ES2320542T3 - Procedimiento y dispositivo para detectar variaciones o daños en recipientes a presion durante una prueba de presion. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento para detectar cambios en recipientes a presión durante el sometimiento a presión del recipiente con presión para su prueba de presión, conteniendo los pasos de: realizar una excitación sonora del recipiente a presión durante el sometimiento a presión del recipiente a presión durante la prueba de presión; y valoración del espectro sonoro excitado en el recipiente a presión, y caracterizado porque el sometimiento a presión contiene una fase de presión ascendente y una fase de presión descendente y la excitación de sonido se produce durante la fase de presión ascendente y/o descendente.
Description
Procedimiento y dispositivo para detectar
variaciones o daños en recipientes a presión durante una prueba de
presión.
El invento se refiere a un procedimiento con el
que posibles peligros provenientes de los recipientes a presión
originados por un daño del recipiente a presión durante la prueba de
presión, pueden ser reconocidos durante la realización de la prueba
de presión. Igualmente se pueden reconocer cambios en el recipiente,
es decir daños, cuando el espectro sonoro del recipiente antes de
la prueba se compara con el espectro después de la prueba.
Las prescripciones de seguridad exigen que los
recipientes a presión sean sometidos a determinadas pruebas una vez
y repetidas veces antes de la puesta en marcha o durante la vida en
servicio, en determinados intervalos de tiempo. Una prueba de este
tipo que hay que realizar a los recipientes a presión y a las
calderas de vapor es la llamada prueba de presión hidráulica. En
ella el recipiente a presión es sometido durante la prueba a
sobrepresion.
Se conoce que por ejemplo durante la prueba de
presión hidráulica u otras pruebas en la que esta prescrita una
sobrepresion, en el recipiente a presión pueden originarse grietas u
otras deformaciones que no son reconocidas inmediatamente como
daños sino que durante el posterior servicio se extienden a daños o
casos de averías. Por ello durante la prueba de presión los
recipientes a presión son controlados de manera preferida tal que
se impide el que se ocasionen daños no conocidos.
Como tal procedimiento de control durante la
prueba de presión se conoce la llamada recepción de la emisión de
sonido (análisis ES). El principio de la emisión de sonido parte de
que influencias de fuerzas exteriores sobre el material o los
componentes pueden convertirse en cambios de forma o en formación de
grieta. Estos cambios de forma o formación de grietas se
desarrollan de forma característica en la emisión de sonido y
generan señales asociadas. En las deformaciones, estas son
emisiones continuas, en la formación de grietas son las llamadas
señales a ráfagas. También es conocido que los controles por emisión
de sonido son perjudicados por múltiples influjos perturbadores y a
menudo se presentan errores en la interpretación. Por ejemplo, los
ruidos de colocación o los ruidos de rozamiento generan señales
perturbadoras que impiden una predicción correcta. Por ello, el
análisis por emisión de sonido para controlar el recipiente a
presión durante su prueba de presión solo puede ser utilizado bajo
condiciones.
Por el documento EP 0 636 881 B1 se conoce un
procedimiento para el ensayo de calidad de piezas, especialmente
piezas cerámicas, por medio de medición sonora. Especialmente se
utiliza el procedimiento para el ensayo de calidad de piezas
cerámicas como por ejemplo tejas. Para el control, la pieza es
golpeada mecánicamente y excitada para que emita una radiación
sonora acústica. El espectro sonoro generado es recogido y analizado
y valorado con ayuda de la TRF (transformación rápida de fourier) a
largo de una zona de frecuencias predeterminada respecto a las
amplitudes asociadas con los porcentajes de frecuencia. En general
la valoración puede hacerse según la posición y magnitud de cada
frecuencia en particular. En el caso de la valoración, según el
documento EP 0 636 881 B1 por ejemplo, se suman las amplitudes del
espectro de amplitudes de frecuencia, la suma de las amplitudes es
dividida por el numero de los puntos de inversión existentes entre
los picos de los porcentajes de frecuencia en el espectro de
amplitud de frecuencia y el cociente obtenido es definido como
numero de valoración.
Por el documento USA 6 339 960 B1 se conoce un
procedimiento para determinar la presión interior de un recipiente
cerrado. En el procedimiento se excita una tapa del recipiente de
tal manera que por lo menos se generan dos modos de vibración, que
presentan dos frecuencias diferentes, siendo las frecuencias una la
frecuencia fundamental y una segunda frecuencia. La vibración que
proviene de esta excitación es detectada para determinar dos
frecuencias, F1 y F2. La frecuencia F2 puede ser utilizada para
determinar un valor para la presión interior, utilizándose un
modelo matemático que se calibra sobre la tapa del recipiente
cerrado. Con la utilización de la frecuencia F1 se puede calcular
el contenido volumétrico.
Por el documento US 4 869 097 se conoce un
procedimiento para determinar la presión de un gas en el interior
de un recipiente estanco. Para ello se utiliza un transformador de
sonido para aplicar una fuerza oscilante sobre la superficie del
recipiente. La frecuencia de la onda de ultrasonido es conducida por
una zona en la que se genera una vibración por resonancia del gas
en el recipiente. Un transformador de recepción mide la amplitud de
la vibración resultante en la superficie del recipiente y transmite
la frecuencia de resonancia del gas como picos. La frecuencia de
resonancia depende de la composición del gas, su presión y
temperatura y del diseño del recipiente que contiene al gas.
Mediante una determinación empírica se puede entonces calcular la
presión en el interior del recipiente cuando se conocen la
composición del gas, su temperatura y el diseño del recipiente.
Por el documento EP 0 681 168 A2 se conoce un
procedimiento para determinar la presión interior de un recipiente
cerrado en donde se excita un modo de vibración y se excita el
primer armónico de él, y donde por medio de medios de captación se
determina la vibración y se conocerá la presión interior por
referencia a las frecuencias determinadas mediante análisis.
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La misión del invento es preparar un
procedimiento de control durante la prueba de presión de
especialmente recipientes y tubos y un correspondiente dispositivo
para la realización del procedimiento con los cuales durante la
prueba a presión se pueda obtener una predicción segura sobre un
posible fallo del recipiente a presión.
Esta misión será resuelta con un procedimiento
con las características de la reivindicación 1 o con un dispositivo
con las características de la reivindicación 9. Formas constructivas
preferidas están caracterizadas por las reivindicaciones
subordinadas.
El invento tiene como misión la idea de prever
instalaciones de prueba sonora y dispositivos de prueba sonora con
los cuales se puedan controlar los recipientes a presión al ser
sometidos a presión durante una prueba de presión. Una prueba
sonora se hace entonces para confirmar durante la prueba de presión
posibles daños del recipiente a presión. Para ello durante el
control de la prueba de presión el espectro sonoro es evaluado
sobre la base de diferentes criterios, en donde por ejemplos se
pueden considerar la magnitud del pico de las diferentes
frecuencias o la pendiente del flanco. Entonces es posible una
valoración, por ejemplo por comparación de los espectros sonoros
tomados en diferentes momentos durante la prueba de presión, por
comparación de uno de tales espectros con otro espectro conocido de
antemano, por comparación de dos espectros (antes y después de la
prueba) o por valoración del espectro sonoro mediante otros
criterios, similar al procedimiento descrito en el documento EP 0
636 881 B1. Además, por ejemplo, se pueden valorar dos espectros
sonoros excitados en dos diferentes lugares del recipiente por lo
que respecta al diferente tiempo de propagación del sonido hasta un
sensor común y con ello se puede decidir sobre la integridad del
recipiente a presión.
El principio del control de la pieza durante el
aumento de la presión se refiere especialmente a que al igual que
en una cuerda de un instrumento cada vez mas tensada, el espectro
sonoro se desplaza hacia altas frecuencias con la presión
creciente. Si en dos momentos diferentes durante la prueba de
presión el espectro permanece sin cambiar en esencia por lo que se
refiere a la posición y magnitud de las amplitudes así como a su
ascenso y descenso, aparte del desplazamiento mencionado, entonces
puede concluirse que durante la prueba de presión el recipiente no
ha resultado dañado. Adicionalmente se aprovecha que por lo general
durante la prueba la pieza es llenada con un medio liquido, por
ejemplo agua, con lo que la transmisión de sonido aumenta. Esto
lleva a una exactitud de medida mejorada. Después de terminada la
prueba el espectro sonoro puede ser valorado por medio de un
análisis FFT y a partir de los criterios expuestos, por ejemplo la
situación de las frecuencias, la magnitud de las amplitudes, las
formas de las puntas de frecuencia, la pendiente del flanco de
subida y/o de bajada o también el desplazamiento del espectro
total, extraer conclusiones sobre cambios en la pieza.
Adicionalmente, si se necesita, es posible un análisis de cual es el
tipo de estas modificaciones (grietas, extensiones, deformaciones)
entre otras. Simultáneamente el procedimiento es relativamente
sencillo de llevar a cabo durante la prueba de presión y no exige
ninguna maniobra especial en el recipiente.
El procedimiento puede ser utilizado para todo
tipo de recipientes a presión. Es especialmente adecuado para
recipientes a presión metálicos.
El invento será descrito a continuación a modo
de ejemplo sobre la base de las figuras que se acompañan, en las
cuales
Fig. 1 muestra un ejemplo de un dispositivo para
detectar cambios o daños en los recipientes a presión durante la
prueba de presión;
Fig. 2 es un ejemplo del desplazamiento del
espectro de frecuencia durante la prueba de presión; y
Fig. 3a y 3b muestran ejemplos del espectro
sonoro en un recipiente a presión libre de grietas (figura 3a) o en
un recipiente a presión dañado por las grietas (figura 3b) después
de la prueba de sonido.
La figura 1 muestra un recipiente a presión 10
que va a ser sometido a una prueba de presión. Durante la prueba de
presión el recipiente a presión puede ser sometido a presión por la
introducción de un fluido a través de la acometida 12, por ejemplo
un líquido, que esta bajo presión. El sometimiento a presión puede
ser tal que se produzca una subida o una bajada de presión
continuas o por escalones con o sin presión continua entre ellos,
pero también del tipo que genera una secuencia regular o irregular
de subidas y bajadas de presión, en su caso no siempre con retorno
a la presión ambiente. Especialmente la prueba de presión es
realizada la mayor parte de las veces de manera que existe una fase
de presión ascendente hasta una presión máxima y a continuación una
fase de presión descendente, por ejemplo hasta la presión de
partida.
Para la prueba sonora del recipiente a presión
10 durante la prueba de presión para detectar cambios o daños en el
recipiente a presión, en el recipiente a presión están previstos
excitadores de sonido, por ejemplo un pequeño mazo 14 por medio del
cual por ejemplo con un golpe sencillo o con un golpe múltiple (por
ejemplo golpe doble), es decir, mediante dos o más golpes cortos
inmediatamente uno después de otro contra el objeto que va a ser
probado, se excita un sonido. La excitación del sonido se realiza
asociada con la presión de prueba ascendente.
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Como otro tipo de excitador de sonidos, durante
la prueba de presión, en la forma constructiva representada están
previstos zumbadores 16. Como alternativa son aplicables también
dispositivos de vibración o disparadores para un efecto de
magnetostricción. El efecto magnetostricción puede ser generado en
él mismo en el caso de materiales ferromagnéticos del objeto a
ensayar o también por un oscilador excitado por magnetostricción,
por ejemplo un oscilador de níquel, y entonces introducir la
oscilación en el objeto a ensayar. Como en el ejemplo mostrado se
pueden combinar, según se necesite, varios excitadores de sonido
iguales o diferentes en un recipiente a presión, y colocarlos en
diferentes lugares en el recipiente a presión. Sin embargo también
es posible prever un único excitador de sonido. La excitación de
sonido en el recipiente a presión 10 puede producirse en cada
excitador de sonido a un ritmo de tiempo regular o irregular y ser
controlado por un programa. Especialmente la excitación de sonido
se lleva a cabo durante la presión interior ascendente o descendente
del objeto a ensayar, preferiblemente con una frecuencia de ritmo
creciente o decreciente.
La excitación de sonido o sonora del recipiente
no debe ser realizada desde el exterior, como está representado en
la figura 1, sino que también se puede producir desde el interior
mediante el fluido, preferiblemente agua, que está bajo presión.
Por ejemplo, el fluido puede ser impulsado en las tuberías por
oscilaciones en donde dentro o sobre la tubería o en cualquier otro
lugar se coloca un excitador de oscilaciones para provocar
oscilaciones directamente en el fluido que esta bajo presión en el
recipiente.
La disposición para detectar cambios o daños en
el recipiente a presión 10 durante la prueba de presión tiene
además sensores de ruido que son adecuados para esto, el captar el
sonido excitado mediante una amplio espectro y transmitirlo como
una señal de partida a un dispositivo de valoración (por ejemplo un
analizador de FFT). En la forma constructiva representada la
disposición contiene dos micrófonos 18 para vibración del aire
colocados en diferentes lugares que recogen la vibración del aire y
dos micrófonos 20 para vibración mecánica que están colocados
directamente en diferentes posiciones sobre el recipiente a presión
10 y detectan la vibración mecánica del recipiente a presión 10.
Parecido a los excitadores sonoros, con los receptores sonoros es
posible prever, a elección, exclusivamente sensores de vibración
mecánica o sensores de vibración del aire o combinaciones de
sensores de vibración mecánica y sensores de vibración del aire.
Además se prefiere el prever los sensores de sonido de forma
múltiple, bien varios sensores del mismo tipo o varios sensores de
sonido de tipos diferentes, y los varios sensores de sonido
colocarlos en diferentes lugares sobre o alrededor del recipiente a
presión 10. Con ello se obtiene como criterio adicional la
diferencia de los espectros, que simultáneamente son recogidos en
diferentes lugares.
La unidad de valoración 22 a la que se
retransmite la señal de salida del sensor de sonido contiene un
medio acumulador para acumular el espectro sonoro excitado y medios
de procesamiento para valorar el espectro sonoro de acuerdo con
criterios predeterminados. Además contiene medios para representar
el resultado del análisis. La unidad de valoración 22 puede servir
al mismo tiempo como dispositivo de control para el regulador
sonoro, especialmente también prever una excitación programada a
voluntad.
Durante el control del recipiente a presión 10
durante su prueba a presión, por medio del excitador de sonido se
realiza, preferiblemente en varios lugares del recipiente a presión,
una excitación sonora realmente del tipo que la excitación acústica
se produce preferiblemente tanto durante la presión ascendente como
también durante la presión descendente en el recipiente a presión
10. Especialmente se prefiere el realizar la excitación en dos
momentos diferentes durante la prueba de presión, en su caso a
presiones diferentes, y llevar a cabo la comparación por medio de
los espectros sonoros excitados en dos momentos diferentes. A
continuación el sonido excitado es acogido como sonido de mazo y/o
vibración del aire mediante el sensor de sonido. Cuando están
previstos varios lugares para detectar el sonido, el sonido puede
ser acogido en varios lugares simultáneamente o en secuencia y si
se necesita se
registra.
registra.
A continuación el espectro acústico del sonido
excitado es analizado en la unidad de valoración 22 en donde, por
ejemplo en el caso de varios puntos de grabación se tienen en cuenta
y se valoran los diferentes tiempos de propagación del sonido o las
diferencias en los tiempos de propagación. Con ello se pueden tener
en cuenta las condiciones en la transmisión de sonido. Con ello se
obtienen posibilidades adicionales de localizar daños que
eventualmente se presentan durante el tiempo de propagación.
Adicionalmente o alternativamente dos espectros
sonoros excitados en diferentes momentos durante la prueba de
presión a diferentes presiones pueden ser comparados a presión
creciente. En la figura 2 una línea continua muestra el espectro de
frecuencia después de una excitación sonora durante la prueba de
presión a una primera presión relativamente baja en el recipiente a
presión 10. El espectro de frecuencia mostrado con línea
interrumpida muestra el espectro de frecuencia del mismo recipiente
y con excitación de igual tipo a una presión superior en el
interior del recipiente a presión. Como se puede reconocer, con
presión ascendente se desplaza el espectro de frecuencia
correspondiente al efecto de una cuerda de un instrumento tensada
crecientemente, esencialmente hacia las frecuencias superiores con
modificaciones relativamente pequeñas de su forma. Con esto, en los
espectros representados se puede deducir sobre un recipiente que
durante la prueba de presión ha permanecido intacto.
Adicionalmente se pueden considerar y valorar la
posición de las distintas frecuencias, la magnitud de las
amplitudes, la forma de las puntas de frecuencias y/o la pendiente
del flanco ascendente o descendente, en donde preferentemente puede
realizarse una valoración del espectro sonoro tanto durante la
presión creciente como también durante la presión descendente.
La figura 3a muestra un espectro de frecuencia
de la emisión de sonido en un recipiente de presión 10 que ha
terminado la prueba de presión sin daños, es decir libre de fisuras,
mientras que la figura 3b muestra el espectro de frecuencia del
correspondiente recipiente a presión en donde sin embargo durante la
prueba de presión se han producido daños. Esto puede ser deducido
por analogía con la prueba de presión de productos en los que
componentes sin fisuras y aflojamientos proporcionan un espectro
puro similar con frecuencias individuales claras. Si existen
fisuras o aflojamientos entonces se presenta un espectro con
numerosas frecuencias, sin embargo de menor magnitud (llamadas
scheppern). Por el contrario, la figura 3b muestra en comparación a
un espectro "puro" (figura 3a) un espectro como el que se
ajusta después de la prueba, cuando se genera un punto de daño,
especialmente una fisura. Por comparación de los espectros antes y
después de una prueba de presión se puede conocer de esta manera si
con la prueba de presión se generó un daño, especialmente una
fisura.
Mediante la prueba de sonido durante la prueba
de presión de un recipiente es con ello posible reconocer sobre la
base de criterios caracterizantes, con la ayuda de un procedimiento
relativamente sencillo y poco sensible a las perturbaciones, daños
que se producen por la prueba de presión. Con esto se pueden evitar
daños en el posterior servicio, que se achacan a fisuras,
deformaciones o similares durante la prueba de presión. Además la
prueba puede ser llevada a cabo simultáneamente con la prueba de
presión de manera que se acorta el tiempo de parada o de avería del
recipiente.
Claims (11)
1. Procedimiento para detectar cambios en
recipientes a presión durante el sometimiento a presión del
recipiente con presión para su prueba de presión, conteniendo los
pasos de: realizar una excitación sonora del recipiente a presión
durante el sometimiento a presión del recipiente a presión durante
la prueba de presión; y valoración del espectro sonoro excitado en
el recipiente a presión, y
caracterizado porque el sometimiento a
presión contiene una fase de presión ascendente y una fase de
presión descendente y la excitación de sonido se produce durante la
fase de presión ascendente y/o descendente.
2. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque la excitación de sonido se produce
preferentemente en como mínimo dos momentos diferentes durante la
prueba de presión, preferentemente a diferentes presiones en el
interior del recipiente, y la valoración del espectro sonoro se
produce por referencia a diferencias entre los espectros sonoros
excitados en momentos diferentes.
3. Procedimiento según una de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la
excitación sonora se produce mediante golpes de un mazo, mediante
un zumbador montado y/o mediante un efecto de magnetostricción.
4. Procedimiento según una de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la
excitación sonora se produce en diferentes posiciones en el
recipiente a presión.
5. Procedimiento según una de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado porque para la
valoración el sonido excitado es recogido como vibración del aire o
vibración mecánica.
6. Procedimiento según una de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado porque para la
valoración el sonido es recogido en varios lugares.
7. Procedimiento según una de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado porque para la
valoración del espectro sonoro excitado y captado en diferentes
lugares en el deposito a presión se tienen en cuenta las duraciones
del sonido y/o las diferencias de las duraciones del sonido y/o las
condiciones de transmisión del sonido.
8. Procedimiento según una de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la
valoración del espectro sonoro se produce considerando un
desplazamiento del espectro total, la posición de cada una de las
frecuencias, la magnitud de las amplitudes, las formas de las
puntas de frecuencia y/o la pendiente del flanco de subida y/o del
flanco de bajada.
9. Dispositivo para detectar cambios o daños en
recipientes a presión (10) durante su prueba de presión,
conteniendo:
un dispositivo (14, 16) para generar una
excitación sonora en el recipiente a presión (10);
un dispositivo (18, 20) para detectar el
espectro sonoro excitado; y
un dispositivo de valoración (22) para el
espectro sonoro excitado en el recipiente (22),
caracterizado porque el dispositivo (14,
16) para generar una excitación de sonido está ajustado para
realizar la excitación de sonido durante un sometimiento a presión
del recipiente a presión durante la prueba de presión en una fase
de presión ascendente y/ o durante la fase de presión
descendente.
10. Dispositivo según la reivindicación 9,
caracterizado porque el dispositivo (14, 16) para generar una
excitación sonora contiene medios para la excitación sonora en
diferentes lugares en el recipiente a presión (10).
11. Dispositivo según una de las
reivindicaciones 9 o 10, caracterizado porque el dispositivo
(18, 20) para detectar el espectro sonoro excitado contiene medios
para la detección del espectro sonoro en varios lugares en forma de
vibración mecánica y/o vibración del aire.
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