L'ispezione e la manutenzione di serbatoi, tubi e tubature è un compito adatto ai robot per portare gli esseri umani fuori dalle zone di ispezione e manutenzione. Le operazioni tipiche includono l'ispezione non distruttiva convenzionale e tecniche avanzate di sensori per il monitoraggio delle condizioni. La manutenzione di tubi e fognature con robot di servizio sta diventando sempre più una necessità. Le ragioni di ciò sono le seguenti:
- Requisiti ambientali: un sistema fognario deve essere dimostrabilmente a tenuta stagna.
- Conservazione delle risorse: la necessità di riparazioni aperte deve essere evitata con misure preventive.
- Sicurezza: la formazione di cavità sotto le aree trafficabili deve essere evitata a tutti i costi.
Tipicamente, i robot per tubi, fognature e tubature sono robot segmentati, dotati di ruote o cingoli per strisciare all'interno di tubi di petrolio, gas o altri mezzi, fognature o tubi di acqua dolce, tubature industriali o condotti d'aria. Oltre a rilevare rapidamente i problemi all'interno dei sistemi di tubature, come guasti ai cordoni di saldatura, corrosione, erosione, rotture, depositi, parti allentate, rivestimenti interni difettosi, ecc, i compiti possono comprendere la molatura o la fresatura, che richiedono strumenti speciali. I tipi di operazioni per i robot possono includere l'ispezione di tubi e fognature, la pulizia delle fognature, la pulizia dei tubi, la decalcificazione, il rilevamento delle perdite e semplici lavori di riparazione. I sistemi robotici tipici per l'ispezione delle tubature sono di vari tipi:
- I robot scanner mobili (su ruote e cingolati) possono essere composti da segmenti per seguire curve strette. La loro trasmissione del segnale e dell'energia può essere legata o meno.
- Robot galleggianti che vengono lavati attraverso i tubi o i condotti.
- La cinematica dei bracci, spesso sotto forma di bracci a serpente, fornisce l'accesso ad ambienti di ispezione ingombri attraverso i buchi della serratura.
Oggi, la maggior parte dei sistemi di ispezione di serbatoi, tubi e fognature disponibili in commercio sono completamente o parzialmente teleoperati, il che richiede che un operatore sia almeno in prossimità di un ambiente scomodo e pericoloso. Inoltre, in alcuni casi, le informazioni ottenute come risultato dell'ispezione possono non essere sufficienti per valutare l'intera condizione della galleria; ed è necessaria un'ulteriore ispezione con la partecipazione di un operatore umano. Pertanto, gli attuali sforzi di R&D sono orientati a rendere i robot di ispezione completamente autonomi. Un sistema completamente autonomo può eseguire l'ispezione della galleria senza compromettere la sicurezza degli operatori.
Ispezione delle fogne
Man mano che le condutture idriche invecchiano, sono sempre più esposte allo stress delle condizioni operative e ambientali. Di conseguenza, queste condutture si deteriorano strutturalmente e idraulicamente, con un impatto negativo sulla qualità dell'acqua, le perdite e l'affidabilità. Una gestione efficace di questi beni richiede una valutazione delle condizioni, che comprende la raccolta di informazioni sulle loro condizioni, l'analisi di queste informazioni e, infine, la conversione di queste informazioni in conoscenze che permettono di prendere una decisione efficace sull'aggiornamento. Numerosi sviluppi di robot per fognature, tubi e autostrade sono stati studiati in passato.
I robot delle fognature sono per lo più sotto forma di manipolatori mobili legati. L'attrezzatura necessaria per il loro funzionamento include:
- Veicolo operativo
- Dispositivo di inserimento (di solito una gru)
- Dispositivo guidacavi (avvolgitore a tamburo)
- Unità di controllo per manipolatore
- Fornitura di media
- Console dell'operatore con monitor e dispositivi di controllo
In questo campo, i produttori di robot offrono attrezzature di riabilitazione che aiutano a ripristinare le fognature, il che è significativamente più facile ed economico della sostituzione dei tubi di fogna con metodi tradizionali. I robot fognari possono pulire i tubi, tipicamente da 200 a 600 mm di diametro interno, inaccessibili agli esseri umani. Il collegamento del manipolatore limita la portata (circa 300 metri). Di solito sono basati su piattaforme multi-segmento, che permettono loro di seguire curve, incroci e persino di superare i gradini. Invece di essere limitati nel loro raggio d'azione dall'attrito del cavo, operano autonomamente con possibili interferenze a distanza. Numerosi fornitori di servizi utilizzano questi robot d'ispezione per la mappatura, l'ispezione e il ripristino dei sistemi fognari.
Ispezione dei tubi del gas e dell'olio
Le condutture sono esposte alla corrosione, alle sollecitazioni meccaniche, ai depositi, alle incrostazioni e agli impatti esterni, che possono contribuire alla riduzione del flusso o persino agli incidenti con esplosioni.
La manutenzione regolare da parte dei robot è necessaria. Nella maggior parte dei casi, le grandi condutture hanno dispositivi di pulizia e ispezione integrati (“pigs”). Per le tubature più piccole, i robot possono essere uno strumento flessibile per tenere conto dello stato delle tubature. Tuttavia, nella maggior parte dei casi, i robot devono essere a prova di esplosione. I robot d'ispezione dotati di sensori vengono inseriti nei tubi del gas o del petrolio per determinarne lo stato. Anche se i compiti di ispezione sono simili, i robot disponibili variano in dimensioni e concetto di mobilità a seconda del diametro del gas pipe’s e degli attributi geometrici.
Ispezione dei condotti
Un condotto di ventilazione contaminato può diffondere inquinanti biologici e non biologici in tutto l'edificio e provocare la sindrome dell'edificio malato (SBS). La polvere accumulata può essere il mezzo di diffusione dei contaminanti. Sono stati presentati numerosi robot d'ispezione per condotti per la manutenzione dei sistemi di condotti di riscaldamento, ventilazione e aria condizionata (HVAC). Oltre ai moduli di ispezione, questi robot portano moduli di pulizia (spazzole, getto di ghiaccio secco), pistole a spruzzo per la disinfezione e/o videocamere HD. Inoltre, la loro mobilità dovrebbe consentire la negoziazione di tutte le forme di condotti, così come la salita e la discesa orizzontale e verticale.
Esempio di sistemi per l'ispezione delle fogne
RedZone Robotics offre una vasta gamma di robot per l'ispezione di tubi fognari di vari diametri, la valutazione dello stato delle acque reflue e la riparazione.
Inspector Systems ha diversi robot per l'ispezione dei tubi, che chiamano pipe crawler robots. Il loro robot di ispezione delle fogne è basato su sensori a ultrasuoni e può viaggiare in tubi verticali e orizzontali con una velocità fino a 200 m/h. Il robot consiste di tre elementi di azionamento che sono collegati tramite soffietti flessibili pieghevoli e un modulo a ultrasuoni. Robot simili, che sono inoltre dotati di piccoli bracci robotici per la guida, il taglio e l'affilatura degli utensili, sono utilizzati per la riparazione sistematica delle fognature, come suggerito da Ibak JS robotics. Prodotti simili sono offerti da IMS Robotics. Sewervue Technology offre il Surveyor, un robot cingolato con diversi sensori in termini di LiDAR, TV a circuito chiuso (CCTV) e un radar che penetra i tubi..
Il Fraunhofer IFF ha implementato il sistema automatizzato di ispezione delle fogne per il sistema tedesco del fiume e del canale Emscher, il più grande impianto di gestione delle acque residenziali in Europa e il cuore del futuro smaltimento delle acque reflue nella regione della Ruhr. Il sistema automatizzato di ispezione delle fognature deve rilevare e mappare i danni tipici del sistema fognario (corrosione, usura meccanica, inibizione del flusso come ostacoli, depositi e incrostazioni; deviazione di posizione per mezzo di spostamenti orizzontali, verticali e assiali; crepe e perdite) in modo affidabile attraverso i suoi vari sensori. Inoltre, i getti di pulizia liberano la fogna da depositi e fanghi.
Esempio di sistemi per tubi di gas/petrolio
ULC Robotics offre un'ampia gamma di sistemi di ispezione di dimensioni simili per condutture di gas in pressione per l'ispezione interna e la riparazione. Per esempio, Pipetel offre un robot senza tetherless, alimentato a batteria, per ispezionare condutture non sigillabili per ottenere un servizio di gas ininterrotto anche in configurazioni di condutture difficili, come curve e curve back-to-back. Engineering Services ESI ha sviluppato una tecnica per eseguire la sigillatura di campane e giunti in ghisa dall'interno del tubo utilizzando un robot telecomandato.
Il robot entra e viaggia lungo l'interno del tubo fino a raggiungere il giunto desiderato e pratica un foro nel raccordo del giunto. La sigillatura del giunto viene eseguita iniettando un sigillante anaerobico nell'imballaggio di iuta del giunto, replicando così la procedura di riparazione attualmente eseguita esternamente.
La piattaforma Responder di RedZone Robotics esegue compiti di ispezione e riabilitazione in tubi di intercettazione e tunnel che vanno da 90 cm a 15 o anche più metri di diametro. Responder può essere dispiegato fino a 1,5 km attraverso un singolo tombino da 60 cm. Con il suo sistema idraulico a bordo e la capacità di navigare tramite sonar, laser o video, il robot può accedere agli ambienti più difficili.
I serbatoi di stoccaggio sferici (gasholders sferici e serbatoi di stoccaggio LPG) devono essere ispezionati periodicamente. Uno dei metodi di ispezione è chiamato ‘ispezione in-service’ per ispezionare le cuciture saldate dall'esterno basandosi sulle onde ultrasoniche. È stato riferito che il robot può tagliare i costi di manutenzione riducendo il tempo di ispezione di circa una settimana dai 23 giorni convenzionali e diminuirà il numero convenzionale di ispettori richiesti da due.
Nell'ispezione delle condutture, sono stati introdotti sul mercato diversi prodotti di diverse dimensioni (secondo il diametro o le forme). Lo scopo di questi robot è quello di:
- Eseguire ispezioni senza equipaggio a breve e lungo raggio in varie condizioni operative a velocità fino a 1,8 km/minuto
- Accogliete strumenti dedicati sia per l'acqua che per le acque reflue
- Eseguire ispezioni CCTV ad alta definizione e SONAR (Sound Navigation and Ranging) utilizzando un cingolato robotico o un sistema di flottazione Un'applicazione è il loro utilizzo nell'oleodotto dell'Alaska dove il cingolato Rodis si appoggia all'interno dei tubi per avanzare e cercare le anomalie. Il sistema ha avuto successo su tre oleodotti dell'Alaska e ha fatto risparmiare al progetto 70 milioni di dollari.
Altri tipi di robot per l'ispezione di serbatoi, tubi e tubature
Il Nanomag™ e il Magg™ di Inuktun Services (di proprietà di Eddyfi Technologies) sono progettati per aderire magneticamente alle superfici metalliche: orizzontalmente, verticalmente e anche a testa in giù. Le telecamere nella parte anteriore acquisiscono immagini di alta qualità, mentre la telecamera posteriore viene utilizzata principalmente per la gestione del tethering. Un altro sviluppo, il Variable Geometry Tracked Vehicle (VGTV), è un sistema di ispezione miniaturizzato legato (100 m) progettato per l'accesso a spazi ristretti e terreni accidentati in varie applicazioni, tra cui ricerca e soccorso, energia nucleare e ispezione di condotti.
Gli spazi confinati sono onnipresenti, dall'immagazzinamento all'edilizia e in ambienti pericolosi come quelli sottomarini, i recinti radioattivi o i fluidi tossici o corrosivi. Questi robot hanno più giunti sequenziali, quindi, a differenza dei robot convenzionali, non hanno gomiti prominenti. Così, l'intero dispositivo può seguire dove la punta del robot’è andata. Il design è stato la base di una premiata start-up.
In contrasto con questi robot a braccio di serpente installati in modo permanente, la start-up Eelume sta sviluppando un robot serpente sottomarino per ispezionare impianti offshore e condutture sottomarine dall'esterno.
Una grande varietà di sistemi diversi per l'ispezione e la riparazione delle fognature sono stati suggeriti e introdotti sul mercato. Di solito, questi sistemi sono piattaforme mobili cingolate o su ruote azionate da tele e trasportano telecamere, sensori o semplici strumenti. La maggior parte dei sistemi d'ispezione esistenti per i serbatoi, i tubi o le tubature sono ancora soluzioni personalizzate. Altri sistemi sono stati sviluppati per ispezionare sfiati e condotti di sistemi ad aria, ma pochi sono andati finora oltre lo stadio di prototipo. Allo stesso modo, questi sistemi devono negoziare pendenze strette, curve e giunzioni.
I robot da fogna sono ancora un'area di ricerca attiva caratterizzata da molti prototipi e un numero crescente di prodotti.
Ispezione dei condotti
Numerosi produttori producono soluzioni per le apparecchiature HVAC, tra queste soprattutto dispositivi robotici azionati da tele. I dispositivi robotici tipicamente puliscono e ispezionano i condotti dell'aria condizionata, la cucina, le prese d'aria industriali, gli sfiati dell'aria condizionata o qualsiasi spazio in cui la pulizia è faticosa o impossibile senza smontare. Tipicamente, i dispositivi robotici sono progettati per passare facilmente attraverso, ispezionare e pulire condotti di forma circolare, rettangolare o quadrata. Dovrebbero essere operativi in condotti orizzontali, verticali o inclinati, comprese le curve a C.
Considerazioni sui costi-benefici e sfide di marketing
Il costo di un tipico robot di ispezione di tubi e fognature è attualmente di circa €100.000 per un semplice robot TV per fognature e fino a €250.000 per l'attrezzatura di pulizia dei tubi. Il processo è il seguente:
- Il funzionamento di un manipolatore fognario richiede tipicamente due operatori umani qualificati.
- Un operatore inserisce il robot e aziona l'avvolgitore del tamburo per cavi.
- L'altro operatore, l'osservatore, segue l'immagine video su uno schermo per controllare la direzione e il movimento del robot premendo dei tasti o usando un joystick.
- Allo stesso tempo, l'osservatore ispeziona le pareti della fogna sull'immagine video.
Se l'osservatore scopre un danno alla fogna, avvia il videoregistratore; ottiene dall'operatore la lunghezza di uscita del cavo (serve come coordinata longitudinale), e annota questa informazione insieme al numero di sequenza sul videoregistratore.
- Una varietà di manipolatori può essere utilizzata per svolgere attività/riparazioni.
- Una volta raggiunta la lunghezza massima del cavo o la fine della fogna/punto d'ingresso, l'operatore avvolge il robot fuori dalla fogna sul cavo.
Utilizzando i robot di fognatura, i miglioramenti di produttività si ottengono principalmente attraverso
- a) il loro funzionamento autonomo, che permette al robot di lavorare senza trascinare cavi dietro di sé; e
- b) la loro maggiore mobilità che amplia il raggio d'azione, permettendo così periodi di lavoro più lunghi senza azzeramento.
L'intero processo di pulizia è quindi più rapido ed economico. In alcune città, c'è una mancanza di piani dettagliati per l'intero sistema fognario. In queste città, i robot possono anche essere usati per mappare il sistema fognario per garantire che le informazioni siano facilmente accessibili quando viene rilevata una perdita. Il principale vincolo alla fattibilità commerciale è la limitazione d'uso a tubi di diametro interno da 200 a 600 mm.
Specialmente per gli operatori più piccoli, questa specializzazione può rendere difficile raggiungere un grado sufficiente di utilizzo.
Le ispezioni e le misurazioni dello spessore delle pareti del serbatoio possono essere fatte manualmente con l'ispettore in un ascensore o appeso dall'alto. Tuttavia, un modo molto più sicuro di ispezionare è quello di utilizzare un robot strisciante. Di solito, questi robot hanno delle ruote magnetiche che permettono loro di aggrapparsi alle pareti del serbatoio. Il pavimento è particolarmente incline ad assottigliarsi a causa degli attacchi della corrosione, e i proprietari dei serbatoi devono trovare i punti deboli nei pavimenti prima che essi violino l'integrità del serbatoio. Spesso comporta il costoso processo di svuotamento del contenuto, la rimozione dello strato di fango dal fondo, e la pulizia dei serbatoi in modo che il personale di ispezione possa entrarvi.
Nello studio EFFIROB (scenario “Ispezione delle fogne”), l'efficacia dei costi è dimostrata conclusione; che i costi dell'ispezione robotica delle fogne sono ancora più bassi delle alternative convenzionali – e l'ammortamento è ancora possibile nella vita di servizio. Una tale lunghezza di fogne sarà probabilmente raggiunta in qualsiasi regione urbana con un'area di oltre tre km². In questo contesto, ci si può aspettare un alto livello di accettazione da parte del mercato per le soluzioni dei robot di servizio.
Le soluzioni di ispezione personalizzate per tubi e serbatoi sono state sviluppate come parte dei servizi di manutenzione offerti da numerose aziende.
L'ispezione dei tubi del gas e del petrolio è almeno altrettanto pressante: Un array di quattro robot per l'ispezione degli oleodotti è stato usato nel 2017 per ispezionare un ramo di 40 anni del sistema di oleodotti Trans-Alaska al terminal di Valdez. I dispositivi robotici di Diakont, per lo più teleoperati, forniscono dati in tempo reale su 1.800 piedi (550 m) di tubi con diametri compresi tra 8 e 55 pollici (20-140 cm).