Aplicación de Imagen Acústica para la Detección de Fugas de Gas y Descargas Parciales en el Sector Energético.

Por: Infrana SAS

Resumen

La detección temprana de fugas de gases y descargas parciales (PD, Partial Discharges) es esencial para la operación segura, eficiente y sostenible de infraestructuras energéticas. La imagen acústica es una tecnología emergente que permite visualizar emisiones ultrasónicas aéreas generadas por estos fenómenos. Este artículo describe el principio de operación, aplicaciones, beneficios y respaldo normativo de la imagen acústica mediante el uso de la cámara Fluke ii910. Se abordan casos específicos como la cuantificación de fugas de aire comprimido, gas natural y vapor, así como la localización precisa de descargas parciales en sistemas eléctricos de media y alta tensión, en línea con estándares internacionales como ASTM E1316, ASTM E1002, ISO 10816-1, ISO 20484 e IEC 60270.

1. Introducción

Las pérdidas por fugas de gas o aire comprimido en instalaciones industriales pueden representar hasta un 30% del consumo total, mientras que las descargas parciales no detectadas en sistemas eléctricos pueden causar fallos catastróficos. Tradicionalmente, la detección de estos problemas requería equipos especializados, experiencia técnica avanzada y acceso físico a los puntos críticos. La imagen acústica cambia este paradigma, permitiendo inspecciones rápidas, seguras y sin contacto.

2. Fundamentos de la Imagen Acústica

La imagen acústica utiliza matrices de micrófonos ultrasónicos (generalmente entre 40 y 150 elementos) para detectar y localizar sonidos de alta frecuencia emitidos por fenómenos como turbulencias (fugas) o ionización (descargas parciales). Estos sonidos son posteriormente mapeados en tiempo real sobre una imagen visual, generando una representación espacial llamada SoundMap.

2.1 Principio Físico

Las fugas y las descargas parciales generan emisiones acústicas dentro del rango de 2 kHz a 100 kHz. Al propagarse por el aire, estas ondas pueden ser captadas por micrófonos MEMS de alta sensibilidad. Mediante procesamiento digital (beamforming), se calcula la dirección y la fuente exacta del sonido.

3. Cámara Fluke ii910

La Fluke ii910 es una cámara acústica industrial diseñada para la inspección de sistemas eléctricos y líneas de proceso. Cuenta con las siguientes especificaciones:

- Rango de frecuencia: 2 kHz a 100 kHz
- Sensibilidad: detección de fugas a distancias de hasta 70 m
- Detección de PD: Localización y clasificación de descargas tipo corona, arcos y tracking
- Interfaz gráfica: Superposición de SoundMap sobre imagen visible en tiempo real
- Software LeakQ™ y PDQ™: Cuantificación de fugas en l/min y estimación de costo energético anual así como detección y clasificación de descargas parciales.

4. Aplicaciones en el Sector Energético

4.1 Detección de Fugas

- Gas natural: La ii910 permite detectar microfugas invisibles en uniones, válvulas o bridas a distancias seguras, incluso en ambientes ruidosos.
- Aire comprimido y vapor: Mediante el software LeakQ™, es posible cuantificar el volumen perdido y calcular el impacto económico.
- Beneficio: Reducción de pérdidas energéticas, aumento de eficiencia operativa y soporte a programas de mantenimiento predictivo.

4.2 Detección de Descargas Parciales

- Sistemas eléctricos de media y alta tensión: La cámara identifica y clasifica PDQ™ visualmente zonas de riesgo sin necesidad de contacto o apagado del sistema.
- Tipología detectada:
  - Corona discharge
  - Surface tracking
  - Internal partial discharge
- Normativa de referencia: IEC 60270 (Partial Discharge Measurements), ASTM E1934

5. Estándares Internacionales Relevantes

ASTM E1002 Práctica estándar para inspección por ultrasonido aéreo

ASTM E1316 Definiciones estándar relacionadas con ensayos no destructivos (NDT)

ASTM E1934 Guía para inspección acústica de fugas en sistemas presurizados

ISO 10816-1 Evaluación de vibraciones mecánicas

ISO 20484:2017 Ultrasonido aéreo para ensayos no destructivos

IEC 60270 Medición de descargas parciales

6. Metodología del Servicio Ofrecido

6.1 Procedimiento

1. Inspección inicial: Evaluación visual y acústica de áreas críticas
2. Adquisición de datos: Uso de la Fluke ii910 para escaneo direccional
3. Análisis: Clasificación de severidad, cuantificación de fugas (LeakQ™), localización de descargas
4. Informe técnico: Documentación fotográfica, SoundMap, análisis de ahorro energético, recomendaciones

6.2 Beneficios para el Cliente

- Evita interrupciones no programadas
- Reduce pérdidas energéticas invisibles
- Mejora la confiabilidad de activos críticos
- Cumple con auditorías energéticas y normativas de mantenimiento

7. Entregables

Información de los hallazgos en tiempo real presentada en forma de reporte diciente: Mapa de intensidad de la emisión superpuesta y alienada con la fototografía del equipo, facilitando las labores de mantenimiento.

8. Conclusiones

La imagen acústica representa una revolución en la inspección industrial al permitir la detección no invasiva, rápida y precisa de fugas y descargas. La Fluke ii910 brinda una solución robusta, respaldada por estándares internacionales, que permite a empresas del sector energético maximizar la eficiencia operativa, reducir pérdidas y mejorar la seguridad. Su adopción como herramienta de mantenimiento predictivo es una inversión con retorno inmediato.

9. Referencias

1. ASTM E1002-11, Standard Practice for Leaks Using Ultrasonic Examination
2. ASTM E1934-99(2017), Guide for Examining Electrical Insulation Using Acoustic Emission
3. ISO 20484:2017, Non-destructive testing — Ultrasonic testing — Airborne sound
4. IEC 60270:2015, High-voltage test techniques – Partial discharge measurements
5. Fluke Corporation. ii910 Precision Acoustic Imager Datasheet
6. DOE, Compressed Air Challenge. Energy Savings Estimations in Industrial Facilities