La inspección y el mantenimiento de tanques, tuberías y conductos es una tarea adecuada para que los robots saquen a los humanos de las zonas de inspección y mantenimiento. Las operaciones típicas incluyen la inspección no destructiva convencional y las técnicas de sensores avanzados para la supervisión del estado. El mantenimiento de tuberías y alcantarillas con robots de servicio es cada vez más necesario. Los motivos son los siguientes:
- Requisitos medioambientales: un sistema de alcantarillado debe ser demostrablemente estanco.
- Conservación de los recursos: hay que evitar la necesidad de reparaciones abiertas con medidas preventivas.
- Seguridad: debe evitarse a toda costa la formación de cavidades debajo de las zonas transitabless.
Normalmente, los robots de tubos, alcantarillas y tuberías son robots segmentados, equipados con ruedas u orugas para arrastrarse por el interior de tuberías de petróleo, gas u otros medios, alcantarillas o tuberías de agua dulce, tuberías industriales o conductos de aire. Además de detectar rápidamente problemas dentro de los sistemas de tuberías, como fallos en las soldaduras, corrosión, erosión, roturas, depósitos, piezas sueltas, revestimientos interiores defectuosos, etc., las tareas pueden incluir el esmerilado o el fresado, que requieren herramientas especiales. Los tipos de operaciones para los robots pueden incluir la inspección de tuberías y alcantarillas, la limpieza de las mismas, la descalcificación, la detección de fugas y los trabajos de reparación sencillos. Los sistemas robóticos típicos para la inspección de tuberías son de varios tipos:
- Los escáneres robóticos móviles (con ruedas y con orugas) pueden estar formados por segmentos para seguir curvas estrechas. Su transmisión de señales y energía puede ser atada o sin atar.
- Robots flotantes que son arrastrados por las tuberías o conductos.
- La cinemática de los brazos, a menudo en forma de brazos de serpiente, permite acceder a entornos de inspección desordenados a través de bocallaves.
En la actualidad, la mayoría de los sistemas de inspección de tanques, tubos, tuberías y alcantarillas disponibles en el mercado son total o parcialmente teledirigidos, lo que obliga a un operador a estar, como mínimo, en un entorno incómodo y peligroso. Además, en algunos casos, la información obtenida como resultado de la inspección puede no ser suficiente para evaluar en su totalidad el estado del túnel y se requiere una inspección adicional con la participación de un operador humano. Por lo tanto, los esfuerzos actuales de I+D están orientados a que los robots de inspección sean totalmente autónomos. Un sistema completamente autónomo puede realizar la inspección del túnel sin comprometer la seguridad de los operarios.
Inspección del alcantarillado
A medida que las tuberías de agua envejecen, están cada vez más expuestas a la presión de las condiciones operativas y ambientales. En consecuencia, estas tuberías se deterioran estructural e hidráulicamente, lo que repercute negativamente en la calidad del agua, las fugas y la fiabilidad. La gestión eficaz de estos activos requiere una evaluación del estado, que incluye la recopilación de información sobre su estado, el análisis de esta información y, en última instancia, la conversión de esta información en conocimiento que permita tomar una decisión eficaz sobre su actualización. En el pasado se han investigado numerosos desarrollos de robots para alcantarillas, tuberías y carreteras.
Los robots de alcantarilla se presentan principalmente en forma de manipuladores móviles atados. El equipo necesario para su funcionamiento incluye:
- Operación vehículo
- Dispositivo de inserción (normalmente una grúa)
- Dispositivo de guiado de cables (enrollador de tambor)
- Unidad de control para el manipulador
- Media supply
- Consola del operador con monitor y dispositivos de control
En este ámbito, los fabricantes de robots ofrecen equipos de rehabilitación que ayudan a restaurar las alcantarillas, lo que resulta mucho más fácil y barato que sustituir las tuberías de alcantarillado con métodos tradicionales. Los robots de alcantarillado pueden limpiar tuberías, normalmente de 200 a 600 mm de diámetro interior, inaccesibles para los humanos. La sujeción del manipulador limita su alcance (unos 300 metros). Suelen basarse en plataformas multisegmento, que les permiten seguir curvas, cruces e incluso superar escalones. En lugar de estar limitados en su radio de acción por la fricción del cable, funcionan de forma autónoma con posibles interferencias remotas. Numerosos proveedores de servicios utilizan estos robots de inspección para cartografiar, inspeccionar y restaurar los sistemas de alcantarillado.
Inspección de tuberías de gas y petróleo
Las tuberías están expuestas a la corrosión, a las tensiones mecánicas, a los depósitos, a las incrustaciones y a los impactos externos, todo lo cual puede contribuir a reducir el caudal o incluso a provocar accidentes por explosión.
Es necesario que los robots realicen un mantenimiento regular. En la mayoría de los casos, las grandes tuberías llevan incorporados dispositivos de limpieza e inspección (“pigs”). En el caso de las tuberías más pequeñas, los robots pueden ser un instrumento flexible para dar cuenta del estado de las tuberías. Sin embargo, en la mayoría de los casos, los robots deben ser a prueba de explosiones. Los robots de inspección equipados con sensores se introducen en las tuberías de gas o petróleo para determinar su estado. Aunque las tareas de inspección son similares, los robots disponibles varían en tamaño y concepto de movilidad según el diámetro de la tubería de gas y sus atributos geométricos.
Inspección de conductos
Un conducto de ventilación contaminado puede propagar contaminantes biológicos y no biológicos por todo el edificio y provocar el síndrome del edificio enfermo (SBS). El polvo acumulado puede ser el medio de propagación de los contaminantes. Se han presentado numerosos robots de inspección de conductos para el mantenimiento de sistemas de conductos de calefacción, ventilación y aire acondicionado (HVAC). Además de módulos de inspección, estos robots llevan módulos de limpieza (cepillos, limpieza con hielo seco), pistolas de desinfección y/o cámaras de vídeo HD. Además, su movilidad debe permitir la negociación de todas las formas de conductos, así como el ascenso y descenso horizontal y vertical.
Ejemplo de sistemas de inspección del alcantarillado
RedZone Robotics ofrece una amplia gama de robots para la inspección de tuberías de alcantarillado de varios diámetros, la evaluación del estado de las aguas residuales y la reparación.
Inspector Systems dispone de varios robots para la inspección de tuberías, a los que llama robots rastreadores de tuberías. Su robot de inspección de alcantarillas se basa en sensores ultrasónicos y puede desplazarse por tuberías verticales y horizontales con una velocidad de hasta 200 m/h. El robot consta de tres elementos de accionamiento que se conectan mediante fuelles plegables flexibles y un módulo de ultrasonidos. Para la reparación sistemática de alcantarillas se utilizan robots similares, equipados además con pequeños brazos robóticos para guiar, cortar y rectificar las herramientas, tal y como propone Ibak JS robotics. IMS Robotics ofrece productos similares. Sewervue Technology ofrece el Surveyor, un robot sobre orugas con varios equipos de sensores en términos de LiDAR, circuito cerrado de televisión (CCTV) y un radar de penetración de tuberías.
Fraunhofer IFF ha desplegado el sistema automatizado de inspección de alcantarillas para el sistema alemán de ríos y canales Emscher, la mayor instalación de gestión de aguas residenciales de Europa y el corazón de la futura eliminación de aguas residuales en la región del Ruhr. El sistema automatizado de inspección de alcantarillado debe detectar y cartografiar los daños típicos del sistema de alcantarillado (corrosión, desgaste mecánico, inhibición del flujo como obstáculos, depósitos e incrustaciones; desviación de posición mediante desplazamientos horizontales, verticales y axiales; grietas y fugas) de forma fiable a través de sus diversos sensores. Además, los chorros de limpieza liberan el alcantarillado de depósitos y lodos.
Ejemplo de sistemas para tuberías de gas/petróleo
ULC Robotics ofrece una amplia gama de sistemas de inspección de tamaño similar para tuberías de gas presurizadas para su inspección y reparación internas. Por ejemplo, Pipetel ofrece un robot sin cables y alimentado por batería para inspeccionar tuberías no excavables y conseguir un servicio de gas ininterrumpido incluso en configuraciones de tuberías difíciles, como curvas y codos. Engineering Services ESI ha desarrollado una técnica para realizar el sellado de juntas de campana y espiga de hierro fundido desde el interior de la tubería mediante un robot con control remoto.
El robot entra y se desplaza por el interior de la tubería hasta llegar a la junta deseada y perfora un agujero en la espiga de la junta. El sellado de la junta se realiza inyectando un sellador anaeróbico en la empaquetadura de yute de la junta, replicando así el procedimiento de reparación que actualmente se realiza de forma externa.
La plataforma Responder de RedZone Robotics realiza tareas de inspección y rehabilitación en tuberías interceptoras y de túneles de entre 90 cm y 15 o incluso más metros de diámetro. Responder puede desplegarse hasta 1,5 km a través de una sola boca de inspección de 60 cm. Con su sistema hidráulico a bordo y su capacidad de navegación por sonar, láser o vídeo, el robot puede acceder a los entornos más difíciles.
Los tanques de almacenamiento esféricos (gasómetros esféricos y tanques de almacenamiento de GLP) deben ser inspeccionados periódicamente. Uno de los métodos de inspección se denomina "inspección en servicio" y consiste en inspeccionar las soldaduras desde el exterior mediante ondas ultrasónicas. Se ha informado de que el robot puede reducir los costes de mantenimiento al disminuir el tiempo de inspección en aproximadamente una semana desde los 23 días convencionales y disminuirá el número convencional de inspectores necesarios en dos.
En la inspección de tuberías, se han introducido en el mercado varios productos de diferentes tamaños (según el diámetro o las formas). El objetivo de estos robots es:
- Realizar inspecciones no tripuladas de corto y largo alcance en diversas condiciones de funcionamiento a velocidades de hasta 1,8 km/minuto
- Acomodar las herramientas dedicadas a la aplicación del agua y de las aguas residualess
- Realización de inspecciones de CCTV de alta definición y navegación por sonido (SONAR) mediante una oruga robótica sobre orugas o un sistema de flotación Una aplicación es su uso en el oleoducto de Alaska, donde la oruga Rodis se apoya en el interior de las tuberías para avanzar y buscar anomalías. El sistema ha tenido éxito en tres oleoductos de Alaska y ha ahorrado al proyecto 70 millones de dólares.
Otros tipos de robots de inspección de tanques, tubos y tuberías
El Nanomag™ y el Magg™ de Inuktun Services (propiedad de Eddyfi Technologies) están diseñados para adherirse magnéticamente a superficies metálicas: en horizontal, en vertical e incluso al revés. Las cámaras de la parte delantera adquieren imágenes de alta calidad, mientras que la cámara trasera se utiliza principalmente para la gestión de las ataduras. Otro desarrollo, el Vehículo de Geometría Variable (VGTV), es un sistema de inspección en miniatura con anclaje (100 m) diseñado para acceder a espacios reducidos y terrenos escarpados en diversas aplicaciones, como búsqueda y rescate, energía nuclear e inspección de conductos.
Los espacios confinados son omnipresentes, desde el almacenamiento hasta la construcción, y en entornos peligrosos como los submarinos, los recintos radiactivos o los fluidos tóxicos o corrosivos. Estos robots tienen múltiples articulaciones secuenciales, por lo que, a diferencia de los robots convencionales, no tienen codos prominentes. De este modo, todo el dispositivo puede seguir por donde ha pasado la punta del robot. El diseño ha sido la base de una start-up premiada.
A diferencia de estos robots con brazo de serpiente instalados de forma permanente, la empresa emergente Eelume está desarrollando un robot serpiente submarino para inspeccionar plantas y tuberías submarinas desde el exterior.
Se han propuesto e introducido en el mercado una gran variedad de sistemas diferentes para la inspección y reparación de alcantarillas. Por lo general, estos sistemas son plataformas móviles sobre orugas o ruedas que se manejan a distancia y llevan cámaras, sensores o herramientas sencillas. La mayoría de los sistemas de inspección existentes para tanques, tubos o tuberías siguen siendo soluciones personalizadas. Se han desarrollado otros sistemas para inspeccionar respiraderos y conductos de sistemas de aire, pero hasta ahora pocos han pasado de la fase de prototipo. Asimismo, estos sistemas deben sortear inclinaciones, curvas y cruces pronunciados.
Los robots de alcantarilla siguen siendo un área de investigación activa caracterizada por numerosos prototipos y un número creciente de productos.
Inspección de conductos
Numerosos fabricantes producen soluciones para los equipos de climatización, entre las que destacan los dispositivos robóticos teledirigidos. Los dispositivos robóticos suelen limpiar e inspeccionar conductos de aire acondicionado, cocinas, rejillas de ventilación industriales, rejillas de ventilación de aire acondicionado o cualquier espacio en el que la limpieza sea extenuante o imposible sin desmontarlo. Normalmente, los dispositivos robóticos están diseñados para atravesar, inspeccionar y limpiar fácilmente conductos de forma circular, rectangular o cuadrada. Deben ser operativos en conductos horizontales, verticales o inclinados, incluidos los giros en C.
Consideraciones de coste-beneficio y retos de marketing
El coste de un robot típico de inspección de tuberías y alcantarillado ronda actualmente los 100.000 euros para un simple robot de televisión de alcantarillado y hasta 250.000 euros para un equipo de limpieza de tuberías. El proceso es el siguiente:
- El funcionamiento de un manipulador de alcantarillado suele requerir dos operadores humanos cualificados.
- Un operario introduce el robot y maneja la bobina de cable.
- El otro operador, el observador, sigue la imagen de vídeo en una pantalla para controlar la dirección y el movimiento del robot pulsando teclas o utilizando un joystick.
- Al mismo tiempo, el observador inspecciona las paredes de la alcantarilla en la imagen de vídeo.
Si el observador descubre algún daño en la alcantarilla, pone en marcha el videograbador; obtiene del operario la longitud de salida del cable (sirve de coordenada longitudinal), y anota esta información junto con el número de secuencia en el videograbador.
- Se pueden utilizar diversos manipuladores para realizar actividades/reparaciones.
- Una vez alcanzada la longitud máxima de salida del cable o el final de la alcantarilla/punto de entrada, el operario vuelve a enrollar el robot fuera de la alcantarilla sobre el cable.
Con el uso de robots de alcantarillado, las mejoras de productividad se consiguen principalmente mediante
- a) su funcionamiento autónomo, que permite al robot trabajar sin arrastrar cables detrás de él; y
- b) su mayor movilidad, que amplía el radio de acción, lo que permite prolongar los periodos de trabajo sin necesidad de reajustar.
Así, todo el proceso de limpieza es más rápido y económico. En algunas ciudades se carece de planos detallados de todo el sistema de alcantarillado. En estas ciudades, los robots también pueden utilizarse para cartografiar el sistema de alcantarillado y garantizar que la información sea fácilmente accesible cuando se detecte una fuga. El principal obstáculo para la viabilidad comercial es la limitación del uso a tuberías de 200 a 600 mm de diámetro interior.
Especialmente para los operadores más pequeños, esta especialización puede dificultar la consecución de un grado suficiente de utilización.
Las inspecciones y las mediciones de espesor de las paredes del tanque pueden realizarse manualmente con el inspector en un elevador de personas o colgado desde la parte superior. Sin embargo, una forma mucho más segura de inspeccionar es utilizar un robot reptante. Normalmente, estos robots tienen ruedas magnéticas que les permiten adherirse a las paredes del tanque. El suelo es especialmente propenso a adelgazarse debido a los ataques de la corrosión, y los propietarios de los tanques deben encontrar los puntos débiles del suelo antes de que rompan la integridad del tanque. A menudo implica el costoso proceso de vaciar el contenido, eliminar la capa de lodo del fondo y limpiar los tanques para que el personal de inspección pueda entrar en ellos.
En el estudio EFFIROB (escenario “Inspección de alcantarillas”), se demuestra la rentabilidad conclusión; que los costes de la inspección robótica de alcantarillas siguen siendo inferiores a los de las alternativas convencionales – y la amortización sigue siendo posible dentro de la vida útil. Esta longitud de alcantarillas se alcanzará probablemente en cualquier región urbana con una superficie de más de tres km². En este contexto, cabe esperar una gran aceptación en el mercado de las soluciones de robots de servicio.
Se han desarrollado soluciones de inspección personalizadas para tuberías, tubos y tanques como parte de los servicios de mantenimiento ofrecidos por numerosas empresas.
La inspección de oleoductos y gasoductos es, como mínimo, igual de urgente: Un conjunto de cuatro robots para la inspección de oleoductos se utilizó en 2017 para inspeccionar un ramal de 40 años del sistema de oleoductos Trans-Alaska en la terminal de Valdez. Los dispositivos robóticos de Diakont, en su mayoría teledirigidos, suministran datos en tiempo real de 1.800 pies (550 m) de tuberías con diámetros que oscilan entre 8 y 55 pulgadas (20-140 cm).