ES2878002T3

ES2878002T3 - Método y sistema para el análisis del estado de tuberías

Info

Publication number: ES2878002T3
Application number: ES16826911T
Authority: ES
Inventors: Jinzhe Gong; Martin F Lambert; Angus R Simpson; Aaron C Zecchin; Nicole S Arbon
Original assignee: University of Adelaide
Current assignee: University of Adelaide
Priority date: 2015-07-17
Filing date: 2016-07-15
Publication date: 2021-11-18
Anticipated expiration: 2036-07-15
Also published as: EP3325935A4; US10851947B2; EP3325935A1; EP3325935B1; CN108139291B; AU2016297671B2; US20180356046A1; CN108139291A; WO2017011850A1; WO2017011850A8; AU2016297671A1

Abstract

Un método (100) para evaluar el estado de una tubería (210) en un sistema de tuberías (200), que incluye: generar (110) una onda de presión en el fluido que se transporta a lo largo del sistema de tuberías (200) en un punto de generación a lo largo del sistema de tuberías (200); detectar (120) una primera señal de interacción de la onda de presión en un primer punto de medición a lo largo del sistema de tuberías (200), como resultado de una interacción de la onda de presión con variaciones localizadas en la tubería (210); detectar de forma sincronizada (130) una segunda señal de interacción de la onda de presión en un segundo punto de medición a lo largo del sistema de tuberías (210), como resultado de la interacción de la onda de presión con variaciones localizadas en la tubería (210); comparar (140) las señales de interacción de las ondas de presión primera y segunda para determinar una ubicación de las características individuales en las señales de interacción de las ondas de presión primera y segunda con respecto al punto de generación, correspondiendo las características individuales a las reflexiones de las ondas de presión a partir de las variaciones localizadas en la tubería (210); y caracterizar (150) las características individuales para evaluar el estado de la tubería (210), en donde caracterizar (150) las características individuales para evaluar el estado de la tubería (210) incluye aplicar (910) criterios de umbral a una característica individual en las señales de interacción de las ondas de presión primera y segunda correspondientes a una reflexión de la onda de presión a partir de una variación localizada en la tubería para determinar (920) si la variación localizada es una característica y/o un componente hidráulico del sistema de tuberías (200).

Description

DESCRIPCIÓN

Método y sistema para el análisis del estado de tuberías

Documentos de prioridad

La presente solicitud reclama la prioridad a la solicitud de patente provisional australiana n.° 2015902846 titulada "METHOD AND SYSTEM FOR PIPELINE CONDITION ANALYSIS" y presentada el 17 de julio de 2015.

Referencias

En la presente solicitud se hace referencia a las siguientes publicaciones:

Solicitud de patente internacional n.° PCT/AU2009/001051 (WO/2010/017599) titulada "METHOD AND SYSTEM FOR ASSESSMENT OF PIPELINE CONDITION" a nombre de Adelaide Research & Innovation Pty Ltd;

Gong J, Simpson AR, Lambert MF, et al., "Detection of distributed deterioration in single pipes using transient reflections", J Pipeline Syst Eng Praci, 2013; 4: 32-40; y

Gong J, Lambert MF, Simpson AR y Zecchin AC. "Distributed deterioration detection in single pipes using the impulse response function", 14th International Conference on Water Distribution Systems Analysis (WDSA 2012), Adelaide, South Australia: Engineers Australia, 2012; 702-719.

Campo técnico

La presente descripción se refiere a la evaluación del estado de un sistema de tuberías. En una forma particular, la presente descripción se refiere a la evaluación de una sección de tubería empleando ondas de presión generadas en el fluido transportado por el sistema de tuberías.

Antecedentes

Las tuberías de transporte y distribución de agua son infraestructuras críticas para las ciudades modernas. Debido al gran tamaño de las redes y al hecho de que la mayoría de las tuberías están enterradas bajo tierra, la supervisión de la salud y el mantenimiento de esta infraestructura es un reto. Del mismo modo, las tuberías y los sistemas de tuberías se pueden utilizar para transportar cualquier tipo de fluido, desde productos petrolíferos hasta gas natural. Aunque se han desarrollado varias técnicas para evaluar el estado de las tuberías, que incluyen la inspección visual (por ejemplo, la inspección mediante circuito cerrado de televisión (CCTV)), los métodos electromagnéticos (por ejemplo, el método de las fugas de flujo magnético y el radar de penetración en el suelo), los métodos acústicos y los métodos de ultrasonidos (por ejemplo, la inspección por ultrasonidos de onda guiada), en muchas circunstancias son invasivos, demasiado costosos y/o ineficaces para las grandes redes.

Una técnica que se ha adoptado para la evaluación no invasiva del estado del sistema de tuberías es la utilización de ondas de presión o transitorios de fluidos, tales como las ondas de golpe de ariete. Los transitorios de fluidos son ondas de presión que se propagan en el fluido y a lo largo de una tubería. Un ejemplo de onda de presión utilizada para detectar fallos en un sistema de tuberías es una onda de presión escalonada generada al cerrar bruscamente una válvula de descarga lateral después de que se haya establecido una condición de flujo en estado estacionario. Un cambio físico en la pared de la tubería, tal como una fuga o un adelgazamiento de la pared debido a la corrosión, puede introducir entonces una reflexión de la onda de presión originales que interactúan con el cambio físico en el sistema de tuberías. La onda reflejada se propaga entonces hacia la fuente de la onda de presión inicial (por ejemplo, la válvula de descarga lateral), donde se puede medir mediante transductores de presión instalados en puntos accesibles existentes en el sistema de tuberías, tales como válvulas de aire o puntos de acceso a hidrantes de incendio. El tiempo de llegada de la reflexión de la onda se puede utilizar entonces, en teoría, para determinar la ubicación del defecto, siendo la magnitud de la reflexión indicativa de la gravedad de los cambios físicos que causan la reflexión.

En nuestra anterior solicitud de patente PCT n.° PCT/AU2009/001051 (WO/2010/017599), titulada "METHOD AND ^{SYSTEM FOR ASSESSMENT}Of ^{PIPELINE CONDITION", el solicitante describió en este documento un método y}un sistema para determinar la ubicación y el alcance de múltiples variaciones en el estado de las tuberías basado en un análisis transitorio inverso (ATI) que adoptaba un enfoque iterativo para determinar una evaluación completa del estado de una tubería basado en técnicas de optimización. Si bien este enfoque ha tenido mucho éxito, puede ser extremadamente intensivo desde el punto de vista del cálculo para sistemas de tuberías complejos. En el caso de que no se requiera una evaluación muy detallada del estado de la tubería, y también en el caso de que haya algún conocimiento previo en cuanto a los defectos existentes en la tubería, es necesario un enfoque alternativo que no sea tan intensivo desde el punto de vista del cálculo.

El documento US 3903729 describe un método y un aparato para detectar una rotura u otro suceso en una tubería que contenga gas a presión, el documento WO 2013/002656 describe un método y un aparato para determinar el caudal de un fluido que fluye por una tubería.

El documento JPS61294326 describe la detección de la distancia hasta una posición de fuga en una tubería. ZECCHIN A C ET AL: "Condition Assessment in Hydraulically Noisy Pipeline Systems Using a Pressure Wave Splitting Method", PROCEDIA ENGINEERING, ELSEVIER, AMSTERDAM, NL, vol. 89, 17 de diciembre de 2014 (17-12-2014), páginas 1336-1342 describe la evaluación del estado en sistemas de tuberías hidráulicamente ruidosos utilizando un método de división de las ondas de presión. GONG, J. ET AL.: "Distributed deterioration detection in single pipelines using transient measurements from pressure transducer pairs", 11TH INTERNATIONAL CONFERENCE ON PRESSURE SURGES, 2012, describe la detección del deterioro distribuido en tuberías individuales utilizando mediciones transitorias de parejas de transductores de presión.

Resumen

En un primer aspecto, la presente descripción proporciona un método para evaluar el estado de una tubería en un sistema de tuberías, que incluye:

generar una onda de presión en el fluido que se transporte a lo largo del sistema de tuberías en un punto de generación a lo largo del sistema de tuberías;

detectar una primera señal de interacción de la onda de presión en un primer punto de medición a lo largo del sistema de tuberías, como resultado de una interacción de la onda de presión con variaciones localizadas en la tubería; detectar de forma sincronizada una segunda señal de interacción de la onda de presión en un segundo punto de medición a lo largo del sistema de tuberías, como resultado de la interacción de la onda de presión con variaciones localizadas en la tubería;

comparar las señales de interacción de las ondas de presión primera y segunda para determinar una ubicación de las características individuales en las señales de interacción de las ondas de presión primera y segunda con respecto al punto de generación, correspondiendo las características individuales a las reflexiones de las ondas de presión a partir de las variaciones localizadas en la tubería; y

caracterizar las características individuales para evaluar el estado de la tubería, en donde la caracterización de las características individuales para evaluar el estado de la tubería incluye aplicar criterios de umbral a una característica individual en las señales de interacción de las ondas de presión primera y segunda correspondientes a una reflexión de la onda de presión a partir de una variación localizada en la tubería para determinar si la variación localizada es una característica y/o un componente hidráulico del sistema de tuberías.

En otra forma de realización, comparar las señales de interacción de las ondas de presión primera y segunda incluye comparar por desplazamiento temporal las señales de interacción de las ondas de presión primera y/o segunda para determinar la ubicación de las características individuales.

En otra forma de realización, comparar por desplazamiento temporal las señales de interacción de las ondas de presión primera y/o segunda para determinar la ubicación de las características individuales incluye determinar en qué lado del punto de generación se sitúan las variaciones localizadas.

En otra forma de realización, determinar en qué lado del punto de generación se sitúan las variaciones localizadas incluye:

seleccionar un punto de medición para que sea un punto de medición de referencia, no estando situado el punto de medición de referencia en el punto de generación;

para cada punto de medición restante determinar si cada punto de medición restante se localiza:

en el mismo lado del punto de generación que el punto de medición de referencia;

en el lado opuesto del punto de generación en comparación con el punto de medición de referencia; o en el punto de generación;

aplicar un desplazamiento temporal negativo (hacia atrás en el tiempo) a la señal de interacción de la onda de presión respectiva para aquellos puntos de medición situados en el mismo lado del punto de generación que el punto de medición de referencia, correspondiendo el desplazamiento temporal negativo al intervalo de tiempo que la onda de presión tarda en desplazarse desde el punto de generación hasta el punto de medición respectivo;

aplicar un desplazamiento temporal positivo (hacia adelante en el tiempo) a la señal de interacción de la onda de presión respectiva para aquellos puntos de medición situados al otro lado del punto de generación en comparación con el punto de medición de referencia, correspondiendo el desplazamiento positivo al intervalo de tiempo que la onda de presión tarda en desplazarse desde el punto de generación hasta el punto de medición respectivo situado en posición opuesta;

no aplicar ningún desplazamiento temporal a la señal de interacción de la onda de presión respectiva para aquellos puntos de medición situados en el punto de generación; y

identificar características comunes en las señales de interacción de las ondas de presión desplazadas en el tiempo, correspondiendo las características comunes a un subconjunto de variaciones localizadas situadas en el otro lado del punto de generación en comparación con el punto de medición de referencia.

En otra forma de realización, el método incluye:

aplicar un desplazamiento temporal positivo a la señal de interacción de la onda de presión respectiva para aquellos puntos de medición situados en el mismo lado del punto de generación que el punto de medición de referencia, correspondiendo el desplazamiento temporal positivo al intervalo de tiempo que la onda de presión tarda en desplazarse desde el punto de generación hasta el punto de medición respectivo;

aplicar un desplazamiento temporal negativo a la señal de interacción de la onda de presión respectiva para aquellos puntos de medición situados al otro lado del punto de generación en comparación con el punto de medición de referencia, correspondiendo el desplazamiento negativo al intervalo de tiempo que la onda de presión tarda en desplazarse desde el punto de generación hasta el punto de medición respectivo situado en posición opuesta; no aplicar ningún desplazamiento temporal a la señal de interacción de la onda de presión respectiva para aquellos puntos de medición situados en el punto de generación; y

identificar características comunes en las señales de interacción de las ondas de presión desplazadas en el tiempo, correspondiendo las características comunes a un subconjunto de variaciones localizadas situadas en el mismo lado del punto de generación en comparación con el punto de medición de referencia.

En otra forma de realización, el método incluye cambiar el punto de medición de referencia a un punto de medición situado en el otro lado del punto de generación.

En otra forma de realización, el punto de medición de referencia corresponde a un punto de medición hipotético. En otra forma de realización, determinar si la variación localizada es una característica y/o un componente hidráulico del sistema de tuberías incluye clasificar la reflexión de la onda de presión como correspondiente a un tipo de característica hidráulica y/o componente.

En otra forma de realización, el tipo de característica hidráulica incluye uno o más de:

un cambio en el material de la tubería;

un cambio en el diámetro de la tubería;

un cambio en el revestimiento de la tubería;

un cambio en el espesor de pared de la tubería; o

un cambio en la clase de tubería.

En otra forma de realización, el tipo de componente hidráulico incluye uno o más de:

una válvula;

una sección de tubería ramificada cerrada o abierta que se extiende desde la tubería;

una toma de picaje;

un depósito; o

un tanque.

En otra forma de realización, el tipo de válvula del componente hidráulico incluye uno o más de los siguientes subtipos de válvulas de:

una válvula de línea (parcial o totalmente cerrada);

una válvula de desagüe;

una válvula de entrada a una tubería ramificada (parcial o totalmente cerrada); o

una válvula de aire.

En otra forma de realización, determinar si la variación localizada es una característica y/o un componente hidráulico del sistema de tuberías incluye correlacionar la variación localizada con información previa relativa al sistema de tuberías para determinar si la característica y/o el componente hidráulico está registrado o no.

En otra forma de realización, caracterizar las características individuales para evaluar el estado de la tubería incluye aplicar criterios de umbral para identificar las principales reflexiones de las ondas de presión en las señales de interacción de las ondas de presión primera y segunda.

En otra forma de realización, el método incluye dividir la tubería en subsecciones en función de las ubicaciones de las variaciones localizadas responsables de las principales reflexiones de las ondas de presión.

En otra forma de realización, el método incluye determinar una característica de cada subsección.

En otra forma de realización, la característica es la velocidad de las ondas para cada subsección.

En otra forma de realización, la característica es la impedancia de cada subsección.

En otra forma de realización, la característica es la ubicación y la extensión de cada subsección.

En otra forma de realización, la característica es el espesor de pared equivalente de cada subsección.

En otra forma de realización, caracterizar las características individuales para evaluar el estado de la tubería incluye aplicar criterios de umbral para identificar reflexiones de las ondas de presión significativas en las señales de interacción de las ondas de presión primera y segunda correspondientes a defectos localizados en la tubería.

En otra forma de realización, clasificar la reflexión de la onda de presión significativa como correspondiente a un tipo de defecto localizado.

En otra forma de realización, el tipo de defecto localizado incluye uno o más de:

un tramo corto de la tubería con un deterioro significativo de las paredes;

una fuga;

una obstrucción; o

una bolsa de aire.

En otra forma de realización, el método incluye determinar la ubicación del defecto localizado en la tubería.

En un segundo aspecto, la presente descripción proporciona un sistema para evaluar el estado de una tubería en un sistema de tuberías, que incluye:

un generador de ondas de presión para generar una onda de presión en el fluido que se transporte a lo largo del sistema de tuberías en un punto de generación a lo largo del sistema de tuberías;

un primer detector de presión para detectar una primera señal de interacción de la onda de presión en un primer punto de medición a lo largo del sistema de tuberías, como resultado de una interacción de la onda de presión con variaciones localizadas en la tubería;

un segundo detector de presión para detectar de forma sincronizada una segunda señal de interacción de la onda de presión en un segundo punto de medición a lo largo del sistema de tuberías, como resultado de la interacción de la onda de presión con variaciones localizadas en la tubería; y

un procesador de datos para:

comparar las señales de interacción de las ondas de presión primera y segunda para determinar una ubicación de las características individuales en las señales de interacción de las ondas de presión primera y segunda con respecto al punto de generación, correspondiendo las características individuales a las reflexiones de las ondas de presión a partir de las variaciones localizadas en la tubería; y caracterizar las características individuales para evaluar el estado de la tubería, en donde caracterizar las características individuales para evaluar el estado de la tubería incluye aplicar criterios de umbral a una característica individual en las señales de interacción de las ondas de presión primera y segunda correspondientes a una reflexión de la onda de presión a partir de una variación localizada en la tubería para determinar si la variación localizada es una característica y/o un componente hidráulico del sistema de tuberías.

Breve descripción de los dibujos

Las formas de realización de la presente descripción se describirán con referencia a los dibujos adjuntos en donde: La Figura 1 es un diagrama de flujo de un método para evaluar el estado de una tubería en un sistema de tuberías de acuerdo con una forma de realización ilustrativa;

La Figura 2 es un sistema de tuberías de ejemplo que representa una disposición de un generador de ondas de presión y el punto de medición asociado de acuerdo con una forma de realización ilustrativa;

La Figura 3 es un diagrama de flujo de un método para determinar la ubicación de las características individuales en las señales de interacción de las ondas de presión con respecto al punto de generación de acuerdo con una forma de realización ilustrativa;

La Figura 4a es un gráfico de las señales de interacción de las ondas de presión detectadas para el sistema de tuberías de ejemplo ilustrado en la Figura 2;

La Figura 4b es un gráfico de las señales de interacción de las ondas de presión desplazadas en el tiempo, ilustradas en la Figura 4a, para determinar la ubicación de las características individuales correspondientes a las reflexiones del lado izquierdo del generador, según se representa;

La Figura 4c es un gráfico de las señales de interacción de las ondas de presión desplazadas en el tiempo, ilustradas en la Figura 4a para determinar la ubicación de las características individuales correspondientes a las reflexiones del lado derecho del generador, según se representa;

La Figura 5 es un sistema de tuberías de ejemplo que representa una disposición alternativa de un generador de ondas de presión y los puntos de medición asociados de acuerdo con una forma de realización ilustrativa;

La Figura 6a es un gráfico de las señales de interacción de las ondas de presión detectadas para el sistema de tuberías de ejemplo de ejemplo ilustrado en la Figura 5;

La Figura 6b es un gráfico de las señales de interacción de las ondas de presión desplazadas en el tiempo, ilustradas en la Figura 6a, para determinar la ubicación de las características individuales correspondientes a las reflexiones del lado izquierdo del generador, según se representa;

La Figura 6c es un gráfico de las señales de interacción de las ondas de presión desplazadas en el tiempo, ilustradas en la Figura 6a, para determinar la ubicación de las características individuales correspondientes a las reflexiones del lado derecho del generador, según se representa;

La Figura 7 es un sistema de tuberías de ejemplo que representa una disposición de un generador de ondas de presión y los puntos de medición asociados de acuerdo con una forma de realización ilustrativa;

La Figura 8a es un gráfico de las señales de interacción de las ondas de presión detectadas para el sistema de tuberías de ejemplo ilustrado en la Figura 7;

La Figura 8b es un gráfico de las señales de interacción de las ondas de presión desplazadas en el tiempo, ilustradas en la Figura 8a, para determinar la ubicación de las características individuales correspondientes a las reflexiones del lado derecho del generador, según se representa;

La Figura 8c es un gráfico de las señales de interacción de las ondas de presión desplazadas en el tiempo, ilustradas en la Figura 8a, para determinar la ubicación de las características individuales correspondientes a las reflexiones del lado izquierdo del generador, según se representa;

La Figura 9 es un diagrama de flujo de un método para caracterizar las características individuales de las señales de interacción de las ondas de presión de acuerdo con una forma de realización ilustrativa;

La Figura 10 es un diagrama de flujo de un método para dividir una tubería en subsecciones y determinar la velocidad de las ondas en cada sección;

La Figura 11 es una configuración de ensayo del sistema de tuberías de ejemplo para evaluar subsecciones de una tubería de acuerdo con una forma de realización ilustrativa;

La Figura 12a es un gráfico de las señales de interacción de las ondas de presión para la configuración de prueba de tuberías de ejemplo ilustrada en la Figura 11;

La Figura 12b es otro gráfico de las señales de interacción de las ondas de presión para la configuración de prueba de tuberías de ejemplo ilustrada en la Figura 11;

La Figura 13 es un diagrama de flujo de un método para determinar los defectos localizados en la tubería de acuerdo con una forma de realización ilustrativa;

La Figura 14 es una configuración de ensayo del sistema de tuberías de ejemplo para evaluar una sección de interés de la tubería de acuerdo con una forma de realización ilustrativa;

La Figura 15 es una configuración de ensayo del sistema de tuberías de ejemplo para evaluar una sección de interés de la tubería de acuerdo con otra forma de realización ilustrativa;

La Figura 16 es una configuración de ensayo del sistema de tuberías de ejemplo para evaluar una sección de interés de la tubería de acuerdo con otra forma de realización ilustrativa;

La Figura 17 es un ejemplo de configuración de ensayo del sistema de tuberías de ejemplo para evaluar una sección de interés de la tubería de acuerdo con otra forma de realización ilustrativa;

La Figura 18 es una configuración de ensayo del sistema de tuberías de ejemplo para evaluar una sección de interés de la tubería de acuerdo con una forma de realización ilustrativa;

La Figura 19 es un esquema de principio de una sección de interés de una tubería de amianto-cemento (AC) situada en Victoria, Australia, evaluada de acuerdo con una forma de realización ilustrativa;

La Figura 20 es un gráfico de las velocidades teóricas de las ondas para las tuberías de AC de diferente clase ilustradas en la Figura 19 como una función del espesor de pared;

La Figura 21 es un gráfico de la variación de la perturbación adimensional de la carga hidráulica total de acuerdo con diversos cambios relativos en el espesor de pared para las tuberías de AC de diferente clase ilustradas en la Figura 19;

La Figura 22 es un gráfico de las señales de interacción de las ondas de presión desplazadas en el tiempo para la sección de interés ilustrada en la Figura 19;

La Figura 23 es un gráfico de la señal de interacción de la onda de presión desplazada en el tiempo que representa una reflexión de la onda de presión significativa;

La Figura 24 es una configuración de ensayo del sistema de tuberías de ejemplo para evaluar una tubería revestida de mortero de cemento de acero dulce (MSCL) de acuerdo con una forma de realización ilustrativa;

La Figura 25 es una vista en sección transversal de una tubería MSCL intacta;

Las Figuras 26(a)-(d) son vistas longitudinales de cuatro secciones de tuberías MSCL que indican los diferentes escenarios de cambio en el espesor de la pared;

La Figura 27 es un gráfico de la perturbación adimensional de la carga hidráulica total como una función del cambio relativo del espesor de acero equivalente para las secciones de tubería S1 y S2 ilustradas en las Figuras 26(a) y (b);

La Figura 28 es un gráfico de la perturbación adimensional de la carga hidráulica total como una función del cambio relativo en el espesor de acero equivalente para la sección de tubería S3 ilustrada en la Figura 26(c);

La Figura 29 es un gráfico de la perturbación adimensional de la carga hidráulica total como una función del cambio relativo del espesor de acero equivalente para la sección de tubería S4 ilustrada en la Figura 26(d);

La Figura 30 es un gráfico de las perturbaciones adimensionales de la carga hidráulica total calculadas para las secciones de la tubería S1 a S4 ilustradas en la Figura 26;

La Figura 31 es una configuración de ensayo del sistema de tuberías de ejemplo de una tubería MSCL situada en Morgan, Australia del Sur (es decir, el oleoducto de transmisión de Morgan); y

La Figura 32 es un gráfico de la señal de interacción de la onda de presión medida en el punto de medición AV43 indicado en la Figura 31 y que indica las reflexiones de las ondas de presión R1 a R7.

En la siguiente descripción, símbolos de referencia semejantes designan partes similares o correspondientes a lo largo de las figuras.

Descripción de las formas de realización

Con referencia a la Figura 1, se muestran las etapas 100 de un método para evaluar el estado de una tubería en un sistema de tuberías de acuerdo con una forma de realización ilustrativa. Con referencia también a la Figura 2, se muestra un sistema de tuberías de ejemplo 200 que ayudará en la descripción del método para evaluar una tubería ilustrado en la Figura 1. El sistema de tuberías 200 incluye una tubería 210 que se compone de una serie de variaciones localizadas en la tubería 200 que provocarán una señal de interacción de la onda de presión en virtud de cualquier onda de presión que se refleje desde la variación localizada. La primera de estas variaciones localizadas de ejemplo es la ramificación corta cerrada 220 que se extiende desde la tubería 210. Según se debería apreciar, estas ramificaciones cortas se componen de secciones de tubería para conectar componentes hidráulicos tales como válvulas o hidrantes de incendio. La segunda variación localizada que puede provocar una señal de interacción de la onda de presión con la forma de una reflexión es la sección de diámetro reducido 240 del sistema de tuberías 200. Una sección de diámetro reducido puede ser una característica diseñada o causada por una obstrucción extendida.

En la etapa 110, se genera una onda de presión en el fluido que se transporta a lo largo del sistema de tuberías en un punto de generación a lo largo del sistema de tuberías. Según se muestra en la Figura 2, se ha representado un dispositivo de generación de ondas de presión G situado en el punto de generación 250. En este ejemplo, el dispositivo de generación de ondas de presión también incluye una capacidad de medición M1 para medir la presión en la tubería 210 y, por lo tanto, también corresponde a un primer punto de medición 260A. En este ejemplo, el sistema de tuberías 200 también incluye un punto de medición de la presión M2 adicional en el segundo punto de medición 260B, donde se encuentra un dispositivo de medición de la presión dedicado, así como otro punto de medición de la presión M3 situado en el tercer punto de medición 260C. En este sistema de tuberías de ejemplo 200, los puntos de medición de presión M2 y M3 adicionales se sitúan a cada lado del punto de generación 250.

En una forma de realización ilustrativa, el generador de ondas de presión G es una válvula de descarga personalizada conectada a un punto de acceso existente 225 (tal como una válvula de aire o una válvula de desagüe) del sistema de tuberías 210. Se puede inducir una onda de presión escalonada controlada (normalmente de 5 a 10 m de magnitud) abriendo primero la válvula de descarga y liberando un flujo hasta que se alcancen las condiciones de estado estacionario (o cerca de las condiciones de estado estacionario). A modo de ejemplo, para las tuberías en el rango de 600 a 1000 mm de diámetro, la cantidad de descarga oscilará normalmente entre 20-40 l/s para el flujo de estado estacionario. Una vez que se ha alcanzado el flujo de estado estacionario, entonces la válvula de descarga se cierra rápidamente, normalmente en 10 ms. Esto tiene el efecto de detener progresivamente el flujo de fluido a lo largo de la tubería que se había establecido como resultado de la válvula de descarga abierta previamente. La onda de presión generada se propaga entonces a lo largo de la tubería 210 en ambas direcciones, izquierda 222 y derecha 224, desde el generador de ondas de presión G. Otros medios para generar una onda de presión incluyen, entre otros, dispositivos de cierre de válvulas de línea y cámaras de pistón que atraen una cantidad de fluido a una cámara que contiene un pistón que a continuación se acciona.

En la etapa 120, se detecta una primera señal de interacción de la onda de presión en el primer punto de medición 260A a lo largo del sistema de tuberías 200 mediante un dispositivo combinado de generación y medición de la presión G/M1 como resultado de una interacción de la onda de presión con las variaciones localizadas en la tubería 210. Un dispositivo de medición de la presión incluye normalmente un transductor de presión y un sistema de adquisición de datos correspondiente, que se compone generalmente de un amplificador, un convertidor analógico-digital (A/D) y un ordenador.

En la etapa 130, se detecta una segunda señal de interacción de la onda de presión al mismo tiempo o de forma sincronizada en el segundo punto de medición 260B a lo largo del sistema de tuberías 200 como resultado de la interacción de la onda de presión con las variaciones localizadas en la tubería. Según se debería apreciar, el presente método no se limita a dos puntos de medición, por lo que en este ejemplo también se detecta una tercera señal de interacción de la onda de presión en el tercer punto de medición 260C, de nuevo al mismo tiempo o de forma sincronizada con la detección en el primer punto de medición. En el ejemplo en el que el generador de ondas de presión G no incluya también la capacidad de medición de la presión, el segundo punto de medición podría corresponder al punto de medición 260C.

En la etapa 140, las señales de interacción de las ondas de presión primera y segunda que se han medido sobre la misma base temporal se comparan para determinar una ubicación de las características individuales en las señales de interacción de las ondas de presión primera y segunda con respecto al punto de generación G, donde las características individuales corresponden a reflexiones de las ondas de presión procedentes de las variaciones localizadas en la tubería.

En una forma de realización ilustrativa, esta etapa incluye comparar por desplazamiento temporal las señales de interacción de las ondas de presión primera y/o segunda, como se describirá más adelante, y determinar en primer lugar en qué lado del punto de generación se sitúan las variaciones localizadas, donde un ejemplo de un método 300 de este tipo se ilustra en la Figura 3. El método 300 se describirá con referencia a las Figuras 4a, 4b y 4c.

La cuestión de determinar qué lado del punto de generación conlleva necesariamente la definición de "lado". La terminología tal como lado izquierdo 222 o lado derecho 224 supone una orientación particular del observador. Del mismo modo, se podría utilizar la terminología de estar aguas abajo (correspondiente al lado izquierdo 222) o aguas arriba (correspondiente al lado derecho 224) del punto de generación 250, según se representa en la Figura 2, pero esto se basa en la definición por separado de la dirección del flujo de fluido 215 en cualquier sistema de tuberías que se vaya a describir. En el presente método, la ubicación con respecto al punto de generación se define con respecto a un punto de medición de referencia. De esta manera, otros puntos de medición entran necesariamente en una de las tres categorías de estar en el mismo lado del punto de generación que el punto de medición de referencia, o en el otro lado del punto de generación o, finalmente, situados en el punto de generación, como es el caso de G/M1 representado en la Figura 2.

Por consiguiente, la primera etapa del método 300 en 310 es seleccionar un punto de medición para que sea el punto de referencia, asegurando que la ubicación de medición de referencia no corresponda en sí misma al punto de generación. En un ejemplo, se elige el punto de referencia M2 como punto de medición de referencia, según se indica con R en la Figura 2.

Con referencia ahora a la Figura 4a, se muestra un gráfico de las señales de interacción de las ondas de presión primera y segunda (H), es decir, la carga hidráulica de presión, como una función del tiempo detectado en G/M1 y M2 del sistema de tuberías 200 ilustrado en la Figura 2, que ilustra cómo ambas de estas señales de interacción de las ondas de presión se han detectado al mismo tiempo o sobre la misma base de tiempo. Las características individuales de las señales de interacción de las ondas de presión correspondientes a la ramificación corta cerrada 220 y a la sección de diámetro reducido 240 se indican en cada señal de interacción de la onda de presión correspondiente a G/M1 y M2 respectivamente. Además, también se muestra la señal de interacción de la onda de presión correspondiente a M3.

El tiempo tG corresponde al instante en que se generó la onda de presión en G/M1 se indica en la Figura 4a. El primer tiempo de llegada a M2 de la onda de presión procedente de G/M1 se indica como tM². El tiempo que tarda la onda de presión en llegar a M2 desde G es entonces tM²- tG según se indica en la Figura 4a. Del mismo modo, el primer instante de llegada a M3 de la onda de presión procedente de G/M1 se indica t^M3, según se indica, y el tiempo que tarda la onda de presión en llegar a M3 desde G es tM3 - tG, como también se indica en la Figura 4a.

Teniendo en cuenta la señal de respuesta de la onda de presión medida por G/M1, se puede observar por inspección que la reflexión de la onda de presión de la ramificación corta cerrada 220 llegaría antes a G/M1 que a M2 e incluso antes a M3. Del mismo modo, se esperaría que la reflexión de la onda de presión de la sección de diámetro reducido 240 llegase antes a M2 que a G/M1 y finalmente a M3. Para identificar las características de reflexión basadas en las señales de interacción de las ondas de presión registradas en G/M1, M2 y M3, se lleva a cabo un desplazamiento temporal adecuado de las señales de interacción de las ondas de presión.

En la etapa 320, se determina si los puntos de medición restantes están situados en el mismo lado del punto de generación que el punto de medición de referencia, en el lado opuesto del punto de generación en comparación con el punto de medición de referencia o en el punto de generación. En la configuración de ejemplo de la Figura 3, y para un punto de medición de referencia situado en M2, M3 está situado en el lado opuesto del punto de generación y G/M1 está situado en el punto de generación.

Con referencia a la Figura 4b, en la etapa 330 se aplica a cada una de las señales de interacción de las ondas de presión un desplazamiento temporal de acuerdo con los siguientes criterios, con el fin de identificar las variaciones localizadas en la tubería 210 situadas al otro lado del punto de generación desde el punto de medición de referencia, es decir, al lado izquierdo 222 o aguas abajo del punto de generación G/M1.

Para aquellos puntos de medición situados en el mismo lado del punto de generación G/M1 que el punto de medición de referencia M2, se aplica un desplazamiento temporal negativo 330A a la señal de interacción de la onda de presión respectiva correspondiente al intervalo de tiempo que la onda de presión tarda en desplazarse desde el punto de generación hasta ese punto de medición. Un desplazamiento temporal negativo significa desplazar la onda de presión respectiva hacia atrás en el tiempo (es decir, desplazarla a un instante anterior). En la configuración de la Figura 2, M2 es el único punto de medición que cumple este criterio y, por tanto, se le aplica un desplazamiento temporal negativo. A aquellos puntos de medición situados al otro lado del punto de generación se les aplica un desplazamiento temporal positivo 330B correspondiente al intervalo de tiempo que la onda de presión tarda en desplazarse desde el punto de generación hasta ese punto de medición. Un desplazamiento temporal positivo significa desplazar la onda de presión respectiva hacia delante en el tiempo (es decir, desplazarla a un instante posterior). En este caso, M3 cumple este criterio.

Para aquellos puntos de medición situados en el punto de generación, tal como G/M1, no se aplica el desplazamiento temporal 330C.

En la etapa 340, se identifican las características comunes en las señales de interacción de las ondas de presión desplazadas en el tiempo. Según se muestra en la Figura 4b, la característica común es la anomalía de reflexión que surge de la variación localizada en la forma de la ramificación corta cerrada 220 que se correlaciona a través de cada una de las tres señales de interacción de las ondas de presión y que surge de las reflexiones de las ondas de presión que se mueven de izquierda a derecha según se representa en la Figura 2. De esta manera, se determina que la ubicación de la ramificación corta cerrada 220 se encuentra al otro lado del punto de generación G/M1 de M2.

Con referencia ahora a la Figura 4c, se adopta un proceso similar para identificar la variación localizada en la tubería 210 situada en el mismo lado del punto de generación G/M1 que el punto de medición de referencia M2. Esto se muestra en las etapas 350 y 360 del método 300 ilustrado en la Figura 3. En la etapa 350A se aplica un desplazamiento temporal positivo a las señales de interacción de las ondas de presión procedentes de los puntos de medición situados en el mismo lado que el punto de medición de referencia, mientras que en la etapa 350B se aplica un desplazamiento temporal negativo a las señales de interacción de las ondas de presión procedentes de los puntos de medición situados en el lado opuesto del punto de generación, mientras que no se aplica ningún desplazamiento temporal 350C a ningún punto de medición situado en el punto de generación.

En la etapa 360, se identifican las características comunes en las señales de interacción de las ondas de presión desplazadas en el tiempo. Según se muestra en la Figura 4c, la característica común es la anomalía de reflexión que surge de la variación localizada en la forma de la sección de diámetro reducido 240 que se correlaciona a través de cada una de las tres señales de interacción de las ondas de presión y que surge de las reflexiones de las ondas de presión que se mueven de derecha a izquierda según se representa en la Figura 2. De esta manera, se determina que la ubicación de la ramificación corta cerrada 240 está en el mismo lado del punto de generación G/M1 que M2.

En otra forma de realización, la identificación de las variaciones localizadas en el lado derecho 224 o aguas arriba se podría lograr seleccionando un punto de medición de referencia en el lado izquierdo 222 o aguas abajo del G/M1 y repitiendo las etapas 310 a 340 según se describió anteriormente.

Según se debería apreciar, para simplificar el análisis, las señales de interacción de las ondas de presión se pueden en primer lugar establecer como punto de referencia o desplazar de modo que el tiempo en el que se genera la onda de presión se establezca a cero, es decir, t = t - í^g. Según se debería apreciar adicionalmente, aunque se requieren al menos dos señales de interacción de las ondas de presión correspondientes a diferentes puntos de medición, el presente método se puede aplicar a múltiples puntos de medición según sea necesario. Además, las estadísticas de medición se pueden mejorar realizando múltiples mediciones para cada ubicación.

De esta manera, los datos procedentes de múltiples estaciones que miden cada una de ellas las respectivas señales de interacción de las ondas de presión se pueden combinar para ayudar a identificar la existencia y la ubicación de las variaciones localizadas en la tubería que provocan una característica de reflexión de la onda de presión y, como corolario, la dirección de la reflexión de la onda de presión originada por estas variaciones localizadas con respecto al generador de ondas de presión.

Con referencia ahora a la Figura 5, se muestra el sistema de tuberías 200 con otra configuración de puntos de generación y medición. En comparación con la Figura 2, la configuración mostrada en la Figura 5 incluye el punto de medición transferido a una corta distancia aguas abajo de (o a la izquierda de) la ramificación corta 220. La Figura 6a representa la señal de interacción de la presión medida en cada punto de medición. En este ejemplo, la señal de interacción de la presión medida en M3 no incluye una reflexión de la onda de presión correspondiente a la ramificación corta cerrada 220, ya que esta variación localizada está más cerca de G/M1 que de M3 (es decir, entre G/M1 y M3), según se representa en la Figura 5, y cualquier reflexión de la ramificación corta 220 se desplazará hacia la generación G/M1. Una vez más, se selecciona M2 en el punto de medición de referencia R y las Figuras 6b y 6c representan el desplazamiento temporal respectivo de acuerdo con el método 300 ilustrado en la Figura 3.

Con referencia ahora a la Figura 7, se muestra el sistema de tuberías 200 con aún otra configuración de puntos de generación y medición. En comparación con la Figura 2, la configuración mostrada en la Figura 7 incluye ambos puntos de medición M2 y M3 situados aguas abajo (o a la izquierda) del punto de generación G/M1. Una vez más, M2 se selecciona en el punto de medición de referencia R, pero en este caso M2 está situado a la izquierda o aguas abajo de G/M1. La Figura 8a representa la señal de interacción de la onda de presión medida en cada punto de medición.

Siguiendo el método 300, para identificar la variación localizada en el lado opuesto de G/M1 (es decir, el lado aguas arriba) se aplica un desplazamiento temporal negativo a las señales de interacción de las ondas de presión correspondientes a M2 y M3, ya que estos puntos de medición están en el mismo lado que M2, y no se aplica ningún desplazamiento temporal a la señal de interacción de la onda de presión correspondiente a G/M1. Esto se muestra en la Figura 8b e identifica la sección de diámetro reducido 240. Para identificar entonces las variaciones localizadas situadas en el mismo lado de G/M1, se aplica un desplazamiento temporal positivo a M2 y M3 y no se aplica ningún desplazamiento temporal a la señal de G/M1. Esto se muestra en la Figura 8c, que identifica una característica correlacionada en las señales de interacción de las ondas de presión combinadas correspondientes a la ramificación corta cerrada 220.

En otro ejemplo, y con referencia a la Figura 7, el punto de medición de referencia R se podría elegir para estuviese en una ubicación hipotética situada en el lado de aguas arriba de G/M1. En este ejemplo, se seguiría el método 300, salvo que no hay puntos de medición reales en el mismo lado que la ubicación hipotética que funciona puramente como un punto de referencia para el análisis de ubicación.

En esta fase del análisis, se ha identificado la ubicación de las características individuales con respecto al punto de generación y también con respecto a los demás a partir de las señales de interacción de las ondas de presión desplazadas en el tiempo.

Con referencia de nuevo a la Figura 1, en la etapa 150 se caracterizan las características individuales para evaluar el estado de la tubería.

Con referencia ahora a la Figura 9, se muestra un método 900 para caracterizar las características individuales de las señales de interacción de las ondas de presión de acuerdo con una forma de realización ilustrativa.

En la etapa 910, se aplica un umbral a las características individuales cuya ubicación ha sido identificada en el análisis de desplazamiento temporal anterior. En una forma de realización, el tamaño de la característica correspondiente a la diferencia entre la presión de la carga hidráulica total mínima y máxima debe estar por encima de un cambio de presión mínimo, o cambio de presión umbral. El cambio de presión umbral para un sistema de tuberías dado se puede determinar mediante un análisis teórico del tamaño de la reflexión de la onda de presión correspondiente a un grado específico de deterioro de la pared. Un ejemplo de cambio de presión umbral que se podría aplicar a una tubería revestida de mortero de cemento es el tamaño de la reflexión que resultaría de una pérdida total o sustancial del espesor del revestimiento de mortero de cemento.

En otra forma de realización, la duración temporal de una característica debe ser superior a un intervalo de tiempo mínimo. El intervalo de tiempo de una reflexión está relacionado con la longitud de la característica que da lugar a la reflexión. Para una sección de tubería deteriorada, el intervalo de tiempo de la reflexión correspondiente es el tiempo necesario para que una onda de presión recorra dos veces la longitud de la sección deteriorada. El intervalo de tiempo mínimo a considerar, o el período de tiempo umbral, se puede determinar mediante un análisis teórico utilizando una velocidad de onda estimada y una longitud mínima definida a considerar. En otra forma de realización, se aplican ambos criterios de umbral.

En la etapa 920, las características individuales se clasifican en dos categorías. En la etapa 930A, se lleva a cabo la clasificación en la primera categoría que se compone de componentes y/o características hidráulicas del sistema de tuberías. Según se debería apreciar, los componentes/características hidráulicas se pueden tanto registrar como no. Los componentes hidráulicos incluyen, entre otros, diversos tipos de válvulas, tales como las válvulas de línea (parcial o totalmente cerradas), las válvulas y las válvulas de desagüe, y las válvulas en las tuberías de derivación (parcial o totalmente cerradas); las secciones de tuberías ramificadas cerradas y abiertas que se extienden desde la tubería; las tomas de picaje; los depósitos; y los tanques (por ejemplo, los tanques de compensación o los recipientes o cámaras de aire). Las características hidráulicas incluyen, entre otras, cambios en el material, el diámetro, el revestimiento, el espesor de pared o la clase de la tubería.

En la etapa 940A, las características individuales correspondientes a los componentes/características hidráulicas se correlacionan con información previa del sistema de tuberías, tal como la que se encuentra en los planos del sistema de información geográfica (GIS) y la información recopilada en el campo. Esta información previa describe la ubicación de diversos componentes/características hidráulicas conocidas y se puede correlacionar con las características individuales identificadas en las señales de interacción de las ondas de presión desplazadas en el tiempo y correlacionadas, cuya ubicación con respecto al punto de generación y con respecto a cada una de ellas es conocida.

En la etapa 950A, aquellas características individuales en las señales de interacción de las ondas de presión desplazadas en el tiempo, clasificadas como procedentes de componentes/características hidráulicas, pero que no se pueden correlacionar con información previa, serán identificadas como no registradas. Un ejemplo de un componente hidráulico no registrado es una ramificación o una toma de picaje en una tubería. En este caso, la característica individual de la señal de interacción de la onda de presión desplazada en el tiempo tendrá parte de la onda de presión desviada y se reducirá entonces el tamaño de la onda transmitida. Las características/componentes de la ramificación/toma de picaje también pueden inducir reflexiones.

En la etapa 930B, se lleva a cabo la clasificación en la identificación de la segunda categoría de defectos en el sistema de tuberías. Estos se identifican por las características de la reflexión. Las reflexiones son aquellas que no se pueden correlacionar con seguridad con componentes/características hidráulicas (ya sean registradas o no registradas) y pueden corresponder a defectos tales como el deterioro de la pared (por ejemplo, la reducción del espesor de pared) u otros defectos (por ejemplo, fugas, bolsas de aire). En la etapa 940B, se identifica el tipo de defecto.

En esta fase del análisis, las características individuales de las señales de interacción de las ondas de presión desplazadas en el tiempo se habrán clasificado como relativas a características/componentes conocidos/registrados del sistema de tuberías o a características/componentes desconocidos/no registrados del sistema de tuberías o a defectos del sistema de tuberías. En el caso de las características individuales correlacionadas con características/componentes registrados conocidos de la tubería, su ubicación absoluta se conocerá entonces con precisión. En cuanto a las demás características individuales de las señales de interacción de las ondas de presión desplazadas en el tiempo que corresponden a características/componentes no registrados o a defectos, se puede llevar a cabo un análisis adicional para determinar su ubicación absoluta.

Como se ha descrito anteriormente, las reflexiones de las ondas de presión se producen cuando una onda de presión generada encuentra un cambio físico en la tubería. En un ejemplo, este cambio físico puede ser una característica hidráulica tal como una parte de la tubería que tenga una reducción en el espesor de pared. La reflexión de la onda de presión se propaga entonces de vuelta hacia el generador de ondas de presión, formando parte de la señal de interacción de la onda de presión detectada en uno o más puntos de medición en el sistema de tuberías.

Otra consideración importante es que los cambios en el espesor de la pared o en el diámetro de la tubería provocarán cambios en la velocidad de onda de la onda de presión a medida que se desplaza por la tubería. Para determinar la ubicación real de los componentes/características hidráulicas no registradas o de los defectos identificados en las señales de interacción de las ondas de presión desplazadas en el tiempo, es necesario determinar los cambios en la velocidad de la onda que la onda de presión encuentra a medida que se propaga a lo largo de la tubería.

Con referencia ahora a la Figura 10, se muestra un método 1000 para dividir la tubería en subsecciones y determinar la velocidad de las ondas y/o otras características en cada subsección. En la etapa 1010, se identifican las principales reflexiones de las ondas de presión en las señales de interacción de las ondas de presión desplazadas en el tiempo. En este ejemplo, una reflexión de onda de presión importante se determina tanto por el tamaño como por la duración de la reflexión de la onda de presión. En un ejemplo, el tamaño mínimo es el tamaño teórico de una reflexión correspondiente al 10 % de la pérdida de espesor de pared en una tubería metálica sin revestimiento y la duración mínima de la reflexión es de 200 milisegundos, lo que corresponde a una longitud subseccional de aproximadamente 100 m para una velocidad de onda estimada de 1000 m/s. En otra forma de realización, otro criterio que se debe cumplir es que la reflexión de la onda de presión sea relativamente estable y que las fluctuaciones sean de corta duración. En un ejemplo, las fluctuaciones deben ser inferiores a 20 milisegundos, lo que corresponde a defectos localizados con una longitud inferior a 10 m (con una velocidad de onda estimada inferior a 1000 m/s) dentro de la subsección.

Por consiguiente, una reflexión de la onda de presión principal típica podría tener una diferencia de carga hidráulica de presión mínima de acuerdo con el tamaño teórico de la reflexión esperada para un grado específico de deterioro, una duración del orden de cientos de milisegundos a segundos con cualquier fluctuación en la señal en una escala de tiempo de decenas de milisegundos o menos. En la etapa 1020, la tubería se divide en dos o más subsecciones para su análisis de acuerdo con las principales reflexiones de las ondas de presión en las señales de interacción de la presión desplazadas en el tiempo determinadas de acuerdo con la etapa 1010.

Con referencia ahora a la Figura 11, se muestra una configuración de pruebas de tuberías 1100 para evaluar las subsecciones de la tubería 1110 entre los puntos de medición M2 y M3 de acuerdo con una forma de realización ilustrativa. En este ejemplo ilustrativo, se sabe que el material de la tubería fuera de la sección de tubería 1120 es el mismo y tiene una velocidad de onda conocida de 1000 m.s-1. Una onda de presión se genera en G/M1 y se desplaza hacia M2 y M3 que miden la señal de interacción de la onda de presión incluyendo cualesquiera reflexiones de las ondas de presión.

Con referencia ahora a la Figura 12a, se muestra un gráfico de las señales de interacción de las ondas de presión medidas para M2 y M3 respectivamente. En este ejemplo, las principales reflexiones de las ondas de presión se indican en la señal de interacción de la onda de presión M2 en R1 y R2. Por consiguiente, la sección de tubería 1120 entre los puntos de medición M2 y M3 se puede dividir en subsecciones S1, S2, S3 según se ilustra en la Figura 11.

A partir de la diferencia entre el tiempo de llegada de la onda de presión a M2 y a M3, se puede determinar entonces la velocidad de onda seccional as para la sección de tubería 1120. En este ejemplo, la velocidad de onda seccional para la sección entre M2 y M3 viene dada por

que es inferior a los 1000 m.s-1 con la conclusión de que la sección de tubería 1120 incluye una parte que se ha deteriorado de alguna manera o ha cambiado de propiedades en comparación con la tubería circundante.

Con referencia de nuevo a la Figura 10, en la etapa 1030 se determina la velocidad de las ondas para cada subsección. Se puede dar el caso de que las reflexiones de las ondas de presión correspondientes a las características R1 y R2 estén situadas en ubicaciones conocidas. Como ejemplo, R1 y R2 pueden indicar los límites de una sección de tubería compuesta por un material diferente que puede ser susceptible de corrosión o deterioro. Esta situación se muestra en la Figura 11, donde se sabe que S2 está entre 200 m de M2 y 300 m de M3 y, por consiguiente, tiene una longitud de 100 m.

En este caso, las velocidades de las ondas para cada subsección se pueden calcular directamente de la siguiente manera:

. 2 X i, 2X200 , „ _ _

Subseccion 1 a Ti = ■--- i--- t- - = -* ) (-0--.-4---0- - = ÍUUU m.s

( f )

„ t ., „

Siubseccion 2

oóu m.s

^{„ t . .. „ 2* í,3 30(1 , n n n .]}Siubseccion 3 = --------- ---------------= lU u U m.s

(t3- t j )-- ^2X

(1-25-0.Ü5)

donde las subsecciones 1 y 3 corresponden a las velocidades de las ondas conocidas fuera de S2.

En otros casos, puede que no se conozcan las ubicaciones absolutas de R1 y R2. A continuación, es útil revisar el efecto de un cambio en el espesor de pared de una tubería y cómo esto introduce a su vez un cambio de impedancia. La impedancia de una tubería se define como:

Ecuación 1

donde B es la impedancia de la tubería, a es la velocidad de las ondas de una onda de presión generada, g es la aceleración gravitatoria y A es el área de la sección transversal interna de la tubería.

La velocidad de las ondas a se puede determinar utilizando la fórmula de la velocidad teórica de las ondas como:

Ecuación 2

en la que K es el módulo de compresibilidad del fluido, p es la densidad del fluido, E es el módulo de Young del material de la pared de la tubería, D es el diámetro interior de la tubería, e es el espesor de pared y c es un factor que depende del método de restricción de la tubería.

Se ha demostrado que el tamaño de la reflexión de la onda de presión de una sección de tubería deteriorada está relacionado con cualquier cambio en la impedancia de la tubería de esa sección de tubería deteriorada (véase, por ejemplo, Gong J, Simpson AR, Lambert MF, et al, ''Detection of distributed deterioration in single pipes using transient reflections", J Pipeline Syst Eng Pract, 2013; 4: 32-40)

La perturbación adimensional de la carga hidráulica total se puede determinar utilizando:

^{f - ¡ “} __ Ecuación 3

r Br l

donde H * es la perturbación adimensional de la carga hidráulica total de la primera onda de presión reflejada y Bres la relación entre la impedancia de la sección de tubería deteriorada y la impedancia de una sección intacta. La perturbación adimensional de la carga hidráulica total, H *, también se puede definir a partir de las ondas transitorias incidentes y reflejadas como:

EJ . _ 2J .

^{H r =} — ---- 1 Ecuación 4

r

donde Hji es la carga hidráulica total de la onda de presión reflejada, Hi es la carga hidráulica total de la onda de presión transitoria incidente y Ho es la carga hidráulica total en estado estacionario en el punto de medición antes del instante de generación de la onda de presión transitoria incidente durante el cual el generador de ondas de presión basado en la válvula de descarga lateral está abierto (véase también la descripción en Gong J, Lambert MF, Simpson AR y Zecchin AC. "Distributed deterioration detection in single pipes using the impulse response function", 14th International Conference on Water Distribution Systems Analysis (WDSA 2012), Adelaide, South Australia: Engineers Australia, 2012; 702-71.

Según se debería apreciar, los valores de Hji, Hiy Ho se pueden medir mediante dispositivos de medición de la presión, tales como un transductor de presión. Obsérvese que, aunque Ho aparece en la Ecuación 4, la perturbación adimensional de la carga hidráulica total H * es independiente de Ho. Además, H * sólo está relacionada con el tamaño de la reflexión (Hji - Hi, obsérvese que puede ser negativo) y el tamaño de la onda incidente (Hi - Ho). La relación de impedancia Br se determina utilizando:

„ .

£>V = - Ecuación 5

“ u

donde los subíndices "0" y "1" representan la sección de tubería intacta y la sección con un cambio de impedancia (la sección de tubería deteriorada), respectivamente.

Con referencia ahora a la Figura 12b, se muestra un gráfico de las señales de interacción de las ondas de presión mostradas en la Figura 12a y que incluye además la señal de interacción de la onda de presión para G/M1. Como la velocidad de las ondas se conoce a partir de G/M1 y, además, como la señal de interacción de la onda de presión para G/M1 no muestra ninguna característica, se puede suponer que la velocidad de las ondas hasta la característica R1 es asi = 1000 m.s-1. Por consiguiente, la distancia de M2 a R1 se puede calcular en función del tiempo transcurrido de t²-ti = 0,4 segundos como:

L t = a ,! x ^ ^ = 1QDQ x 0.2 = 2Ü0 m

La velocidad de las ondas en S2 se determina entonces en función del cambio de la carga hidráulica de presión AH y, a partir de la velocidad de las ondas, se puede determinar la longitud de S2 y, por tanto, los límites de la subsección S2. A continuación se describen otros ejemplos de este proceso con respecto a diferentes tipos de tuberías.

El tiempo de desplazamiento de una subsección está relacionado con la velocidad subseccional de las ondas y la longitud de la subsección. Como se puede obsevar a partir de lo anterior, la velocidad subseccional de las ondas está estrechamente relacionada con la impedancia subseccional, que afecta al tamaño de la reflexión de la onda. El tiempo de desplazamiento seccional es igual a la suma del tiempo de desplazamiento en todas las subsecciones, lo que proporciona una útil comprobación cruzada de los cálculos de la velocidad subseccional de las ondas a los que se ha hecho referencia anteriormente.

Existe un método alternativo para la determinación de las velocidades subseccionales de las ondas, que no depende de ninguna información previa sobre las variaciones localizadas de las propiedades de la tubería responsables de las principales reflexiones de las ondas de presión. Supongamos que hay N subsecciones en la sección de tubería de interés en función del número de reflexiones principales. La primera subsección se utiliza como referencia y la relación de impedancia de cada subsección con respecto a la primera se determina en función del cambio de la carga hidráulica de presión y de la Ecuación 3. A continuación se determinan las relaciones de velocidad de las ondas, rai (i = 1,2, 3... N), ya que la impedancia está estrechamente relacionada con la velocidad de las ondas. En consecuencia, la velocidad subseccional de las ondas de cualquier subsección en la sección de tubería de interés se describe mediante la velocidad de onda subseccional de la primera subsección asi multiplicando una relación o factor de escala rai conocido, con el factor rai = 1 para la primera subsección. Utilizando el tiempo de desplazamiento en cada una de las subsecciones (ti - ti-i) y la longitud total de la sección de interés L, la Ecuación 6 se puede establecer como:

«■r] t í L t rat(ti J t i - i ) — 2L Ecuación 6

A partir de la Ecuación 6, se puede determinar la velocidad subseccional de las ondas en la primera subsección. La velocidad subseccional de las ondas para cualquier otra subsección se puede calcular entonces multiplicando por la relación de velocidad de las ondas.

Con referencia de nuevo a la Figura 11, el análisis de la velocidad subseccional de las ondas 1030 va seguido de un análisis sistemático del tamaño y la duración de las principales reflexiones de las ondas de presión en las señales de interacción de las ondas de presión desplazadas en el tiempo para determinar las características de la tubería, tales como la impedancia y la longitud de cada subsección en la etapa 1040. La velocidad y la impedancia subseccionales de las ondas son indicativas del estado de las subsecciones. El espesor de pared equivalente restante de cada subsección se puede estimar utilizando estos resultados combinados con la Ecuación 1 y la Ecuación 2. Según se debería apreciar, el análisis subseccional permite evaluar las características de la tubería sin tener que llevar a cabo un análisis transitorio inverso completo.

Con referencia ahora a la Figura 13, se muestra un método 1300 para determinar los defectos localizados en la tubería de acuerdo con una forma de realización ilustrativa.

En la etapa 1310, se identifican las reflexiones de las ondas de presión significativas en las señales de las interacciones de las ondas de presión desplazadas en el tiempo. Una reflexión de la onda de presión significativa se caracteriza por una diferencia significativa en la carga hidráulica de presión, pero es de una duración relativamente corta. Esta etapa se centra en el análisis de las reflexiones significativas en tamaño, pero de corta duración.

En la etapa 1320, las reflexiones de las ondas de presión significativas se clasifican de acuerdo con el tipo de defecto localizado en la tubería que es el origen de la reflexión de la onda de presión. Algunos tipos de defectos localizados incluyen, entre otros, tramos cortos en la tubería con un deterioro significativo de las paredes, fugas, obstrucciones o bolsas de aire. En los tramos cortos con un deterioro significativo de las paredes, la impedancia del tramo se puede determinar a partir del tamaño de la reflexión de la onda de presión. También se pueden determinar la velocidad de las ondas y el espesor de pared del tramo. En el caso de otros defectos localizados, tales como fugas, obstrucciones o bolsas de aire, el tamaño de la reflexión se puede utilizar para estimar la gravedad (por ejemplo, cuánta área de apertura queda en la obstrucción).

En la etapa 1330, se determina la ubicación del defecto localizado utilizando la velocidad subseccional de las ondas con el análisis de reflectometría en el dominio del tiempo (TDR). En primer lugar, se calcula la longitud total de todas las subsecciones entre el punto de generación y la subsección en la que se encuentra el defecto localizado utilizando los resultados de la longitud subseccional obtenidos en la etapa 1030. La distancia entre el defecto localizado y el límite de la subsección en la que se encuentra el defecto localizado (el límite más próximo al punto de generación) se calcula multiplicando la velocidad subseccional de las ondas correspondiente por la diferencia de tiempo entre el instante de llegada de la reflexión inducida por el defecto y el de la reflexión inducida por el límite y, a continuación, dividiendo el resultado por 2. La ubicación del defecto localizado con respecto al punto de generación se determina entonces sumando la longitud total de todas las subsecciones intermedias y la distancia al límite de la subsección en la que se encuentra el defecto localizado.

Con referencia ahora a las Figuras 14 a 18, se muestra una serie de configuraciones de ensayo de sistemas de tuberías de ejemplo que incluyen un sistema de tuberías 1410 y una sección de interés 1420 en el sistema de tuberías 1410 que se va a evaluar. En estos ejemplos de sistemas de tuberías, la atención se centra en la configuración de pruebas apropiada que se puede emplear para describir una sección de tubería para obtener señales de interacción de las ondas de presión que se puedan procesar y analizar de acuerdo con los diversos métodos descritos anteriormente.

En la configuración de pruebas de ejemplo mostrada en la Figura 14, el fluido fluye de derecha a izquierda según se indica mediante la flecha 1415. Con respecto a la sección de interés 1420, se define una región lateral izquierda según se indica con la flecha 1422 y una región lateral derecha según se indica con la flecha 1424. Con respecto a la dirección del flujo de fluido 1424, la región lateral izquierda 1422 es la región aguas abajo y la región lateral derecha 1424 es la región aguas arriba. El sistema de tuberías 1410 incluye además una serie de puntos de acceso 1425 indicados por P1, P2, P3, P4, P5 y P6. En esta forma de realización ilustrativa, la sección de interés 1420 es la sección del sistema de tuberías definida o delimitada por los puntos de acceso P3 y P4.

El generador de ondas de presión G 1430 genera una primera onda de presión en el fluido que se transporta a lo largo del sistema de tuberías 1410 en una ubicación en el lado izquierdo 1422 de la sección de tubería 1420 que se va a investigar y evaluar. En la configuración de ejemplo mostrada en la Figura 14, la primera onda de presión se genera en el punto de acceso P2, pero igualmente la primera onda de presión se podría haber generado en cualquier ubicación del lado izquierdo de la sección de interés 1420, incluyendo los puntos de acceso P1 y P3.

A continuación, se miden múltiples señales de interacción de las ondas de presión mediante dispositivos de medición de presión en un primer conjunto de uno o más puntos de medición a lo largo del sistema de tuberías 1410. En este ejemplo, el primer conjunto de puntos de medición incluye M1 y M2 ubicados en los puntos de acceso P1 y P3.

Se genera una segunda onda de presión en el fluido que se transporta a lo largo del sistema de tuberías 1410, ya sea mediante el mismo generador de presión G o mediante otro diferente, en una ubicación aguas arriba 1424 de la sección de tubería 1420 que se va a investigar y evaluar. En la configuración de ejemplo que se muestra en la Figura 14, la segunda onda de presión se genera en el punto de acceso P5, pero igualmente la segunda onda de presión se podría haber generado en cualquier ubicación aguas arriba de la sección de interés 1420, incluidos los puntos de acceso P4 y P6.

Una vez más, las múltiples señales de interacción de las ondas de presión se miden entonces mediante dispositivos de medición de la presión en un segundo conjunto de uno o más puntos de medición a lo largo del sistema de tuberías 1410. En este ejemplo, el segundo conjunto de puntos de medición incluye M1 y M2 situados en los puntos de acceso P4 y P6 respectivamente.

Según se debería apreciar, la configuración de ejemplo ilustrada en la Figura 14 se puede variar según sea necesario. Según se muestra en la Figura 15, y se ha descrito previamente, el generador de ondas de presión G 1430 puede incluir también una capacidad de medición y, por lo tanto, corresponder a otro punto de medición para medir las señales de interacción de las ondas de presión. Además, la primera onda de presión se puede generar en el lado derecho 1424 de la sección de tubería 1420 y la segunda onda de presión se puede generar en el lado izquierdo 1422 de la sección de tubería 1420, según se ilustra en la Figura 16.

En otros ejemplos, tales como los mostrados en la Figura 17, uno o más de los puntos de medición se pueden situar en el lado opuesto de la sección de tubería 1420 desde donde se genera la onda de presión. Se debe entender que se pueden generar ondas de presión adicionales a ambos lados de la sección de interés 1420 en función de los requisitos. Esta situación se muestra en la Figura 18, en la que se llevan a cabo dos conjuntos de generación de ondas de presión y su correspondiente medición a cada lado de la sección de interés 1420. Del mismo modo, se pueden llevar a cabo múltiples conjuntos de generación de ondas de presión y la correspondiente medición para cada configuración del generador de presión y configuración del dispositivo de medición de presión.

Una vez adquiridas las señales de interacción de las ondas de presión para cada punto de medición y configuración de pruebas, se pueden procesar para determinar a continuación la ubicación de las características individuales con respecto a la ubicación del generador en cada configuración y, a continuación, caracterizarse.

El solicitante ha realizado una serie de ensayos dirigidos a diferentes tipos de sistemas de tuberías de acuerdo con los métodos descritos anteriormente. Estos se describen a continuación.

Sistemas de tuberías de amianto-cemento

Las tuberías de amianto-cemento (AC) constituyen una parte importante de los sistemas de agua potable y residual en muchos países del mundo, incluyendo Australia. La mayoría de las tuberías de AC de los países desarrollados se instalaron antes de 1980, y muchas empresas de servicios públicos están observando que la tasa de rotura aumenta con el envejecimiento de la tubería. Se sabe que las tuberías de AC se deterioran principalmente por tres procesos: lixiviación de la cal, ataque de los sulfatos y biodegradación.

La cal libre (hidróxido de calcio) se lixivia en el agua transportada por una tubería de AC, o en sus alrededores, a lo largo del tiempo a través de la difusión, lo que provoca la descomposición de los silicatos hidratados, un aumento de la porosidad y una pérdida de resistencia del material, aunque normalmente no se observa una reducción aparente del espesor de la pared. El agua blanda con bajo contenido en iones, tal como el agua destilada pura, puede provocar la lixiviación de la cal y el deterioro de las paredes, mientras que la acidez puede potenciar el proceso. Los sulfatos presentes en el agua y el suelo que rodea una tubería de AC pueden reaccionar con el hidróxido de calcio para formar sulfato de calcio, que a su vez puede reaccionar con el aluminato de calcio hidratado para formar sulfoaluminato de calcio. Los productos de estas reacciones pueden inducir la expansión y la destrucción de la matriz cementosa de una ^{tubería de}Ac.

Investigaciones recientes han demostrado que las biopelículas que crecen en la superficie de las paredes de las tuberías de AC también pueden contribuir al deterioro. Los estudios han hallado una serie de bacterias, que se pueden clasificar de forma variada como bacterias heterótrofas, bacterias formadoras de limo y bacterias productoras de ácido, en la capa de pátina de la pared interior de una tubería de AC rota que haya estado en servicio durante 35 años. Otros estudios han demostrado que estos grupos de bacterias pueden crear un entorno local anaeróbico y ácido, lo que acelera la lixiviación de la cal libre y de los minerales portadores de Ca en la matriz de cemento hidratada, y da lugar a la reducción del espesor de pared efectivo (la parte de pared que mantiene la resistencia marcial) de una tubería de AC.

El solicitante ha realizado un estudio de casos de campo para evaluar la viabilidad de utilización de las ondas de presión generadas y el análisis asociado de las señales de interacción de las ondas de presión para la evaluación del estado de las tuberías de AC. La sección de tubería de AC que se utilizó en el estudio de campo tiene cambios de clase conocidos. Los objetivos del estudio incluían la localización de los cambios de clase a partir de las señales de interacción de las ondas de presión medidas y la determinación de los espesores de pared efectivos para las subsecciones de tubería con diferentes clases utilizando el análisis subseccional de la tubería. Además, también se ha llevado a cabo un análisis para determinar los defectos localizados significativos mediante el análisis de las reflexiones de las ondas de presión significativas en la señal de interacción de la onda de presión.

En el caso de tuberías metálicas, el deterioro de la pared suele ser un adelgazamiento de la pared interna o externa debido a la corrosión. Sin embargo, en el caso de las tuberías de AC, el deterioro de la pared suele consistir en una reducción del espesor de AC efectivo debido a la pérdida de minerales portadores de Ca, al mismo tiempo que el espesor físico de la pared, medido con una regla, no cambia. En consecuencia, se supone que el deterioro de la pared de una tubería de AC se puede modelar mediante una reducción del espesor de pared efectivo, es decir, disminuyendo desde el espesor de pared original eo hasta el espesor de pared efectivo restante een, ya sea desde el interior, el exterior o desde ambos lados. El cambio relativo en el espesor de pared se define como e!C y se representa utilizando:

Ecuación 7

Según se ha mencionado anteriormente, una reducción del espesor de pared efectivo da lugar a una disminución de la velocidad y la impedancia de la onda. Utilizando las Ecuaciones 2 y 7, la velocidad de las ondas en una sección de AC deteriorada con un espesor de pared efectivo de eeff se puede obtener como:

Ecuación 8

donde ao es la velocidad de las ondas para una tubería de AC intacta con un espesor de pared de eo. La relación de impedancia entre una sección de tubería de AC deteriorada y una sección intacta es la relación entre las velocidades de las ondas, ya que el área de la sección transversal no cambia. En consecuencia, Br se puede escribir como:

Ecuación 9

Sustituyendo la Ecuación 9 en la Ecuación 3 se obtiene la siguiente expresión para la perturbación adimensional de la carga hidráulica total reflejada:

La Ecuación 10 muestra que la perturbación adimensional de la carga hidráulica total de una reflexión de onda (H *) inducida por una sección de AC deteriorada está relacionada con el cambio relativo del espesor de pared efectivo (erc) y la velocidad de las ondas de una sección intacta (ao). La Ecuación 10 se puede utilizar para detectar defectos localizados en tuberías de AC, siempre que la onda de presión incidente se genere en una sección de AC con una velocidad de onda conocida (mediante cálculo o medición).

El cambio relativo en el espesor de pared efectivo en una sección de AC deteriorada se puede determinar entonces a partir del tamaño de la correspondiente reflexión de la onda de presión indicada en la señal de interacción de la onda de presión utilizando la Ecuación 10, y la ubicación del deterioro se puede calcular a partir del tiempo de llegada de la reflexión utilizando el TDR. Si el punto de medición de la presión se encuentra en el origen de la onda de presión generada, el tiempo de llegada de una reflexión de la onda de presión (con respecto al tiempo de inicio de la onda incidente) es el tiempo que tarda la onda en recorrer dos veces la distancia entre el punto de medición y el deterioro.

De acuerdo con los métodos de desplazamiento temporal descritos anteriormente, se puede utilizar una comparación de las señales de interacción de las ondas de presión medidas en múltiples puntos de medición dentro de la misma prueba para determinar la información direccional de las variaciones localizadas que son la fuente de cualquier reflexión de la onda de presión.

También se puede llevar a cabo un análisis subseccional para proporcionar una evaluación eficiente de cada una de las subsecciones y, en consecuencia, del estado general de la sección de tubería sometida a prueba. Según se describió anteriormente, una sección de tubería entre dos puntos de medición se divide en dos o más subsecciones para su análisis de acuerdo con los tamaños y las características de las reflexiones de las ondas de presión. A continuación, se puede determinar la velocidad y la longitud de la onda y el estado de las paredes de cada subsección.

En este estudio, el trabajo experimental de campo se llevó a cabo en Victoria, Australia, en una red de transmisión de AC regional con un diámetro nominal (DN) de 300 mm. La longitud total de la red de transmisión de AC probada era de 7,6 km. Se construyó en la década de 1960 y fue enterrada bajo tierra. El extremo aguas arriba de la tubería de AC fue conectado a una tubería de fundición dúctil, que a su vez estaba conectada a un tanque de almacenamiento de agua situado lejos aguas arriba. El extremo aguas abajo de la tubería de AC se cerró durante la prueba. También se cerraron las principales tomas de picaje durante la prueba.

Con referencia a la Figura 19 se muestra la disposición de la sección de interés de la tubería de AC sometida a prueba, según se define en los planos de diseño de referencia. Según se representa, las secciones blancas representan partes de tubería de clase B (espesor de pared nominal de 17,3 mm) y las secciones grises son partes de clase C (espesor de pared nominal de 25,4 mm). Esta tubería de AC se compone de secciones de AC de clase B y clase C DN300 de acuerdo con los planos de diseño facilitados por la empresa de suministro de aguas de Victoria (Eastern Gippsland Water). Los frecuentes cambios de clase de las tuberías se realizaron para tener en cuenta las diferencias de presión debidas a los cambios de elevación a lo largo de la tubería. En la Figura 19 también se muestra la información sobre el empalme de los cambios de clase y la ubicación de los puntos de conexión para las pruebas de ondas de presión.

Las propiedades físicas de la tubería de AC DN300 se resumen en la Tabla 1. Las dimensiones de la tubería de AC se han tomado de la norma australiana 1711-1975 para las tuberías de presión de amianto-cemento. El módulo de elasticidad de Young del AC intacto es de 32 GPa, según se ha determinado experimentalmente a partir de muestras de tuberías de AC. Se supone que la relación de Poisson del AC es de 0,2. El factor de restricción c según se utiliza en la Ecuación 2 de la fórmula de la velocidad de las ondas se calcula para una tubería de pared gruesa restringida contra el movimiento longitudinal. Las velocidades teóricas de las ondas para las secciones intactas de clase B y clase C se calculan utilizando la Ecuación 2.

TABLA 1

Propiedades físicas de las tuberías de AC de clase B y clase C DN300 con una temperatura del agua de 25 °C.

El procedimiento de prueba consistió en la generación de una onda de presión y la medición de las respuestas de presión de la tubería. Los tres puntos de conexión o puntos de medición (P23, PB y P28) eran tanto hidrantes de incendio como válvulas de aire, que permitían acceder a la tubería principal sin necesidad de excavación. Se instaló un generador de ondas de presión transitorias basado en una válvula de descarga lateral a medida en el punto de generación P23 para las pruebas principales utilizadas para el análisis subseccional y a continuación se trasladó a PB y P28 para el análisis de defectos más detallado.

En este estudio experimental de campo, el generador de ondas de presión tenía la forma de una válvula de descarga lateral que se abrió durante unos minutos hasta que el flujo en la tubería principal era relativamente estable. A continuación, la válvula de descarga lateral se cerró bruscamente (en 10 ms) para generar una onda de presión escalonada. Se instaló un transductor de presión en cada uno de los tres puntos para medir la señal de interacción de la onda de presión durante la prueba con una frecuencia de muestreo de 2 kHz.

La velocidad de las ondas es de especial interés para las tuberías de AC, ya que el deterioro de la pared suele alterar la velocidad de las ondas, pero no cambia el área de la sección transversal. Un cambio en el espesor de pared efectivo de AC (debido al deterioro de la pared o al cambio de clase) inducirá un cambio en la velocidad de las ondas de acuerdo con la Ecuación 2. Las velocidades teóricas de las ondas para secciones de tuberías de AC con diferentes grados de deterioro de la pared (es decir, con diferentes espesores de pared de AC efectivos) se determinan para facilitar la evaluación del estado.

Con referencia ahora a la Figura 20, se muestran las velocidades teóricas de las ondas para una tubería de AC DN300 (clase B y C) con un espesor de pared de AC efectivo variable, donde el extremo derecho de cada línea representa el estado original intacto.

Dada una reflexión de onda medida, la relación de impedancia Br se puede determinar a partir de la perturbación adimensional de la carga hidráulica total H * utilizando la Ecuación 3, y a continuación se puede calcular la relación de velocidad de las ondas.

Sin embargo, para este estudio de campo experimental particular, se conocen cambios de clase con áreas de sección transversal variables. En consecuencia, al analizar las reflexiones inducidas por los cambios de clase de las tuberías, hubo que tener en cuenta los cambios en el área de la sección transversal. La manipulación matemática de la Ecuación 3 para incorporar los términos de impedancia de la Ecuación 4 en la relación de impedancia Br da como resultado:

Ecuación 11

donde ar es la relación entre las velocidades de las ondas (la velocidad de las ondas de la sección que recibe la onda de presión incidente y la de la sección de la que parte la onda), y Ar es la correspondiente relación entre las áreas de las secciones transversales. Si no hay cambios en el área de la sección transversal, por ejemplo, la tubería bajo prueba es uniforme en cuanto a la clase, siendo entonces el valor de Ar la unidad. Para este caso de estudio, y considerando una onda que se propaga desde una sección de clase B a otra de clase C, el valor de Ar se calculó como 0,969 utilizando la información dada sobre el diámetro que Figura en la Tabla 1.

También se realiza un análisis para determinar la magnitud teórica de la perturbación adimensional de la carga hidráulica total inducida por distintos grados de cambios relativos del espesor de pared. Utilizando la Ecuación 10 y la información de la tubería dada en la Tabla 1, se calcula la variación prevista de la perturbación adimensional de la carga hidráulica total (H *) resultante de la reflexión de la onda de presión a partir de variaciones localizadas en la tubería que corresponden a diversos cambios relativos del espesor de pared (ere), tanto para las tuberías de AC de clase B como de clase C, y los resultados se representan en la Figura 21.

En la Figura 21 se puede observar que una reducción de aproximadamente el 20% en el espesor de pared efectivo de AC (ere = -0,2, 3,46 mm para la clase B y 5,08 mm para la clase C) introduce una reflexión de la onda de presión negativa con un tamaño del 3% de la onda incidente (H *= -0,03). Esto se puede utilizar como umbral para determinar la importancia de las reflexiones.

Para la prueba principal, se generó una onda de presión escalonada incidente (magnitud 8,06 m) en P23. La onda escalonada incidente fue captada por el transductor en el punto de medición P23 directamente después de la generación, y el frente de onda tardó 1,3355 s y 1,0255 s en desplazarse hasta PB y P28, respectivamente.

Con referencia ahora a la Figura 22, se muestran las perturbaciones adimensionales de la carga hidráulica total (H * en la Ecuación 4) o las señales de interacción de las ondas de presión medidas en los puntos de medición P23, PB y P28 (con el punto de generación en P23), desplazadas en el tiempo para alinear las reflexiones procedentes del lado aguas arriba de P23 (el lado izquierdo de P23 en la Figura 19). S1 a S5 representan cinco subsecciones para el análisis entre PB y P23, R1 a R6 son reflexiones significativas para la detección de defectos localizados.

Con referencia ahora a las perturbaciones adimensionales de la carga hidráulica total desplazadas en el tiempo y medidas en los tres puntos mostrados en la Figura 22. El tiempo de inicio del frente de onda medido en P23 se fija en cero. El desplazamiento temporal se realizó en función del proceso 300 descrito en la Figura 3. La señal de presión medida en P28 se desplaza hacia atrás en el tiempo (un desplazamiento negativo 330A en la Figura 3) para hacer que el frente de onda se alinee con el frente de onda medido en P23. La señal de presión medida en PB se desplaza hacia adelante en el tiempo (un desplazamiento positivo 330B en la Figura 3) para duplicar el intervalo de tiempo original entre los frentes de onda medidos por PB y P23.

Según se ha descrito anteriormente, el desplazamiento temporal de las señales de interacción de las ondas de presión se realiza para ayudar a identificar las reflexiones inducidas por las anomalías en la sección de tubería entre PB y P23. Las reflexiones inducidas por las anomalías en el lado aguas arriba de P23 (el lado izquierdo de P23 en la Figura 19), medidas por diferentes transductores, se alinearán en el tiempo en el gráfico desplazado en el tiempo, mientras que las reflexiones del lado aguas abajo de P23 (el lado derecho de P23 en la Figura 19) no lo harán.

Como se puede observar, el comienzo de la señal de interacción de la onda de presión (0,2 s) medido en el punto de generación (P23) se contamina por las oscilaciones de presión de alta frecuencia que se producen en la tubería vertical que conecta la válvula de descarga lateral y la tubería principal. Como se ve claramente en las señales, este ruido inducido en el generador no tiene un efecto significativo en las señales de interacción de las ondas de presión medidas lejos de los puntos de generación (por ejemplo, la línea discontinua medida en P28).

A partir de las señales de presión desplazadas en el tiempo (según se muestra en la Figura 22), se identifican cinco subsecciones (S1 a S5) para el análisis subseccional, en función de las principales reflexiones de las ondas de presión alineadas que indican cambios grandes y prolongados en la presión. También se identifican seis reflexiones de las ondas de presión importantes (R1 a R6), de magnitud significativa (tamaño superior a 0,03) pero de corta duración, para la detección de defectos localizados.

La evaluación del estado de la subsección se realiza en la sección entre PB y P23 mediante el método 1000 descrito en la Figura 10. La primera etapa es identificar qué reflexiones se inducen por anomalías situadas dentro de la sección de interés (1010 en la Figura 10). Se puede observar a partir de la Figura 22 que entre los frentes de onda medidos por P23 (línea continua) y P28 (línea de puntos), las reflexiones en ti a t4 y la reflexión R5, medidas por P23 y PB (línea discontinua), se alinean respectivamente en el mismo punto temporal. Esta alineación indica que las fuentes de las reflexiones (las anomalías) se encuentran aguas arriba de P23 (la dirección hacia PB). En particular, se encuentran entre P23 y PB, y la reflexión de una anomalía más cercana a P23 llega antes en el tiempo. También hay reflexiones que no se alinean (por ejemplo, las reflexiones R1 a R4 y R6), y son inducidas por anomalías situadas en el lado aguas abajo de P23 (la dirección hacia P28).

Para identificar si una reflexión de la onda de presión es una reflexión de onda de presión importante, se lleva a cabo una comprobación para determinar si la reflexión alineada introduce un gran cambio de presión que se extienda durante un periodo de tiempo (normalmente más de 0,1 segundos). Como se puede observar, la reflexión R5 es importante, pero es demasiado corta para el análisis subseccional. Se abordará en la detección de defectos localizados. En este ejemplo, la asignación de subsecciones sigue realmente el cambio de clase de la tubería, lo que quedará claro en los resultados finales. El tiempo de llegada de las reflexiones inducidas por los límites entre subsecciones se indica como ti a ts y se da en la Figura 22. Obsérvese que el tiempo ts es el tiempo de inicio desplazado del frente de onda registrado en PB. Teniendo en cuenta que el tiempo de inicio del frente de onda medido en P23 se ha fijado a cero (to = 0 s) y que la señal de presión para PB está desplazada hacia delante en el tiempo para duplicar el intervalo de tiempo original entre los frentes de onda, ts es el intervalo de tiempo necesario para que una onda de presión recorra dos veces la distancia entre P23 y PB.

La segunda etapa consiste en dividir la sección de tubería delimitada por los dos puntos de medición PB y P23 en subsecciones (etapa 1020 en la Figura 10). Teniendo en cuenta el tiempo y los tamaños de las reflexiones alineadas (reflexiones en ti a t4 y reflexión R5), la sección de tubería entre PB y P23 se divide en cinco subsecciones, según se representan por S1 a S5 en la Figura 22.

La tercera etapa consiste en determinar la velocidad media de las ondas de cada subsección (etapa 1030 en la Figura 10), indicada por asi a ass para las subsecciones S1 a S5. Todas las subsecciones pueden estar ya en un estado deteriorado en el instante de la prueba, de modo que todas las velocidades subseccionales de las ondas son desconocidas y todavía están por determinar. A partir de la perturbación adimensional de la carga hidráulica total y de la Ecuación 11, se puede determinar la relación entre las velocidades de las ondas de dos subsecciones adyacentes. Por ejemplo, a partir de la Figura 22, cuando una onda de presión incidente escalonada se desplaza desde S1 a S2, en el instante ti, el tamaño de la perturbación adimensional de la carga hidráulica total (H *) de la reflexión es aproximadamente 0,064 (donde la magnitud de un cambio de la carga hidraúlica total se determina ajustando una línea plana a la señal de interacción de la onda de presión antes y después del cambio de carga hidráulica total).

En consecuencia, la relación de as² a as1, indicada como ar², se calcula como 1,102 utilizando la Ecuación 11 (obsérvese que se utilizó Ar = 0,969 en el cálculo de a^¡2). Del mismo modo, las relaciones de as3, as4y asscon respecto a aS1 se calculan como ar3 = 1,006 (con H * = 0,003, Ar = 1), ar4 = 1,092 (con H * = 0,059, Ar =0,969) y as = 0,994 (con H * = -0,003, Ar = 1), respectivamente. Obsérvese que el tamaño adimensional de la reflexión R1 (0,052) se debe restar de las lecturas de la línea continua (P23) de la Figura 22 para obtener los valores correctos de las perturbaciones adimensionales de la carga hidráulica total para S3, S4 y S5.

Para la i-enésima subsección, la relación entre la velocidad subseccional de las ondas y la longitud subseccional se rige por:

donde T es la longitud de la i-enésima subsección. Resumiendo, las Ecuaciones correspondientes a todas las subsecciones, y utilizando las relaciones de velocidad de las ondas y la velocidad de las ondas de referencia asi para representar las velocidades de las ondas subseccionales, la Ecuación final es

jV

a ( i - i ,) = 2 /, Ecuación 13

i-]

donde N es el número total de subsecciones (5 en este estudio), ari es siempre la unidad, to es el instante de inicio del frente de onda medido en el punto de generación en el gráfico de la perturbación adimensional de la carga hidráulica total desplazado en el tiempo (cero en este estudio), y L es la longitud de la sección entre dos puntos de medición (1345 m en este estudio). Los valores de to a t5 y de a i a ar⁵ se sustituyen entonces en la Ecuación 13 para calcular el valor de asi, que se determina como 976 m/s. Utilizando las relaciones ar² a ar5, se pueden determinar los valores de as² a as5 y los resultados se resumen en la Tabla 2. Obsérvese que la Ecuación 13 es equivalente a la Ecuación 6 descrita anteriormente.

Entre las etapas adicionales que se pueden llevar a cabo para describir las subsecciones se incluye calcular la longitud de cada subsección (parte de la etapa 1040 en la Figura 10). Esto se puede lograr utilizando las velocidades medias subseccionales de las ondas determinadas anteriormente (asi a as5) y la Ecuación 12. Los resultados de las longitudes subseccionales se resumen también en la Tabla 2.

Otra etapa adicional consiste en determinar a continuación el espesor de pared efectivo de AC medio restante (parte de la etapa 1040 de la Figura 10). El espesor de pared efectivo de AC de una subsección está vinculado a la velocidad subseccional de las ondas determinada mediante la Ecuación 2. La Figura 20 puede servir entonces como gráfico de consulta para obtener el espesor de pared efectivo de cada subsección. Los resultados de los espesores de pared de AC efectivos de las cinco subsecciones se resumen en la Tabla 2 a continuación.

TABLA 2

Velocidades de las ondas, longitudes y espesores de pared de AC efectivos determinados para las cinco subsecciones entre PB y P23, con comparación con los valores teóricos para tuberías intactas.

Si se comparan las velocidades subseccionales de las ondas, las longitudes subseccionales y los espesores de pared de AC efectivos determinados con los cambios de clase conocidos (Figura 19), es evidente que las cinco subsecciones corresponden a las subsecciones de tubería con cambios de clase entre los puntos PB y P23. La velocidad de las ondas y el espesor de pared teóricos para cada subsección cuando está intacta (según se muestra en la Tabla 1), y las longitudes subseccionales leídas a partir de los planos de diseño, también se presentan en la Tabla 2 para su comparación. Obsérvese que los resultados teóricos no representan necesariamente el "estado real" de la tubería, ya que ésta ha estado en uso durante décadas y es de esperar que se haya deteriorado. La diferencia de los espesores de pared entre las subsecciones de tubería de AC DN300 de clase B y clase C es de 8 mm cuando están intactos o con el mismo grado de deterioro de la pared.

Este cambio de espesor de pared se detecta con éxito y con una precisión razonable. La longitud determinada de cada subsección también está de acuerdo con las longitudes diseñadas, donde la diferencia relativa es menor al 4% en todos los casos. Los resultados muestran que todas estas subsecciones de AC presentan un leve deterioro de la pared con una reducción en el espesor de pared de AC medio efectivo de hasta 2,3 mm. En general, los resultados verifican que la técnica de análisis del estado de la subsección es efectiva para evaluar el estado de la pared de las subsecciones dentro de una sección larga de tubería delimitada por dos puntos de medición.

La evaluación anterior del estado de la subsección proporciona el estado medio de la pared de las subsecciones dentro de una sección de tubería larga delimitada por dos puntos de medición, lo que constituye una técnica de evaluación de resolución media en comparación con la estimación del espesor de pared medio basada en la acústica de baja resolución.

En el caso de los deterioros significativos con una longitud corta, que se clasifican como defectos localizados, se utiliza un enfoque diferente, a saber, la detección de defectos localizados, para el análisis exhaustivo de la reflexión de las ondas y otra información conocida. La detección de defectos localizados complementa la evaluación del estado de la subsección proporcionando información de alta resolución en ubicaciones específicas y se lleva a cabo de acuerdo con el método 1300 descrito en la Figura 13.

Utilizando el umbral de H * = -0,03 (que representa una reducción del 20%, o de 4 a 5 mm, en el espesor de pared efectivo de AC), según se describió en una sección anterior, se identifican seis reflexiones significativas de las ondas de presión R1 a R6 en las señales de interacción de las ondas de presión desplazadas en el tiempo de la Figura 22. En este ejemplo, entre las seis reflexiones, sólo R5 es una reflexión alineada. Esto indica que R5 es inducida por una anomalía localizada entre P23 y PB, y en particular, dentro de la subsección S5, mientras que las otras cinco son anomalías localizadas aguas abajo de P23 y por lo tanto fuera de la sección de interés. El análisis de la reflexión R5 se muestra en este caso para ilustrar el proceso de detección de defectos localizados y cómo determinar el tipo y las propiedades del defecto entre diversas posibilidades.

La reflexión R5 es una reflexión negativa significativa de corta duración. En función de la experiencia y de la información disponible sobre el sistema, la anomalía correspondiente se puede clasificar como más probable: una sección deteriorada de corta duración, una sección corta sustituida por una tubería de plástico o una bolsa de aire. Teniendo en cuenta que la distancia entre la anomalía y el punto de generación es relativamente larga (más de 1 km), el montaje de la configuración de pruebas que se muestra en la Figura 22 no es ideal para el análisis detallado de la reflexión R5, según se explica a continuación.

La onda de presión incidente generada por el generador basado en la válvula de descarga lateral suele tener un frente de onda inclinado con un tiempo de subida de aproximadamente 10 ms. Mientras se desplaza a lo largo de una tubería, la onda incidente experimenta una dispersión de la señal, lo que aumenta el lapso de tiempo del frente de onda. En consecuencia, la resolución espacial (la longitud mínima de una sección deteriorada que se puede identificar correctamente) disminuye con la distancia. Si la longitud de una sección deteriorada es más corta de Tra/2 (donde Tr es el tiempo de subida del frente de onda y a es la velocidad de las ondas en la sección deteriorada), la reflexión de las ondas registradas inducida por el corto deterioro puede no ser tan significativa como lo sería si tuviera una longitud más larga que el umbral. Utilizando la velocidad de las ondas de 900 m/s (correspondiente a secciones con aproximadamente 12 mm de espesor de pared de AC efectivo restante) y un tiempo de subida de 10 ms como orientación para este estudio experimental, el umbral de longitud se calcula en aproximadamente 4,5 m Se pueden encontrar más descripciones sobre cómo el tiempo de subida del frente de onda afecta a la resolución espacial en Gong J, Simpson AR, Lambert MF, et al., "Detection of distributed deterioration in single pipes using transient reflections", J Pipeline Syst Eng Pract, 2013; 4: 32-40.

Por consiguiente, los resultados de otra prueba de ondas de presión con el punto de generación en PB se utilizan para seguir analizando el defecto localizado. En comparación con P23, PB está mucho más cerca de la anomalía objeto de estudio, de modo que el frente de onda generado en PB sigue siendo nítido cuando llega a la anomalía y puede ofrecer una resolución espacial relativamente alta.

Con referencia ahora a la Figura 23, se muestra la perturbación adimensional de la carga hidráulica total desplazada en el tiempo o la señal de interacción de la onda de presión medida en el punto PB con la generación en PB. La reflexión R5_B es inducida por el defecto localizado que corresponde a R5 en la prueba mostrada en la Figura 22. Obsérvese que sólo se muestra la parte de la señal que pone de manifiesto la reflexión resultante de la anomalía específica objeto de estudio, reflexión que se denomina R5_B en esta prueba.

El análisis comienza con el cálculo del cambio en la impedancia y la velocidad de la onda a partir del tamaño de la reflexión utilizando la Ecuación 3. A partir de la Figura 23, el tamaño adimensional de la reflexión es aproximadamente H * = -0,227. Sustituyendo este valor en la Ecuación 3, la relación de impedancia entre la anomalía y la tubería donde se encontraba el generador (Clase B) se determina como Br = 0,63. El tiempo de llegada (cuando la presión comienza a caer) de la reflexión es ta = 0,451 s. En consecuencia, esta anomalía se localiza aproximadamente a 219 m aguas abajo del punto PB utilizando la velocidad subseccional de las ondas en S5 (970 m/s).

Las tres posibles explicaciones de la anomalía (AC deteriorado, sección de sustitución de la tubería de plástico o bolsa de aire) se comprueban en secuencia. Si la anomalía es una sección de AC deteriorada, el cambio relativo en el espesor de pared se determina como erc = -0,723 utilizando la Ecuación 9 o 10. Sustituyendo el erc determinado en la Ecuación 7 y utilizando el espesor de pared de AC medio efectivo de la subsección S5 (15,8 mm) para eo, el espesor de pared de AC efectivo para la supuesta sección corta de AC deteriorada se determina como eeff = 4,4 mm, lo que indica una reducción de 12,9 mm respecto al estado original.

Sin embargo, basándonos en un juicio de ingeniería, es poco probable que una sección corta de AC con un espesor de pared efectivo restante tan fino sea el escenario real en el campo, porque las secciones de tubería con un grado de deterioro de la pared de este tipo habrían fallado incluso en condiciones de funcionamiento normales. En consecuencia, el análisis elimina la posibilidad de que esta anomalía sea una sección de AC deteriorada.

El siguiente tipo potencial de defecto localizado es una sustitución de tuberías de plástico. Los trabajadores de campo de la empresa de suministro de agua confirmaron que las tuberías de cloruro de polivinilo (PVC) con una longitud de sección típica de 4 m se utilizaban para sustituir las secciones originales de AC cuando era necesario (por ejemplo, para reparar la rotura de una tubería). La tubería de PVC utilizada para la sustitución tendría un área de la sección transversal similar a la de la tubería de AC original, por consiguiente, la relación de velocidad de las ondas ar es la misma que la relación de impedancia (0,63). Teniendo en cuenta que la velocidad de las ondas de la subsección S5 es de 970 m/s, la velocidad de las ondas en la anomalía se determina como 611 m/s. La velocidad de las ondas determinada es demasiado alta para encajar en el rango típico de velocidad de las ondas para las cañerías de agua PVC, que suele ser de 300 a 500 m/s. En consecuencia, es poco probable que la anomalía sea una sección de tubería de PVC con una longitud de 4 m.

La tercera posibilidad es que el defecto localizado sea una pequeña bolsa de aire. La sección de tubería entre el punto PB y el P23 se sitúa en un área de colinas con frecuentes cambios de elevación. En consecuencia, pueden quedar atrapadas pequeñas bolsas de aire en puntos locales de gran elevación, aunque se utilizan varias válvulas de aire a lo largo de la sección. Hay algunas oscilaciones de presión notables después de la reflexión principal R5_B. En particular, después del instante tb, la presión rebota desde el punto más bajo y alcanza un nivel mucho más alto (aproximadamente un tercio del tamaño de la caída) que la presión antes de la caída principal (en el instante ta). Después de eso, se observa una caída de presión mucho más pequeña que la caída principal y, a continuación, la presión se recupera hasta el nivel anterior a la caída principal. La oscilación de la presión después de la caída principal es una característica que se ha observado en anteriores experimentos de laboratorio sobre la respuesta transitoria de las tuberías con una pequeña cantidad de aire atrapado. Se cree que la oscilación de la presión después de la reflexión principal observada en los análisis de laboratorio es introducida por la oscilación en el volumen de la bolsa de aire bajo la onda de presión.

Resumiendo, el análisis anterior, se puede concluir que la anomalía correspondiente a la reflexión R5_B en la Figura 23 (o R5 en la Figura 22) es muy probable que sea una pequeña bolsa de aire atrapada en la tubería. Las demás reflexiones (R1 a R4 y R6) se pueden analizar por el mismo procedimiento con la ayuda de las señales de presión medidas en otras ubicaciones. R1, R4 y R6 son inducidas por los cambios de clase de la tubería, R2 es probable que sea una pequeña bolsa de aire y R3 es probable que sea una sección sustituida de PVC.

Según se debería apreciar, este estudio experimental de campo que adopta los métodos de evaluación de tuberías descritos anteriormente ha proporcionado una evaluación del estado eficiente no invasiva y no destructiva para las tuberías de amianto-cemento (AC). Los cambios en la clase de tubería en este estudio experimental se han identificado con éxito mediante la evaluación del estado subseccional. También se han determinado la velocidad de las ondas, la longitud y el espesor de pared de AC efectivo de cada subsección y están de acuerdo con la información proporcionada por los planos de diseño. El análisis subseccional también mostró que las subsecciones objeto de estudio presentan un deterioro leve de la pared que equivale a una reducción uniforme del espesor de pared efectivo de hasta 2,3 mm. Además, se ha identificado y analizado en detalle un defecto o anomalía localizada en la sección de interés (entre el punto PB y P23). El análisis demostró que lo más probable es que la anomalía sea una pequeña bolsa de aire.

Sistemas de tuberías con revestimiento de mortero de cemento de acero dulce

El Solicitante también ha llevado a cabo otro ensayo experimental de campo en el que el objetivo era aplicar los métodos anteriores para evaluar una tubería revestida de mortero de cemento. En este ensayo experimental se estudian en particular las tuberías revestidas de mortero de cemento de acero dulce (MSCL), pero el análisis se puede extender fácilmente a cualquier otro tipo de tuberías metálicas revestidas de mortero de cemento o a las tuberías metálicas sin revestimiento. En este análisis, se consideran los cambios en el espesor de pared desde cualquier lado de la pared del tubo (inteior o exterior). En consecuencia, se pueden trazar gráficos para describir esta relación para cualquier tubería MSCL si se conocen las especificaciones de la parte intacta. Estos gráficos se pueden utilizar como gráficos de consulta para la evaluación del estado de la tubería en función de las ondas de presión in situ.

Con referencia ahora a la Figura 24 se muestra una configuración de ensayo del sistema de tuberías de ejemplo para evaluar una tubería revestida de mortero de cemento de acero dulce (MSCL) de acuerdo con una forma de realización ilustrativa. De acuerdo con los métodos descritos anteriormente, se emplea un generador de ondas de presión transitorias y múltiples transductores de presión para cada prueba. El generador de ondas transitorias adoptado es una válvula de descarga lateral adaptada y conectada a un punto de acceso existente (tal como una válvula de aire o una válvula de desagüe). Se induce una pequeña onda de presión transitoria escalonada (normalmente de 5 a 10 m de magnitud) cerrando rápidamente (en 10 ms) la válvula de descarga lateral después de abrir y liberar un flujo (normalmente de 20 a 40 l/s para tuberías de 600 a 1000 mm de diámetro) hasta que se alcanzan las condiciones de estado estacionario.

Según se representa en la Figura 24, la onda incidente generada se propaga a continuación a lo largo de la tubería tanto en dirección ascendente como descendente. Según se describió anteriormente, las reflexiones de las ondas de presión se producen cuando la onda incidente encuentra una variación localizada en la tubería, tal como una sección con una reducción del espesor de pared. Las ondas de presión reflejadas se propagan de vuelta hacia el generador y se miden mediante transductores de presión que se montan a lo largo de la tubería en puntos de medición (también en puntos de acceso existentes). A continuación, las reflexiones de las ondas de presión se pueden analizar para determinar la ubicación de las variaciones localizadas a partir de los tiempos de llegada, y la gravedad de las variaciones a partir de la magnitud de la onda reflejada. Comparando los tiempos de llegada de una reflexión específica medidos por dos o más transductores de presión en diferentes puntos de medición, se puede determinar si la reflexión proviene del lado aguas arriba o aguas abajo del generador.

Las Ecuaciones 1 a 4 desarrolladas anteriormente se deberán adaptar al escenario de una tubería MSCL. Con referencia ahora a la Figura 25 se muestra una vista en sección transversal de una tubería MSCL intacta (Do es el diámetro interno de la tubería, eco es el espesor del revestimiento de mortero de cemento y eso es el espesor de la pared de la tubería de acero). En el caso de las tuberías con revestimiento de mortero de cemento (CML), hay que tener en cuenta la contribución del revestimiento al calcular la velocidad de las ondas.

El revestimiento de mortero de cemento tiene un módulo de elasticidad de Young diferente al del acero, pero su contribución a la velocidad de las ondas se puede incluir como un espesor equivalente de acero. El valor del espesor de pared de acero total equivalente o del espesor de acero equivalente que se utilizará en la fórmula de la velocidad de las ondas es la suma del espesor equivalente del acero aportado por el CML y el espesor original del acero. Para una tubería MSCL intacta de pared delgada, según se muestra en la Figura 25, el espesor de acero equivalente se puede definir como eo y se escribe como:

Ecuación 14

donde Ec y Es son los módulos de elasticidad de Young del revestimiento de mortero de cemento y del acero, respectivamente, y eco y eso son los espesores del CML y del acero, respectivamente.

Suponiendo la misma relación de Poisson para el acero y el mortero de cemento (la relación de Poisson para el mortero de cemento puede variar en función de la relación entre el mortero de cemento y el agua), la velocidad de las ondas teórica para una tubería MSCL intacta, según se muestra en la Figura 25, se indica como ao y se puede escribir como:

Ecuación 15

donde Do es el diámetro interno de la tubería MSCL intacta. Del mismo modo, la velocidad de las ondas en una sección con un cambio en el espesor de pared se puede escribir como:

donde ai, Di y ei son la velocidad de la onda, el diámetro interior y el espesor de acero equivalente, en la sección con cambio de espesor de pared, respectivamente. En consecuencia, Br se puede volver a expresar como:

Para facilitar el análisis en las secciones posteriores, el cambio relativo en el espesor de acero equivalente, erc, se determina como:

Ecuación 18

Según se debería apreciar, en este ejemplo, la descripción de una tubería, tal como la determinación del espesor de pared restante de una sección deteriorada a partir de una señal de interacción de la onda de presión medida, puede implicar que se produzca un cambio en el espesor de pared de forma interna o externa, o ambos. Teóricamente, existen tres posibilidades para el revestimiento de mortero de cemento: intacto, cambio de espesor (internamente) y pérdida total. También hay tres posibilidades para la pared de la tubería de acero: intacta, cambio de espesor externo y cambio de espesor interno. En consecuencia, existen 9 combinaciones potenciales para el estado de la pared de la tubería. En este ensayo experimental de campo, se determina el deterioro de la pared interna (únicamente) y el deterioro de la pared externa (únicamente). El deterioro simultáneo de la pared interna y externa no se describe, pero se espera que requiera una superposición de los efectos causados por el deterioro de la pared interna (únicamente) y el deterioro de la pared externa (únicamente).

Con referencia ahora a la Figura 26, se muestra una vista longitudinal de cuatro secciones de tubería MSCL con los cambios en el espesor de pared correspondientes a los casos de deterioro de pared comúnmente vistos que se consideran en este estudio experimental de campo:

26(a) S1: un cambio interno en el espesor del CML;

26(b) S2: pérdida total del CML más una reducción interna del espesor de la pared de acero;

25(c) S3: CML intacto con un cambio interno en el espesor de la pared de acero; y

26(d) S4: CML intacto con un cambio externo en el espesor de la pared de acero.

El caso S3 existe cuando la tubería se instaló inicialmente sin revestimiento, pero se revistió al cabo de los años, o una sección de tubería original se sustituye por una sección del mismo tamaño nominal (mismo diámetro exterior) pero de una clase diferente (con una pared de acero más gruesa o más delgada), o se instalan secciones de una clase diferente durante la construcción.

Para el escenario de un cambio interno en el espesor de la pared, el diámetro y el espesor de la pared de las secciones intactas y dañadas se pueden relacionar en función del hecho de que el diámetro exterior es constante. Si el cambio es sólo en el espesor del CML [S1, Figura 26(a)], se cumple la siguiente Ecuación:

donde eci es el espesor del CML en la sección deteriorada/distinta. En este caso, el espesor de acero equivalente total se determina por:

Ecuación 20

Sustituyendo las Ecuaciones 14 y 18 en la Ecuación 19 se obtiene:

Ecuación 21

Sustituyendo e l según se indica en la Ecuación 18, en la Ecuación 21, la relación D i/e ise puede escribir como:

Sustituyendo la Ecuación 22 en la Ecuación 16, y a continuación sustituyendo la relación Do/eo utilizando la Ecuación 15, la velocidad de las ondas ax se puede describir por:

Ecuación 23

Sustituyendo ex como se indica en la Ecuación 18, en la Ecuación 22 y reordenando la Ecuación subsiguiente se obtiene:

Ecuación 24

Sustituyendo las Ecuaciones 23 y 24 en la Ecuación 17, y sustituyendo Do/eo por una expresión que incluye ao como se indica en la Ecuación 15, la relación de impedancia se puede describir por:

Donde finalmente, sustituyendo la Ecuación 25 en la Ecuación 3, la relación entre la perturbación adimensional de la carga hidráulica total de la primera onda de presión reflejada H * y el cambio relativo en el espesor de acero equivalente erc para el caso S1 se puede obtener como:

A partir de la Ecuación 26 se puede observar que la perturbación adimensional de la carga hidráulica tota1H * está relacionada con el cambio de espesor de acero equivalente relativo erc, la velocidad de las ondas en la tubería intacta ao y las propiedades físicas de la tubería y del fluido que normalmente son conocidas (Ky p). El valor de ao se puede calcular utilizando la fórmula teórica de la Ecuación 15, o se puede medir llevando a cabo experimentos. En consecuencia, cuando se realiza la evaluación del estado de la tubería, el valor de erc se puede determinar a partir del valor de H *, que a su vez se puede determinar a partir de una señal de interacción de la onda de presión medida. Se puede trazar de forma numérica una curva que describa los valores de H * correspondientes a los valores de eK.

La Ecuación 26 corresponde a un cambio interno en el espesor del CML. Un valor negativo de erc representa un adelgazamiento del CML, que se puede inducir por el deterioro. También se considera un valor positivo de erc, que representa una sección de tubería con un espesor de CML mayor que el espesor estándar. El límite inferior de erc se alcanza cuando el CML se pierde totalmente y se calcula como eso/eo - 1.

Para el caso S2 de la Figura 26(b), la relación entre H * y erc se puede determinar mediante un procedimiento similar al utilizado en la derivación de las Ecuaciones 19 a 26. La expresión de H * para el caso S2 se determina mediante:

Ecuación 27

Obsévese que el valor de 2cK/Es es del orden de 10-2 de modo que se utiliza con una aproximación 1 - 2cK/Esa 1 en la derivación de la Ecuación 27. El rango posible de erc es de -1 a eso/e0 - 1. El límite inferior corresponde a la pérdida total del CML más la reducción total de la pared de acero, y el límite superior se refiere a la pérdida total del CML, pero sin reducción del espesor de acero.

Combinando las Ecuaciones 26 y 27, se puede trazar una curva para cualquier tubería MSCL específica que describa la relación entre H * y erc para los casos S1 y S2 juntos. Se espera una discontinuidad en la curva, que represente la situación de pérdida total del CML, pero sin pérdida de espesor de la pared de acero.

El caso S3, es decir, el CML intacto con un cambio interno en el espesor de la pared de acero, se puede analizar mediante la misma estrategia utilizada para los casos S1 y S2. El análisis muestra que el caso S3 es equivalente al escenario de un cambio interno en el espesor de pared en una tubería sin revestimiento. Utilizando la aproximación de 1 - 2cK/Es ~ 1, la relación entre H * y erc en este caso se determina mediante:

Para el caso S4, según se muestra en la Figura 26 (d), es decir, CML intacto con un cambio externo en el espesor de la pared de acero, tal como una sección de tubería con una reducción en el espesor de pared debido a la corrosión externa extendida. El espesor de acero equivalente para el caso S4 se puede escribir como:

Ecuación 29

La sección intacta y la sección con un cambio externo en el espesor de pared tienen el mismo diámetro interno Do. En consecuencia, en este caso, Do se puede utilizar en la fórmula de ai (Ecuación 16) y Bres la relación de las velocidades de las ondas, es decir, Br = ai/ao. Utilizando las Ecuaciones 15, 16, 18 y 29, la relación de impedancia se puede obtener entonces como:

( K l# )(X é n )

Ecuación 30

( K / p ) § e ^ ¡

Sustituyendo la Ecuación 30 en la Ecuación 3 se obtiene:

Ecuación 31

En la Ecuación 31, el límite inferior de erces -eso/eo, que representa la pérdida total de la pared de acero. Se puede trazar una curva para una tubería MSCL específica para la Ecuación 31, que a continuación puede servir como gráfico de consulta para la evaluación del estado de la tubería.

Se realizaron simulaciones numéricas utilizando el Método de las Características (MOC) para verificar la validez de las Ecuaciones 26, 27, 28 y 31. Se modeló un sistema de tuberías depósito-tubería-válvula (RPV) y se utilizó una onda de presión transitoria escalonada como excitación. Los detalles físicos de la tubería son los del oleoducto de transmisión de Morgan (MTP) de MSCL existente en el sur de Australia, donde se llevó a cabo el ensayo experimental posterior.

Para las secciones intactas, el diámetro exterior es de 762 mm, el diámetro interior (Do) es de 727,5 mm, el espesor del CML (eco) es de 12,5 mm y el espesor del acero (eso) es de 4,76 mm. Otros parámetros utilizados en las simulaciones incluyen: el módulo de Young elástico estimado del mortero de cemento Ec = 25 GPa; el módulo de Young elástico de la pared de la tubería de acero Es = 210 GPa; el módulo de compresibilidad del agua (a 15 °C) K = 2,14 GPa; la densidad del agua (a 15 °C) p = 999,1 kg/m³y el factor de restricción para una tubería de acero restringida axial y lateralmente c = 0,91 (para una relación de Poisson para la pared de la tubería de acero de 0,3). En consecuencia, la velocidad de las ondas teórica y el espesor de acero equivalente para una sección intacta se calculan como ao = 1015 m/s y eo = 6,25 mm, respectivamente.

Con referencia ahora a la Figura 27, se muestra un gráfico de la relación entre la perturbación adimensional de la carga hidráulica total (H *) y el cambio relativo en el espesor de acero equivalente (erc) para: (a) un cambio interno en el espesor del CML [Ecuación 26, S1 en la Figura 26(a)], y (b) la pérdida total del CML más una reducción en el espesor de la pared de acero [Ecuación 27, S2 en la Figura 26(b)].

Con referencia ahora a la Figura 28, se muestra un gráfico de la relación entre la perturbación adimensional de la carga hidráulica total (H*^r) y el cambio relativo en el espesor de acero equivalente (e^rc) para el caso del CML intacto con un cambio interno en el espesor de la pared de acero [Ecuación 28, S3 en la Figura 26(c)].

Con referencia ahora a la Figura 29, se muestra un gráfico de la relación entre la perturbación adimensional de la carga hidráulica total (H *) y el cambio relativo en el espesor de acero equivalente (erc) para un cambio externo en el espesor de la pared de acero [Ecuación 31, S4 en la Figura 26(d)].

Como se mencionó anteriormente, las curvas de las Ecuaciones 26 y 27 se muestran juntas en la Figura 27. El punto en erc =eso/eo - 1 = -0,238 y H * = -0,076 es la intersección de las curvas de las Ecuaciones 26 y 27 y corresponde a la pérdida total del CML con una pared de acero intacta. Los gráficos de las Ecuaciones 28 y 31 se presentan en las Figuras 28 y 29. El límite inferior de la curva de la Figura 6 es erc = -eso/eo = -0,762. Según se debería apreciar, las Figuras 27 a 29 se pueden utilizar como gráficos de consulta para la evaluación del estado de las tuberías para el MTP.

Los cuatro casos, S1 a S4, según se muestra en la Figura 26, son simulados por el MOC de forma secuencial e independiente (es decir, en cada simulación sólo intervino un caso). En concreto, las secciones de tubería implicadas en las simulaciones incluyen: (a) S1: eci = 6 mm; (b) S2: esi = 3 mm; (c) S3: esi = 6,35 mm; y (d) S4: esi = 3 mm. Se utilizó un sistema RPV y la longitud total de la tubería se tomó como 2333 m. La longitud de cada sección con un cambio en el espesor de pared fue de aproximadamente 100 m (con un ligero ajuste para mantener el valor del número de Courant en la unidad) y comenzó a partir de 1015 m aguas abajo del depósito. El periodo de tiempo utilizado en el MOC fue de 0,0005 s. Se generó una onda transitoria escalonada cerrando la válvula aguas abajo dentro de un periodo de tiempo. En las simulaciones del MOC no se tuvo en cuenta la fricción. Las señales de interacción de las ondas de presión se midieron en un punto situado 203 m aguas abajo de la sección deteriorada.

Las velocidades teóricas de las ondas en las cuatro secciones (S1 a S4) se calcularon utilizando la fórmula de la velocidad de las ondas con los siguientes resultados: a i S1 = 975m/s, ai_s² = 801 m/s, ai_s3 = 1074 m/s, and ai_s4 = 925 m/s. Los espesores de acero equivalentes teóricos para las cuatro secciones (S1 a S4J se calcularon como e i s i = 5,47 mm, ei_s² = 3,0 mm, e1_S3 = 7,84 mm, e1_S4 = 4,49 mm. Los cambios relativos teóricos en los espesores de acero equivalentes se calculan como erc_S1 = -0,124, erc_S2 = -0,520, erc_S3 = 0,254, erc_S4 = -0,282.

Con referencia ahora a la Figura 30, se muestran las perturbaciones adimensionales de la carga hidráulica total calculadas (H *) obtenidas de las simulaciones MOC para los cuatro casos (S1 a S4).

Utilizando las Figuras 27 a 29, se pueden determinar los valores correspondientes al cambio relativo en el espesor de acero equivalente para cada caso, y los resultados son e" = -0,123, e" = -0,519, e: _{rc_S3}= 0,258, e™_£4 0.283. Se puede observar que los resultados determinados a partir de las señales de presión transitorias numéricas están de acuerdo en gran medida con los resultados analíticos (erc_si a erc_S4). Las pequeñas diferencias se deben a errores de redondeo y a las aproximaciones utilizadas en la derivación de las Ecuaciones 26, 27, 28 y 31.

Las simulaciones numéricas verifican que las Ecuaciones 26, 27, 28 y 31 son válidas y se pueden utilizar para la evaluación cuantitativa del estado de la tubería. Para una reflexión de onda medida específica, se pueden enumerar los posibles escenarios de deterioro y se puede determinar el espesor de pared restante para cada escenario.

Con referencia ahora a la Figura 31 se muestra la disposición de una sección del oleoducto de transmisión de Morgan (MTP) en el que se realizó el estudio experimental de campo. La sección pertinente de la tubería estudiada iba desde el empalme (ubicación medida a lo largo de la longitud de la tubería a partir de algún punto de referencia) 15000 m hasta el empalme 18000 m, abarcando la válvula de desagüe n° 24 (SV24), y las válvulas de aire n.° 43 (AV43) y n.° 44 (AV44).

El MTP es una cañería MSCL por encima del suelo entre una estación de bombeo y un depósito de elevación final aguas abajo sobre una longitud de 26,1 km. Durante las pruebas de campo, la bomba se apagó y formó un límite sin salida. El sistema de tuberías estaba presurizado por el depósito de elevación. Los detalles físicos de las secciones de tubería intactas (Do, eco, eso, eo y ao) y otros parámetros (Ec, Es, K, p y c) se han indicado anteriormente. La sección entre el empalme 15735 m y el empalme 15840 m tiene un espesor de acero conocido de 6,35 mm. Sin embargo, el diámetro exterior y el espesor del CML en esta sección son los mismos que los homólogos de las secciones originales intactas (caso S3). En este tramo de tubería también se sitúan algunas secciones de tubería de sustitución con paredes de acero más gruesas. Estas secciones de sustitución no se consideran en este caso debido a su corta longitud (normalmente unos pocos metros).

En SC24 se utilizó un generador de ondas de presión, en forma de válvula de descarga lateral personalizada, para producir ondas de presión transitorias escalonadas. Se conectaron caudalímetros a la válvula de descarga lateral para medir la descarga lateral en estado estacionario antes de la generación de la señal. La descarga lateral en estado estacionario se utiliza para facilitar la determinación de la magnitud de la onda escalonada incidente. Se colocaron transductores de presión en los puntos de medición SC24, AV43 y AV44 para medir la respuesta de la presión.

Con referencia ahora a la Figura 32 se muestra un gráfico de la señal de interacción de la onda de presión o la perturbación adimensional de la carga hidráulica total (como una función de la distancia) entre los empalmes 15.000 m y 16.500 m medidas en el AV43 (línea continua). Además, se ha representado la perturbación adimensional de la carga hidráulica total normalizada resultante de una sección de tubería con pérdida total del CML pero con la pared de acero intacta (la línea discontinua), el espesor medio del acero medido por sondeo ultrasónico (la línea de puntos) y las mediciones ultrasónicas con valores inferiores a 4,3 mm (marcadas según se indica en la leyenda).

Las oscilaciones de presión de largo período (baja frecuencia) asociadas a la apertura de la válvula de descarga lateral (para introducir una descarga lateral) se han eliminado mediante un filtro pasa banda. La carga hidráulica total en estado estacionario se determina promediando un período corto de los datos medidos antes de la llegada de la onda incidente, y el resultado es Ho = 32,01 m. La magnitud de la onda incidente (Hi - Ho) se estima a partir del frente de onda mostrado en la señal medida (la variación desde la carga hidráulica total en estado estacionario Ho hasta el primer pico mostrado en la parte superior del frente de onda, que es de 37,80 m), y el resultado es 5,79 m.

El eje x de la Figura 32 es el empalme correspondiente a las reflexiones de las ondas de presión. La información sobre el empalme se obtiene mediante TDR y utilizando el tiempo de llegada medido de la reflexión y las velocidades de las ondas representativas. El tiempo de llegada de una reflexión medido por un transductor (en relación con el tiempo de llegada del frente de onda) es el tiempo que tarda una onda de presión en llegar al defecto correspondiente y reflejarse de retorno en él. La velocidad de las ondas representativas para la sección entre el AV43 (empalme 16620) y el límite derecho de la sección de paredes más gruesas (empalme 15840) es de 930 m/s, que se determina por la distancia conocida y el tiempo de llegada de la reflexión procedente de la sección de paredes más gruesas. Las velocidades de las ondas representativas de la sección de pared gruesa y de la sección de tubería de su lado izquierdo se calculan como 1050 m/s y 900 m/s respectivamente.

La línea discontinua de la Figura 32 representa el valor de la perturbación adimensional de la carga hidráulica total procedente de una sección de tubería con pérdida total del CML, pero con la pared de acero intacta, que es H * = -0,076. Esta línea discontinua actúa como umbral para distinguir las reflexiones significativas que resultan de secciones deterioradas con pérdida total del CML y corrosión interna. Los valores del espesor de la pared de acero también se midieron con un instrumento de medición del espesor por ultrasonidos a intervalos de 5 m a lo largo del MTP entre el empalme 14900 y el empalme 18900. Las mediciones ultrasónicas se realizaron en ocho puntos alrededor de la circunferencia de la tubería (P1 a P8, empezando por la parte superior de la tubería y con un intervalo de 45° alrededor de la circunferencia) en cada ubicación. El intervalo de medición se redujo a 1 m en algunas secciones en las que se detectaron cambios en el espesor de la pared de acero.

La línea discontinua de la Figura 32 indica el espesor de pared promedio de la pared de acero a lo largo de la sección de tubería (media de las mediciones ultrasónicas de los espesores de pared en ocho puntos de la circunferencia). Los marcadores mostrados en la Figura 32 son mediciones ultrasónicas del espesor de la pared de acero con valores inferiores a 4,3 mm (este valor se considera significativo, ya que corresponde aproximadamente a una reducción del 10% de la pared de acero en comparación con el espesor original de 4,76 mm indicado por el fabricante para una sección MSCL intacta).

Se seleccionan siete reflexiones principales para el análisis, mostradas como R1 a R7 en la Figura 32. La selección se basa en un análisis exhaustivo de las señales de interacción de las ondas de presión medidas en AV43, SC24 y AV44 en la misma prueba para garantizar que las reflexiones seleccionadas son inducidas por defectos que se encuentran en el lado izquierdo de AV43 (véase la Figura 31) adoptando los métodos de desplazamiento temporal descritos anteriormente.

La reflexión R5 resulta de una característica conocida, la sección de paredes más gruesas entre el empalme 15735 m y el empalme 15840 m, y se alinea con el caso S3 como en la Figura 26(c). La máxima perturbación adimensional de la carga hidráulica total para R5 se lee como 0,0254 en la Figura 32. Utilizando el gráfico de consulta de la Figura 28, el cambio relativo en el espesor de acero equivalente se determina como 0,195. Utilizando la Ecuación 18 y eo = 6,25 mm para el MTP, el espesor de acero equivalente para esta sección de paredes más gruesas se determina como e ^ = 7,47 mm. Utilizando la Ecuación 14 y eco = 12,5 mm para el MPT, el espesor de la pared de acero para la sección de paredes más gruesas se determina como e ^ = 5,98 mm. Este resultado es más pequeño que el espesor de pared de acero indicado por el fabricante para esta sección (que era de 6,35 mm) y que la medición por ultrasonidos (de 6,1 a 6,5 mm). Se cree que la discrepancia se debe a la inexactitud de la magnitud estimada de la perturbación adimensional de la carga hidráulica total para R5 y a la amortiguación de la onda de presión transitoria.

El MTP es una tubería sobre el suelo y no se observó ningún deterioro significativo de la pared externa durante las pruebas para la sección de tubería objeto de estudio. En consecuencia, se cree que las reflexiones R1 a R4, R6 y R7 están asociadas a secciones de tubería con cambios internos en los espesores de pared. En las tuberías MSCL reales, el deterioro de la pared interna es más complejo que la situación descrita en el estudio numérico [casos S1 y S2, según se muestra en las Figuras 26(a) y (b)]. El deterioro del CML incluye principalmente el agrietamiento, el despegado y el desprendimiento, y la distribución del deterioro no es uniforme alrededor de la circunferencia interna. Esto ha sido confirmado por las imágenes grabadas de las cámaras de CCTV obtenidas para el MTP.

Tras el desprendimiento del CML, puede comenzar la corrosión interna en la pared de acero. Los tamaños de las reflexiones adimensionales se comparan con el umbral que representa la pérdida total uniforme del CML (línea discontinua en la Figura 32). Las reflexiones R1, R4, R6 y R7 son mayores que el umbral, por lo que en consecuencia se cree que son indicaciones de pérdida del CML a gran escala junto con una considerable corrosión interna de la pared de acero. Las reflexiones R2 y R3 son significativas, pero no han alcanzado el umbral, por lo tanto, es probable que sean indicaciones de un considerable despegado y desprendimiento del CML asociado con una corrosión interna localizada.

Para cuantificar el deterioro, se utiliza el gráfico de consulta de la Figura 27 para determinar el espesor de pared representativo (el espesor de pared restante bajo la hipótesis de deterioro uniforme de la pared). Las secciones asociadas a las reflexiones R1, R4, R6 y R7 son equivalentes a las secciones con pérdida total del CML y adelgazamiento uniforme de la pared de acero (caso S2), en las que los espesores de pared de acero representativos restantes se determinan como e^1 = 4,34 mm, e ^ = 4,05mm, e^ = 3,76 y e f j = 4,62 mm, respectivamente.

Hay que tener en cuenta que los resultados son sólo los espesores de pared de acero representativos (basados en la hipótesis de un "deterioro uniforme") y que los espesores en algunos tramos pueden ser más pequeños que los valores representativos. Dado que la amortiguación de las ondas de presión (que reduce la magnitud de las reflexiones de las ondas de presión) es aproximadamente proporcional a la distancia recorrida por la onda, y que las reflexiones R1 a R4 proceden de secciones situadas a más de 1 km del punto de medición (AV43), es probable que el estado de estas secciones sea peor que los estados representativos determinados mediante las magnitudes observadas de las reflexiones.

En general, el estado de la tubería, según se determina mediante la aplicación de la técnica propuesta, está de acuerdo con los resultados de los ultrasonidos sobre el espesor de la pared de acero. Se identifican seis secciones de tubería con deterioro de la pared interna mediante la utilización de la señal de perturbación adimensional de la carga hidráulica total y los espesores de pared de acero representativos se determinan mediante los gráficos de búsqueda.

Según se debería apreciar, los métodos y sistemas descritos anteriormente representan un avance significativo en la evaluación del estado de una tubería y, en particular, en determinar la ubicación de las variaciones localizadas en la tubería con respecto a cualquier punto de generación. Una vez que se han determinado estas ubicaciones, se pueden llevar a cabo otros análisis, tales como el análisis subseccional para determinar las características de las subsecciones de la tubería sobre la base de las secciones y/o la identificación de defectos localizados en la tubería.

A lo largo de la memoria descriptiva, el término "sistema de tuberías" se refiere a la tubería y a los componentes y características hidráulicas asociadas. Los componentes hidráulicos incluyen, entre otros, diversos tipos de válvulas, tales como las válvulas de línea (parcial o totalmente cerradas), las válvulas de desagüe, las válvulas de entrada a la tubería de ramificación (parcial o totalmente cerradas) y las válvulas de aire; las secciones de tubería ramificadas cerradas y abiertas que se extienden desde la tubería; las tomas de picaje; los depósitos; y los tanques (por ejemplo, los tanques de compensación o los recipientes o cámaras de aire). Las características hidráulicas incluyen, entre otros, cambios en el material de la tubería, el revestimiento, el espesor de pared, el diámetro o la clase.

Según también sería evidente, una referencia en esta memoria descriptiva a la evaluación o valoración del "estado" de una tubería incluye determinar no sólo la presencia y el alcance de los defectos en la tubería, sino también determinar la configuración o topología del sistema de tuberías, tal como se define por la presencia y la ubicación de los diversos componentes y características hidráulicas asociadas a la tubería, tanto registrados como no.

Los expertos en la técnica apreciarán además que los diversos bloques lógicos, módulos, circuitos y pasos de algoritmos ilustrativos descritos en relación con las formas de realización descritas en la presente memoria se pueden implementar como hardware electrónico, software o instrucciones de ordenador, o combinaciones de ambos. Para ilustrar de forma clara esta intercambiabilidad de hardware y software, se han descrito anteriormente en general diversos componentes, bloques, módulos, circuitos y etapas ilustrativas en términos de su funcionalidad. El hecho de que dicha funcionalidad se implemente como hardware o software depende de la aplicación particular y de las restricciones de diseño impuestas al sistema global. Según se debería apreciar, la funcionalidad se puede describir de diversas maneras para cada aplicación particular, pero dichas decisiones de implementación no se deben interpretar como causantes de una desviación del alcance de la presente descripción.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un método (100) para evaluar el estado de una tubería (210) en un sistema de tuberías (200), que incluye:

generar (110) una onda de presión en el fluido que se transporta a lo largo del sistema de tuberías (200) en un punto de generación a lo largo del sistema de tuberías (200);

detectar (120) una primera señal de interacción de la onda de presión en un primer punto de medición a lo largo del sistema de tuberías (200), como resultado de una interacción de la onda de presión con variaciones localizadas en la tubería (210);

detectar de forma sincronizada (130) una segunda señal de interacción de la onda de presión en un segundo punto de medición a lo largo del sistema de tuberías (210), como resultado de la interacción de la onda de presión con variaciones localizadas en la tubería (210);

comparar (140) las señales de interacción de las ondas de presión primera y segunda para determinar una ubicación de las características individuales en las señales de interacción de las ondas de presión primera y segunda con respecto al punto de generación, correspondiendo las características individuales a las reflexiones de las ondas de presión a partir de las variaciones localizadas en la tubería (210); y

caracterizar (150) las características individuales para evaluar el estado de la tubería (210), en donde caracterizar (150) las características individuales para evaluar el estado de la tubería (210) incluye aplicar (910) criterios de umbral a una característica individual en las señales de interacción de las ondas de presión primera y segunda correspondientes a una reflexión de la onda de presión a partir de una variación localizada en la tubería para determinar (920) si la variación localizada es una característica y/o un componente hidráulico del sistema de tuberías (200).

2. El método (100) para evaluar el estado de una tubería (210) según se reivindica en la reivindicación 1, en donde comparar (140) las señales de interacción de las ondas de presión primera y segunda incluye comparar (300) por desplazamiento temporal las señales de interacción de las ondas de presión primera y/o segunda para determinar la ubicación de las características individuales.

3. El método (100) de evaluación del estado de una tubería (210) según se reivindica en la reivindicación 2, en donde comparar (300) por desplazamiento temporal las señales de interacción de las ondas de presión primera y/o segunda para determinar la ubicación de las características individuales incluye determinar en qué lado del punto de generación se sitúan las variaciones localizadas.

4. El método (100) de evaluación del estado de una tubería (210) según se reivindica en la reivindicación 3, en donde determinar en qué lado del punto de generación se sitúan las variaciones localizadas incluye:

seleccionar (310) un punto de medición para que sea un punto de medición de referencia, sin que el punto de medición de referencia está situado en el punto de generación;

para cada punto de medición restante determinar (320) si cada punto de medición restante se sitúa:

en el lado opuesto del punto de generación en comparación con el punto de medición de referencia; o

en el punto de generación;

aplicar un desplazamiento temporal negativo (hacia atrás en el tiempo) (330A) a la señal de interacción de la onda de presión respectiva para aquellos puntos de medición situados en el mismo lado del punto de generación que el punto de medición de referencia, correspondiendo el desplazamiento temporal negativo al intervalo de tiempo que la onda de presión tarda en desplazarse desde el punto de generación hasta el punto de medición respectivo;

aplicar un desplazamiento temporal positivo (hacia delante en el tiempo) (330B) a la señal de interacción de la onda de presión respectiva para aquellos puntos de medición situados al otro lado del punto de generación en comparación con el punto de medición de referencia, correspondiendo el desplazamiento positivo al intervalo de tiempo que la onda de presión tarda en desplazarse desde el punto de generación hasta el punto de medición respectivo situado en posición opuesta;

no aplicar ningún desplazamiento temporal (330C) a la señal de interacción de la onda de presión respectiva para aquellos puntos de medición situados en el punto de generación; y

identificar (340) características comunes en las señales de interacción de las ondas de presión desplazadas en el tiempo, correspondiendo las características comunes a un subconjunto de variaciones localizadas en el otro lado del punto de generación en comparación con el punto de medición de referencia.

5. El método (100) de evaluación del estado de una tubería (210) según se reivindica en la reivindicación 4, que incluye, además:

aplicar un desplazamiento temporal positivo (350A) a la señal de interacción de la onda de presión respectiva para aquellos puntos de medición situados en el mismo lado del punto de generación que el punto de medición de referencia, correspondiendo el desplazamiento temporal positivo al intervalo de tiempo que la onda de presión tarda en desplazarse desde el punto de generación hasta el punto de medición respectivo; aplicar un desplazamiento temporal negativo (350A) a la señal de interacción de la onda de presión respectiva para aquellos puntos de medición situados al otro lado del punto de generación en comparación con el punto de medición de referencia, correspondiendo el desplazamiento negativo al intervalo de tiempo que la onda de presión tarda en desplazarse desde el punto de generación hasta el punto de medición respectivo situado en posición opuesta;

no aplicar ningún desplazamiento temporal (350C) a la señal de interacción de la onda de presión respectiva para aquellos puntos de medición situados en el punto de generación; y

identificar (360) características comunes en las señales de interacción de las ondas de presión desplazadas en el tiempo, correspondiendo las características comunes a un subconjunto de variaciones localizadas situadas en el mismo lado del punto de generación en comparación con el punto de medición de referencia.

6. El método (100) de evaluación del estado de una tubería (210) según se reivindica en la reivindicación 4, que incluye además cambiar de punto de medición de referencia a un punto de medición situado al otro lado del punto de generación.

7. El método (100) de evaluación del estado de una tubería (210) según se reivindica en una de las reivindicaciones 4 a 6, en donde el punto de medición de referencia corresponde a un punto de medición hipotético.

8. El método de evaluación del estado de una tubería según se reivindica en una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en donde determinar si la variación localizada es una característica y/o un componente hidráulico del sistema de tuberías (200) incluye clasificar (930A) la reflexión de la onda de presión como correspondiente a un tipo de característica y/o componente hidráulico.

9. El método (100) de evaluación del estado de una tubería (210) según se reivindica en la reivindicación 8, en donde el tipo de característica hidráulica incluye uno o más de:

un cambio en el material de la tubería;

un cambio en el diámetro de la tubería;

un cambio en el revestimiento de la tubería;

un cambio en el espesor de pared de la tubería; o

un cambio en la clase de tubería.

10. El método (100) de evaluación del estado de una tubería (210) según se reivindica en la reivindicación 8, en donde el tipo de componente hidráulico incluye uno o más de:

una válvula;

una tubería ramificada cerrada o abierta que se extiende desde la tubería;

una toma de picaje;

un depósito; o

un tanque.

11. El método (100) de evaluación del estado de una tubería (210) de acuerdo con la reivindicación 10, en donde el tipo de componente hidráulico incluye uno o más de los siguientes subtipos de válvulas de:

una válvula de línea (parcial o totalmente cerrada);

una válvula de desagüe;

una válvula de aire.

12. El método (100) de evaluación del estado de una tubería (210) según se reivindica en una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en donde determinar si la variación localizada es una característica y/o un componente hidráulico del sistema de tuberías (200) incluye correlacionar (940A) la variación localizada con información previa relativa al sistema de tuberías (200) para determinar si la característica y/o el componente hidráulico está registrado o no.

13. El método (100) de evaluación del estado de una tubería (210) según se reivindica en una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12, en donde caracterizar las características individuales para evaluar el estado de la tubería (210) incluye aplicar criterios de umbral para identificar (1010) las principales reflexiones de las ondas de presión en las señales de interacción de las ondas de presión primera y segunda.

14. El método (100) de evaluación del estado de una tubería (210) según se reivindica en la reivindicación 13, que incluye dividir (1020) la tubería (210) en subsecciones en función de las ubicaciones de las variaciones localizadas responsables de las principales reflexiones de las ondas de presión.

15. El método (100) de evaluación del estado de una tubería (210) según se reivindica en la reivindicación 14, que incluye determinar (1040) una característica de cada subsección.

16. El método (100) de evaluación del estado de una tubería (210) según se reivindica en la reivindicación 15, en donde la característica es la velocidad de las ondas para cada subsección.

17. El método (100) de evaluación del estado de una tubería (210) según se reivindica en la reivindicación 15, en donde la característica es la impedancia para cada subsección.

18. El método (100) de evaluación del estado de una tubería (210) según se reivindica en la reivindicación 15, en donde la característica es la ubicación y la extensión de cada subsección.

19. El método (100) de evaluación del estado de una tubería (210) según se reivindica en la reivindicación 15, en donde la característica es el espesor de pared equivalente de cada subsección.

20. El método (100) de evaluación del estado de una tubería según se reivindica en una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 19, en donde caracterizar las características individuales para evaluar el estado de la tubería (210) incluye aplicar criterios de umbral para identificar (1310) reflexiones de las ondas de presión significativas en las señales de interacción de las ondas de presión primera y segunda correspondientes a defectos localizados en la tubería (210).

21. El método (100) de evaluación del estado de una tubería (210) según se reivindica en la reivindicación 20, que incluye clasificar (1320) la reflexión de la onda de presión significativa como correspondiente a un tipo de defecto localizado.

22. El método (100) de evaluación del estado de una tubería (210) según se reivindica en la reivindicación 21, en donde el tipo de defecto localizado incluye uno o más de:

un tramo corto de la tubería con un deterioro significativo de las paredes;

una fuga;

una obstrucción; o

una bolsa de aire.

23. El método (100) de evaluación del estado de una tubería (210) según se reivindica en la reivindicación 21 o 22, incluye determinar (1330) la ubicación del defecto localizado en la tubería (210).

24. Un sistema para evaluar el estado de una tubería (210) en un sistema de tuberías (200), que incluye:

un generador de ondas de presión para generar una onda de presión en el fluido que se transporte a lo largo del sistema de tuberías (200) en un punto de generación a lo largo del sistema de tuberías (200);

un primer detector de presión para detectar una primera señal de interacción de la onda de presión en un primer punto de medición a lo largo del sistema de tuberías (200) como resultado de una interacción de la onda de presión con variaciones localizadas en la tubería (210);

un segundo detector de presión para detectar de forma sincronizada una segunda señal de interacción de la onda de presión en un segundo punto de medición a lo largo del sistema de tuberías, como resultado de la interacción de la onda de presión con variaciones localizadas en la tubería (210); y

un procesador de datos para:

comparar (140) las señales de interacción de las ondas de presión primera y segunda para determinar una ubicación de las características individuales en las señales de interacción de las ondas de presión primera y segunda con respecto al punto de generación, correspondiendo las características individuales a las reflexiones de las ondas de presión a partir de las variaciones localizadas en la tubería; y

caracterizar (150) las características individuales para evaluar el estado de la tubería, en donde caracterizar (150) las características individuales para evaluar el estado de la tubería (210) incluye aplicar (910) criterios de umbral a una característica individual en las señales de interacción de las ondas de presión primera y segunda correspondientes a una reflexión de la onda de presión a partir de una variación localizada en la tubería para determinar (920) si la variación localizada es una característica y/o un componente hidráulico del sistema de tuberías (200).

25. El sistema para evaluar el estado de una tubería según se reivindica en la reivindicación 24, en donde comparar (140) las señales de interacción de las ondas de presión primera y segunda incluye comparar (300) por desplazamiento temporal las señales de interacción de las ondas de presión primera y/o segunda para determinar la ubicación de las características individuales.