WO2014122342A1 - Método para la detección de fugas en depósitos - Google Patents
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- WO2014122342A1 WO2014122342A1 PCT/ES2014/070004 ES2014070004W WO2014122342A1 WO 2014122342 A1 WO2014122342 A1 WO 2014122342A1 ES 2014070004 W ES2014070004 W ES 2014070004W WO 2014122342 A1 WO2014122342 A1 WO 2014122342A1
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- G01M3/00—Investigating fluid-tightness of structures
- G01M3/02—Investigating fluid-tightness of structures by using fluid or vacuum
- G01M3/04—Investigating fluid-tightness of structures by using fluid or vacuum by detecting the presence of fluid at the leakage point
- G01M3/24—Investigating fluid-tightness of structures by using fluid or vacuum by detecting the presence of fluid at the leakage point using infrasonic, sonic, or ultrasonic vibrations
Definitions
- the present invention relates to a method of detecting leaks in deposits that filters the false positives that occur in the tightness tests performed on said deposits, thereby avoiding the rejection of deposits that are in good condition, with the consequent saving economic that this implies. It is especially indicated for container tanks of some liquid, and more specifically it is especially indicated for container fuel tanks.
- the leak detection method in tanks object of the present invention is based on the reception of acoustic signals inside the tank through a vibration sensor or acoustic signals, typically a microphone. More specifically, the present invention describes a method of discerning whether the acoustic signal picked up by a microphone introduced into a tank comes from the noise produced by the bubbling that is caused by the flow of matter through a crack or crack in the existing deposit, which would be understood as a positive and therefore would require the corresponding repair, or it comes from the noise produced by the bubbling caused by a boiling phenomenon or by bubbles that appear as a result of the decrease in the solubility of a gas in the liquid contained in the tank or by movement of bubbles initially absorbed inside the tank.
- a method used usually for the location of fissures is that based on spraying the walls of a container with a developer fluid, which can sometimes be fluorescent, so that, in case there is a fissure through which there was a gas flow, said developer fluid would facilitate the observation of the exact point where said fissure is located, because the corresponding bubbling could be observed due to the passage of the gases through the developer fluid.
- the patent document ES 21 16899 B1 describes a method of acoustic analysis that allows detecting cracks in containers or tanks when the noise generated by a bubbling inside the liquid contained in the tank is captured by means of a microphone inserted in said tank. , noise attributed to the flow of gas, through a fissure, from the outside to the inside of said tank.
- This method systematizes the analysis of the graphics generated by representing, either against time or frequency, the amplitude of the acoustic signals captured by the microphone inside the tank.
- this method is based on a statistical analysis of the generated graphs, by which those graphs that have a large standard deviation versus the average are rejected.
- the present invention arises from the observation that there is an important link between the emission of false positives in the tightness tests carried out in tanks and certain phenomena generating bubbling or noise not caused by leaks, namely:
- the rise to the surface of adsorbed bubbles inside the tank It may be bubbles that were initially adhered to the internal surface of the tank wall due to the surface tension of the liquid contained in said tank, or bubbles that were initially trapped within solid waste that were accumulated in the tank. inside the tank;
- the present invention describes a method that, based on a previous understanding of the phenomena indicated above, manages to filter and interpret the acoustic signals caused by bubbling caused by these phenomena and which are captured by the microphones that are introduced into these deposits. with the intention of detecting possible cracks. Knowing how to detect and discern between these different types of acoustic signals avoids a source of systematic biases in the statistical analysis of the acoustic signals collected inside a tank and therefore, in practical terms, avoid the emission of false positives in the tightness tests performed on these deposits.
- the present invention relates to a method for detecting leaks in tanks comprising producing a negative pressure inside a tank by means of a pressure regulating device to produce a bubbling caused by any combination of the following phenomena: penetration of a gas outside the tank through a fissure; rising to the surface of bubbles formed by boiling a liquid contained in said reservoir; ascent to the surface of bubbles that were initially dissolved in a liquid contained in the reservoir; - ascent of bubbles initially attached to an inner surface of a tank wall due to the surface tension of a liquid contained in said tank; ascent to the surface of bubbles that were initially trapped inside solid waste accumulated inside the tank;
- the present method for detecting leaks in tanks also includes using a sensor in said tank, which picks up acoustic and vibration signals inside the tank corresponding to bubbling, and sending the acoustic signals captured by said sensor to a computer where they are generated. graphs that represent the amplitude of the sound intensity of said acoustic signals against time or against frequency;
- the present method for the detection of leaks in tanks also includes: analyzing and comparing the acoustic signals with a reference pattern previously obtained experimentally corresponding to a certain bubbling signal; Check from the previous comparison if all or a component of the acoustic signals is caused by a boiling phenomenon inside the tank or by rising bubbles initially attached to a wall of the tank due to the surface tension of a liquid contained in said deposit, or by rising bubbles that were initially trapped within a solid residue accumulated inside the tank, or by rising to the surface of bubbles that were initially dissolved in the liquid contained in the tank; determine that there is a leak when the signal has been verified Acoustics captured correspond to a bubbling that is not caused by any of the phenomena mentioned above.
- the reference standard comprises a succession of bubbles that occur periodically with a certain intensity and a period, T, determined, where it is verified that
- the acoustic signal captured by the sensor comprises at least one subset corresponding to a succession of bubbles with the same characteristics as the reference pattern, it is determined that the acoustic signal captured is totally or partially due to a leak.
- the period, T, of the succession of bubbles that occur periodically according to the reference pattern mentioned above is between 0.05 and 0.5 seconds.
- the reference standard comprises at least a certain level of sound intensity, obtained experimentally corresponding to a bubbling due to the flow of gases through a fissure in the tank, so that the acoustic signal captured by the sensor is recorded in a computer and the sound intensity of said acoustic signal is plotted against a time scale;
- the reference pattern which expresses a certain level of sound intensity, corresponding to a bubbling produced by the flow of gases through fissures in a tank is represented in the same graph;
- the acoustic signal picked up by the sensor does not correspond to the bubbling due to some cracking in the tank, and therefore, there is no leakage in the tank.
- the reference standard comprises at least one of the following signals: a bubbling signal corresponding to the rise of bubbles produced by a boiling process inside the tank, or bubbles of a gas that is no longer dissolved in the liquid contained in said tank; - a bubbling signal corresponding to the rise of bubbles inside the tank that are initially adhered to the wall of the tank due to the surface tension of the liquid contained in the tank, or that were trapped within a solid residue accumulated inside said deposit; If, as a result of the comparison of the acoustic signal with the reference pattern, it is verified that the acoustic signal captured by the sensor does not closely resemble the reference pattern, then it is determined that the acoustic signal captured by the sensor corresponds to the bubbling due to some crack in the tank, and therefore, there is a leak in the tank.
- the reference standard corresponds to a fixed level of sound intensity, so that when it is verified that the acoustic signal captured by the sensor drops below of said level and remains below said level over time, it is determined that the acoustic bubbling signal picked up by the sensor does not come from a bubbling due to a leak.
- Figure 1 schematically represents a liquid reservoir in which a microphone has been introduced to detect acoustic signals produced by bubbling inside the reservoir.
- Figure 2 shows a graph in which the acoustic signal captured by the microphone, composed of different pulses of a given intensity, is represented on a scale of acoustic intensities versus time scale.
- Figure 3a shows a graph in which the acoustic signal picked up by the microphone is represented on a scale of acoustic intensities versus time scale, with the same intensity level as a reference standard signal.
- Figure 3b shows a graph in which the intensity of an acoustic signal picked up by the microphone and a reference standard signal is represented in acoustic intensity scale versus time scale.
- Figure 3c shows a second graph in which the intensity of an acoustic signal picked up by the microphone and a reference standard signal is represented on a scale of acoustic intensities versus time scale.
- Figure 4 shows a graph in which the intensity of an acoustic signal picked up by the microphone and a reference standard signal is represented in acoustic intensity scale versus frequency scale.
- the present invention relates to a method for detecting fissures (2) in large volume tanks (1).
- the method is based on the introduction of a microphone (7) or any other acoustic receiver inside the tank (1), so that said microphone (7) acts as a transducer of the acoustic signals (301, 401) produced in the inside of the tank (1).
- the acoustic signals (301, 401) are sent to a computer (9) or other data processing device where, by a specific procedure, graphs representing the intensity of the acoustic signals (301, 401) are processed and generated. versus time or frequency.
- said leak detection method is applied to reservoirs (1) that store liquids (6). Said method is especially indicated for its application in quality controls of fuel tanks (1).
- FIG. 1 shows a reservoir (1) that stores a liquid (6).
- the pressure is artificially regulated by means of a pressure regulator (10), and a microphone (7) is inserted that is connected to a computer (9).
- Said microphone (7) picks up the acoustic signals (301, 401) of bubbling inside the tank (1).
- the present method intends to determine the cause that originates the bubbling, to differentiate between: a) a bubbling caused by penetration, through a leak or fissure (2) existing in the wall (8) of the reservoir (1), of a gas outside the tank (1), generally air, into the tank (1), because the pressure inside the tank (1) is lower than the pressure outside the tank (1), thus producing bubbles (3) that tend to ascend towards the free surface of the liquid (6) contained in the reservoir (1), and; b) a bubbling caused by a cause other than the aforementioned leak, in which case it is possible to distinguish: b.1) ascent to the surface of bubbles (4) adhered to the inner surface of the wall (8) of the tank (1) as a result of the surface tension of the liquid (6), or bubbles (4) trapped inside solid waste accumulated inside the tank (1), where said ascent is caused by a decrease in the pressure in the upper dry part of the tank.
- each liquid (6) has a certain boiling temperature.
- the boiling temperature of water at atmospheric pressure is 100 ° C. But when the pressure to which the liquid is subjected (6) decreases, the boiling temperature also decreases, so that if the liquid (6) is subjected to a very low pressure, it can boil at a temperature unusually low.
- the boiling temperature of water at a pressure of 55.15 kPa is 83.83 ° C.
- tanks (1) which include an acoustic test to verify, through acoustic signals (301, 401) corresponding to bubbling, the existence of cracks (2), is discarded (for replacement or repair) any deposit (1) that test positive in said test.
- the present method for the detection of leaks in tanks (1) operates as follows.
- a sensor (7) acoustic signal and vibration receiver, typically a high sensitivity microphone, is used.
- Said sensor is typically used by introducing it into a reservoir (1) containing a liquid (6).
- the sensor (7) can be located both above and below the free surface of the liquid (6), so that said sensor (7) must be resistant to the liquid (6) in which it is submerged.
- the pressure inside the tank (1) is artificially lowered by means of a pressure regulating device (10), until the vacuum is reached or, at least, until a negative pressure is created inside the tank. tank (1) with respect to the pressure outside the tank (1). In this way, if there is any fissure (2) in the wall (8) of the tank (1), the entrance of the external gas into the tank (1) is forced.
- the sensor (7) sends the acoustic signals (301, 401) captured to a data processing device, typically a computer (9), wherein said signals (301, 401) are recorded and processed. Graphs are made that represent the amplitude of the acoustic signal (301, 401) versus a time or frequency scale.
- the pressure regulating device (10) lowers the pressure inside the tank; The sensor (7) picks up the acoustic signals from the bubbling, and sends them to the computer (9) where they are registered.
- the acoustic signal is compared with a reference pattern to detect the moments in which bubbles occur, also measuring the intensity of each of them.
- Figure 2 represents a possible succession of bubbles in sound intensity scale versus time scale. If within this sequence of bubbles there is a subset (202) that occurs periodically, that is, at intervals of time equal to the period, T, and with a similar intensity; The method determines that there is leakage. If, on the other hand, no subset is found that meets this condition, the method determines that it is a false positive.
- both the acoustic bubbling signal picked up by the sensor (7), as well as the experimentally obtained reference standard, can be represented in sound intensity scale versus time scale, or in sound intensity scale versus frequency scale.
- the pressure regulating device (10) lowers the pressure inside the tank (1);
- the sensor (7) picks up the acoustic signals (301) from the bubbling, and sends them to the computer (9) where they are registered.
- the acoustic signal (301) is compared with a certain reference standard (302) previously obtained in an experimental manner, by means of which the existence or nonexistence of a component not due to leakage is verified in the recorded acoustic signal (301).
- Figures 3a, 3b, and 3c show, according to this second embodiment of the present method of detecting leaks in tanks (1), graphical paths of comparison between the acoustic signal (301) picked up by the sensor (7), and the reference standard (302) mentioned above.
- the reference standard (302) comprises at least one level of sound intensity, typically measured in decibels (dB).
- Said sound intensity level corresponds to the sound intensity level produced by the bubbling that originates during the tightness test in a tank (1) when there are leaks.
- the acoustic signal (301) picked up by the sensor (7) has a sound intensity level initially higher than the reference pattern (302), and decreases as time goes by until it falls below and remains below said reference pattern (302), or even until it is canceled, then it is verified that there is no fissure (2) in the deposit (1).
- the reference standard (302) follows a quantitative criterion, that is, it is based on the comparison of the sound intensity level, typically measured in dB, of the acoustic signal (301) captured, with at least one reference sound intensity level.
- the acoustic signal (401) is compared with a certain reference standard (402), obtained experimentally.
- Figure 4 shows, according to this third embodiment of the present method of leak detection in tanks (1), a graph of comparison between the acoustic signal (401) picked up by the sensor (7), and the reference pattern (402 ) mentioned.
- the comparison criterion in this graph is qualitative, with the acoustic signals being represented in values of sound intensity versus frequency.
- the reference pattern (402) comprises at least one reference signal corresponding to the sound that is recorded in a tank (1) due to the rise of bubbles ( 5) that are produced by boiling, or by rising bubbles (5) which are no longer dissolved in the liquid (6) contained in the tank (1), or by the rise of adsorbed bubbles (4) that were, or initially adhered to the wall (8) of the tank (1) as a result of the surface tension of the liquid (6), or that they were trapped inside solid waste accumulated inside the tank (1).
- the acoustic signal (401) picked up by the sensor (7) is compared with the signal corresponding to the reference pattern (402), and if the acoustic signal (401) picked up by the sensor (7) does not closely resemble the pattern of reference (402), it is verified that the acoustic signal (401) picked up by the sensor (7) corresponds exclusively to a bubbling produced by cracks (2) in the tank (1).
- the acoustic signal (401) picked up by the sensor (7) closely resembles the reference pattern (402), it is verified that the acoustic signal (401) picked up by the sensor (7) is due, partially or totally, to a bubbling caused by the causes, not related to a leak, mentioned above.
- the sensor (7) picks up an acoustic signal from a bubble in the liquid (6) contained in the tank (1), and it checks whether, after a certain period of time, said acoustic signal from a bubbling is interrupted or continues. If the acoustic bubbling signal continues after the aforementioned predetermined period of time has elapsed, it is determined that the bubbling is caused by a leak in the reservoir (1).
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Abstract
Método para la detección de fugas en depósitos (1) que comprende: producir una presión negativa en el interior de un depósito para producir un burbujeo;emplear un sensor (7) que capta señales acústicas (301, 401) en el interior del depósito (1) correspondientes al burbujeo; enviar las señales acústicas (301, 401) captadas a un ordenador (9) donde se generan unas gráficas que representan la intensidad sonora de dichas señales frente al tiempo o frente a la frecuencia; comparar las señales acústicas (301, 401) con un patrón de referencia (302, 402) previamente obtenido experimentalmente correspondiente a una determinada señal de burbujeo; verificar si la totalidad o una componente de las señales acústicas (301, 401) se produce por determinados fenómenos ajenos a una fuga; determinar que existe una fuga cuando se ha verificado que la señal acústica (301, 401) captada no está causada por los fenómenos citados anteriormente.
Description
DESCRIPCIÓN
MÉTODO PARA LA DETECCIÓN DE FUGAS EN DEPÓSITOS OBJETO DE LA INVENCIÓN
La presente invención se refiere a un método de detección de fugas en depósitos que filtra los falsos positivos que se producen en las pruebas de estanqueidad realizadas a dichos depósitos, evitando con ello el rechazo de depósitos que se encuentran en buen estado, con el consiguiente ahorro económico que esto supone. Está especialmente indicado para depósitos contenedores de algún líquido, y más concretamente está especialmente indicado para depósitos contenedores de combustible.
El método de detección de fugas en depósitos objeto de la presente invención se basa en la recepción de señales acústicas en el interior del depósito a través de un sensor de vibraciones o señales acústicas, típicamente un micrófono. Más concretamente, la presente invención describe un método para discernir si la señal acústica captada por un micrófono introducido en el interior de un depósito proviene del ruido producido por el burbujeo que es originado por flujo de materia a través de una fisura o grieta existente en el depósito, lo que se entendería como un positivo y por lo tanto requeriría la correspondiente reparación, o bien proviene del ruido producido por el burbujeo causado por un fenómeno de ebullición o por burbujas que aparecen a consecuencia de la disminución de la solubilidad de un gas en el líquido contenido en el depósito o por movimiento de burbujas adsorbidas inicialmente en el interior del depósito.
Es por lo tanto una finalidad principal de la invención, reducir al máximo el número de falsos positivos, que recomendarían el cambio o reparación del depósito, con los correspondientes gastos económicos y de inhabilitación temporal de dicho depósito. Es de aplicación en el ámbito de la industria dedicada a la ingeniería de control de calidad de depósitos y tanques contenedores de líquidos o gases, y en la industria dedicada a la fabricación, reparación y mantenimiento de depósitos.
PROBLEMA TÉCNICO A RESOLVER Y ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
En el estado de la técnica actual, existen diversos métodos para detectar grietas y fisuras en contenedores, tanto de líquidos como de gases. Un método utilizado
habitualmente para la localización de fisuras es aquel basado en rociar las paredes de un contenedor con un fluido revelador, que en ocasiones puede ser fluorescente, de manera que, en caso de existir una fisura a través de la cual hubiese un flujo de gas, dicho fluido revelador facilitaría la observación del punto exacto donde dicha fisura se encontrase, debido a que se podría observar el correspondiente burbujeo debido al paso de los gases a través del fluido revelador.
Sin embargo, este método resulta poco práctico cuando se quiere estudiar la existencia de fisuras o grietas en depósitos de gran volumen, que comprenden una gran superficie. En estos casos, se suele recurrir a ensayos que revelan la existencia de las mencionadas fisuras o grietas, pero no su ubicación. Métodos de este tipo se describen en los documentos de patente ES 2088350 B1 y ES 21 16899 B1.
El documento de patente ES 21 16899 B1 describe un método de análisis acústico que permite detectar fisuras en contenedores o depósitos al captarse, mediante un micrófono introducido en dicho depósito, el ruido originado por causa de un burbujeo en el seno del líquido contenido en el depósito, ruido que se atribuye al flujo de gas, a través de una fisura, desde el exterior hacia el interior de dicho depósito. Dicho método sistematiza el análisis de las gráficas generadas al representar, bien frente al tiempo o bien frente a la frecuencia, la amplitud de las señales acústicas captadas por el micrófono en el interior del depósito. Sin embargo, dicho método se basa en un análisis estadístico de las gráficas generadas, mediante el cual se rechazan aquellas gráficas que presenten una gran desviación típica frente a la media. Por tanto, en el método descrito en dicho documento de patente ES 2116899 B1 , no se tienen en cuenta sesgos sistemáticos en los resultados arrojados por dichas gráficas, cuya detección y filtrado podría mejorar notablemente la detección de las mencionadas fisuras, haciendo la detección mucho más precisa y fiable, evitando que se rechacen, por causa de errores de interpretación de las gráficas, algunos depósitos que no tienen ninguna fisura.
La presente invención surge de la observación de que existe una importante vinculación entre la emisión de falsos positivos en las pruebas de estanqueidad efectuadas en depósitos y determinados fenómenos generadores de burbujeo o ruido no originado por fugas, a saber:
El ascenso a la superficie de burbujas adsorbidas en el interior del depósito,
pudiendo tratarse de burbujas que se encontraban inicialmente adheridas a la superficie interna de la pared del depósito por efecto de la tensión superficial del líquido contenido en dicho depósito, o de burbujas que se encontraban inicialmente atrapadas en el seno de residuos sólidos que estaban acumulados en el interior del depósito;
El ascenso a la superficie de burbujas que provienen de gas que se encontraba inicialmente disuelto en el líquido contenido en el depósito; dicho gas disminuye su solubilidad en el líquido al disminuir la presión en el interior del depósito, formándose por tanto burbujas de fase gaseosa que tienden ascender hacia la superficie libre del líquido;
El ascenso hacia la superficie de burbujas que provienen de un proceso de gasificación, por la entrada en ebullición del líquido contenido en el depósito.
El problema se presenta cuando en la misma señal captada se dan a la vez tanto el burbujeo producido por la existencia real de una fuga, como el producido por los fenómenos descritos anteriormente.
La presente invención describe un método que, basado en una comprensión previa de los fenómenos indicados anteriormente, consigue filtrar e interpretar las señales acústicas originadas por burbujeos que se producen por causa de estos fenómenos y que son captadas por los micrófonos que se introducen en estos depósitos con intención de detectar posibles fisuras. Saber detectar y discernir entre estos distintos tipos de señales acústicas, evita una fuente de sesgos sistemáticos en el análisis estadístico de las señales acústicas recogidas en el interior de un depósito y por lo tanto, en términos prácticos, evitar la emisión de falsos positivos en las pruebas de estanqueidad efectuadas en dichos depósitos.
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN
La presente invención se refiere a un método para la detección de fugas en depósitos que comprende producir una presión negativa en el interior de un depósito mediante un dispositivo regulador de la presión para producir un burbujeo causado por una combinación cualquiera de los siguientes fenómenos: penetración de un gas exterior al depósito a través de una fisura;
ascenso a la superficie de burbujas formadas por ebullición de un líquido contenido en dicho depósito; ascenso a la superficie de burbujas que se encontraban inicialmente disueltas en un líquido contenido en el depósito; - ascenso de burbujas adheridas inicialmente a una superficie interior de una pared del depósito por efecto de la tensión superficial de un líquido contenido en dicho depósito; ascenso a la superficie de burbujas que se encontraban inicialmente atrapadas en el seno de residuos sólidos acumulados en el interior del depósito;
El presente método para la detección de fugas en depósitos comprende asimismo emplear un sensor en dicho depósito, que capta señales acústicas y de vibraciones en el interior del depósito correspondientes al burbujeo, y enviar las señales acústicas captadas por dicho sensor a un ordenador donde se generan unas gráficas que representan la amplitud de la intensidad sonora de dichas señales acústicas frente al tiempo o frente a la frecuencia;
El presente método para la detección de fugas en depósitos comprende asimismo: analizar y comparar las señales acústicas con un patrón de referencia previamente obtenido experimentalmente correspondiente a una determinada señal de burbujeo; verificar a partir de la anterior comparación si la totalidad o una componente de las señales acústicas se produce por un fenómeno de ebullición en el interior del depósito o por ascenso de burbujas adheridas inicialmente a una pared del depósito por efecto de la tensión superficial de un líquido contenido en dicho depósito, o por ascenso de burbujas que se encontraban inicialmente atrapadas en el seno de un residuo sólido acumulado en el interior del depósito, o por ascenso a la superficie de burbujas que se encontraban inicialmente disueltas en el líquido contenido en el depósito; determinar que existe una fuga cuando se ha verificado que la señal
acústica captada se corresponde con un burbujeo que no está causado por ninguno de los fenómenos citados anteriormente.
En una primera forma de realización del método para la detección de fugas en depósitos objeto de la presente invención, el patrón de referencia comprende una sucesión de burbujas que se suceden periódicamente con una intensidad determinada y un periodo, T, determinado, donde al verificarse que la señal acústica captada por el sensor comprende al menos un sub-conjunto correspondiente a una sucesión de burbujas con las mismas características que el patrón de referencia, se determina que la señal acústica captada se debe total o parcialmente a una fuga. El periodo, T, de la sucesión de burbujas que se suceden periódicamente según el patrón de referencia mencionado anteriormente está comprendido entre 0,05 y 0,5 segundos.
En una segunda forma de realización del método para la detección de fugas en depósitos objeto de la presente invención, el patrón de referencia comprende al menos un determinado nivel de intensidad sonora, obtenido experimentalmente correspondiente a un burbujeo debido al flujo de gases a través de una fisura en el depósito, de manera que se registra la señal acústica captada por el sensor en un ordenador y se representa en una gráfica la intensidad sonora de dicha señal acústica frente a una escala de tiempo; se representa en la misma gráfica el patrón de referencia, que expresa un determinado nivel de intensidad sonora, correspondiente a un burbujeo producido por el flujo de gases a través de fisuras en un depósito;
Si a resultas de la comparación de la señal acústica con el patrón de referencia se verifica que el nivel de intensidad sonora de la señal acústica captada por el sensor desciende por debajo del nivel de intensidad sonora que marca el patrón de referencia y permanece a lo largo del tiempo por debajo de este nivel, entonces se determina que la señal acústica captada por el sensor no se corresponde con el burbujeo debido a alguna fisura en el depósito, y que por lo tanto, no existe fuga en el depósito. En una tercera forma de realización del método para la detección de fugas en depósitos objeto de la presente invención el patrón de referencia comprende al menos
una de las siguientes señales: una señal de burbujeo correspondiente al ascenso de burbujas producidas por un proceso de ebullición en el interior del depósito, o burbujas de un gas que deja de estar disuelto en el líquido contenido en dicho depósito; - una señal de burbujeo correspondiente al ascenso de burbujas en el interior del depósito que inicialmente se encuentran adheridas a la pared del depósito por efecto de la tensión superficial del líquido contenido en el depósito, o que se encontraban atrapadas en el seno de un residuo sólido acumulado en el interior de dicho depósito; Si a resultas de la comparación de la señal acústica con el patrón de referencia se verifica que la señal acústica captada por el sensor no se asemeja lo suficiente al patrón de referencia, entonces se determina que la señal acústica captada por el sensor se corresponde con el burbujeo debido a alguna fisura en el depósito, y que por tanto, existe fuga en el depósito. En una cuarta forma de realización del método de detección de fugas en depósitos objeto de la presente invención, el patrón de referencia se corresponde con un nivel fijo de intensidad sonora, de manera que al verificarse que la señal acústica captada por el sensor desciende por debajo de dicho nivel y permanece por debajo de dicho nivel a lo largo del tiempo, se determina que la señal acústica de burbujeo captada por el sensor no proviene de un burbujeo debido a una fuga.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS
La presente descripción se entenderá mejor a la vista de las siguientes figuras.
La figura 1 representa esquemáticamente un depósito de líquido en el que se ha introducido un micrófono para detectar señales acústicas producidas por un burbujeo en el interior del depósito.
La figura 2 muestra una gráfica en donde se representa, en escala de intensidades acústicas frente a escala de tiempos, la señal acústica captada por el micrófono, compuesta por distintos pulsos de una intensidad determinada.
La figura 3a muestra una gráfica en donde se representa, en escala de intensidades acústicas frente a escala de tiempos, la señal acústica captada por el micrófono, con el
mismo nivel de intensidad que una señal patrón de referencia.
La figura 3b muestra una gráfica en donde se representa, en escala de intensidades acústicas frente a escala de tiempos, la intensidad de una señal acústica captada por el micrófono y una señal patrón de referencia.
La figura 3c muestra una segunda gráfica en donde se representa, en escala de intensidades acústicas frente a escala de tiempos, la intensidad de una señal acústica captada por el micrófono y una señal patrón de referencia.
La figura 4 muestra una gráfica en donde se representa, en escala de intensidades acústicas frente a escala de frecuencias, la intensidad de una señal acústica captada por el micrófono y una señal patrón de referencia.
A continuación se presenta un listado de las referencias numéricas empleadas en las figuras.
1. Depósito.
2. Fisura.
3. Burbujas.
4. Burbujas.
5. Burbujas.
6. Líquido.
7. Sensor.
8. Pared.
9. Ordenador.
10. Dispositivo regulador de presión. 202. Sub-conjunto.
301. Señal acústica.
302. Patrón de referencia.
401. Señal acústica.
402. Patrón de referencia.
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE UNA FORMA DE REALIZACION DE LA INVENCION La presente invención se refiere a un método para detectar fisuras (2) en depósitos (1) de gran volumen. El método se basa en la introducción de un micrófono (7) o cualquier otro receptor acústico en el interior del depósito (1), de manera que dicho micrófono (7) actúa como un transductor de las señales acústicas (301 , 401) producidas en el interior del depósito (1). Las señales acústicas (301 , 401) se envían a un ordenador (9) u otro dispositivo de procesamiento de datos donde, mediante un procedimiento específico, se procesan y se generan unas gráficas que representan la intensidad de las señales acústicas (301 , 401) frente al tiempo o la frecuencia.
En una forma de realización preferente de la presente invención, dicho método de detección de fugas se aplica a depósitos (1) que almacenan líquidos (6). Dicho método está especialmente indicado para su aplicación en controles de calidad de depósitos (1) de combustible.
La figura 1 muestra un depósito (1) que almacena un líquido (6). En dicho depósito (1), se regula la presión artificialmente por medio de un regulador de la presión (10), y se introduce un micrófono (7) que está conectado a un ordenador (9). Dicho micrófono (7) capta las señales acústicas (301 , 401) de burbujeo en el interior del depósito (1).
Las mencionadas señales acústicas (301 , 401), pese a poder ser de muy baja intensidad, son perfectamente captables por un micrófono (7), siempre que dicho micrófono (7) tenga la sensibilidad adecuada.
El presente método se propone determinar la causa que origina el burbujeo, para diferenciar entre: a) un burbujeo originado por penetración, a través de una fuga o fisura (2) existente en la pared (8) del depósito (1), de un gas exterior al depósito (1), generalmente aire, hacia el interior del depósito (1), debido a que la presión en el interior del depósito (1) es inferior a la presión en el exterior del depósito (1), produciéndose por tanto burbujas (3) que tienden a ascender hacia la
superficie libre del líquido (6) contenido en el depósito (1), y; b) un burbujeo originado por una causa distinta a la fuga anteriormente mencionada, en cuyo caso cabe distinguir: b.1 ) ascenso a la superficie de burbujas (4) adheridas a la superficie interior de la pared (8) del depósito (1) por efecto de la tensión superficial del líquido (6), o burbujas (4) atrapadas en el seno de residuos sólidos acumulados en el interior del depósito (1), donde dicho ascenso se produce por disminución de la presión en la parte seca superior del depósito (1); b.2) ascenso a la superficie de burbujas (5) formadas a partir de gas que inicialmente se encontraba disuelto en el líquido (6), donde dicho ascenso se produce por disminución de la presión en la parte seca superior del depósito (1); b.3) ascenso a la superficie de burbujas (5) formadas a partir de un proceso de gasificación en el seno del líquido (6) contenido en el depósito (1), en el que, por disminución de la presión local en el interior del depósito (1), dicho líquido entra en fase de ebullición.
A presión atmosférica (~ 101 ,3 kPa), cada líquido (6) tiene una determinada temperatura de ebullición. La temperatura de ebullición del agua a presión atmosférica es de 100 °C. Pero cuando la presión a la que se encuentra sometido el líquido (6) disminuye, la temperatura de ebullición también disminuye, de manera que si el líquido (6) se encuentra sometido a una presión muy baja, éste puede entrar en ebullición a una temperatura inusualmente baja. Por ejemplo, la temperatura de ebullición del agua a una presión de 55, 15 kPa es de 83,83 °C. En los controles de calidad efectuados a depósitos (1), que comprenden realizar un ensayo acústico para comprobar, a través de señales acústicas (301 , 401) correspondientes a burbujeos, la existencia de fisuras (2), se desecha (para su sustitución o reparación) cualquier depósito (1) que dé positivo en dicho ensayo. Por tanto, es sumamente conveniente conocer los distintos fenómenos que pueden causar un burbujeo en el interior de un depósito (1), así como poder distinguir entre un burbujeo originado a partir de una fuga o fisura (2) y un burbujeo originado por alguno
de los fenómenos antes descritos, que pueden falsear el resultado de un ensayo dando un falso positivo.
El presente método para la detección de fugas en depósitos (1) opera de la siguiente manera. Se emplea un sensor (7), receptor de señales acústicas y vibraciones, típicamente un micrófono de alta sensibilidad. Dicho sensor se emplea típicamente introduciéndolo en el interior de un depósito (1) que contiene un líquido (6).
El sensor (7) puede situarse tanto por encima como por debajo de la superficie libre del líquido (6), por lo que dicho sensor (7) ha de ser resistente al líquido (6) en el cual se sumerja. Se hace disminuir artificialmente la presión en el interior del depósito (1) por medio de un dispositivo regulador de la presión (10), hasta llegar a hacer el vacío o, por lo menos, hasta llegar a crear una presión negativa en el interior del depósito (1) con respecto a la presión existente en el exterior del depósito (1). De esta manera, en caso de existir alguna fisura (2) en la pared (8) del depósito (1), se fuerza la entrada del gas exterior hacia el interior del depósito (1).
El sensor (7) envía las señales acústicas (301 , 401) captadas a un dispositivo de procesamiento de datos, típicamente un ordenador (9), en donde dichas señales (301 , 401) son registradas y procesadas. Se elaboran unas gráficas que representan la amplitud de la señal acústica (301 , 401) frente a una escala de tiempo o de frecuencia. En una primera forma de realización del presente método de detección de fugas en depósitos, el dispositivo regulador de la presión (10) disminuye la presión en el interior del depósito; el sensor (7) capta las señales acústicas procedentes del burbujeo, y las envía al ordenador (9) donde son registradas.
La señal acústica es comparada con un patrón de referencia para detectar los instantes en los que se producen burbujas, midiéndose también la intensidad de cada una de ellas. La figura 2 representa una posible sucesión de burbujas en escala de intensidad sonora frente a escala de tiempos. Si dentro de esta sucesión de burbujas se encuentra un sub-conjunto (202) que se sucede de forma periódica, es decir a intervalos de tiempo iguales al periodo, T, y con una intensidad similar; el método determina que hay fuga. Si por el contrario no se encuentra ningún subconjunto que cumpa esta condición el método determina que se trata de un falso positivo.
De esta manera, mediante la comparación de la señal acústica de burbujeo captada por el sensor (7) con un determinado patrón de referencia obtenido de manera experimental, es posible determinar si existe una fuga en el depósito (1), o si por el contrario, dicho burbujeo no se debe a una fuga. Tanto la señal acústica de burbujeo captada por el sensor (7), como el patrón de referencia obtenido de manera experimental, pueden representarse en escala de intensidad sonora frente a escala de tiempos, o en escala de intensidad sonora frente a escala de frecuencias.
En una segunda forma de realización del presente método de detección de fugas en depósitos, el dispositivo regulador de la presión (10) disminuye la presión en el interior del depósito (1); el sensor (7) capta las señales acústicas (301) procedentes del burbujeo, y las envía al ordenador (9) donde son registradas.
Se compara la señal acústica (301) con un determinado patrón de referencia (302) previamente obtenido de manera experimental, mediante el cual se verifica la existencia o inexistencia, en la señal acústica (301) registrada, de alguna componente no debida a fuga.
Las figuras 3a, 3b, y 3c muestran, según esta segunda forma de realización del presente método de detección de fugas en depósitos (1), sendas gráficas de comparación entre la señal acústica (301) captada por el sensor (7), y el patrón de referencia (302) mencionado anteriormente.
Según esta segunda forma de realización del presente método de detección de fugas en depósitos (1), el patrón de referencia (302) comprende al menos un nivel de intensidad sonora, medida típicamente en decibelios (dB). Dicho nivel de intensidad sonora se corresponde con el nivel de intensidad sonora producido por el burbujeo que se origina durante el ensayo de estanqueidad en un depósito (1) cuando existen fugas.
Cuando se producen el ascenso hacia la superficie libre del líquido (6) contenido en el depósito (1) de burbujas (5) formadas a partir de gas que se encontraba inicialmente disuelto en el líquido (6), o burbujas (4) adsorbidas inicialmente en el seno del depósito (1), el nivel de intensidad sonora debido al burbujeo aumenta. Si al observar la señal acústica (301) captada por el sensor (7), se comprueba que inicialmente su nivel de intensidad sonora se encuentra por encima del nivel de
intensidad sonora que marca el patrón de referencia (302), y que la intensidad sonora de dicha señal acústica (301) captada por el sensor (7) disminuye conforme pasa el tiempo hasta estabilizarse en un nivel igual o superior al nivel de intensidad sonora del patrón de referencia (302), entonces se verifica que existe una fisura (2) en el depósito (1).
La explicación de la variación en el tiempo de la intensidad sonora de la señal acústica (301) captada por el sensor (7) se debe a que los fenómenos de ascenso de burbujas (4) adsorbidas o burbujas (5) que dejan de estar disueltas en el líquido (6), suelen ser fenómenos transitorios, que desaparecen transcurrido un periodo de tiempo determinado.
Si la señal acústica (301) captada por el sensor (7) tiene un nivel de intensidad sonora inicialmente superior al patrón de referencia (302), y va disminuyendo conforme pasa el tiempo hasta quedar por debajo y mantenerse por debajo de dicho patrón de referencia (302), o incluso hasta llegar a anularse, entonces se verifica que no existe ninguna fisura (2) en el depósito (1).
Según esta forma de realización, el patrón de referencia (302) sigue un criterio cuantitativo, es decir, está basado en la comparación del nivel de intensidad sonora, medido típicamente en dB, de la señal acústica (301) captada, con al menos un nivel de intensidad sonora de referencia. Según una tercera forma de realización del presente método de detección de fugas en depósitos, se compara la señal acústica (401) con un determinado patrón de referencia (402), obtenido de manera experimental.
La figura 4 muestra, según esta tercera forma de realización del presente método de detección de fugas en depósitos (1), una gráfica de comparación entre la señal acústica (401) captada por el sensor (7), y el patrón de referencia (402) mencionado. El criterio de comparación en esta gráfica es cualitativo, representándose las señales acústicas en valores de intensidad sonora frente a la frecuencia.
Según esta tercera forma de realización del presente método de detección de fugas en depósitos (1), el patrón de referencia (402) comprende al menos una señal de referencia correspondiente al sonido que se registra en un depósito (1) debido al ascenso burbujas (5) que se producen por ebullición, o por ascenso de burbujas (5)
que dejan de estar disueltas en el líquido (6) contenido en el depósito (1), o por ascenso de burbujas (4) adsorbidas que estaban, o bien adheridas inicialmente a la pared (8) del depósito (1) por efecto de la tensión superficial del líquido (6), o bien que se encontraban atrapadas en el seno de residuos sólidos acumulados en el interior del depósito (1).
La señal acústica (401) captada por el sensor (7) se compara con la señal correspondiente al patrón de referencia (402), y si la señal acústica (401) captada por el sensor (7) no se asemeja lo suficiente al patrón de referencia (402), se verifica que la señal acústica (401) captada por el sensor (7) corresponde exclusivamente a un burbujeo producido por fisuras (2) en el depósito (1).
En caso de que la señal acústica (401) captada por el sensor (7) se asemeje lo suficiente al patrón de referencia (402), se verifica que la señal acústica (401) captada por el sensor (7) se debe, parcial o totalmente, a un burbujeo originado por las causas, ajenas a una fuga, mencionadas anteriormente. Según una cuarta forma de realización del presente método de detección de fugas en depósitos (1), el sensor (7) capta una señal acústica procedente de un burbujeo en el seno del líquido (6) contenido en el depósito (1), y se comprueba si, transcurrido un periodo de tiempo determinado, dicha señal acústica procedente de un burbujeo se interrumpe, o bien continúa. Si la señal acústica de burbujeo continúa tras haber transcurrido el mencionado periodo de tiempo predeterminado, se determina que el burbujeo está originado por una fuga en el depósito (1).
La explicación de este hecho es que cuando el burbujeo no se debe a una fuga en el depósito (1), la causa que lo origina tiende a desaparecer transcurrido un determinado periodo de tiempo, de manera que si el burbujeo no cesa, es razonable suponer que existe una fuga en el depósito (1), y que el depósito (1) ha de ser reparado o repuesto.
Por medio de este método, se consigue discernir si la señal acústica (301 , 401) captada por el sensor (7) se debe, parcial o totalmente, a uno de los fenómenos, ajenos a una fuga, que han sido descritos anteriormente. Gracias a este método, la detección de fugas se convierte en un proceso mucho más preciso ya que se eliminan errores de interpretación debidos a sesgos sistemáticos en el registro y análisis estadístico de las señales acústicas (301 , 401) captadas en el interior de un depósito (1)·
Claims
1. Método para la detección de fugas en depósitos (1) que comprende:
- producir una presión negativa en el interior de un depósito (1) mediante un dispositivo regulador de la presión (10) para producir un burbujeo causado por una combinación cualquiera de los siguientes fenómenos:
- penetración de un gas exterior al depósito (1) a través de una fisura (2);
- ascenso a la superficie de burbujas (5) formadas por ebullición de un líquido (6) contenido en dicho depósito (1);
- ascenso a la superficie de burbujas (5) que se encontraban inicialmente disueltas en un líquido (6) contenido en el depósito
O);
- ascenso de burbujas (4) adheridas inicialmente a una superficie interior de una pared (8) del depósito (1) por efecto de la tensión superficial de un líquido (6) contenido en dicho depósito
O);
- ascenso a la superficie de burbujas (4) que se encontraban inicialmente atrapadas en el seno de residuos sólidos acumulados en el interior del depósito;
- emplear un sensor (7) en dicho depósito (1), que capta señales acústicas (301 , 401) en el interior del depósito (1) correspondientes al burbujeo;
- enviar las señales acústicas (301 , 401) captadas por dicho sensor (7) a un ordenador (9) donde se generan unas gráficas que representan la intensidad sonora de dichas señales acústicas (301 , 401) frente al tiempo o frente a la frecuencia; caracterizado por que además comprende:
analizar y comparar las señales acústicas (301 , 401) con un patrón de referencia (302, 402) previamente obtenido experimentalmente correspondiente a una determinada señal de burbujeo; verificar a partir de la anterior comparación si la totalidad o una componente de las señales acústicas (301 , 401) se produce por un fenómeno de ebullición en el interior del depósito (1) o por ascenso de burbujas (4) adheridas inicialmente a una pared (8) del depósito (1) por efecto de la tensión superficial de un líquido (6) contenido en dicho depósito (1), o por ascenso de burbujas (4) que se encontraban inicialmente atrapadas en el seno de un residuo sólido acumulado en el interior del depósito (1), o por ascenso a la superficie de burbujas (5) que se encontraban inicialmente disueltas en el líquido (6) contenido en el depósito (1); determinar que existe una fuga cuando se ha verificado que la señal acústica (301 , 401) captada se corresponde con un burbujeo que no está causado por ninguno de los fenómenos citados anteriormente.
2. Método para la detección de fugas en depósitos (1) según la reivindicación 1 , caracterizado por que el patrón de referencia comprende una sucesión de burbujas que se suceden periódicamente con una intensidad determinada y un periodo, T, determinado, donde al verificarse que la señal acústica captada por el sensor (7) comprende al menos un sub-conjunto (202) correspondiente a una sucesión de burbujas con las mismas características que el patrón de referencia, se determina que la señal acústica captada se debe total o parcialmente a una fuga.
3. Método para la detección de fugas en depósitos (1) según la reivindicación 2, caracterizado por que el periodo, T, de la sucesión de burbujas que se suceden periódicamente según el patrón de referencia está comprendido entre 0,05 y 0,5 segundos.
4. Método para la detección de fugas en depósitos (1) según la reivindicación 1 , caracterizado por que el patrón de referencia (302) comprende al menos un determinado nivel de intensidad sonora, obtenido experimentalmente correspondiente a un burbujeo debido al flujo de gases a través de una fisura (2) en el depósito (1), de manera que
a. se registra la señal acústica (301) captada por el sensor (7) en un ordenador (9) y se representa en una gráfica la intensidad sonora de dicha señal acústica (301) frente a una escala de tiempo; b. se representa en la misma gráfica el patrón de referencia (302), que expresa un determinado nivel de intensidad sonora, correspondiente a un burbujeo producido por el flujo de gases a través de fisuras (2) en un depósito (1); donde, si a resultas de la comparación de la señal acústica (301) con el patrón de referencia (302) se verifica que el nivel de intensidad sonora de la señal acústica (301) captada por el sensor (7) desciende por debajo del nivel de intensidad sonora que marca el patrón de referencia (302) y permanece a lo largo del tiempo por debajo de este nivel, entonces se determina que la señal acústica (301) captada por el sensor (7) no se corresponde con el burbujeo debido a alguna fisura (2) en el depósito (1), y que por lo tanto, no existe fuga en el depósito (1).
5. Método para la detección de fugas en depósitos (1) según la reivindicación 1 , caracterizado por que el patrón de referencia (402) comprende al menos una de las siguientes señales: i. una señal de burbujeo correspondiente al ascenso de burbujas (5) producidas por un proceso de ebullición en el interior del depósito (1), o burbujas (5) de un gas que deja de estar disuelto en el líquido (6) contenido en dicho depósito (1);
¡i. una señal de burbujeo correspondiente al ascenso de burbujas (4) en el interior del depósito (1) que inicialmente se encuentran adheridas a la pared (8) del depósito (1) por efecto de la tensión superficial del líquido (6) contenido en el depósito (1), o que se encontraban atrapadas en el seno de un residuo sólido acumulado en el interior de dicho depósito (1);
de manera que, si a resultas de la comparación de la señal acústica (401) con el patrón de referencia (402) se verifica que la señal acústica (401) captada por el sensor (7) no se asemeja lo suficiente al patrón de referencia (402), entonces se determina que la señal acústica (401) captada por el sensor (7) se corresponde con el burbujeo debido a alguna fisura (2) en el depósito (1), y que por tanto, existe fuga en el depósito (1).
6. Método para la detección de fugas en depósitos (1) según la reivindicación 1 , caracterizado por que el patrón de referencia se corresponde con un nivel fijo de intensidad sonora, donde, al verificarse que la señal acústica captada por el sensor (7) desciende por debajo de dicho nivel y permanece por debajo de dicho nivel a lo largo del tiempo, se determina que la señal acústica de burbujeo captada por el sensor (7) no proviene de un burbujeo debido a una fuga.
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| Publication number | Publication date |
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| ES2491490B1 (es) | 2015-06-29 |
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