No era inusual entre los vándalos
conectar una cadena a un coche o camión y sacar cuanta tubería de
cobre les fuera posible, y posteriormente venderla.
Procedimiento
El
Ultrasonido es muy direccional. La onda sonora de alta frecuencia es
típicamente de 1/8 a 5/8 de pulgada. Al realizar una inspección
subterránea de fugas, es mejor utilizar unas puntas de contacto o,
si es posible, un micrófono de suelo. Este sensor podría ser el
mismo sensor para escuchar los cojinetes, localizar los problemas
con ventilas de vapor y/o inspecciones de válvula.
Cuando se utiliza el Ultrasonido, seleccione la punta de contacto y
coloque la frecuencia en 20 khz, típicamente la frecuencia más baja
en la mayoría de los detectores ultrasónicos. Recuerde - mientras
más baja es la frecuencia - más grandes son las ondas sonoras –
mientras más grandes son las ondas sonoras - más lejos viajaran - lo
que puede hacer la detección mucho más fácil. Utilice la extensión
si es necesario. El tubo de metal (hierro, galvanizado, cobre)
resonará un tono audible que puede ser detectado por el detector
ultrasónico. El Empujar el aire comprimido por la fuga aumentará
esta resonancia, pero, si hay suficiente turbulencia (fricción)
presente, no será necesario agregar una fuente de aire adicional.
Por otro lado, las tuberías de plástico (PVC) virtualmente no hacen
ruido cuando tienen fugas.
Cierre la zona o las válvulas del sistema principal de vapor por
zonas individuales. Esto puede ayudar a aislar la fuga. Lentamente y
deliberadamente, escanee el suelo utilizando la punta ultrasónica de
contacto o micrófono de suelo y escuche cambios sutiles.
Tubería contra incendios
El
Ultrasonido fue muy efectivo para encontrar una fuga en una tubería
contra incendios en una planta de manufactura en Minneapolis,
Minesota, EEUU. Esta fuga era parte del sistema principal contra
incendios. Aquí está la historia. ...
Al
realizar una inspección de rutina de detección de fugas en la
planta, un técnico de mantenimiento decidió escuchar varios tubos
del sistema principal. Utilizando la punta de contacto del receptor
ultrasónico en la frecuencia de 20 khz, el técnico tocó unos
cuantos tubos del soporte y comparó las lecturas. El tubo con la
lectura o decibeles más altos significó que el técnico estaba
buscando cerca del objetivo. El encontró el tubo con la lectura más
alta, escuchó otra vez con la punta de contacto y suavemente empujó
de un lado a otro. Después de identificar el tubo, se fue a
almorzar. Después del almuerzo, regreso al sitio para terminar su
inspección. Desgraciadamente, se encontró con agua hasta su tobillo.
Las buenas noticias fueron que encontró el tubo correcto con el
ultrasonido. Las malas noticias fueron que al mover el tubo de un
lado a otro se fracturó la línea lo que permitió a la tubería contra
incendio inundar el área.
Figura 2: Las fugas del hidrante fueron detectadas utilizando un
instrumento ultrasónico con una punta de contacto.
Ultrasonido o Sonido-sónico?
Ni
el ultrasonido ni el sonido sónico deben ser eliminados de su lista
de instrumentos para localizar fugas subterráneas. El sonido sónico
(de baja frecuencia, ondas largas) es utilizado más por las
instalaciones y los servicios de detección de fugas subterráneas a
nivel mundial. ¿Recuerda las historias del viejo oeste y cómo
nuestros antepasados colocaban una oreja en la vía férrea para oír
el sonido de un tren aproximándose? ¿O poner una oreja al suelo para
oír el sonido de los soldados mientras cabalgaban en las llanuras?
Las bajas frecuencias viajan grandes distancias y por lo tanto es
muy efectiva para la detección de fugas subterráneas. El Ultrasonido
o sonido de alta frecuencia, tiene ondas cortas, típicamente de 1/8
a 5/8 de pulgada de largo, y es muy direccional. Los objetos en el
camino del Ultrasonido pararán las ondas, y, consecuentemente, el
sonido.
La
tierra floja no transmite el sonido así como la tierra duramente
comprimida. Las líneas enterradas a mayor profundidad de 7 a 8 pies
tienden a absorber los sonidos de fugas de agua. Pero las líneas que
son sólo están a 3 - 4 pies de profundidad son mucho más fáciles de
oír en la superficie del suelo. La atenuación baja de la frecuencia
del sonido es aproximadamente 40 dB por pie3 de profundidad.
También, las frecuencias más altas de sonido (onda corta) son
absorbidos más rápidamente en la tierra que en frecuencias bajas
(onda larga).
Figura 3: Gráfica de la Intensidad del Sonido vs. Presión
Las
tuberías de cobre, galvanizado o de acero producen sonidos que son
más fuertes (Figura 3) y eso es más alto en frecuencias (Figura 4)
que en la tubería de PVC. Por lo tanto, el conocimiento del material
de la tubería es importante.
Figura 4: Comparación de las frecuencias de ruido de una fuga en
diferentes tuberías
Si
el usuario sabe que la fuga es pequeña, (60 psi o más), y está en
una tubería de hierro, acero o cobre, los sonidos deben estar en una
gama audible de alta frecuencia, quizá 400 Hz a 1200 Hz. Por otro
lado si una fuga es grande (30-40 psi), y es tubo de PVC, entonces
los sonidos deben estar en una gama más baja de frecuencia, quizá
200 Hz hasta 600 Hz.
Como se muestra en la Figura 5, la tubería de cobre, acero o hierro
(6 -12 pulgadas de diámetro) puede transmitir el sonido a centenares
de pies, mientras el PVC del mismo diámetro sólo puede transmitir el
sonido 100-500 pies.
Figura
5: Transmisión del Sonido vs. Distancia de la fuga
¿Qué estoy escuchando?
La
resonancia del tubo o la vibración son a menudo el ruido de fuga más
intenso, sonando como un "soplido" o un "silbido". EL sonido de agua
corriendo por la tubería es generalmente una señal muy débil. Aunque
haya podido utilizar este tipo de señal para seguir un tubo para
localizar la fuga y/o las válvulas en el sistema, es bastante
difícil. Sin embargo, si la señal es fuerte en un cierto punto, y se
deja de escuchar después de mover el sensor, probablemente este
directamente sobre la fuga. En una ocasión me llamaron a un trabajo
donde el agua salía del suelo directamente del camino de las líneas
eléctricas subterráneas. Después de que la empresa de servicio
público hubiera marcado estas líneas, utilicé esas marcas para
recorrer ese camino en la espera de encontrar el punto donde se
encontraba la ruptura de la tubería. Afortunadamente, en 5 minutos
había localizado el punto de escape, que acabó por ser una tubería
de agua de 6 pulgadas justo encima de una zanja de una línea
eléctrica. El sonido realmente me recordó un "arroyo balbuceando" o
una corriente de montaña. Las grandes fugas pueden, de hecho, crear
una cavidad subterránea. Si este es el caso, usted nunca puede oír
el sonido del agua que se filtra del tubo. Corte el suministro y de
unas cuantas horas para disiparse, entonces utilice el aire y el
agua que queda en la línea para empezar su inspección. El sonido de
la fuga se escuchara como "escupiendo" o un "chisporroteo". Pero una
vez que la cavidad se llena de agua otra vez, el sonido será más
como soplando aire a través de una paja y creando burbujas, o un
sonido como de "borboteo".
Figura 6: Instrumento de detección de Fugas subterráneas, detecta
frecuencias sónicas y ultrasónicas.
El
Ultrasonido puede ser limitativo
El
utilizar el ultrasonido (alta frecuencia, de 20 khz de –200 khz)
para la detección de fugas subterráneas no es tan común como el
sonido sónico (de baja frecuencia, 100 Hz – 1200 Hz). Pero el uso de
aire comprimido es necesario a veces para ayudar en el
descubrimiento de fugas cuando se usa baja frecuencia. Sónico o de
baja frecuencia es lo que usted y yo oímos, así que es a veces es
difícil de utilizar en áreas de mucho tráfico. La alta frecuencia o
ultrasonido puede estar limitando también. De hecho, me a tocado
escuchar como suenan las balatas del freno de camiones o automóviles
cuando se acercan a un área que estoy inspeccionando. Tenga presente
que aviones, trenes y automóviles pueden intervenir con la
detección de fugas. Su presencia podría extender también la cantidad
de tiempo que le toma para encontrar una fuga porque usted puede
tener que parar y esperar que el tráfico o los aviones dejen de
pasar antes de continuar su inspección.
Por
otro lado, la alta frecuencia suena por encima del rango del oído
humano. Así que lo que es típicamente ruidoso para usted o para mí,
no es ruidoso al receptor ultrasónico. Las plantas de fabricación o
industriales con piscinas, fuentes, sistemas presurizados de agua,
así como tuberías de aire comprimido y/o otros gases pueden querer
invertir en un sistema sónico y ultrasónico de detección. Ambos
sistemas son útiles bajo circunstancias diferentes. Si usted tiene
ambos, usted tendrá una mejor oportunidad en encontrar esas fugas
subterráneas.
Figura
7: Una tubería principal de agua de 2 ½ partida en el codo. Se
localizo la falla desde la superficie utilizando un aparato sónico
en un suelo de arcilla. La fuga se encontraba aproximadamente a 5
pies de la superficie.
Un
agradecimiento especial a Sub-Surface Instruments,
www.sslocators.com , Houston, TX por los datos técnicos y la
información.
Jim Hall es el presidente de Ultra-Sound Technologies, una compañía
Vendedor-Neutral que proporciona consultoría de mantenimiento y
capacitación predictiva en el lugar. UST proporciona certificación Nivel
Asociado, Nivel I y II de Ultrasonido. Jim es también un proveedor
regular de presentaciones en línea en ReliabilityWeb.com y es redactor
para la Revista Uptime. Jim ha proporcionado capacitación de ultrasonido
para varias Compañías incluidas en Fortune 500 en diversos ramos como
generación eléctrica, pulpa y papel, productos petroquímicos y el
transporte (marítima, automotriz, espacio). Un veterano de 17 años del
servicio civil, Jim sirvió como ingeniero técnico aeroespacial para la
Unidad de Servicio de Ingeniería de Aeronáutica Naval (NAESU por sus
siglas en ingles). Puede ser contactado en el tel (770) 517- 8747 o en
jim.hall@Ultra-SoundTech.com
