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Utilizando Sonar para las Inspecciones de Túneles e Infraestructura

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¿Qué son las Inspecciones Submarinas de Túneles e Infraestructuras?

Hay muchas estructuras que recorren nuestras ciudades que la mayoría no ve. Se requieren estructuras para entregar nuestras aguas residuales, aguas pluviales y agua potable hacia y desde las instalaciones de tratamiento y las ubicaciones de las fuentes. Estas estructuras necesitan inspecciones para determinar su viabilidad y condición a largo plazo, para tomar decisiones de reparación informadas. Reparar estas estructuras no es tan fácil como reparar edificios y carreteras, ya que estos se encuentran debajo de muchas otras estructuras e involucran muchas partes móviles para realizar estas reparaciones. Se llevan a cabo inspecciones para determinar la condición estructural, los niveles de sedimentos y más. Las inspecciones pueden ser realizadas por buzos, entrada a espacios confinados, excavación o vehículos robóticos.

ROV Revolution desplegado en un túnel sumergido

¿Por qué utilizar un ROV para la inspección de infraestructuras submarinas?

Para inspecciones de túneles y tuberías completamente sumergidas, un ROV es una herramienta excelente. . En algunos entornos, como cuando el agua está turbia o el diámetro del túnel es grande, es difícil confiar solo en una cámara para realizar una inspección minuciosa. La visibilidad limitada puede dificultar la identificación de defectos. Un operador puede conducir el ROV más cerca de las paredes, la parte superior e inferior del túnel para obtener una imagen lo suficientemente clara, pero eso puede significar varias pasadas y es posible que no proporcione datos adecuados, como la comprensión de los niveles de sedimentos en el túnel.

Estos son algunos de los factores a considerar al elegir un ROV para la inspección de túneles

  • Longitud y Diámetro de los túneles

    • Diámetro más pequeño, vehículo más pequeño
    • Diámetro más grande, es más probable que necesite un sonar de imágenes (las luces y la cámara por sí solas no proporcionarán suficiente contexto al operador para realizar inspecciones exhaustivas)
    • Los túneles más largos pueden requerir vehículos más potentes o sonares de imágenes para ayudar a que la inspección sea más eficiente
  • Puntos de acceso

    • Tamaño de los puntos de acceso (Tamaño del Vehículo)
    • Número de puntos de acceso (longitud de la correa requerida)
    • Ubicación de los puntos de acceso (qué tan portátil se necesita un sistema)
  • Estado del Túnel

    • Niveles de sedimentos (los vehículos con orugas y los vehículos que nadan son mejores cuando hay cantidades significativas de escombros en la tubería)
    • Sumergido frente a parcialmente sumergido frente a vacío (vehículo que se arrastra frente a vehículo que nada)
  • Tipo de datos requeridos

    • Las inspecciones visuales generales se pueden realizar con una cámara simple y luces
    • Los sonares ayudan a obtener una visión general en aguas turbias
    • Datos de medidor de espesor en tuberías de acero
    • Posición en la tubería (USBL no funciona, se requiere contador de longitud de amarre)
    • Los niveles de sedimentos requieren un sonar

Lea nuestro artículo sobre sistemas Sonar y aprenda más sobre esta tecnología.

Sistemas De Sonar 101: Todo Lo Que Necesita Saber

Beneficios de usar un Sonar con un ROV para Inspecciones de Infraestructuras Submarinas

Agregar un sonar de imágenes al ROV permite a los operadores tener una mejor comprensión de la condición del túnel en su conjunto y permite identificar los siguientes defectos:

  • Condición del túnel

    • Deformación
    • Ovalidad
    • Corrosión
  • Tamaño y Tipos de defectos

    • Grietas y picaduras
    • Se derrumba
    • Desmembranamientos y Separación
  • Obstrucciones

    • Niveles de sedimentos, pueden ocultar deformaciones, reducir las tasas de flujo, aumentar el riesgo de desbordamientos
    • Objetos extraños (materiales de construcción, raíces de árboles, tuberías o cables de orificio transversal)
    • Laterales salientes

Encontrar estos defectos permite tomar decisiones de reparación. No todos los defectos requieren atención inmediata. A menudo, estos se convierten en puntos de interés para una evaluación posterior. El objetivo es identificar cambios a lo largo del tiempo, para ver si un defecto empeora rápida o lentamente. Si el defecto se encuentra en un punto crítico y su gravedad aumenta, las acciones de reparación deben ser inmediatas. Sin embargo, igualmente importante desde una perspectiva de costos, poder reducir los defectos que no requieren atención ayuda a reducir los gastos de reparación innecesarios. El beneficio de un ROV fácil de operar en su flota es que prácticamente cualquier operador puede asumir la revisión de estos defectos.

¿Necesita un Rov para realizar inspecciones de infraestructura sumergida?

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Estudio de caso de túnel sumergido - PipeTek

En este video, nuestro equipo apoyó a Pipetek, un contratista de inspección de tuberías, en las inspecciones de túneles sumergidos y otras estructuras para Toronto Water.


Objetivo de la misión

El objetivo de esta misión en particular era evaluar la condición de un túnel combinado de alcantarillado y tormentas para Toronto Water. PipeTek necesitaba proporcionar un informe del túnel y las estructuras de entrada y bomba asociadas para determinar los mejores pasos a seguir para administrar la estructura. Dado que se trataba de un túnel completamente sumergido de 530 m de largo, se eligió el REVOLUTION ROV para la tarea. Los túneles más largos con sedimentos en el fondo demostraron ser más difíciles para los rastreadores de tuberías, robots con los que PipeTek tenía mucha más experiencia en ese momento. El problema con los rastreadores de tuberías es que sus ruedas u orugas agitan el sedimento, obstruyendo la vista del túnel. También tienen un rango de visión más corto, porque sus cámaras solo pueden elevarse hasta cierto punto desde el fondo del túnel. La entrada humana en un túnel tan largo sería demasiado peligrosa. Al utilizar un ROV de natación libre con un sonar de imágenes, PipeTek pudo capturar un informe completo de estos túneles y estructuras.

Equipo utilizado

  • ROV de Deep Trekker REVOLUTION

    • El REVOLUTION ROV es un robot submarino, equipado con un dispositivo de sonar que permite a los operadores ver, aunque el agua estaba tan turbia que la cámara era esencialmente inútil. El sonar permitió a los operadores visualizar el entorno a su alrededor de una manera que es mucho más de lo que imaginaría con el escaneo lateral tradicional o incluso con un sonar de escaneo mecánico.
  • Sonar de imágenes multihaz Blueprint Subsea Oculus M3000d

    • La "d" en el nombre del modelo de sonar M3000d significa que es un sonar de doble frecuencia, por lo que puede cambiar entre el modo de rango bajo, alta frecuencia y alta resolución y la vista de ángulo más amplio, que es la de baja frecuencia. modo. El modo de baja frecuencia proporciona más rango y un campo de visión más amplio. El modo de alta frecuencia es mejor para la inspección de cerca de defectos para mediciones precisas, el modo de baja frecuencia es mejor para vistas generales del túnel. Cambiar entre los dos modos es solo presionar un botón. En esta inspección, hubo un puñado de pases a través del túnel, ambos a velocidades más altas para tener una idea general rápida de la condición, en busca de obstrucciones o artefactos grandes. Los pases más lentos a alta frecuencia y resolución para centrarse en los defectos más pequeños.

Interpretación de imágenes de sonar

El REVOLUTION ROV es único por el cabezal giratorio de la cámara que también gira el cabezal del sonar. A medida que gira la cámara hacia arriba y hacia abajo, ese sonar también gira hacia arriba y hacia abajo. En esta imagen, la cámara en realidad apunta directamente hacia abajo 90 grados negativos.

Rotación del sonar hacia la cara directamente hacia abajo para ver el eje

SS1 - Imagine Sonar mirando hacia abajo en la entrada del pozo

El haz del sonar de 20 grados se extiende a lo largo de la pared frente al ROV. La nariz del ROV está contra la pared, por lo que está viendo la textura de esa pared como si alguien estuviera apuntando con una linterna brillante hacia abajo. Cuando apunta el sonar directamente hacia arriba y justo al borde del túnel, puede ver la cuerda y un poco de su sombra, así como esas burbujas que salen de la boca del túnel. Regrese el sonar a cero grados en ese ángulo y obtendrá una sección transversal de las paredes que se encuentran alrededor del ROV. Inclínelo un poco hacia arriba, verá el techo del túnel frente al ROV. Si pasa los 90 grados, puede ver justo en el borde del eje. Hay esas burbujas que suben por el eje que sale del túnel y mi atadura de nuevo hará que el sonar vuelva a bajar.

Visualización de pequeños artefactos (burbujas) con la sonar de imágenes

Sonar de imágenes SS2 que identifica pequeñas burbujas de artefactos

Ahora, la otra cosa que es interesante con el sonar giratorio es que puedes apuntar ese sonar ligeramente hacia abajo y ver el fondo de ese túnel. Desafortunadamente, está cubierto de sedimentos, por lo que esto no les dio a los operadores una buena idea de la estructura. En esta inspección, se centraron en la corona. Pueden ver allí que esas dos líneas dentro del túnel son los bordes de esa capa de sedimento. A medida que avanzábamos, mirando el techo del túnel, se podían identificar grietas donde hay un poco de sombra proyectada detrás de eso, lo que significa que hay algo elevado y descubrieron que tenía muchas grietas.

Uso del sonar de imágenes para tomar la sección transversal de la tubería y ver los niveles de sedimentos

Sonar de imágenes SS3 que identifica los niveles de sedimentos

Se acumuló algo de sedimento a medida que el agua se abrió paso por la grieta y ese sedimento se adhería a la pared del túnel. Otra aplicación interesante aquí es que puede apuntar este sonar directamente hacia abajo, como vio anteriormente, pero debido a que están dentro de la estructura circundante, obtienen una sección transversal del túnel. Así que esa línea en la parte inferior que cruza lo que esperarías que fuera un círculo perfecto. Esa es la superficie del sedimento. A partir de ahí, podría tomar medidas periódicas de profundidad de sedimentos mientras conduce a través de un túnel.

Identificación de un lateral sobresaliente en el túnel

El sonar de imágenes SS4 captura protrusión lateral

Otro ejemplo de una estructura interesante que se encontró se muestra a continuación. Incline el sonar hacia arriba y verá que hay una sombra larga. Cada vez que vea una sombra larga, significa que el objeto es alto. Hay algo que se proyecta hacia abajo desde el techo del túnel. Al maniobrar el ROV y la cabeza del sonar, puede obtener una mejor vista desde diferentes ángulos. A medida que se acercan y ajustan ligeramente el ángulo, puedes ver que hay un objeto cilíndrico. Esta es una tubería lateral que se proyecta hacia el techo del túnel. Pueden ver que hay un poco de escombros que sobresalen del extremo, por lo que marcan la ubicación de ese lateral.

Identificación de pequeños defectos con un sonar de imágenes

El sonar de imágenes SS5 identifica y mide pozos

Curiosamente, fue el único visto en este túnel de 530 metros de largo. Aquí hay otro artefacto interesante y verás dos instancias de él. Hay burbujas en el medio, con un poco de óvalo, junto con el otro extremo de ese óvalo. Esta grieta ovalada es algo común en túneles como estos. Al rotar de lado a lado, puede obtener una imagen ligeramente mejor de su forma. Usando el software de sonda, ya sea en vivo durante la inspección o después de la inspección durante la revisión, puede usar la herramienta de regla para medir estos artefactos. Cuando aparecieron en el otro extremo de uno de estos túneles, estaban en la base de un gran depósito, que recoge el agua para que no haya una salida excesiva. Había tres bombas en esta sección, a la derecha, algunas de esas estructuras verticales con el material más grueso en la parte inferior. Con el uso del sonar, los operadores no solo pueden ver la estructura general en busca de obstrucciones o escombros, sino que también pueden tener una idea de la textura de la pared, identificando grietas obvias o roturas que se están desmoronando. Incluso con la sonda configurada en un rango de 10 m, puede ver detalles claros dentro de los 50 cm del cabezal de la sonda. Tener estas imágenes también es útil para tener conciencia de la situación cerca de las bombas, y comprender dónde no conducir para evitar enredos.

Escaneo de estructuras complejas con un sonar de imágenes

Bombas de escaneo de sonar de imágenes SS6 y estructuras complejas

Sugerencias de funcionamiento de sonar de imágenes

En estos entornos, es mejor configurar la ganancia baja, moverse lentamente y rotar la sonda para tener una mejor idea de su entorno. Un enfoque tranquilo y cuidadoso no solo evitará que los cables se enreden, que en realidad solo son una preocupación cerca de estructuras complejas como una bomba, sino que también producirá imágenes de sonar más claras. Esto es especialmente importante si otras partes interesadas están viendo la inspección después, les facilitará agregar notas y asimilar lo que se inspeccionó.

Usando Imaging Sonar para medir el tamaño del pozo

Sonar de imágenes SS7 que identifica el tamaño del pozo

En esta toma, realizaron una órbita orientada hacia el exterior con el sonar apuntando hacia abajo, en busca de artefactos en la pared de un pozo. Se puede ver una fosa, para que se acerquen, tomen algunas medidas de su ubicación y su tamaño. Una última parte de esta encuesta involucró el uso del ROV para ayudar con la recuperación de un escáner montado en un trípode. El trípode se rompió y el escáner cayó al fondo del eje. El dispositivo de agarre del ROV generalmente puede ayudar en la recuperación de herramientas, pero el gran peso de este escáner combinado con su forma suave dificultaba el agarre con nuestros manipuladores. Otros objetos, ya sean víctimas de ahogamiento, losas de concreto o incluso scooters eléctricos, han demostrado ser objetivos perfectos para que los manipuladores de Deep Trekker los recuperen.

Recuperación de equipo perdido con una garra de caída monitoreada por la imagen Sonar

Sonar de control de imágenes SS8 capturador de cable para recuperación de equipos

Se usó una gran garra en el extremo de dos cuerdas para recuperarlo. Cuando tiran de una cuerda, la garra se cierra alrededor de un objeto y tú tiras de la otra para recuperar el objetivo. El ROV con el sonar colocado cerca del objetivo pudo monitorear este proceso y ayudar con dónde y cuándo cerrar la garra grande.

Resumen de la misión

En general, esta encuesta fue todo un éxito a pesar de tener cero visibilidad para la cámara. Usando el sonar de imágenes combinado con la flexibilidad del cabezal de la cámara giratoria en REVOLUTION, PipeTek pudo identificar varios puntos de interés para que Toronto Water los evaluara y planificara volver a inspeccionar, como laterales salientes, pozos, grietas y niveles de sedimentos. No solo se localizaron y fotografiaron estos puntos de interés, sino que también se pudieron medir con las herramientas de sonda disponibles.

Deep Trekker para inspecciones de infraestructuras y túneles

Los sonares de imágenes son una opción extremadamente versátil y capaz para muchas aplicaciones diferentes, no solo para inspecciones de túneles. Los pilotos de ROV a menudo se refieren a ellos como el sensor más importante en un ROV. Los sonares de imágenes Blueprint Subsea son una herramienta excelente para las inspecciones de túneles, pero no son la única opción. Hemos visto Perfiladores de tuberías Imagennex 831L y sonares de exploración mecánica que también se utilizan para proporcionar valiosos datos de inspección de túneles. Estos sonares de exploración no brindan el nivel de detalle requerido para tomar decisiones de evaluación de condiciones en pequeños defectos, pero son excelentes herramientas para determinar la condición general de las tuberías, recopilar datos sobre ovalidad, niveles de sedimentos e identificar defectos importantes.

El uso de este tipo de tecnología puede parecer desalentador al principio, pero es más fácil una vez que tiene un poco de práctica de primera mano. La parte importante de determinar la herramienta adecuada para su proyecto es saber cuál es el objetivo final de la inspección.

Si necesita ayuda para encontrar la tecnología adecuada para sus misiones, comuníquese con nuestros expertos en robótica para encontrar la opción adecuada para sus aplicaciones y presupuesto. Nos complace ayudar, incluso si eso significa elegir una tecnología que no es Deep Trekker!

Este proyecto no es el único túnel en el que se han desplegado los ROV de Deep Trekker.

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