WO2016174284A1 - Dispositivo detector de fugas de agua en tuberías y procedimiento para la detección de fugas - Google Patents

Dispositivo detector de fugas de agua en tuberías y procedimiento para la detección de fugas Download PDF

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WO2016174284A1
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Agustin RAMIREZ GARCIA
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Aganova S.L.
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Definitions

  • the present invention relates to a device that has been specially designed to carry out the detection of water leaks in large diameter pipes by means of the low frequency sound produced by a water anomaly in a large diameter pipe under load subjected to high pressures
  • the object of the invention is to provide a device that, in addition to allowing such detection, is reliable, simple and consequently economical.
  • the object of the invention is also the means for inserting and removing the device, as well as the actual procedure used to detect the exact positioning of the leak.
  • leak detection in the current water leak detection apparatus, especially those centered on transport pipes, leak detection generally uses a moisture measurement close to water leakage .
  • This measurement is carried out by means of different devices, either humidity measurement, temperature measurement, or variation of a voltage caused by an induced current that varies depending on the humidity of the place.
  • US4016748 A method and apparatus for detecting a leak in a conduit is presented.
  • the method contemplates, starting from a fluid that flows through a conduit at a pressure higher than atmospheric, the placement inside the duct of a leak sensor floating that is sensitive to differences in pressure and speed caused by a leak, moving the leak sensor through the conduit along with the fluid, whereby the sensor stops its movement through the conduit once a leak is detected.
  • This invention resolves the detection of a first leak in a conduit, but stops upon finding it and is relative to the size of the leak produced in the conduit. Therefore, with the device described in US4G16748 A it is possible to detect the first leak in a conduit, but it is not possible to detect possible subsequent leaks.
  • the invention patent US4894539 presents a method for determining the position of a leak in a conduit or pipe, especially one of small diameter, in which a short piece of co-axial cable is inserted. It has a short-lived radioisotope in the conduit or pipe and is forced to move along the pipe. With this invention the leak detection is partially resolved but only in small diameter pipes.
  • the invention patent WO 2006/081671 which describes a device materialized in a kind of sphere, equipped with a magnetic sensor: an accelerometer and means for data collection, being able to incorporate a acoustic sensor, such as a hydrophone.
  • the device described in the invention patent WO 2006/081671. provides means for such an end that are complex and consequently expensive, ”as well as imprecise.
  • the sphere in which it materializes present means that ia float, in order that the sphere travels rolling along the pipe or pipes of concerned, so that the position of the same is calculated through the control of the revolutions that it gives on the wall of the pipe, using an accelerometer, which complicates the internal structure of the device in addition to obtaining readings that errors may occur, if the sphere slides instead of rolling, to which we must add the fact that the possible measurement errors are significantly increased when the length of the pipes to be analyzed is very high, since there are no means that Synchronize the device after a certain preset distance.
  • the device that is recommended solves in a fully satisfactory way the problem previously exposed in each of the aspects mentioned, providing a much more precise, structurally simple, and consequently more economical and reliable device.
  • the device of the invention is embodied in a kind of sphere, which does not need means to make it float, since it is not intended to rotate on the internal surface of the pipe , nor does it need a coating that adherent material that guarantees said rotation, but that the present device travels together with the flow of water circulating through the pipe, with a neutral notability, so that the said device slides or rolls does not affect not at all when determining precisely the exact positioning of the same for which a leak in this pipe has been detected .
  • the device has an aquatic hydrophone associated with a signal adapter! and a processor capable of characterizing the signal received by the hydrophone, so that the sound emitted by an anomaly ⁇ water leak or air bag) inside the large diameter pipe has a specific and known sound spectrum. More specifically, the sound emitted by a water leak in a large diameter pipe subjected to high pressures focuses on the audible sound range, between 20 Hz and 20 KHz, being easily distinguished and characterized. In fact, the amplitude of the sound that gives off a leak inside a large diameter pipe increases its value by increasing the pressure inside the pipe.
  • Hydrophone and processor are attached to a battery and covered by a hollow housing, introducing the assembly inside a large diameter pipe through the access valves available in the pipe access caskets quickly and easily.
  • the microprocessor has a clock module, by means of which the time elapsed since the insertion of the device is assigned to each of the acoustic signals received and interpreted by it.
  • the device has an ignition system from which the device begins to control the time it has been traveling inside the pipe, from which the water flow is known and. consequently, the speed at which the device travels together.
  • the ignition control system is used to switch to! device from off mode, to on mode.
  • the device is waterproof and cannot be opened, so an additional connector is needed to perform the ignition. It consists of uncles main parts: a USB connector and the control circuitry.
  • the USB connector is used to charge the internal battery, as well as to make a physical connection between the internal clock module and the external one.
  • the control circuitry creates a pulse that causes the device to switch from on to off mode, and vice versa. It is formed by a hose or cable, which connects the USB connector with the control circuitry, a power button that generates an electric current that, in turn, causes the control circuitry to activate or not the device, and a LED status, which warns if it is in on or off mode.
  • the device has a communications module, which is used to send information, from inside the device to the outside, without having to open it.
  • Information will be sent in at least one of the following three ways: Bluetooth, long-range radio communication, or ultrasonic communication.
  • Bluetooth communication is used for massive data overseas voicing, so As for device identification.
  • Ultrasonic communication is used to establish communication with the device inside the pipe.
  • Long-range radio communication is used to establish communication with the device if any of the other communication methods fail, being a redundant communication system.
  • Synchronizer systems are used to create bounded / known sections of the start / end of the route. To place synchronizers in the path of the device the operability is improved, since greater distances can be realized, maintaining a constant margin of error, and in a known section the errors can be minimized if it is divided into smaller sections.
  • the synchronizing systems consist of a communications module, a clock module and a power module.
  • the communications module is used to send data from the device to the outside of the pipe.
  • This information can be stored in the synchronization system or it can be sent to an external server that stores the information through a GSM / GPRS module.
  • the communication can be unidirectional communication, from the synchronizer system to e! device, using knockers, tone generators and bluetooth, or two-way communication. between the synchronizer system and the device, by means of radio or ultrasonic communications.
  • the unidirectional communications system emits a pattern known by the device from the outside of the pipe to the communications module, so that it identifies that pattern and acts accordingly.
  • the pattern can be generated using a punch system, a tone generating system, or a Bluetooth module.
  • the purpose of the device is to know the place where anomalies are found inside a pipeline.
  • the audio recorded by the recording system and extracted through the ignition system control module is used. With the recorded audio, the anomalies existing inside the pipe can be detected, as well as the time it took for the device to arrive from the Start, to the anomaly.
  • the distance to which the anomalies are found can be calculated, thanks to the equation of the uniform rectilinear movement, where the Only the water propagation direction counts.
  • the positions are used to know the distance between the insertion points, synchronizers and extraction. To know them, the cartography of the place is used, if there is no cartography a GPS is used to know it.
  • the synchronizer points are used to make a calculation by sections, reducing the known section error.
  • the flow rate is known thanks to a flow meter placed in the system of Insertion or extraction system. This speed is used to know the distance as a function of time, thanks to the equation of uniform rectilinear motion.
  • the housing may be of various materials or set thereof, among which the plastic can be highlighted, and may optionally incorporate a wireless communications module, which sends in real time the sound inside the pipe, to a module of communications, receiver outside the pipeline.
  • a wireless communications module which sends in real time the sound inside the pipe, to a module of communications, receiver outside the pipeline.
  • an insertion device which comprises a rod, a plate, an O-ring, a flexible metal jacket and a caudaiimetrc.
  • the device is placed inside the metal jacket, the metal jacket is connected to the large diameter pipe socket, the large diameter pipe valve is opened and pushed through the rod, into the interior of the pipe, of so that the flowmeter measures the speed of the water.
  • the metal jacket serves, together with its old people, to create an area with the same pressure as the interior of the large diameter pipe, which is accessed. In this shirt the device is introduced.
  • the rod is responsible for transmitting the movement from the top of the shirt, where the device is located, to the bottom of the shirt, where the inside of the pipe is located.
  • the plate serves so that the device does not slip when pushed by the rod.
  • the extraction system is used to remove the sphere from inside the pipe loaded to the outside.
  • the extraction system is composed from a metal shirt, a rod, a net. flexible plates, a camera, an arrival detector, an o-ring, and a flowmeter.
  • the extraction system is placed in a large diameter pipe valve, attached to the metal jacket and pushed to the end of the pipe, where the plates open and the network is dispensed.
  • the network catches the device when it approaches this network, so that the camera displays it and the arrival detector is activated.
  • the flowmeter measures the speed of the water, fundamental data to establish the exact distances to the possible leaks.
  • the metal jacket serves, together with its anchors, to create an area with the same pressure as the inside of the large diameter pipe, which is accessed.
  • the rod is responsible for transmitting the movement from the top of the metal jacket, where the extraction system is located, to the bottom of the jacket, where the inside of the pipe is located. Subsequently, when the device is detected, the movement is transmitted from inside the pipe, where the collection system is located, to the top of the metal jacket, where it will be collected.
  • the O-ring is used since the pressure inside the metal jacket is arta. If not used, it is together, the water would flow out of the joint.
  • the camera is placed at the bottom of the collection system, focused upwards. This allows you to perform the following actions: 1) Position the collection system perpendicular to the direction of the tube.
  • the camera has a video output that connects to an external monitor outside the pipe.
  • the network of the collection system must be a matter! flexible and shock resistant caused by the arrival of the device.
  • Figure 1 - Shows a representation corresponding to a front elevation view of a water leak detection device in pipes made in accordance with the object of the present invention.
  • Figure 2. Shows a perspective and sectional view according to an imaginary vertical and diametral plane of the device of the previous figure.
  • Figure 3. Shows an exploded view of the device of the previous figures.
  • Figure 4. Shows a sectional and sectional view of an access to a large diameter pipe from which the device of the invention is inserted, being able to observe the device used to easily carry out said insertion.
  • Figure 5 shows a view similar to that of Figure 4. but corresponding to the extraction means provided for the device of the invention.
  • Figure 6. It shows a view in longitudinal section of a section of large diameter pipe with a water leak in its wall, being able to observe how this leak produces a sound different from the rest of the pipe when an acoustic signal is applied , which is easily identifiable by the device of the invention.
  • Figure 7. Shows a detail in perspective of the means for collecting the device, at the lower level thereof.
  • Figure 8 shows, finally, a detail of the collection means shown in Figure 7, in which the inclusion of a focus-chamber assembly that facilitates the work of extracting said device can be observed.
  • the device of the invention is constituted from an essentially spherical housing, obtained from two half-shells (1-v) acceptable tightly between yes, in which there is a hydrophone (2), the semi-housings being affected by holes (3) and windows (4) on which connections (7-8) are arranged, connected to the hydrophone (2), to be able to capture the sound produced in the water.
  • the hydrophone (2) is connected to a signal processor (9), which stores the information on a memory card (10 ⁇ and is powered by a battery (11), said signal processor (9) having a module clock (12) or timed through which the reception of the signals is associated at the specific moment of reception of them, so that, from the speed or flow of the water, positioning can be established with great precision Exactly of the leak detected from the time that has elapsed until the moment of its detection.
  • a signal processor (9) which stores the information on a memory card (10 ⁇ and is powered by a battery (11), said signal processor (9) having a module clock (12) or timed through which the reception of the signals is associated at the specific moment of reception of them, so that, from the speed or flow of the water, positioning can be established with great precision Exactly of the leak detected from the time that has elapsed until the moment of its detection.
  • the housing is complemented with a series of perimeter grooves, in which the corresponding seals (33) are inserted, which constitute adherent means that would allow rolling if a device in case of jamming, although, and as previously mentioned, ios means that determine the position of the device and consequently of the possible leaks, are fully functional and independent of the relative position or not in which the device is located.
  • the device is capable of incorporating a communications module (13). so that it can communicate in real time with a series of synchronizers, arranged externally and every certain distance along the pipes, so that.
  • the communications module is used to send data from the device to the outside of the pipeline. Information that can be stored in the synchronization system or can be sent to an external server that stores the information through a GSM / GPRS module.
  • Communication can be unidirectional communication, from the synchronizer system to the device, using knockers, tone generators and bluetooth, or two-way communication! between the synchronizing system and the device by means of radio or ultrasound communications, so that by starting these synchronizers, the positional parameters of the device are reset, avoiding the accumulation of errors in the calculation of the distance traveled by it.
  • FIG 4 it is shown how the device is introduced into a large diameter pipe by means of the access system (14) of the casings of the water distribution network.
  • a rod (16) is connected to the access system through the access valve (17).
  • the access valve ⁇ 17) is opened and the leakage agent is pushed by the stem (16).
  • the stem is introduced through its limb Bottom with a metal jacket (21) that serves, together with its anchors, to create an area with (at the same pressure as the inside of the large diameter pipe, which is accessed.
  • the set is complemented by an O-ring, not referenced, which is used since the pressure inside the metal jacket is sore. If not used, it is together, the water would flow out of the joint.
  • a device in figure 5, and in order to guarantee the correct extraction of the leak detector, a device is provided that has a rod (16 '): which includes a network (18) inferiorly intended to receive the device.
  • the rod (16 ' ) is passed through the access valve (17) of the access socket (14') and is joined by an O-ring.
  • the device is complemented by a metal jacket (2V), a pair of flexible plates (22) to which the network (18) and an electronic device (23) that integrates a camera, an arrival detector and a flowmeter are attached
  • the extraction system is placed in a large diameter pipe valve, joins the metal jacket and is pushed to the end of the pipe where the plates open and the network expands.
  • the network catches the device when it approaches this network, so that the camera visualizes it and the arrival detector is activated.
  • the flowmeter measures the speed of the water, fundamental data to establish the exact distances to the possible leaks.
  • the leak detection system will advance per the pipe (15).
  • a water leak (20) is found on the pipe wall ⁇ 15 ⁇ , it will emit a different sound (21) that is captured by the hydrophone (2),
  • the dimensions of the sphere although these may vary according to different design criteria, by way of example, it can be materialized in a sphere between SO and 150mm radius and 0.8mm thick, with tight seal and obtained preferably in plastic, although it could be obtained in other materials or combinations thereof.

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Abstract

El dispositivo de la invención se materializa en una pequeña esfera de flotabilidad neutra, en cuyo seno se establece al menos un hidrófono (2) que va conectado a un procesador de señal (9), que guarda la información en una tarjeta de memoria (10) y que es alimentado mediante al menos una batería (11), contando dicho procesador de señal (9) con un módulo de reloj (12), mediante el que se asocia en la memoria (10) el tiempo de navegación transcurrido para cada señal de audio recibida por el hidrófono (2), de manera que a partir del tiempo de navegación pueda establecerse la posición exacta de las anomalías o fugas detectadas. El dispositivo se complementa con una serie de sincronizadores exteriores, dispuestos cada cierta distancia, mediante los cuales se neutraliza el error de posición que pudiera acumular el dispositivo. Se consigue de esta forma un dispositivo sencillo, consecuentemente barato, sólido, duradero y sumamente eficaz.

Description

DISPOSITIVO DETECTOR DE FUGAS DE AGUA EN TUBERÍAS Y PROCEDIMIENTO
PARA LA DETECCIÓN PE FUGAS
D E S C R I P C I Ó N
OBJETO DE LA INVENCIÓN
La presente invención se refiere a un dispositivo que ha sido especialmente concebido para llevar a cabo la detección de fugas de agua en tuberías de gran diámetro mediante el sonido de baja frecuencia que produce una anomalía de agua en una tubería de gran diámetro en carga sometida a altas presiones.
El objeto de la invención es proporcionar un dispositivo que además de permitir dicha detección, sea fiable, sencillo y consecuentemente económico.
Son igualmente objeto de la invención los medios para insertar y extraer el dispositivo, así como el procedimiento propiamente dicho utilizado para detectar el posicionamiento exacto de la fuga.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
En el ámbito de aplicación práctica de la invención, en los aparatos de detección de fugas de agua actuales, especialmente en los centrados en tuberías de transporte, la detección de fugas utiliza, en general, una medida de la humedad cercana a la fuga de agua. Esta medida se realiza mediante distintos aparatos, bien sea de medida de humedad, medida de temperatura, o variación de una tensión provocada por una corriente inducida y que varía en función de la humedad del lugar.
En ei documento US4016748 A se presenta un método y aparato para detectar una fuga en un conducto. El método contempla, partiendo de un fluido que fluye a través de un conducto a presión superior a la atmosférica, la colocación dentro del conducto de un sensor de fugas flotante que es sensible a las diferencias de presión y velocidad causadas por una fuga, moviendo el sensor de fugas a través deí conducto junto con e¡ fluido, con lo cual el sensor detiene su movimiento a través del conducto una vez detectada una fuga.
Esta invención resuelve la detección de una primera fuga en un conducto, pero se detiene al encontrarla y es relativa al tamaño de la fuga producida en el conducto. Por lo tanto, con ei dispositivo descrito en el documento US4G16748 A es posible la detección de la primera fuga en un conducto, pero no es posible detectar posibles fugas posteriores.
También están presentes en el mercado aparatos de detección de fugas como ei descrito en ei documento ÜS20130186181 A1 , que presenta un cuerpo rígido que se apoya elásticamente dentro de una jaula externa y es movido por una fuerza de succión generada por un gradiente de presión local que resulta de una fuga dentro de una red de tuberías. Sin embargo este método resuelve el problema de la detección de fugas de agua en el interior de una tubería, pero con una distancia a ia fuga propercionaf al gradiente de presión generado por la fuga. Con esta invención se pretende una solución para toda la red de tuberías por la que se transporta y distribuye ei agua.
Se conocen también otros modos de detección de fugas basados en la patente de invención ÜS20140174186 A1, la cual proporciona un sistema para ia detección de fugas de un fluido en una red de tuberías mediante medidores de flujo y detectores de vibración de agua. En dicha invención, un procesador analiza las señales de los medidores de flujo, siendo necesario medir el flujo que circula por el interior de la red de tuberías en cada sección. Estos sistemas se utilizan para detección de grandes fugas, ya que los medidores de fiujo deben de capturar la diferencia de flujo entre dos puntos y si ia fuga es pequeña este valor es inapreciable.
Por otro lado, la patente de invención US4894539 presenta un método para determinar la posición de una fuga en un conducto o tubería, especialmente uno de pequeño diámetro, en ei que se inserta un trozo corto de cable co-axial. que lieva un radioisótopo de corta duración en el conducto o tubería y que es obligado a moverse a lo largo de la tubería. Con esta Invención se resuelve parcialmente la detección de fugas pero solo en tuberías de pequeño diámetro. Tratando de obviar esta problemática, es conocida ia patente de invención WO 2006/081671, en la que se describe un dispositivo materializado en una especie de esfera, dotada de un sensor magnético: un acelerómetro y medios para la recogida de datos, pudiendo incorporar un sensor acústico, tal como un hidrófono.
Si bien medíante el empleo de hidrófonos, es decir mediante la emisión de sonidos y análisis de los sonidos recibidos por el dispositivo al ser emitidos estos en el interior de una tubería se consigue detectar de forma sumamente eficaz fugas de agua, debido a la diferente respuesta recibida frente a una tubería sin fugas, la realidad es que no solo es preciso detectar dicha presencia, sino que es imprescindible poder posicionar el lugar exacto en el que se ha detectado dicha fuga.
En tal sentido, el dispositivo descrito en ia patente de invención WO 2006/081671. prevé unos medios para tal fin que resultan complejos y consecuentemente caro», a la par que imprecisos.
Para ello, y de forma mas concreta, en dicho dispositivo se ha previsto que ta esfera en la que se materializa, presente unos medios que ia hagan flotar, en orden a que la esfera se desplace rodando a lo largo de la tubería o tuberías de que se trate, de manera que ia posición de ia misma se calcula medíante el control de las revoluciones que esta da sobre ia pared de la tubería, utilizando para ello un acelerómetro, lo que complica ia estructura interna del dispositivo además de obtener unas lecturas que pueden presentar errores, si la esfera desliza en lugar de rodar, a lo que hay que añadir el hecho de que ios posibles errores de medición se ven incrementados sensiblemente cuando la longitud de las tuberías a analizar es muy elevada, al no disponer de medios que sincronicen el dispositivo transcurrida cierta distancia preestablecida.
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN
El dispositivo que se preconiza, resuelve de forma plenamente satisfactoria la problemática anteriormente expuesta en cada uno de ios aspectos comentados, proporcionando un dispositivo mucho mas preciso, estructuralmente sencillo, y consecuentemente mas económico y fiable. Para ello, y partiendo de la estructuración convencional anteriormente comentada, es decir mediante la inclusión de un aparato captador de sonido, en especial un aparato con hidrófono y un sistema electrónico que caracteriza el sonido recibido por ei hidrófono para identificar de forma univoca ia existencia de una fuga en la tubería de que se trate, el dispositivo de la invención se materializa en una especie de esfera, que no necesita de medios que la hagan flotar, por cuanto que ia misma no está destinada a rotar sobre la superficie interna de la tubería, ni necesita de un recubrimiento que material adherente que garantice dicha rotación, sino que el presente dispositivo se desplaza conjuntamente con el flujo de agua circulante por la tubería, con una notabilidad neutra, de modo que el que dicho dispositivo se deslice o ruede no 3fecta para nada a la hora de determinar con precisión el posicionamiento exacto del mismo para el que se ha detectado una fuga en dicha tubería.
Consecuentemente, y tal y como se acaba de exponer, el dispositivo cuenta con un hidrófono acuático asociado a un adaptador de seña! y un procesador capaz de caracterizar ia señal recibida por ei hidrófono, de manera que el sonido que desprende una anomalía {fuga de agua o bolsa de aire) en eí interior de una tubería de gran diámetro tiene un espectro sonoro concreto y conocido. De forma mas concreta, el sonido que desprende una fuga de agua en una tubería de gran diámetro sometido a aitas presiones se centra en el rango de sonido audible, de entre 20 Hz Y 20 KHz, siendo de fácil distinción y caracterización. De hecho, ia amplitud dei sonido que desprende una fuga en el interior de una tubería de gran diámetro, aumenta su valor al aumentar la presión en ei interior de ta tubería.
Ai no existir perturbaciones en el interior de una tubería, ios sonidos detectados en el intenor de una tubería son con alta probabilidad debidos a una anomalía en el agua de una tubería de gran diámetro. Colocando un hidrófono que capture esta señal, cuando la tubería está repleta de agua, se elimina la necesidad de vaciar la tubería de gran diámetro y lienarla de gas. y por supuesto se reduce ei consumo de agua por el vaciado y llenado de ios conductos de transporte de agua.
Hidrófono y procesador están unidos a una batería y cubiertos por una carcasa hueca, introduciendo el conjunto en el interior de una tubería de gran diámetro por las válvulas de acceso disponibles en las arquetas de acceso a la tubería de forma rápida y sencilla. De acuerdo ya con la esencia de la invención, el microprocesador cuenta con un módulo de reloj, mediante ei que se asigna el tiempo transcurrido desde !a inserción del dispositivo a cada una de las señales acústicas recibidas e interpretadas por el mismo.
Para la activación de dicha temporizacíón, el dispositivo cuenta con un sistema de encendido a partir del cual ei dispositivo empieza a controlar el tiempo que lleva desplazándose por el interior de la tubería, de la cuai se conoce el flujo de agua y. consecuentemente, ia velocidad a la que se desplaza conjuntamente el dispositivo.
El sistema de control de encendido se utiliza para pasar a! dispositivo del modo apagado, al modo encendido.
El dispositivo es estanco y no puede abrirse, de manera que se necesita un coneclor adicional para realizar el encendido. Se compone de tíos partes principales: un conector USB y la Circuiteria de control.
Ei conector USB se utiliza para cargar la batería interna, asi como para realizar una conexión física entre ei módulo de reloj interno con el exterior.
Por su parte, la circuiteria de control crea un pulso que hace al dispositivo pasar de modo encendido a apagado, y viceversa. Está formado por un latiguillo o cable, que une el conector USB con ia circuiteria de control, un pulsador de encendido que genera una corriente eléctrica que, a su vez, hace que la circuiteria de control active o no al dispositivo, y un led de estado, que avisa si está en modo encendido o apagado.
Paralelamente, se ha previsto que el dispositivo cuente con un módulo de comunicaciones, el cual se utiliza para enviar información, desde el interior del dispositivo hasta el exterior, sin necesidad de tener que abrirlo.
Se enviará información de, al menos, una de las tres siguientes formas: Bluetooth, comunicación radio de largo alcance, o comunicación por ultrasonidos.
La comunicación por Bluetooth se utiliza para ei voicado masivo de datos en el exterior, asi como para la identificación del dispositivo.
La comunicación por ultrasonidos se utiliza para establecer una comunicación con el dispositivo en el interior de ia tubería.
La comunicación radio de largo alcance se utiliza para establecer una comunicación con el dispositivo si alguno de los otros métodos de comunicación falla, siendo un sistema de comunicación redundante.
Estos medios de comunicación dei dispositivo resultan sumamente efectivos a ía hora de eliminar posibles errores en ia medición del dispositivo, de manera que se ha previsto una vinculación con sistemas de sincronización dispuestos externamente cada cierta distancia junto a las tuberías, a partir de ias cuales el dispositivo se "reposiciona", y se calculan las anomalías encontradas a lo largo de ia tubería.
Estos sincronizadores definen puntos conocidos de referencia, de manera que, el error de posicionamiento y la incertidumbre que puedan existir en ef cálculo de la distancia es cero en el punto conocido. Los sistemas sincronizadores sirven para crear tramos de inicio/fin de recorrido acotado y conocido. Ai colocar sincronizadores en el trayecto del dispositivo se mejora la operatividad, ya que pueden realizarse mayores distancias, manteniendo un margen de error constante, y en un tramo conocido pueden minimizarse los errores si se divide en tramos más pequeños.
Para ello, los sistemas sincronizadores constan de un móduio de comunicaciones, un módulo de reloj y un módulo de alimentación.
El módulo de comunicaciones se utiliza para enviar datos desde el dispositivo al exterior de la tubería. Esa información puede almacenarse en el sistema de sincronización o puede enviarse a un servidor externo que almacene la información mediante un móduio GSM/GPRS. La comunicación puede ser comunicación de tipo unidireccional, desde el sistema sincronizador hasta e! dispositivo, mediante golpeadores, generadores de tonos y bluetooth, o comunicación de tipo bidireccional. entre el sistema sincronizador y el dispositivo, por medio de comunicaciones vía radio o ultrasonidos. El sistema de comunicaciones unidireccional emite un patrón ccnocido por oi dispositivo desde ei exterior de ia tubería al módulo de comunicaciones, de manera que éste identifica ese patrón y actúa en consecuencia. El patrón puede generarse mediante un sistema golpeador, un sistema generador de tonos, o un módulo Bluetooth.
El objetivo del dispositivo es conocer ef lugar en el que se encuentran las anomalías en el interior de una tubería Para ello, se utiliza el audio grabado por el sistema de grabación y extraído a través del módulo de control del sistema de encendido. Con el audio grabado se pueden detectar ías anomalías existentes en ei interior de la tubería, asi como et tiempo que ha tardado ei dispositivo en llegar desde ei Inicio, hasta la anomalía. Ai conocer el tiempo transcurrido hasta la anomalía y la velocidad del agua, gracias a unos caudalímelros que incorpora ei sistema de inserción, puede calcularse la distancia a ia que se encuentran las anomalías, gracias a ia ecuación del movimiento rectilíneo uniforme, donde se tiene en cuenta únicamente la dirección de propagación del agua.
El utilizar únicamente un hidrófono como sistema de datos hace que el tiempo de procesado sea menor que el de otros sistemas de detección de anomalías.
Puesto que únicamente se tiene en cuenta la dirección de propagación del agua, el tiempo de procesado disminuye, ya que únicamente hay que calcular la distancia en función de tiempo y velocidad.
Para realizar este cálculo es necesario conocer las posiciones (del sistema de inserción, posición del sistema de extracción, posición de los sincronizadores), velocidad del caudal en el momento en el que el dispositivo navegaba por el interior de ia tubería y el tiempo transcurrido, desde que el dispositivo se insertó en ia tuberia, hasta ia detección de la anomalía.
Las posiciones se utilizan para conocer ia distancia entre ios puntos de inserción, sincronizadores y extracción. Para conocerlos se utiliza ia cartografía del lugar, si no existe cartografía se utiliza un GPS para conocerla. Los puntos de los sincronizadores se utilizan para hacer un cálculo por tramos, reduciendo el error dei tramo conocido.
La velocidad dei caudal se conoce gracias un caudalimetro colocado en el sistema de inserción o en el sistema de extracción. Esta velocidad se utiliza para conocer ia distancia en función del tiempo, gracias a ia ecuación del movimiento rectilíneo uniforme.
Para minimizar ei error, se utilizan algoritmos para identificar estados no medióles de un sistema dinámico, sometido a ruido blanco.
Por su parte, la carcasa podrá ser de diversos materiales o conjunto de los mismos, entre ios que cabe destacar el plástico, pudiendo opcionalmente incorporar un módulo de comunicaciones inalámbricas, que envía en tiempo real el sonido del interior de la tubería, hacia un módulo de comunicaciones, receptor en el exterior de ia tubería.
En cuanto al sistema de inserción y extracción, se define un dispositivo de inserción que comprende un vástago, una pletina, una junta tórica, una camisa metálica flexible y un caudaiimetrc.
El dispositivo se coloca dentro de la camisa metálica, se conecta ia camisa metáiica a la toma de la tubería de gran diámetro, se abre la válvula de la tubería de gran diámetro y se empuja mediante ei vástago, hacia ei interior de la tubería, de manera que ei caudalimetro mide la velocidad del agua.
La camisa metálica sirve, junto con sus anciajes, para crear una zona con ia misma presión que ei interior de ia tubería de gran diámetro, al que se tiene acceso. En esta camisa se introduce el dispositivo.
Ei vástago se encarga de transmitir el movimiento desde la parte superior de la camisa, donde se encuentra ei dispositivo, hasta la parte inferior de ia camisa, donde se encuentra ei interior de la tubería.
La necesidad de una junta tórica se debe a que ia presión en ei interior de la camisa metálica es alta. Oe no utilizarse está junta, el agua saidría por ia junta.
La pletina sirve para que el dispositivo no resbale al ser empujado por el vástago.
Por su parte, el sistema de extracción se utiiiza para sacar la esfera desde el interior de la tubería en carga hasta el exterior. Para ello se compone a partir de una camisa metálica, un vastago, una red. pletinas flexibles, una cámara, un detector de llegada, una junta tórica, y un caudalímetro.
Para ello, se coloca el sistema de extracción en una válvula de la tubería de gran diámetro, se une a la camisa metálica y se empuja hasta el final de la tubería, donde las pletinas se abren y la red se expende.
La red atrapa ai dispositivo al aproximarse este a dicha red, de manera que la cámara lo visualiza y el detector de llegada se activa.
Seguidamente, se tira desde el vástago hacia arriba y se extrae el dispositivo del interior de la camisa.
Por su parte, el caudalímetro mide la velocidad del agua, dato fundamental para establecer las distancias exactas a las que se encuentran las posibles fugas.
La camisa metálica sirve, junto con sus anclajes, para crear una zona con la misma presión que el interior de la tubería de gran diámetro, al que se tiene acceso.
En esta camisa se introduce la red y, posteriormente, se recoge el dispositivo.
El vástago se encarga de transmitir el movimiento desde la parte superior de la camisa metálica, donde se encuentra el sistema de extracción, hasta la parte inferior de la camisa, donde se encuentra el interior de la tubería. Posteriormente, cuando se detecta al dispositivo, se transmite el movimiento desde el interior de la tubería, donde se encuentra el sistema de recogida, hasta la parte superior de la camisa metálica, donde se recogerá.
La junta tórica se utiliza ya que la presión en el interior de la camisa metálica es arta. De no utilizarse está junta, el agua saldría por la junta.
La cámara se coloca en la parte inferior del sistema de recogida, enfocada hacia arriba. Esto permite realizar las siguientes acciones: 1 ) Posicionar el sistema de recogida de forma perpendicular a la dirección del tubo.
2) Comprobar e! caudal que circula por el interior de la tubería, para corroborar que la velocidad de arrastre es suficiente para hacer que el dispositivo navegue.
3) cuando el dispositivo llegue al sistema de recogida, poder verlo directamente.
La cámara posee una salida de video que se conecta a un monitor externo en el exterior de la tubería.
La red del sistema de recogida debe ser de un materia! flexible y resistente al golpe provocado por la llegada del dispositivo.
Se consigue, de esta manera, un dispositivo para la detección de fugas de agua en tuberías sumamente sencillo, sólido, eficaz, duradero y económico.
DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
Para complementar la descripción que seguidamente se va a realizar, y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características del invento, de acuerdo con un ejemplo preferente de realización práctica del mismo, se acompaña como parte integrante de dicha descripción, un juego de dibujos en donde, con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:
La figura 1 - Muestra una representación correspondiente a una vista en alzado frontal de un dispositivo detector de fugas de agua en tuberías realizado de acuerdo con el objeto de la presente invención.
La figura 2.- Muestra una vista en perspectiva y en sección de acuerdo con un imaginario plano vertical y diametral del dispositivo de la figura anterior.
La figura 3.- Muestra una vista en explosión del dispositivo de las figuras anteriores.
La figura 4.- Muestra una vista en perfil y en sección de un acceso a una tubería de gran diámetro a partir de la cual se inserta el dispositivo de la invención, pudiéndose observar el dispositivo empleado para llevar a cabo do forma sencilla dicha inserción.
La figura 5,- Muestra una vista similar a la de la figura 4. pero correspondiente a ios medios de extracción previstos para ei dispositivo de la invención.
La Figura 6.· Muestra una vista en sección longitudinal de un tramo de tubería de gran diámetro con una fuga de agua en su pared, pudiéndose observar como dicha fuga produce un sonido distinto ai del resto de la tubería cuando se le aplica una señal acústica, que es fácilmente identificabie por el dispositivo de la invención.
La figura 7.- Muestra un detalle en perspectiva de los medios de recogida del dispositivo, a nivel inferior de los mismos.
La figura 8.- Muestra, finalmente, un detalle de los medios de recogida mostrados en la figura 7, en los que se puede observar la inclusión de un conjunto foco-cámara que facilita las labores de extracción de dicho dispositivo
REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓN
Como se puede ver en las figuras reseñadas, y en especial de las figura 1 a 3, el dispositivo de la invención está constituido a partir de una carcasa esencialmente esférica, obtenida a partir de dos semi-carcasas (1-v) aceptables estancamente entre si, en cuyo seno se dispone un hidrófono (2), estando las semi-carcasas afectadas de orificios (3) y ventanas (4) sobre los que se disponen conexiones (7-8), conectadas al hidrófono (2), para poder captar el sonido producido en el agua.
El hidrófono (2) va conectado a un procesador de señal (9), que guarda la información en una tarjeta de memoria (10} y que es alimentado mediante una batería (11 ), contando dicho procesador de señal (9) con un módulo de reloj (12) o temporizados a través del cual se asocia la recepción de las señales a! momento concreto de recepción de las mismas, de manera que. a partir de la velocidad o flujo del agua, puede establecerse con gran precisión, el posicionamiento exacto de la fuga detectada a partir del tiempo que ha trascurrido hasta ei momento de su detección. La carcasa se complementa con una serie de acanaladuras perimetrales, en las que se insertan las correspondiente juntas (33), que constituyen medios adherentes que permitirían rodar si dispositivo en caso de atasco, si bien, y tal y como se ha comentado anteriormente, ios medios que determinan en posícionamíento del dispositivo y consecuentemente de las posibles fugas, son totalmente funcionales e independientes de la posición relativa giro o no en ia que se encuentre el dispositivo.
Estas juntas se encargan de aumentar la superficie de arrastre para que !a fuerza dei agua mueva al dispositivo. Al ser la flotabilidad neutra, el dispositivo navega por ia zona de la tubería que tenga mayor velocidad de agua, que es el centro de ia tubería.
Ei dispositivo es susceptible de incorporar un módulo de comunicaciones (13). de manera que el mismo pueda comunicarse en tiempo real con una serie de sincronizadores, dispuestos externamente y cada cierta distancia a lo largo de las tuberías, de modo que. el móduio de comunicaciones se utiliza para enviar datos desde ei dispositivo al exterior de ia tubería, Información que puede almacenarse en el sistema de sincronización o puede enviarse a un servidor extemo que almacene la información mediante un módulo GSM/GPRS.
La comunicación puede ser comunicación unidireccional, desde el sistema sincronizador hasta el dispositivo, mediante golpeadores, generadores de tonos y bluetooth, o comunicación bidirecciona! entre el sistema sincronizador y el dispositivo mediante comunicaciones radio o ultrasonidos, de manera que mediante el empieo de dichos sincronizadores se reajustan los parámetros posicionaies del dispositivo, evitando la acumulación de errores en ei cálculo de la distancia recorrida por el mismo.
En la figura 4 se muestra como el dispositivo se introduce en una tubería de gran diámetro mediante el sistema de acceso (14) de las arquetas de ia red de distribución de agua. Para garantizar que ei sistema detector de fugas entra en el interior de ia tubería (15), se conecta un vastago (16) con el sistema de acceso a través de ia válvula de acceso (17). De esta forma, se abre la válvula de acceso Í17) y se empuja ei delector de fugas mediante el vástago (16). De forma más concreta, ei vástago se introduce por medio de su extremidad Inferior con una camisa metálica (21) que sirve, junto con sus anclajes, para crear una zona con (a misma presión que ei interior de ia tubería de gran diámetro, ai que se tiene acceso.
El conjunto se complementa con una junta tórica, no referenciada, que se utiliza ya que ia presión en el interior de la camisa metálica es afta. De no utilizarse está junta, el agua saldría por la junta.
Por su parte, en la figura 5, y para garantizar ia correcta extracción dei detector de fugas, se ha previsto un dispositivo que presenta un vástago (16'): que incluye inferiormente una red (18) destinada a recibir al dispositivo. De forma análoga a como sucede con el dispositivo de inserción, el vastago (16') se hace pasar a través de la válvula de acceso (17) de la toma de acceso (14') y se une mediante una junta tórica.
Ei dispositivo se complementa con una camisa metálica (2V), una pareja de pletinas flexibles (22) a las que se fija la red (18) y un equipo electrónico (23) que integra una cámara, un detector de llegada y un caudaiimetro
De esta forma, se coloca el sistema de extracción en una válvuia de la tuberia de gran diámetro, se une a la camisa metálica y se empuja hasta el final de ia tubería donde las pletinas se abren y ia red se expande.
La red atrapa al dispositivo al aproximarse este a dicha red, de manera que la cámara lo visuaiiza y ei detector de llegada se activa.
Seguidamente, se tira desde el vástago hacia arriba, se cierran las pletinas y se extrae ei dispositivo dei interior de la camisa.
Por su parte, ei caudaiimetro mide la velocidad dei agua, dato fundamental para estabiecer las distancias exactas a las que se encuentran las posibles fugas.
Según puede apreciarse en la figura 8. arrastrado por la fuerza de ia corriente de agua (19) el sistema detector de fugas avanzará per ia tuberia (15). Cuando en la pared de la tubería {15} se encuentre una fuga de agua (20), esta emitirá un sonido (21 ) distinto que es capturado por el hidrófono (2), En cuanto a ias dimensiones de ia esfera, si bien estas pueden variar obedeciendo a diferentes criterios de diseño, a modo de ejemplo, esta puede materializarse en una esfera de entre SO y 150mm de radio y 0.8 mm de espesor, con cierre hermético y obtenida preferentemente en plástico, si bien podría estar obtenida en otros materiales o combinaciones de los mismos.

Claims

R E I V I N D I C A C I O N E S
1 .- Dispositivo detector de fugas de agua en tuberías, que siendo del tipo de ios que incorporan medios de emisión/recepción de sonidos para análisis de ios mismos en el seno de una tubería por la que fluye un fluido susceptible de presentar fugas, tales como uno o mas hidrófonos asociadas a un circuito de anáiisis de dichas señales sonoras, se caracteriza porque está constituido a partir de una carcasa de configuración esencialmente esférica, de fiotabiiidad neutra, en cuyo seno se establece al menos un hidrófono (2) que va conectado a un procesador de señal (9), que guarda la información en una tarjeta de memoria (10) y que es alimentado mediante ai menos una batería (11), contando dicho procesador de señal (9) con un módulo de reloj (12). mediante el que se asocia en ia memoria (10) el tiempo de navegación transcurrido para cada señal de audio recibida por el hidrófono (2).
2. Dispositivo detector de fugas de agua en tuberías, según reivindicación 1a, caracterizado porque incorpora módulo de comunicaciones (13). de manera que el dispositivo pueda comunicarse en tiempo real con una serie de sincronizadores, dispuestos externamente y cada cierta distancia a lo largo de ias tuberías, a partir de los cuales se definen tramos de inicio/ftn de recorrido acotado y conocido, en ios que el error de posicíonamiento es nulo, reajustándose ios parámetros posicionales dei dispositivo, sincronizadores que constan de un módulo de comunicaciones, un módulo de reloj y un módulo de aiimentación.
3 .- Dispositivo detector de fugas de agua en tuberías, según reivindicaciones 1a y 2a caracterizado porque el módulo de comunicaciones puede ser unidireccional o bidíreccionai.
4 .- Dispositivo detector de fugas de agua en tuberías, según reivindicaciones 1a a 3a, caracterizado porque tos módulos de comunicaciones se basan en el empleo de golpeadores, generadores de tonos y/o Bluetooth, o en el caso de ser de comunicación bidíreccionai mediante comunicaciones vía radio o mediante ultrasonidos.
5 .- Dispositivo detector de fugas de agua en tuberías, según reivindicación 1* caracterizado porque la carcasa dei dispositivo presenta una configuración esencialmente esférica, obtenida a partir de dos semi-carcasas (1-1 ') acoplables estancamente entre si, afectadas de orificios (3) y ventanas (4) sobre los que se disponen conexiones (7-8) con el hidrófono, determinantes de medios receptores dei sonido producido en el agua.
6 .- Dispositivo detector de fugas de agua en tuberías, según reivindicación 1*, caracterizado porque incluye un sistema da encendido a partir del cual el dispositivo empieza a controlar eí tiempo que lleva desplazándose por el interior de ¡a tubería.
7 .- Dispositivo detector de fugas de agua en tuberías, según reivindicación 1*, caracterizado porque la carcasa incluye una pluralidad de acanaladuras perimetrales en ias que se insertan las correspondiente juntas (33) determinantes de elementos adherentes que faciliten la rodadura del dispositivo ante un posible atasco.
8 .- Dispositivo detector de fugas de agua en tuberías, según reivindicación 1e, caracterizado porque incluye un accesorio de inserción del dispositivo en la tubería, que comprende un vastago (16) dimensionalmente adecuado para ser introducido a través de la válvula de acceso (17) a la tubería (15) a controlar, asociado a una pletina inferior (21) que cuenta una junta tórica y una camisa metálica flexible (21) sobre la que se dispone ei dispositivo, contando opcíonalmente con un caudaltmetro.
9 .- Dispositivo detector de fugas de agua en tuberías, según reivindicación 1a, caracterizado porque incluye un accesorio de extracción del dispositivo en la tubería, que comprende un vastago (164), dimensionalmente adecuado para ser introducido a través de la válvula de acceso (17) a la tubería (15), asociado a una red (18) destinada a recibir ai dispositivo, una junta tórica, una camisa metálica y una pareja de pletinas flexibles (22) a ias que se fija la red (18), contando con un equipo electrónico (23) que integra una cámara, un detector de llegada del dispositivo, y un caudalímetro.
10 - Procedimiento para la detección de fugas de agua en tuberías, caracterizado porque consiste en la emisión/recepción de señales acústicas en el seno de la tubería, a lo largo de la misma, señales que son grabadas conjuntamente con e¡ instante temporal exacto en el que han sido tomadas, de manera que dichas señales son analizadas e interpretadas para detectar posibles anomalías correspondientes a posibles fugas de agua, de modo que a partir del tiempo transcurrido y del caudal de agua que circula por el interior de la tubería y que es conocido, se obtiene la distancia exacta en la que se encuentra cada una de las anomalías detectadas.
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