Detección y localización remotas de fugas de gas con robots de inspección móviles autónomos en instalaciones técnicas

La detección de fugas de gas en instalaciones industriales no solo puede ser peligrosa y llevar mucho tiempo, sino que también es susceptible a interpretaciones y errores humanos. RoboGasInspector se ha diseñado con el fin de proporcionar una solución de detección más segura, eficaz y fiable. Este innovador sistema de robot para la detección y la localización remotas de fugas de gas ha sido diseñado por una amplia variedad de empresas e institutos alemanes, y utiliza una cámara de detección óptica de gas GF320 de FLIR.

Como parte del programa tecnológico alemán AUTONOMIK, un consorcio de nueve empresas e institutos de investigación desarrolló un prototipo de un robot móvil autónomo para la detección y la localización de fugas de gas en grandes instalaciones industriales. El consorcio fabricó un sistema que puede realizar tareas de inspección en instalaciones industriales sin tener que acceder a zonas peligrosas directamente y sin que sea necesaria la presencia humana. El robot se puede utilizar para inspecciones periódicas de instalaciones o para inspecciones puntuales de partes específicas del sistema. La movilidad independiente del sistema se implementó con varios sensores de navegación y la opción de intervenir manualmente por control remoto en cualquier momento. El sistema también está equipado con videotelemetría y telemetría óptica de gas que permiten inspeccionar partes del sistema que antes eran difíciles de examinar debido a su accesibilidad restringida.

El desarrollo de procesos de supervisión innovadores que aprovechan al máximo la tecnología de medición y automatización de vanguardia, así como robots, garantiza una mejora en la fiabilidad, la eficiencia y la rentabilidad de las inspecciones. Al mismo tiempo, libera al personal técnico de tareas monótonas, lentas y laboriosas.

Este fue el punto de partida de un proyecto de investigación en colaboración dirigido por el Dr. Andreas Kroll y el Dr. Ludger Schmidt en el Departamento de Ingeniería Mecánica de la Universidad de Kassel, con una subvención de 2,4 millones de euros del Ministerio Federal de Economía y Tecnología.

"El objetivo de este proyecto era desarrollar y probar un sistema hombre-máquina innovador con robots de inspección equipados con tecnología de medición de gas remota e inteligencia local", explicó el Dr. Andreas Kroll, del Departamento de Tecnología de Medición y Control de la Universidad de Kassel. "La detección y la localización de fugas de gas deberían realizarla en gran medida y de manera independiente robots móviles. Durante este proceso, los robots móviles también deberían analizar los datos medidos y documentar las inspecciones.

Seguridad y eficiencia

Los operadores de plantas industriales (p. ej., plantas químicas, refinerías o estaciones de compresión de gas) dan máxima prioridad a la seguridad del personal y de las instalaciones de producción.

Es un requisito indispensable proceder con cautela al manipular gases explosivos o tóxicos. Esa es la razón por la que se aplican especificaciones de inspección estrictas al sector químico, a las instalaciones de biogás y a los proveedores de gas. Normalmente, los programas de inspección preventiva requieren que el personal realice procedimientos lentos de inspección ordinaria diariamente.

Durante estas inspecciones periódicas, los miembros del personal comprueban que el sistema funcione adecuadamente y, por lo tanto, se basan en percepciones y en la experiencia sin utilizar tecnología de medición.

Para los profesores Andreas Kroll y Ludger Schmitt, el requisito principal era que el nuevo sistema permitiera realizar tareas de inspección y supervisión de manera automatizada sin riesgos, y que respondiera de manera independiente a los problemas.
Durante los procedimientos ordinarios como las inspecciones periódicas, siempre existe el riesgo de que se pasen por alto de manera inadvertida posibles fuentes de peligro a causa de la falta de atención.

Por lo tanto, el desarrollo de tecnologías de inspección innovadoras y el enfoque en la flexibilidad y el rendimiento de los operadores humanos en el manejo de los sistemas tecnológicos tienen sentido no solo por motivos económicos, sino también por el hecho de que liberan al personal de tareas ordinarias reiteradas y mejoran la cobertura del amplio abanico de tareas de inspección.

Primera demostración

La primera demostración del RoboGasInspector se realizó en una sala de la Universidad de Kassel. El robot completó una ruta de inspección de manera independiente y superó con éxito los obstáculos y una rampa del proceso.

Inspeccionó varias tuberías en centros de inspección específicos y detectó una fuga de metano. Durante los meses posteriores, el éxito se amplió a varios kilómetros cuadrados de grandes instalaciones industriales en condiciones de laboratorio, para las que se tuvieron en cuenta factores ambientales como el viento y el sol, además de factores de desviación resultantes del funcionamiento del sistema.

Sistema de propulsión y navegación del RoboGasInspector

El RoboGasInspector se compone de tres módulos: una plataforma móvil impulsada por cadena, un módulo de navegación y un módulo de inspección que incorpora la cámara de visualización óptica de imágenes de gas GF320 de FLIR. La plataforma impulsada por cadena está equipada con un sistema de propulsión eléctrico y baterías convencionales.

El módulo de navegación está compuesto por escáneres láser 2D (delantero y trasero), que son especialmente importantes para la navegación dentro de edificios, y un sistema GPS para la orientación en exteriores. La comparación continua del área que se debe inspeccionar con un mapa digital permite al RoboGasInspector impulsado por cadena determinar su posición en cualquier momento; en este mapa se pueden anotar los obstáculos y las áreas bloqueadas (p. ej., zonas explosivas). "Gracias a sus escáneres láser 2D, el RoboGasInspector también evita objetos inesperados como coches aparcados, paletas, barriles, etc.", explica el profesor Kroll. "Esto también incluye personas". Si el RoboGasInspector topa con algún obstáculo lo sortea o se detiene hasta que el camino vuelva a estar despejado".

Módulo de inspección

El módulo de inspección combina varios instrumentos metodológicos en una unidad de giro e inclinación que incluye un detector remoto de fugas de metano (RMLD, por sus siglas en inglés) basado en un instrumento activo de espectroscopia de absorción con láser de diodo ajustable (TDLAS, por sus siglas en inglés). Funciona mediante un láser de infrarrojos: cuando el haz del láser alcanza la superficie, se refleja y su intensidad residual se mide. Asimismo, en el módulo de inspección se instala una cámara termográfica GF320 de FLIR para visualizar los gases.

Para garantizar que el propio RoboGasInspector no entrañe ningún riesgo, también está equipado con un sensor de gas integrado que apaga todo el sistema a partir del 10 % del límite inferior de explosión (LEL, por sus siglas en inglés), a fin de evitar posibles peligros en una atmósfera inflamable.

Medición independiente

El robot realiza de manera independiente el procesamiento de los datos medidos y el reconocimiento de patrones. El RoboGasInspector también realiza la inspección de las rutas especificadas y mediciones por su cuenta. A pesar de ello, está en contacto permanente con la sala de control y se puede controlar de manera remota desde allí si fuera necesario. A estos efectos también incorpora una videocámara en el módulo de medición con unidad de giro e inclinación. Sin embargo, en modo de funcionamiento normal, el RoboGasInspector opera de manera independiente y se limita a transferir todos los datos medidos a la sala de control mediante una red WLAN.

Actualidad y futuro del RoboGasInspector

Mientras tanto, el prototipo del sistema ha demostrado de manera sorprendente su uso y capacidad en una amplia serie de pruebas. La unidad de propulsión, el sistema de navegación y los sistemas de sensores complementarios tuvieron un rendimiento excelente durante las pruebas. El RoboGasInspector permite la detección de gas independiente y la localización de fugas en lugares a los que, de otro modo, sería difícil acceder. Además, ayuda a evitar el uso de inspectores humanos en entornos potencialmente peligrosos. Sin embargo, antes de llevar a cabo su implementación en entornos industriales, es necesario seguir desarrollándolo (p. ej., protección contra explosiones, desarrollo de software, etc.) y, obviamente, se deben aclarar determinadas cuestiones legales antes de implementarlo en entornos comerciales. Con todo, es cierto que un robot autónomo de detección de gas móvil y localización de fugas es posible en la actualidad y puede mejorar la seguridad considerablemente.

La GF320 de FLIR Systems es un componente imprescindible de RoboGasInspector Que en ocasiones ayuda al sistema a detectar fugas de gases peligrosas a una distancia segura.