Diseño de un robot para inspección visual en tiempo real de tuberías de gas secundarias

Abstract

El mantenimiento de redes de tuberías de gas es una operación crítica para garantizar la seguridad y la continuidad del suministro. Las tuberías pueden presentar deficiencias que representa un peligro de fuga de gas resultando en un alto riesgo de una explosión que podría afectar a muchas personas en zonas urbanas. Sin embargo, la inspección directa de estos sistemas es un proceso que demanda largos tiempos de mantenimiento y genera altos costos operativos, principalmente porque estas redes de tuberías mayormente se encuentran bajo tierra y en zonas de difícil acceso. Aunque existan herramientas inteligentes para realizar las inspecciones internas en particular se dificulta más cuando se trata de ductos secundarios, debido a las menores dimensiones que tiene y la limitada disponibilidad de herramientas requeridas para una inspección interna. El objetivo general del presente trabajo es el diseño de un robot móvil para la inspección visual en tiempo real de anomalías en ductos de gas secundarios de hasta 10 pulgadas de diámetro. Los objetivos específicos comprenden el diseño de la estructura mecánica, la arquitectura electrónica para el sistema de control y comunicación, la programación del sistema de teleoperación, y la validación del sistema mediante pruebas de campo. La metodología aplicada es basada en el libro “Design Methodology for Mechatronic Systems: An Approach Using Function/Means Tree and Channel/Agency Net” para la realización de diseño conceptual, diseño mecánico, diseño eléctrico-electrónico y diseño del sistema de control. El trabajo describe la experiencia de analizar la problemática alrededor de la inspección de tuberías de gas, identificar productos ya existentes en el estado del arte, evaluar diferentes soluciones, realizar una propuesta para solucionar la problemática, realizar el diseño mecatrónico del sistema de inspección de tuberías, seleccionar los componentes, realizar el diseño 3D, realizar planos mecánicos y electrónicos, realizar simulaciones y finalmente, realizar pruebas de campo. Por esta razón, se propone diseñar un robot de inspección visual en tiempo real de anomalías en ductos secundarios para la resolución de la actual problemática de seguridad, tiempo de identificación lenta y dificultad para no permitir evaluar con una mayor periodicidad. El sistema de inspección de tuberías se compone de un robot móvil que puede ingresar por tuberías de hasta 10 pulgadas de diámetro en tramos rectos con una inclinación de hasta 40°, alcanzar distancias de hasta 300 metros de cable, dos cámaras de resolución 1280 × 720 p, luces incorporadas de hasta 1500 lúmenes, autonomía de 1 hora en condiciones de operación nominal, velocidad máxima de 1 m/s y transferencia de imágenes en tiempo real con un peso total de 12.16 kg y un costo de USD 17,129.86. Las pruebas de campo, realizadas en una tubería de poliuretano de 600 mm de diámetro instalada por SEDAPAL, confirmaron una inspección continua de 250 metros en 90 minutos sin pérdida de comunicación, con iluminación de 1500 lúmenes y transferencia de video con un retraso de 300 ms.