ES2344791T3 - Procedimiento y dispositivo de control de estanqueidad de un recinto que contiene un gas a presion. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento de control de estanqueidad de un recinto que contiene un gas a presión y que comprende una pared de la que por lo menos una parte está en contacto con un ambiente externo cuya temperatura es variable, que comprende las etapas siguientes: (a) introducir en el recinto un gas a presión, (b) medir entre unos instantes predeterminados t1 y t2 un conjunto de valores de un primer parámetro constituido por la presión P(t) del gas en el interior del recinto, en función del tiempo, (c) medir entre los mismos instantes predeterminados t1 y t2 un conjunto de valores de un segundo parámetro constituido por la temperatura ambiente Ta(t) del ambiente externo con el cual está en contacto la pared del recinto, en función del tiempo, (d) expresar el primer parámetro P(t) en función del segundo parámetro Ta(t) para los conjuntos de valores medidos de los primer y segundo parámetros P(t), Ta(t) en el intervalo de tiempo [t1, t2] definido por dichos instantes predeterminados t1, t2, efectuar una regresión y calcular la correlación entre los primer y segundo parámetros P(t), Ta(t), (e) efectuar un desplazamiento en el tiempo de por lo menos uno de los conjuntos de valores de los primer y segundo parámetros P(t), Ta(t) en el intervalo de tiempo [t1, t2] definido por dichos instantes predeterminados t1, t2 hasta obtener entre unos conjuntos de valores refasados unos primer y segundo parámetros P(t) y Ta(t), proporcionando un desfase φ la mejor correlación entre estos parámetros P(t) y Ta(t), (f) a partir de los conjuntos de valores refasados de los primer y segundo parámetros P(t), Ta(t), añadir a cada valor refasado del primer parámetro P(t) una cantidad ΔP(t) = δ x t que representa la pérdida de presión que se habría perdido con una fuga por unidad de tiempo igual a δ, y determinar la fuga por unidad de tiempo δ que permite obtener la mejor correlación entre el conjunto de valores del primer parámetro P(t) refasados y reinflados por una cantidad ΔP(t), y el conjunto de valores del segundo parámetro Ta(t) refasados, y (g) identificar una fuga si la mejor correlación entre el conjunto de valores del primer parámetro P(t) refasados y reinflados por una cantidad ΔP(t) y el conjunto de valores del segundo parámetro Ta(t) refasados es no nula.
Description
Procedimiento y dispositivo de control de
estanqueidad de un recinto que contiene un gas a presión.
La presente invención se refiere a un
procedimiento y a un dispositivo de control de estanqueidad de un
recinto que contiene un gas a presión, y que comprende una pared de
la que una parte por lo menos está en contacto con un ambiente
externo cuya temperatura es variable.
En el caso de la explotación de depósitos o de
canalizaciones de distribución de gas de los que por lo menos una
parte está en contacto con la atmósfera ambiente pero que pueden
comprender sin embargo unas partes enterradas importantes, se
necesita controlar regularmente la estanqueidad de las paredes,
incluso si estas paredes están realizadas en materiales
considerados fiables, tal como por ejemplo el polietileno.
Una dificultad reside en el hecho de que si los
controles se efectúan a partir de observaciones de la presión del
gas en el interior del depósito o de la canalización, no es fácil
saber cuál es la parte de la evolución de la presión relacionada
con unos cambios de temperatura y cuál es la parte de la evolución
de la presión cuyo origen se debe a un defecto de estanqueidad de
la pared del depósito o de la canalización.
Además, en el caso de depósitos o canalizaciones
por lo menos parcialmente enterrados, es difícil efectuar
mediciones de temperatura en el interior mismo de la parte enterrada
del recinto que contiene gas.
Ya se ha propuesto, en el documento de patente
US nº 4.670.847, observar unas variaciones de presión en un
depósito cuya estanqueidad se debe controlar con el fin de detectar
eventuales fugas en la pared de este depósito. Según este
procedimiento conocido, se efectúa un conjunto de mediciones y se
toma en consideración una media de estas mediciones con el fin de
corregir errores debidos a diversos factores. Llegado el caso, el
control implica la comparación con un depósito de referencia.
Este procedimiento se aplica sin embargo a unos
depósitos durante su fabricación y no permite controlar in
situ un depósito o una canalización sometidos a variaciones de
temperatura.
En el documento de patente US nº 4.675.834 se ha
propuesto un dispositivo de control de estanqueidad de un
contenedor.
La presente invención prevé evitar los
inconvenientes anteriores y permitir un control fiable in
situ de la estanqueidad de un depósito o de una canalización ya
instalados, con una cuantificación de la fuga eventual ocasionada
por un defecto de estanqueidad.
La invención permite librarse de las evoluciones
de presión debidas a la temperatura externa y se aplica asimismo a
unos depósitos o a unas canalizaciones de los que la mayor parte
está enterrada, en cuanto que una parte por lo menos de este
depósito o de esta canalización está en contacto con un ambiente
externo.
La invención prevé asimismo permitir efectuar
una detección de fuga in situ sobre unos depósitos o
canalizaciones parcialmente enterrados sin que sea necesario
efectuar unas mediciones sobre las partes enterradas difícilmente
accesibles.
Estos objetivos se alcanzan gracias a un
procedimiento según la reivindicación 1 de control de la
estanqueidad de un recinto que contiene un gas a presión y que
comprende una pared de la cual una parte por lo menos está en
contacto con un ambiente externo cuya temperatura es variable,
caracterizado porque comprende las siguientes etapas:
- (a)
- introducir en el recinto un gas a presión,
- (b)
- medir entre unos instantes predeterminados t_{1} y t_{2} un conjunto de valores de un primer parámetro constituido por la presión P(t) del gas en el interior del recinto, en función del tiempo,
- (c)
- medir entre los mismos instantes predeterminados t_{1} y t_{2} un conjunto de valores de un segundo parámetro constituido por la temperatura ambiente Ta(t) del ambiente externo con el cual está en contacto la pared del recinto, en función del tiempo,
- (d)
- expresar el primer parámetro P(t) en función del segundo parámetro Ta(t) para los conjuntos de valores medidos de los primer y segundo parámetros P(t), Ta(t) en el intervalo de tiempo [t_{1}, t_{2}] definido por dichos instantes predeterminados t_{1}, t_{2}, efectuar una regresión y calcular la correlación entre los primer y segundo parámetros P(t), Ta(t),
- (e)
- efectuar un desplazamiento en el tiempo de por lo menos uno de los conjuntos de valores de los primer y segundo parámetros P(t), Ta(t) en el intervalo de tiempo [t_{1}, t_{2}] definido por dichos instantes predeterminados t_{1}, t_{2} hasta obtener entre unos conjuntos de valores refasados unos primer y segundo parámetros P(t) y Ta(t), proporcionando un desfase \varphi la mejor correlación entre estos parámetros P(t) y Ta(t),
- (f)
- a partir de los conjuntos de valores refasados de los primer y segundo parámetros P(t), Ta(t), añadir a cada valor refasado del primer parámetro P(t) una cantidad \DeltaP(t) = \delta x t que representa la pérdida de presión que se habría perdido con una fuga por unidad de tiempo igual a \delta, y determinar la fuga por unidad de tiempo \delta que permite obtener la mejor correlación entre el conjunto de valores del primer parámetro P(t) refasados y reinflados por una cantidad \DeltaP(t), y el conjunto de valores del segundo parámetro Ta(t) refasados, y
- (g)
- identificar una fuga si la mejor correlación entre el conjunto de valores del primer parámetro P(t) refasados y reinflados por una cantidad \DeltaP(t) y el conjunto de valores del segundo parámetro Ta(t) refasados es no nula.
A título de ejemplo, durante la etapa e) de
desplazamiento en el tiempo de por lo menos uno de los conjuntos de
valores de los primer y segundo parámetros P(t) y
Ta(t), el método de correlación utilizado es el método de
los mínimos cuadrados. Sin embargo, la obtención del desfase
\varphi para el cual la correlación es óptima podrá ser más
rápida si la búsqueda se efectúa mediante dicotomía.
De la misma manera, a título de ejemplo, durante
la etapa f) de reinflado de los valores del primer parámetro
P(t) refasados, la búsqueda de la mejor correlación entre el
conjunto de los valores del primer parámetro P(t) refasados
y reinflados por una cantidad \DeltaP(t) y el conjunto de
valores del segundo parámetro Ta(t) refasados se efectúa
mediante el método de los mínimos cuadrados. Sin embargo, otra vez,
se puede obtener el reinflado \DeltaP(t) de manera más
rápida procediendo por dicotomía.
Ventajosamente, dichos conjuntos de valores del
primer parámetro P(t) y del segundo parámetro Ta(t)
adquiridos durante unas mediciones comprenden cada uno entre
algunos miles y algunas decenas de miles de valores adquiridos.
El intervalo de tiempo [t_{1}, t_{2}]
definido por dichos instantes predeterminados t_{1}, t_{2}
pueden tener una duración finita cualquiera en cuanto que el
muestreo es suficientemente preciso. El procedimiento está
perfectamente adaptado para unos controles de estanqueidad de una
canalización de una duración comprendida entre 4 h y 48 h, y
preferentemente entre 6 h y 12 h.
El procedimiento según la invención se puede
aplicar a cualquier tipo de depósito cerrado y más particularmente
a una canalización enterrada de transporte o de distribución de gas
a presión, pudiendo estar esta canalización realizada en cualquier
tipo de material, incluyendo en particular el polietileno.
La invención se refiere asimismo a un
dispositivo según la reivindicación 12 de control de estanqueidad de
un recinto que contiene un gas a presión y que comprende una pared
de la que por lo menos una parte está en contacto con un ambiente
externo cuya temperatura es variable, caracterizado porque
comprende:
- (a)
- unos medios de medición de un conjunto de valores de un primer parámetro constituido por la presión P(t) del gas en el interior del recinto, en función del tiempo,
- (b)
- unos medios de medición de un conjunto de valores de un segundo parámetro constituido por la temperatura ambiente Ta(t) del ambiente externo con el que está en contacto la pared del recinto, en función del tiempo,
- (c)
- una unidad central de tratamiento,
- (d)
- unas unidades de memoria,
- (e)
- unos medios de cálculo de la correlación entre los primer y segundo parámetros P(t), Ta(t), a partir de conjuntos de valores medidos de los primer y segundo parámetros P(t), Ta(t) a unos instantes determinados,
- (f)
- unos medios de desplazamiento en el tiempo de los conjuntos de valores medidos de los primer y segundo parámetros P(t), Ta(t), para obtener unos conjuntos de valores refasados de los primer y segundo parámetros P(t), Ta(t) que presentan un desfase \varphi,
- (g)
- unos medios de cálculo de la correlación entre los conjuntos de valores refasados de los primer y segundo parámetros P(t), Ta(t),
- (h)
- unos medios de incremento del desfase \varphi y de iteración de las etapas f) y g) hasta la obtención de una mejor correlación entre los parámetros P(t) y Ta(t),
- (i)
- unos medios de reinflado virtual del conjunto de los valores refasados y optimizados del primer parámetro P(t) para añadir a cada valor del primer parámetro P(t) una cantidad \DeltaP(t) = \delta x t que representa la pérdida de presión que se habría perdido con una fuga por unidad de tiempo igual a \delta,
- (j)
- unos medios de cálculo de la correlación entre el conjunto de los valores del primer parámetro P(t) refasados y reinflados por una cantidad \DeltaP(t) y el conjunto de valores del segundo parámetro Ta(t) refasados y optimizados,
- (k)
- unos medios de incremento de la fuga \delta por unidad de tiempo de las etapas i) y j) hasta la obtención de una mejor correlación entre los parámetros P(t) y Ta(t),
- (l)
- unos medios de identificación y de cuantificación de una fuga \delta por unidad de tiempo a partir del resultado de la etapa k).
Ventajosamente, los medios de medición de los
conjuntos de valores de los primer y segundo parámetros P(t),
Ta(t) comprenden cada uno unos medios de adquisición de
algunos miles hasta algunas decenas de miles de valores a unos
instantes diferentes de un intervalo de tiempo predeterminado
(t_{1}, t_{2}).
El dispositivo puede comprender unos medios de
alimentación en energía para ser utilizado in situ de manera
autónoma.
El gas a presión puede ser un gas de ensayo tal
como aire comprimido.
Otras características y ventajas de la invención
se pondrán más claramente de manifiesto a partir de la descripción
siguiente de modos particulares de realización, dados a título de
ejemplos no limitativos, haciendo referencia a los dibujos
adjuntos, en los que:
- la figura 1 es una vista esquemática de una
canalización de transporte o de distribución de gas parcialmente
enterrada a la que se puede aplicar la invención,
- la figura 2 es una vista esquemática de un
depósito cerrado de almacenamiento de gas a presión, al que se
puede aplicar la invención,
- la figura 3 es un esquema de bloques que
muestra los principales elementos constitutivos de un dispositivo
según la invención,
- la figura 4 es un organigrama que muestra las
principales etapas de un primer ejemplo de procedimiento según la
invención,
- las figuras 5 a 8 son diferentes diagramas que
proporcionan unos ejemplos de resultados de mediciones y de
cálculos en diferentes etapas del procedimiento según la
invención,
- la figura 9 es un organigrama que muestra las
principales etapas de un segundo ejemplo de procedimiento según la
invención, y
- las figuras 10 y 11 son unos diagramas que
ilustran el método de dicotomía que se puede utilizar en el
procedimiento según la invención.
La figura 1 ilustra la aplicación de la
invención al control de estanqueidad de una canalización enterrada
50 que comprende una pared, por ejemplo en polietileno. La
canalización 50 está esencialmente enterrada en toda su longitud,
pero comprende por lo menos una parte en contacto con el ambiente
externo. Esta parte puede comprender en particular una acometida
51, provista de un grifo de parada no representado y que permite en
particular la conexión por una línea 12 a una fuente externa 11 de
gas a presión que puede servir de gas de ensayo tal como aire
comprimido. El grifo de parada está siempre en contacto con el
exterior, incluso si una parte de la acometida 51 puede estar
enterrada. La invención se puede realizar asimismo directamente con
una canalización en el interior de la cual se encuentra un gas de
servicio a presión.
La parte en contacto con el ambiente externo
puede ser asimismo una parte de la canalización 50 sobre la cual se
han realizado unas soldaduras 52, 53, y que constituyen unas partes
más frágiles que pueden necesitar unas reparaciones más
frecuentes.
Se ha representado en la figura 1 un defecto 54
de la canalización 50, que puede provocar una fuga de gas en el
exterior de la canalización. Es este tipo de fuga que el
procedimiento y el dispositivo según la invención permiten detectar
evaluando al mismo tiempo su amplitud.
La figura 1 muestra un dispositivo 41 de
medición de la temperatura ambiente Ta(t) en la proximidad de
las partes de la canalización 50 que no están enterradas.
Se utiliza asimismo un dispositivo 31 de
medición de la presión P(t) en el interior de la canalización
50 y puede medir la presión por ejemplo a nivel de la acometida
51.
Los dispositivos de medición 31, 51 están
adaptados para medir la presión y la temperatura en función del
tiempo efectuando una serie de mediciones sucesivas en un intervalo
de tiempo predeterminado t_{1}, t_{2}.
Los dispositivos de medición 31, 41 están
conectados a un dispositivo 20 de explotación de las mediciones que
se describirá con mayor detalle haciendo referencia a la figura
3.
En el interior de la canalización 50, unas
porciones enterradas son sometidas a una temperatura de tierra Tt
que puede ser considerada como constante por lo menos durante un
ensayo de estanqueidad, y otras porciones no enterradas son
sometidas a una temperatura ambiente externa Ta(t) que varía
con el tiempo.
Las porciones de canalización en contacto con la
temperatura ambiente externa contribuyen a hacer que la temperatura
media interna de la canalización Ti(t) sea sensible a las
variaciones de la temperatura ambiente externa.
En la medida en la que, durante un ensayo de
control de estanqueidad, la canalización 50 está obstruida en sus
extremos, no existe ninguna circulación de aire en el interior de la
canalización y, de manera general, las porciones cubiertas de la
canalización permanecen a la temperatura de tierra Tt mientras que
las porciones descubiertas están a la temperatura ambiente exterior
Ta(t).
\vskip1.000000\baselineskip
Si Va es el volumen de canalización sometido a
los fenómenos externos, Ta(t) la temperatura ambiente
exterior, Vt el volumen de canalización enterrada, y Tt la
temperatura de tierra (considerada como constante), la temperatura
media Ti(t) interna a la canalización se puede escribir
entonces:
dando como resultado los
coeficientes de la función
afín
siendo A = (Va + Vt) y B = Tt x
Vt/(Va +
Vt).
\vskip1.000000\baselineskip
Si la duración total \Deltat de un ensayo es
suficiente (por ejemplo igual a varias horas), el experimento ha
mostrado que la ley de evolución media indicada anteriormente se
verifica de manera global para el conjunto de un ensayo.
\vskip1.000000\baselineskip
Así, la temperatura media interna de la
canalización es una función de la temperatura ambiente exterior
modelable como una función afín de la temperatura exterior con un
desfase \varphi aproximado
siendo
Ta(t) la temperatura ambiente externa que
evoluciona en el curso del tiempo,
Ti(t) la temperatura interna media de la
canalización que evoluciona en el curso del tiempo,
A y B: unos coeficientes,
\varphi: desfase entre las curvas Ta(t)
y Ti(t).
Este desfase \varphi puede deberse al tiempo
de respuesta de la canalización a la evolución de temperatura y/o a
la localización del sensor de temperatura con relación a las
porciones descubiertas de la red.
De manera más particular, el procedimiento según
la invención permite determinar la evolución de la presión en el
interior de la canalización 50 en función de la temperatura ambiente
exterior que es un parámetro fácilmente medible.
\vskip1.000000\baselineskip
La evolución de la presión P(t) en la
canalización en el curso del tiempo, en función de la temperatura
media interna Ti(t), se puede escribir, si no hay fuga, de
la manera siguiente, gracias a la ley de los gases perfectos:
siendo
n el número de moles de gas contenidos en la
canalización,
R la constante de los gases perfectos,
V el volumen de la canalización.
Si se hace abstracción del desfase entre la
temperatura media interna Ti(t) y la temperatura ambiente
externa Ta(t), se puede reescribir esta ecuación (4) en
función de la temperatura ambiente externa Ta(t), siendo Ti
una función afín de Ta tal como se ha decrito anteriormente:
Este resultado permite confirmar que la
evolución de la presión interna de la canalización P(t) puede
ser una función afín de la temperatura exterior Ta(t), tal
como se ha establecido experimentalmente en el marco de la presente
invención.
Así, el procedimiento según la invención adopta
una conducta que permite librarse de la necesidad de buscar la
temperatura media Ti(t) que es muy difícil, incluso imposible
de medir.
Las diferentes etapas del procedimiento según la
invención se describirán con mayor detalle en la continuación de la
descripción.
La figura 2 muestra la aplicación de la
invención a la búsqueda de fuga en un depósito cerrado 60 provisto
de un racor 61 de llenado de gas, estando el depósito 60 en contacto
total o parcialmente con un ambiente externo a una temperatura
variable Ta(t).
Se ha representado la existencia de una fuga 64
en la pared del depósito 60 así como unos medios de medición 31 de
la presión interna P(t) de gas en el depósito 60, y unos
medios de medición 41 de la temperatura ambiente externa
Ta(t) que son análogos a los medios de medición ilustrados en
la figura 1. Tal como en el caso de la canalización 50 de la figura
1, un depósito 11 de gas de ensayo, tal como aire comprimido, está
conectado por un conducto 12 al racor 61 para aplicar al depósito
cerrado 60 un gas de ensayo a presión durante el tiempo de la
realización de un ensayo de control de estanqueidad. Un control de
estanqueidad se puede llevar a cabo sin embargo según los mismos
principios si, en lugar de un gas de ensayo, se ha introducido en el
depósito un gas de almacenamiento destinado a la explotación. Tal
como en el caso de la figura 1, los medios de medición 31 y 41
están conectados a un dispositivo de tratamiento 20 que se
describirá con mayor detalle haciendo referencia a la figura 3.
La figura 3 ilustra en forma de esquema de
bloques los principales constituyentes del dispositivo 20 de
tratamiento de las informaciones P(t) y Ta(t)
suministradas por los dispositivos de medición 31 y 41.
El dispositivo 20 puede estar equipado con una
fuente 27 de alimentación en energía eléctrica, tal como una
batería o unas pilas, con el fin de poder ser utilizado in
situ de manera autónoma.
El dispositivo 20 de tratamiento de información
comprende esencialmente una unidad central de tratamiento 21, unas
unidades de memoria 22, 23, un reloj 24, unos programas 25 y una
pantalla de visualización 26.
Las principales etapas de un modo particular de
realización del procedimiento según la invención y los principales
módulos de los programas 25 se describirán ahora haciendo referencia
al organigrama de la figura 4.
Después de haber introducido en el recinto 50 ó
60, del cual se debe controlar la estanqueidad, un gas a presión,
por ejemplo un gas de ensayo a partir de una fuente 11 de gas de
ensayo, tal como aire comprimido, se determina un intervalo de
tiempo \Deltat entre unos instantes t_{1} y t_{2} para
efectuar el ensayo de control.
Este intervalo de tiempo \Deltat puede tener
una duración finita cualquiera a partir de la que se ha seleccionado
una frecuencia de muestreo suficientemente elevada. En el marco de
un control de estanqueidad de canalización, el intervalo de tiempo
\Deltat puede ser, por ejemplo, del orden de 4 h a 48 h y
preferentemente del orden de 6 h a 12 h.
Se determina asimismo durante esta primera etapa
101 la frecuencia de muestreo para las mediciones que se adquirirán
a partir de los medios de medición de presión 31 y de los medios de
medición de temperatura 41. Esta frecuencia es preferentemente tal
que se efectúan varias mediciones por minuto.
Durante unas etapas 102 y 103, se procede
respectivamente a la medición de los valores de la presión
P(t) en el interior del recinto 50, 60 en función del tiempo
y a la medición de valores de la temperatura ambiente Ta(t)
en función del tiempo.
Un ensayo 104 permite determinar si el intervalo
de tiempo del ensayo [t_{1}, t_{2}] ha transcurrido o no.
Mientras que el intervalo de tiempo [t_{1},
t_{2}] no haya transcurrido, las mediciones de las etapas 102 y
103 siguen efectuándose y siendo adquiridas por el sistema. Cuando
la duración \Deltat = t_{2} - t_{1} prevista para el ensayo
ha transcurrido, el ensayo 104 permite pasar a unas etapas de
tratamiento de los valores medidos anteriormente.
Así, en la etapa 105, se expresa la presión
P(t) en función de la temperatura ambiente externa
Ta(t) para el conjunto de los valores medidos de estos
parámetros P(t) y Ta(t) en el intervalo de tiempo
[t_{1}, t_{2}].
En la etapa 106, se inicializa el desfase
\varphi y el valor de fuga por unidad de tiempo \delta.
En la etapa 107, se efectúa un desplazamiento en
el tiempo de un desfase \varphi de los conjuntos de valores de
los parámetros P(t) y Ta(t) en el intervalo de tiempo
[t_{1}, t_{2}].
En la etapa 108, se efectúa una regresión y se
procede a un cálculo de correlación de los conjuntos de valores
refasados con el desfase \varphi de los parámetros P(t) y
Ta(t).
En la etapa 109, se procede a un ensayo con el
fin de determinar si la correlación entre la presión P(t) y
la temperatura ambiente Ta(t) es óptima.
Si no es el caso, se vuelve a la etapa 107 por
medio de una etapa 110 durante la cual se procede a una modificación
del desfase \varphi. Esta modificación puede ser incremental,
pero también puede ser efectuada mediante cualquier otro método que
permite una obtención rápida del desfase. La modificación del
desfase se puede efectuar asimismo ventajosamente por
dicotomía.
Si el ensayo 109 revela que la correlación que
se acaba de calcular es óptima, se pasa a la etapa 111 durante la
cual se registran los ficheros de los valores refasados de los
parámetros P(t) y Ta(t) con el desfase \varphi que
corresponde a la correlación óptima.
Después de la etapa 111, se procede, durante una
etapa 112, a la adición a cada valor refasado del parámetro
P(t) de una cantidad \DeltaP(t) = \delta x t que
representa la pérdida de presión que se habría perdido con una fuga
por unidad de tiempo igual a \delta.
En la etapa 113 siguiente, se efectúa una
regresión y se procede a un cálculo de correlación entre el conjunto
de valores del parámetro P(t) refasados y virtualmente
reinflados por una cantidad \DeltaP(t) y el conjunto de
valores del parámetro Ta(t) refasados.
Después de la etapa 113, se procede a un ensayo
en la etapa 114 para examinar si la correlación entre los
parámetros P(t) y Ta(t) que se acaba de calcular es
óptima.
Si no es el caso, se procede en la etapa 115 a
una modificación del valor de la fuga por unidad de tiempo \delta
y se vuelve a la etapa 112. Esta modificación puede ser incremental,
pero también se puede efectuar mediante cualquier otro método que
permite una obtención rápida del valor de fuga por unidad de tiempo.
La modificación del valor de fuga por unidad de tiempo \delta se
puede efectuar asimismo ventajosamente por dicotomía.
Si, por el contrario, el ensayo de la etapa 114
revela que la correlación que se acaba de calcular es óptima, se
pasa a la etapa 116 durante la cual se registra el valor \delta
que corresponde a la correlación óptima.
Un ensayo en la etapa 117 permite verificar si
el valor \delta finalmente considerado y registrado es nulo o
no.
Si el valor de \delta es nulo, o si en la
práctica el valor \delta está en el intervalo de tolerancia
próxima a cero imputable a la medición de los sensores o de
cualquier otro componente del dispositivo (es decir, si I\deltaI
< \varepsilon en la que \varepsilon es un valor numérico bajo
que corresponde a la tolerancia admitida), se puede visualizar en
la etapa 118 una ausencia de fuga y por lo tanto una estanqueidad
correcta del recinto a controlar.
Si por el contrario el valor de \delta no es
nulo y se sitúa fuera del intervalo de tolerancia (-\varepsilon,
+\varepsilon) imputable a la incertidumbre de las mediciones de
los sensores o de cualquier otro componente del dispositivo de
medición, se visualiza en la etapa 119 el valor \delta finalmente
considerado y registrado, señalando el valor \delta que el
recinto a controlar es defectuoso y presenta un defecto de
estanqueidad. El valor \delta final permite cuantificar la fuga
por unidad de tiempo.
El organigrama ilustrado en la figura 4 no es de
ninguna manera limitativo. Otros organigramas que aplican el mismo
principio del procedimiento según la invención, tal como el
ilustrado en la figura 9, permiten asimismo obtener todos los
resultados y todas las ventajas del procedimiento según la
invención.
A título de ejemplo, en el organigrama de la
figura 9, la etapa 106' de inicialización del desfase \varphi y
del valor \delta que corresponde a la fuga por unidad de tiempo,
se puede situar inmediatamente después de la etapa 101 de
determinación del intervalo de tiempo [t_{1}, t_{2}] y de
determinación de la frecuencia de muestreo.
En este caso, el ensayo 104' destinado a
determinar si el intervalo de tiempo [t_{1}, t_{2}] ha
transcurrido, se sitúa después de la etapa 118 de visualización de
ausencia de fuga, en lugar de estar situado entre la etapa 103 de
medición del valor de la temperatura ambiente Ta(t) en
función del tiempo y la etapa 105 de expresión de P(t) en
función de Ta(t) para el conjunto de los valores medidos en
el intervalo de tiempo [t_{1}, t_{2}].
Después del ensayo de la etapa 104', si el
intervalo de tiempo [t_{1}, t_{2}] no ha transcurrido, se vuelve
a la etapa 102 de medición del valor de presión P(t) en
función del tiempo. Si, por el contrario, el intervalo de tiempo
[t_{1}, t_{2}] ha transcurrido, se pasa a una etapa 120 de final
de ensayo y de visualización debido a que el recinto está
estanco.
Las diversas etapas del organigrama de la figura
9 que están designadas por los mismos números de referencia que las
del organigrama de la figura 4 aseguran las mismas funciones y no se
describirán nuevamente en detalle.
El organigrama de la figura 9 se presta bien a
unos métodos de cálculo de correlación rápidos, por ejemplo por
dicotomía, y permiten descubrir rápidamente si existe o no una fuga.
En caso de fuga, el usuario puede ajustar a continuación el tiempo
necesario para obtener una visualización estable del valor \delta
que proporciona la fuga por unidad de tiempo (etapa 119). El
intervalo de tiempo [t_{1}, t_{2}] puede ser de duración
reducida, por ejemplo de 5 a 10 mn, si se trata simplemente de
establecer en un primer tiempo si existe o no una fuga. En este
caso, si al final de este corto intervalo de tiempo no hay ninguna
visualización de ausencia de fuga en la etapa 120, el procedimiento
puede continuar durante varias horas para caracterizar con precisión
en la etapa 119 la importancia de la fuga.
El método de cálculo de correlación por
dicotomía aplicado a la búsqueda del desfase \varphi y de la fuga
\delta se describirá a continuación haciendo referencia a las
figuras 10 y 11.
Según este método de dicotomía, se busca
determinar el valor mínimo de una curva C, que es una parábola P
descrita por unos puntos cuyas abscisas son los desfases DPH y las
ordenadas son las sumas de los cuadrados SC.
Esta suma de los cuadrados refleja la diferencia
entre una solución supuesta y un modelo teórico. El parámetro
aplicado a modo de variación paso a paso es el desfase DPH.
Este método converge rápidamente hacia la
solución DPH que corresponde al mínimo de la función SC*. El número
de iteraciones puede ser por ejemplo de aproximadamente 20 en el
marco de la presente aplicación.
El principio del método se describe a
continuación, ilustrando la figura 10 la etapa 1 y la figura 11 la
etapa 2.
\vskip1.000000\baselineskip
Etapa
1
M1 es el punto que corresponde al desfase
inicial DPH1 (presunta solución, frecuentemente nula).
M2 es el punto que corresponde al desfase máximo
DPH2 admisible para el barrido.
En primer lugar, se calcula M3 que corresponde
al desfase DPH3 que delimita el campo de estudio en dos:
Este campo de estudio se denomina D1.
Se calcula entonces la suma de los cuadrados SC3
para este valor de desfase SPH3. Después, se realiza a continuación
un cálculo idéntico pero en la proximidad de M3 y denominado M3+. El
desplazamiento aplicado corresponde a DPH3+ = DPH3 + 1. Este
incremento del desfase permite observar localmente el sentido de la
evolución de la función estudiada.
Se comparan entonces estos dos valores.
Si (SUMA CUADRADO SC3+ < SUMA CUADRADO SC3)
entonces el mínimo de la curva está en la parte 1. Si no, el mínimo
está en la parte 2.
\vskip1.000000\baselineskip
Etapa
2
Se reitera el principio de la etapa 1 limitando
el campo de estudio a D2 definido por el intervalo [DPH3,
DPH2].
\vskip1.000000\baselineskip
Etapa
n
Se reitera el principio de la etapa 1 limitando
el campo de estudio a Dn definido por el intervalo [DPHn+1,
DPHn].
La solución DPH* se considerada buena cuando
(DPHn+1 - DPHn) < E en la que E es un valor de error muy bajo.
El valor de SC = SC* es entonces mínimo.
Las figuras 5 a 8 ilustran diferentes etapas del
procedimiento según la invención a partir de un ejemplo particular
que corresponde a un ensayo de control de la estanqueidad de una
canalización de distribución de gas en polietileno, dando lugar
este ensayo a la adquisición de 15.000 valores de medición de la
presión interna P(t) de la canalización llena de aire
comprimido y de 15.000 valores de medición de la temperatura
ambiente externa Ta(t) en la proximidad de las partes no
enterradas de la canalización, siendo los valores medidos repartidos
sobre un intervalo de tiempo \Deltat igual a 24 h.
La figura 5 muestra la curva 201 que corresponde
a los diferentes valores de la presión P(t) medidos en los
instantes sucesivos de medición de la duración del ensayo \Deltat
así como la curva 202 que corresponde a los diferentes valores de
la temperatura ambiente Ta(t) medidos en los instantes
sucesivos de medición de la duración del ensayo \Deltat.
Las dos curvas 201 y 202 presentan un desfase
\varphi que corresponde en este ejemplo a 780 puntos de
medición.
En este ensayo, se observa que la temperatura
Ta(t) ha fluctuado entre aproximadamente 289 K y 298 K
mientras que la presión ha evolucionado entre 2.040 y 2.140
mbares.
La figura 6 ilustra el resultado de las etapas
del procedimiento según la invención que consisten en expresar los
valores de presión medidos P(t) en función de la temperatura
ambiente exterior Ta(t), en hacer una regresión y en
calcular la correlación entre los dos parámetros P(t) y
Ta(t).
Se debe observar que si no hubiese ni desfase
\varphi entre las curvas 201 y 202 de la figura 5, ni fuga de
gas, se obtendría sobre el diagrama de la figura 6 que proporciona
los valores de presión P(t) en función de los valores de la
temperatura exterior Ta(t) una recta perfecta. En el ejemplo
considerado, el desfase \varphi y la fuga de gas \delta
alterarán esta linealidad, como se puede apreciar en la curva 203 de
la figura 6.
La figura 7 ilustra el resultado de las etapas
del procedimiento según la invención que consisten en efectuar un
desplazamiento relativo entre los ficheros de los valores de presión
P(t) medidos y los ficheros de los valores de temperatura
ambiente Ta(t) medidos hasta obtener el desplazamiento que
proporciona la mejor correlación entre los dos parámetros
P(t) y Ta(t).
La figura 7 muestra así el diagrama 204 que
proporciona los valores de presión P(t) medidos y
"refasados" en función de los valores de temperatura ambiente
Ta(t) medidos. Si no hubiese ninguna fuga, el diagrama de la
figura 7 debería corresponder a una recta perfecta, a partir del
momento en el que el desfase \varphi de la figura 5 ha sido
compensado por el desplazamiento relativo entre los ficheros de los
valores medidos de la presión P(t) y de la temperatura
ambiente Ta(t). Éste no es el caso, lo cual significa que
existe una fuga \delta.
Las etapas siguientes del procedimiento que
consisten en un "reinflado" virtual de la presión permiten
determinar el valor de la fuga \delta.
Así, la búsqueda de la importancia de la fuga se
efectúa añadiendo a cada valor de presión medido y refasado
P(t) el valor de la pérdida de presión \DeltaP(t) =
\delta x t que se habría perdido con una fuga por unidad de
tiempo igual a \delta. El recinto a controlar está así
virtualmente reinflado hasta la obtención de la mejor correlación
entre los valores de presión P(t) y de temperatura ambiente
Ta(t).
La figura 8 ilustra el diagrama que proporciona
los valores de presión P(t) medidos, refasados y
"reinflados" en función de los valores de temperatura ambiente
Ta(t) medidos.
Se observa que el diagrama 205 de la figura 8
representa bien una recta que expresa la mejor correlación entre
los parámetros P(t) y Ta(t). El valor \delta de fuga
por unidad de tiempo que corresponde a la mejor correlación entre
los parámetros P(t) y Ta(t) cuantifica la importancia
de la fuga detectada.
El desfase \varphi y la fuga \delta se
encuentran así cuando las nubes de puntos alrededor de la recta que
simboliza la correlación en un diagrama P(t) =
f(Ta(t)) son las más agrupadas.
Los cálculos de correlación entre los parámetros
P(t) y Ta(t) se pueden llevar a cabo de diversas
maneras.
A título de ejemplo, los cálculos de correlación
se pueden llevar a cabo utilizando el método de los mínimos
cuadrados, pero se podría utilizar asimismo el cálculo del
coeficiente de correlación R^{2} por ejemplo.
En el ejemplo de la búsqueda del desfase
\varphi mediante el método de los mínimos cuadrados, se puede
proceder de la manera siguiente:
Para cada desfase \varphi, se calculan los
coeficientes a y b de la regresión lineal.
Para cada temperatura Ta(t), se calcula
la presión Pmodel (t) "modelizada" con la ayuda de los
coeficientes a y b:
Este valor Pmodel (t) se sustrae a la presión
experimental correspondiente Pexp(t) para obtener una
diferencia "Diferencia":
La diferencia obtenida Diferencia se eleva al
cuadrado.
El desfase \varphi se encuentra cuando la suma
del conjunto de las diferencias elevadas al cuadrado es mínima.
De manera similar, en el ejemplo de la búsqueda
de la fuga \delta mediante el método de los mínimos cuadrados, se
calcula para cada valor \delta de inflado los coeficientes a y b
de la regresión lineal.
Para cada temperatura, se calcula la presión
Pmodel (t) "modelizada" con la ayuda de los coeficientes a y
b:
Este valor Pmodel (t) se sustrae a la presión
experimental correspondiente Pexp(t) "reinflada" con la
adición de la diferencia de presión \DeltaP(t) = \delta
x t para obtener una diferencia "Diferencia":
La diferencia obtenida se eleva al cuadrado.
El inflado \DeltaP(t) que corresponde a
la fuga real \delta se encuentra cuando la suma del conjunto de
las diferencias elevadas al cuadrado es mínima.
El procedimiento según la invención se puede
llevar a cabo con unos componentes relativamente baratos, debido a
que no es necesario proceder a unos cálculos extremadamente
complejos.
A partir del momento en el que el número de
adquisiciones de mediciones (algunos miles) y la duración del
ensayo son suficientes (preferentemente del orden de 6 h a 12 h para
el control de estanqueidad de una canalización de distribución o de
transporte de gas), no es necesario utilizar unos sensores de
medición de temperatura y de presión extremadamente precisos.
El dispositivo de control se puede realizar de
manera económica.
Además, en el caso de control de canalizaciones
de distribución de gas, de la que una mayor parte, por ejemplo 95%,
está enterrada, no es necesario medir o determinar de manera
indirecta la temperatura interna a la canalización, que es difícil
de evaluar, y sólo es necesario proceder a una medición de la
temperatura ambiente exterior en la proximidad de las partes no
enterradas de la canalización, lo cual resulta muy fácil.
Por otro lado, en el caso de controles de
canalizaciones de distribución de gas en polietileno, el
procedimiento según la invención, debido a su precisión, puede
permitir conducir en una sola campaña de mediciones un ensayo de
resistencia mecánica y un ensayo de control de estanqueidad, lo cual
disminuye el coste total para unos explotadores de redes de
distribución de gas.
Como es conocido, las canalizaciones de
distribución de gas en polietileno sufren generalmente dos ensayos
de presión.
Un primer ensayo, denominado de resistencia
mecánica, se realiza con una presión que corresponde a 1,5 veces la
presión de servicio durante un tiempo muy corto.
Un segundo ensayo, denominado de estanqueidad,
se realiza a la misma presión o, la mayor parte del tiempo, a una
presión más baja, pero en una duración mucho más larga.
Durante el primer tipo de ensayo, el conjunto de
los puntos de ensamblaje y de derivaciones se controla mediante
jabonado.
El ensayo de estanqueidad tradicional
preferentemente se realiza separadamente a una presión más baja que
la del ensayo de resistencia mecánica, en particular porque la
influencia de la temperatura aumenta con el aumento de la presión:
a una presión de 1 bar y una temperatura de 17ºC, una variación de
un grado provoca una evolución de la presión de 6,99 mbares
mientras que es de 24,35 mbares a 6 bares, es decir, prácticamente
3 veces la variación a 1 bar.
En la medida en la que el procedimiento según la
invención permite dominar totalmente la influencia de la
temperatura, es posible acoplar los dos ensayos y efectuar un ensayo
de estanqueidad a una presión compatible con el ensayo de
resistencia mecánica, lo cual reduce el tiempo global efectuado para
los ensayos conservando al mismo tiempo una precisión compatible
con las exigencias de seguridad.
Claims (18)
1. Procedimiento de control de estanqueidad de
un recinto que contiene un gas a presión y que comprende una pared
de la que por lo menos una parte está en contacto con un ambiente
externo cuya temperatura es variable, que comprende las etapas
siguientes:
- (a)
- introducir en el recinto un gas a presión,
- (b)
- medir entre unos instantes predeterminados t_{1} y t_{2} un conjunto de valores de un primer parámetro constituido por la presión P(t) del gas en el interior del recinto, en función del tiempo,
- (c)
- medir entre los mismos instantes predeterminados t_{1} y t_{2} un conjunto de valores de un segundo parámetro constituido por la temperatura ambiente Ta(t) del ambiente externo con el cual está en contacto la pared del recinto, en función del tiempo,
- (d)
- expresar el primer parámetro P(t) en función del segundo parámetro Ta(t) para los conjuntos de valores medidos de los primer y segundo parámetros P(t), Ta(t) en el intervalo de tiempo [t_{1}, t_{2}] definido por dichos instantes predeterminados t_{1}, t_{2}, efectuar una regresión y calcular la correlación entre los primer y segundo parámetros P(t), Ta(t),
- (e)
- efectuar un desplazamiento en el tiempo de por lo menos uno de los conjuntos de valores de los primer y segundo parámetros P(t), Ta(t) en el intervalo de tiempo [t_{1}, t_{2}] definido por dichos instantes predeterminados t_{1}, t_{2} hasta obtener entre unos conjuntos de valores refasados unos primer y segundo parámetros P(t) y Ta(t), proporcionando un desfase \varphi la mejor correlación entre estos parámetros P(t) y Ta(t),
- (f)
- a partir de los conjuntos de valores refasados de los primer y segundo parámetros P(t), Ta(t), añadir a cada valor refasado del primer parámetro P(t) una cantidad \DeltaP(t) = \delta x t que representa la pérdida de presión que se habría perdido con una fuga por unidad de tiempo igual a \delta, y determinar la fuga por unidad de tiempo \delta que permite obtener la mejor correlación entre el conjunto de valores del primer parámetro P(t) refasados y reinflados por una cantidad \DeltaP(t), y el conjunto de valores del segundo parámetro Ta(t) refasados, y
- (g)
- identificar una fuga si la mejor correlación entre el conjunto de valores del primer parámetro P(t) refasados y reinflados por una cantidad \DeltaP(t) y el conjunto de valores del segundo parámetro Ta(t) refasados es no nula.
2. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque dichos conjuntos de valores del primer
parámetro P(t) y del segundo parámetro Ta(t)
adquiridos durante unas mediciones comprenden cada uno entre algunos
miles y algunas decenas de miles de valores adquiridos.
3. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2,
caracterizado porque el intervalo de tiempo [t_{1},
t_{2}] definido por dichos instantes predeterminados t_{1},
t_{2} tiene una duración comprendida entre 4 h y 48 h.
4. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2,
caracterizado porque el intervalo de tiempo [t_{1},
t_{2}] definido por dichos instantes predeterminados t_{1},
t_{2} tiene una duración comprendida entre 6 h y 12 h.
5. Procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque durante la etapa
e) de desplazamiento en el tiempo de por lo menos uno de los
conjuntos de valores de los primer y segundo parámetros P(t)
y Ta(t), el método de correlación utilizado es el método de
los mínimos cuadrados.
6. Procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque durante la etapa
f) de reinflado de los valores del primer parámetro P(t)
refasados, el método de correlación utilizado es el método de los
mínimos cuadrados.
7. Procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque durante la etapa
e) de desplazamiento en el tiempo de por lo menos uno de los
conjuntos de valores de los primer y segundo parámetros P(t)
y Ta(t), la búsqueda del desfase \varphi para el cual la
correlación es óptima se lleva a cabo mediante dicotomía.
8. Procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 4 y 7, caracterizado porque durante la
etapa f) de reinflado de los valores del primer parámetro
P(t) refasados, la búsqueda de la mejor correlación entre el
conjunto de valores del primer parámetro P(t) refasados y
reinflados por una cantidad \DeltaP(t) y el conjunto de
valores del segundo parámetro Ta(t) refasados se lleva a cabo
mediante dicotomía.
9. Procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque se aplica a un
depósito cerrado.
10. Procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque se aplica a una
canalización enterrada de transporte o de distribución de gas a
presión.
11. Procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque el gas a presión
es un gas de ensayo tal como aire comprimido.
12. Dispositivo de control de estanqueidad de un
recinto (50; 60) que contiene un gas a presión y que comprende una
pared de la que por lo menos una parte está en contacto con un
ambiente externo cuya temperatura es variable, que comprende:
- (a)
- unos medios (31) de medición de un conjunto de valores de un primer parámetro constituido por la presión P(t) del gas en el interior del recinto (50; 60), en función del tiempo,
- (b)
- unos medios (41) de medición de un conjunto de valores de un segundo parámetro constituido por la temperatura ambiente Ta(t) del ambiente externo con el que está en contacto la pared del recinto (50; 60), en función del tiempo,
- (c)
- una unidad central de tratamiento (21),
- (d)
- unas unidades de memoria (22, 23),
- (e)
- unos medios de cálculo de la correlación entre los primer y segundo parámetros P(t), Ta(t), a partir de conjuntos de valores medidos de los primer y segundo parámetros P(t), Ta(t) a unos instantes determinados,
- (f)
- unos medios de desplazamiento en el tiempo de los conjuntos de valores medidos de los primer y segundo parámetros P(t), Ta(t), para obtener unos conjuntos de valores refasados de los primer y segundo parámetros P(t), Ta(t) que presentan un desfase \varphi,
- (g)
- unos medios de cálculo de la correlación entre los conjuntos de valores refasados de los primer y segundo parámetros P(t), Ta(t),
- (h)
- unos medios de incremento del desfase \varphi y de iteración de las etapas f) y g) hasta la obtención de una mejor correlación entre los parámetros P(t) y Ta(t),
- (i)
- unos medios de reinflado virtual del conjunto de los valores refasados y optimizados del primer parámetro P(t) para añadir a cada valor del primer parámetro P(t) una cantidad \DeltaP(t) = \delta x t que representa la pérdida de presión que se habría perdido con una fuga por unidad de tiempo igual a \delta,
- (j)
- unos medios de cálculo de la correlación entre el conjunto de valores del primer parámetro P(t) refasados y reinflados por una cantidad \DeltaP(t) y el conjunto de valores del segundo parámetro Ta(t) refasados y optimizados,
- (k)
- unos medios de incremento de la fuga \delta por unidad de tiempo de las etapas i) y j) hasta la obtención de una mejor correlación entre los parámetros P(t) y Ta(t), y
- (l)
- unos medios de identificación y de cuantificación de una fuga \delta por unidad de tiempo a partir del resultado de la etapa k).
13. Dispositivo según la reivindicación 12,
caracterizado porque los medios (31, 41) de medición de
conjuntos de valores de los primer y segundo parámetros
P(t), Ta(t) comprenden cada uno unos medios de
adquisición de algunos miles hasta algunas decenas de miles de
valores a unos instantes diferentes de un intervalo de tiempo
predeterminado (t_{1}, t_{2}).
14. Dispositivo según la reivindicación 12 ó 13,
caracterizado porque comprende unos medios (27) de
alimentación en energía para ser utilizado in situ de manera
autónoma.
15. Dispositivo según cualquiera de las
reivindicaciones 12 a 14, caracterizado porque se aplica al
control de estanqueidad de un depósito cerrado (60).
16. Dispositivo según cualquiera de las
reivindicaciones 12 a 14, caracterizado porque se aplica al
control de estanqueidad de una canalización enterrada (50) de
transporte de gas a presión.
17. Dispositivo según la reivindicación 16,
caracterizado porque se aplica al control de estanqueidad de
una canalización enterrada (50) en polietileno que asegura el
transporte del gas a presión.
18. Dispositivo según cualquiera de las
reivindicaciones 12 a 17, caracterizado porque se suministra
el gas a presión a partir de una fuente de gas de ensayo a presión
tal como aire comprimido.
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