A inspeção e manutenção de tanques, tubos e tubulações é uma tarefa adequada para que os robôs possam tirar os seres humanos das zonas de inspeção e manutenção. As operações típicas incluem a inspeção convencional não destrutiva e técnicas avançadas de sensores para monitoramento de condições. A manutenção de tubulações e esgotos com robôs de serviço está se tornando cada vez mais uma necessidade. As razões para isso são as seguintes:
- Exigências ambientais: um sistema de esgoto deve ser comprovadamente estanque a vazamentos.
- Conservação de recursos: a necessidade de reparos abertos deve ser evitada através de medidas preventivas.
- Segurança: a formação de cavidades sob as áreas de tráfego deve ser evitada a todo custo.
Tipicamente, robôs de tubos, esgotos e tubulações são robôs segmentados, equipados com rodas ou trilhos para rastejamento dentro de tubos de petróleo, gás ou outros meios de comunicação, esgotos ou tubulações de água doce, tubulações industriais ou dutos de ar. Além de detectar rapidamente problemas dentro dos sistemas de tubulação, tais como falhas nas costuras de solda, corrosão, erosão, rupturas, depósitos, peças soltas, revestimentos interiores defeituosos, etc., as tarefas podem incluir moagem ou fresagem, que requerem ferramentas especiais. Os tipos de operações para robôs podem incluir inspeção de tubos e esgotos, limpeza de esgotos, limpeza de tubos, descalcificação, detecção de vazamentos e trabalhos simples de reparo. Os sistemas típicos de robôs para inspeção de tubos vêm em vários tipos:
- Os robôs scanners móveis (com rodas e rastreados) podem ser formados por segmentos para seguir curvas estreitas. Seu sinal e transmissão de energia podem ser amarrados ou desamarrados.
- Robôs flutuantes que são lavados através dos tubos ou dutos.
- A cinemática dos braços, muitas vezes na forma de braços de cobra, proporciona acesso a ambientes de inspeção desordenados através de buracos de fechadura.
Atualmente, a maioria dos sistemas de inspeção de tanques, tubos, tubulações e esgotos disponíveis comercialmente são operados total ou parcialmente por tele-operadores, o que requer que um operador esteja pelo menos próximo a um ambiente desconfortável e perigoso. Além disso, em alguns casos, as informações obtidas como resultado da inspeção podem não ser suficientes para avaliar a condição do túnel; e é necessária uma inspeção adicional com a participação de um operador humano. Portanto, os esforços atuais de P& D estão voltados para tornar os robôs de inspeção totalmente autônomos. Um sistema completamente autônomo pode realizar a inspeção do túnel sem comprometer a segurança dos operadores.
Inspeção do esgoto
Com a idade da rede de água, eles estão cada vez mais expostos ao estresse das condições operacionais e ambientais. Em conseqüência: estas redes se deterioram estrutural e hidraulicamente, afetando negativamente a qualidade da água, os vazamentos e a confiabilidade. A gestão eficaz destes ativos requer uma avaliação da condição, que inclui a coleta de informações sobre sua condição, a análise destas informações e, em última instância, a conversão destas informações em conhecimento que permita tomar uma decisão eficaz sobre a atualização. Numerosos desenvolvimentos de robôs para esgotos, tubulações e rodovias foram investigados no passado.
Os robôs de esgoto vêm em sua maioria na forma de manipuladores móveis amarrados. O equipamento necessário para sua operação inclui:
- Veículo de operação
- Dispositivo de inserção (geralmente um guindaste)
- Dispositivo de condução de cabos (enrolador de tambor)
- Unidade de controle para manipulador
- Fornecimento de mídia
- Console do operador com dispositivos de monitoração e controle
Neste domínio, os fabricantes de robôs oferecem equipamentos de reabilitação que ajudam a restaurar os esgotos, o que é significativamente mais fácil e barato do que substituir os tubos de esgoto utilizando métodos tradicionais. Os robôs de esgoto podem limpar tubos, normalmente de 200 a 600 mm de diâmetro interno, inacessíveis para os seres humanos. A amarração do manipulador limita o alcance (ca. 300 metros). Eles são normalmente baseados em plataformas multi-segmentos, que lhes permitem seguir curvas, cruzamentos e até mesmo superar passos. Em vez de serem limitados em seu alcance de operação pelo atrito do cabo, eles operam de forma autônoma com possível interferência remota. Numerosos prestadores de serviços utilizam estes robôs de inspeção para mapear, inspecionar e restaurar os sistemas de esgoto..
Inspeção de tubos de gás/óleo
As tubulações estão expostas à corrosão, estresse mecânico, depósitos, incrustações e impactos externos, o que pode contribuir para a redução do fluxo ou mesmo de acidentes com explosões.
A manutenção regular por robôs é necessária. Na maioria dos casos, as grandes tubulações têm dispositivos embutidos de limpeza e inspeção (“pigs”). Para tubulações menores, os robôs podem ser um instrumento flexível para contabilizar o estado das tubulações. No entanto, na maioria dos casos, os robôs devem ser à prova de explosão. Os robôs de inspeção equipados com sensores são inseridos em tubos de gás ou petróleo para determinar seu estado. Embora as tarefas de inspeção sejam similares, os robôs disponíveis variam em tamanho e conceito de mobilidade, dependendo do diâmetro do tubo de gás’s e dos atributos geométricos.
Inspeção de dutos
Um duto de ventilação contaminado pode espalhar poluentes biológicos e não-biológicos por todo o edifício e resultar na Síndrome do Edifício Doente (SBS). A poeira acumulada pode ser o meio de propagação de contaminantes. Diversos robôs de inspeção de dutos foram apresentados para a manutenção dos sistemas de aquecimento, ventilação e ar condicionado (HVAC). Além dos módulos de inspeção, estes robôs transportam módulos de limpeza (escovas, jateamento de gelo seco), pistolas de pulverização de desinfecção, e/ou câmeras de vídeo HD. Além disso, sua mobilidade deve permitir a negociação de todas as formas de dutos, assim como a subida e descida horizontal e vertical.
Exemplo de sistemas para inspeção de esgotos
A RedZone Robotics oferece uma ampla gama de robôs para inspeção de tubos de esgoto de vários diâmetros, avaliação do estado das águas residuais e reparos.
A Inspector Systems tem vários robôs para tubos de inspeção, que eles chamam de robôs de esteira de tubos. Seu robô de inspeção de esgoto é baseado em sensores ultra-sônicos e pode viajar em tubos verticais e horizontais com uma velocidade de até 200 m/h. O robô consiste em três elementos de acionamento que são conectados por meio de foles flexíveis dobráveis e um módulo ultra-sônico. Robôs similares, que são equipados adicionalmente com pequenos braços robôs para guiar, cortar e moer ferramentas, são usados para reparos sistemáticos de esgoto, como sugerido pela robótica Ibak JS. Produtos similares são oferecidos pela IMS Robotics. A Sewervue Technology oferece o Surveyor, um robô rastreado com vários equipamentos sensores’s em termos de LiDAR, TV em circuito fechado (CCTV), e um radar de penetração de tubos.
A Fraunhofer IFF implantou o sistema automatizado de inspeção de esgoto para o sistema alemão de rios e canais Emscher, a maior instalação de gerenciamento de água residencial da Europa e o coração do futuro descarte de esgoto na região do Ruhr. O sistema automatizado de inspeção de esgoto deve detectar e mapear danos típicos no sistema de esgoto (corrosão, desgaste mecânico, inibição de fluxo como obstáculos, depósitos e incrustações; desvio de posição em meios de deslocamentos horizontais, verticais, axiais; fissuras e vazamentos) de forma confiável através de seus vários sensores. Além disso, os jatos de limpeza liberam o esgoto de depósitos e lodo..
Exemplo de sistemas para tubos de gás/óleo
A ULC Robotics oferece uma ampla gama de sistemas de inspeção de tamanho similar para a rede de gás pressurizado para inspeção interna e reparo. Como exemplo, a Pipetel oferece um robô sem cabo e alimentado por bateria para inspecionar gasodutos não digeríveis a fim de obter um serviço ininterrupto de gás mesmo em configurações desafiadoras de gasodutos, tais como curvas e dobras de trás para a frente. Serviços de Engenharia A ESI desenvolveu uma técnica para realizar a vedação de sinos de ferro fundido e juntas espigadas a partir do interior da tubulação utilizando um robô telecomandado.
O robô entra e viaja junto com o interior do tubo até que a junta desejada seja alcançada e faz um furo no espigão da junta. A vedação da junta é feita injetando-se um selante anaeróbico na embalagem de juta da junta, replicando assim o procedimento de reparo atualmente feito externamente.
A plataforma Responder da RedZone Robotics realiza tarefas de inspeção e reabilitação em tubos interceptores e túneis que variam de 90 cm a 15 ou até mesmo mais metros de diâmetro. O Responder pode ser implantado por até 1,5 km através de uma única boca-de-obra de 60 cm. Com sua hidráulica a bordo e capacidade de navegar por sonar, laser ou vídeo, o robô pode acessar os ambientes mais desafiadores.
Os tanques de armazenamento esféricos (tanques de gás esféricos e tanques de GLP) têm que ser inspecionados periodicamente. Um dos métodos de inspeção é chamado ‘ inspeção em serviço’ para inspecionar as costuras soldadas do exterior com base em ondas ultra-sônicas. É relatado que o robô pode reduzir os custos de manutenção reduzindo o tempo de inspeção em cerca de uma semana a partir dos 23 dias convencionais e diminuirá o número convencional de inspetores requerido por dois.
Na inspeção de dutos, vários produtos de tamanhos diferentes (de acordo com o diâmetro ou as formas) foram introduzidos no mercado. O objetivo destes robôs é o de:
- Realizar inspeções não tripuladas de curto e longo alcance sob várias condições operacionais a velocidades de até 1,8 km/minuto
- Acomodar ferramentas dedicadas tanto para aplicações de água quanto de águas residuais
- Realizar inspeções CCTV de alta definição e navegação e alcance sonoro (SONAR) utilizando um rastreador robótico ou um sistema de flutuação Uma aplicação é seu uso no gasoduto do Alasca, onde o rastreador Rodis se contrapõe ao interior dos tubos para avançar e procurar por anomalias. O sistema foi bem-sucedido em três oleodutos do Alasca e economizou 70 milhões de dólares para o projeto..
Outros tipos de tanques, tubos e robôs de inspeção de tubos
O Nanomag™ e o Magg™ da Inuktun Services (de propriedade da Eddyfi Technologies) são projetados para aderir magneticamente a superfícies metálicas: horizontalmente, verticalmente, e até mesmo de cabeça para baixo. As câmeras na frente adquirem imagens de alta qualidade, enquanto a câmera traseira é usada principalmente para o gerenciamento de amarras. Outro desenvolvimento, o veículo sobre esteiras de geometria variável (VGTV), é um sistema de inspeção em miniatura com cabo (100 m) projetado para acesso a espaços confinados e terreno acidentado em várias aplicações, incluindo busca e resgate, energia nuclear e inspeção de dutos.
Os espaços confinados são onipresentes, desde o armazenamento até a construção e em ambientes perigosos, tais como subaquáticos, caixas radioativas, ou fluidos tóxicos ou corrosivos. Estes robôs têm múltiplas juntas seqüenciais, portanto, ao contrário dos robôs convencionais, eles não têm cotovelos proeminentes. Assim, todo o dispositivo pode seguir para onde a ponta do robô’s foi. O projeto tem sido a base de um lançamento premiado.
Em contraste com estes robôs de braço de cobra instalados permanentemente, a empresa start-up Eelume está desenvolvendo um robô de cobra submarino para inspecionar plantas offshore e dutos submarinos do exterior..
Uma grande variedade de diferentes sistemas para inspeção e reparo de esgotos foi sugerida e introduzida no mercado. Normalmente, estes sistemas são plataformas móveis sobre esteiras ou sobre rodas, operadas por teletransporte e transportam câmeras, sensores ou ferramentas simples. A maioria dos sistemas de inspeção existentes para tanques, tubos ou tubulações ainda são soluções personalizadas. Outros sistemas foram desenvolvidos para inspecionar aberturas e dutos de sistemas de ar, mas poucos progrediram até agora além da etapa de protótipo. Da mesma forma, estes sistemas devem negociar inclinações, curvas e junções afiadas..
Os robôs de esgoto ainda são uma área de pesquisa ativa, caracterizada por muitos protótipos e um número crescente de produtos.
Inspeção de dutos
Diversos fabricantes produzem soluções para equipamentos HVAC, entre estes dispositivos robóticos operados principalmente por teletransmissão. Os dispositivos robóticos normalmente limpam e inspecionam dutos de ar condicionado, cozinha, respiros de ar industrial, respiros de ar condicionado ou quaisquer espaços onde a limpeza é extenuante ou impossível sem desmontagem. Tipicamente, os dispositivos robóticos são projetados para passar facilmente, inspecionar e limpar dutos circulares, retangulares ou quadrados. Eles devem estar operacionais em dutos horizontais, verticais ou inclinados, incluindo curvas em C..
Considerações de custo-benefício e desafios de marketing
O custo de um típico robô de inspeção de tubos e esgotos é atualmente de €100.000 para um simples robô de TV de esgoto e até €250.000 para equipamentos de limpeza de tubos. O processo é o seguinte:
- A operação de um manipulador de esgoto normalmente requer dois operadores humanos qualificados.
- Um operador insere o robô e opera o enrolador de tambor de cabo.
- O outro operador, o observador, segue a imagem de vídeo em uma tela para controlar a direção e o movimento do robô, pressionando as teclas ou usando um joystick.
- Ao mesmo tempo, o observador inspeciona as paredes do esgoto na imagem de vídeo.
Se o observador descobrir qualquer dano no esgoto, ele inicia o gravador de vídeo; obtém o comprimento de pagamento do cabo do operador (serve como coordenada longitudinal), e anota esta informação junto com o número de seqüência no gravador de vídeo.
- Uma variedade de manipuladores pode ser usada para realizar atividades/reparações.
- Uma vez atingido o comprimento máximo de pagamento do cabo ou o final do ponto de esgoto/entrada, o operador enrola o robô de volta para fora do esgoto no cabo.
Usando robôs de esgoto, as melhorias de produtividade são alcançadas principalmente através
- a) seu funcionamento autônomo, que permite que o robô trabalhe sem arrastar cabos atrás dele; e
- b) sua maior mobilidade que amplia a gama de operações, permitindo assim períodos de trabalho mais longos sem reinicialização.
Todo o processo de limpeza é, portanto, mais rápido e econômico. Em algumas cidades, há uma falta de planos detalhados para o sistema de esgoto completo. Nessas cidades, os robôs também podem ser usados para mapear o sistema de esgoto para garantir que a informação seja facilmente acessível quando um vazamento é detectado. A maior restrição à viabilidade comercial é a limitação do uso de tubos de 200 a 600 mm de diâmetro interno..
Especialmente para operadores menores, esta especialização pode dificultar a obtenção de um grau de utilização suficiente.
As inspeções e medições de espessura das paredes do tanque podem ser feitas manualmente com o inspetor em um elevador de homem ou pendurado de cima para baixo. Entretanto, uma maneira muito mais segura de inspecionar é usar um robô rastejante. Normalmente, estes robôs têm rodas magnéticas; que permitem que eles se agarrem às paredes do tanque. O piso é particularmente propenso ao desbaste devido a ataques de corrosão, e os proprietários de tanques devem encontrar os pontos fracos nos pisos antes de romper a integridade do tanque's. Muitas vezes envolve o processo dispendioso de drenar o conteúdo, remover a camada de lodo do fundo e limpar os tanques para que o pessoal de inspeção possa entrar neles.
No estudo EFFIROB (scenario “Sewer inspection”), a relação custo-benefício é demonstrada; que os custos de inspeção robótica de esgoto ainda são mais baixos do que as alternativas convencionais – e a amortização ainda é possível dentro da vida útil. Tal extensão de esgotos será provavelmente alcançada em qualquer região urbana com uma área de mais de três km². Neste contexto, pode-se esperar um alto nível de aceitação no mercado para as soluções de robôs de serviço.
Soluções personalizadas de inspeção para tubulações, tubos e tanques foram desenvolvidas como parte dos serviços de manutenção oferecidos por inúmeras empresas.
A inspeção dos tubos de gás e óleo é pelo menos tão prensada quanto a prensagem: Um conjunto de quatro robôs para inspeção de oleodutos foi usado em 2017 para inspecionar uma filial de 40 anos do sistema de oleodutos Trans-Alaska no terminal de Valdez. Os dispositivos robóticos operados em sua maioria pela Diakont fornecem dados em tempo real de 1.800 pés (550 m) de tubulações com diâmetros entre 8 e 55 polegadas (20-140 cm).