Gestión de fugas en sistemas de aire comprimido mediante ultrasonidos
Mayor eficiencia gracias a la tecnología de ultrasonidos
Fugas en los sistemas de aire comprimido
El aire comprimido se utiliza como fuente de energía en numerosos sectores industriales. Esto se debe, entre otras cosas, a que el aire comprimido es relativamente fácil de producir y transportar, pero su suministro suele conllevar pérdidas considerables.
Mayor eficiencia gracias a la tecnología de ultrasonidos
¿Por qué detectar fugas?
En los sistemas de aire comprimido, una gran parte de la energía utilizada se pierde debido a zonas del sistema que no son estancas (fugas). Las fugas suelen producirse en acoplamientos, válvulas, uniones roscadas y uniones con bridas, así como en mangueras dañadas o tuberías corroídas. Los compresores deben ser capaces de compensar la pérdida permanente de presión para garantizar el suministro de aire comprimido. Esto, a su vez, conlleva un aumento de los costes de funcionamiento, ya que los compresores consumen más energía y las piezas de la maquinaria se desgastan más rápidamente.
Ahorro energético y aumento de la eficiencia
Con un 80 %, los costes energéticos constituyen la mayor parte de los costes del ciclo de vida de los compresores. Por lo tanto, las medidas destinadas a evitar las pérdidas de aire comprimido contribuyen de manera significativa a
ahorro energético y aumento de la eficiencia. La tecnología de pruebas por ultrasonidos se utiliza en aplicaciones prácticas para la localización de fugas. El aire que se escapa por los puntos de fuga genera turbulencias y, por lo tanto, ultrasonidos. El nivel máximo de ultrasonidos se emite en las inmediaciones de la fuga. Además, el ultrasonido se propaga con un alto grado de direccionalidad. Para la clasificación y evaluación de la pérdida total por fugas se utilizan métodos de análisis de banda ancha basados en la acústica de flujos.
Pérdida del 30 %
- La producción de aire comprimido representa alrededor del 10 % del consumo energético industrial mundial
- Ningún sistema es totalmente hermético: la pérdida media ronda el 30 %
De la detección al informe
Detección
- Enciende el dispositivo de pruebas de ultrasonidos de banda ancha y selecciona un accesorio
- Visualización del entorno mediante el nivel de banda ancha y el espectrograma en el rango de frecuencias de 20 a 100 kHz
- Detección posible incluso en entornos industriales ruidosos
Evaluación
- ¡Sigue los procedimientos de prueba establecidos!
- Busque el nivel sonoro máximo e inicie la evaluación de fugas con solo pulsar un botón
- Priorización de las medidas de mantenimiento mediante la clasificación de las fugas (clases 1-5) y la evaluación de las fugas (en l/min)
Documentación
- Añadir información de ubicación
- Añadir fotos, notas de voz y comentarios
- Realizar un seguimiento del estado de la reparación
- Guardar la documentación como archivo CSV, PDF o ZIP, de conformidad con la norma DIN EN ISO 50001, con solo unos clics
Detección
Los nuevos sensores de banda ancha, equipados con micrófonos ultrasónicos de alta sensibilidad, facilitan la detección de fugas en entornos ruidosos y difíciles. El espectrograma que aparece en la pantalla muestra inmediatamente al usuario si hay alguna interferencia ultrasónica y, en caso afirmativo, en qué rango de frecuencias se encuentra. El usuario puede utilizar la pantalla táctil para desplazar la frecuencia portadora audible fuera del rango de las señales ultrasónicas que causan interferencias.
Detección de fugas en entornos industriales ruidosos
Uno de los principales retos a la hora de detectar fugas es el elevado nivel de ruido procedente de las máquinas y los sistemas, que suele darse en entornos industriales. El nivel de ruido está presente no solo en el rango audible (frecuencias audibles de hasta 16 kHz), sino también en el espectro ultrasónico más bajo en forma de señal de interferencia (rango de frecuencias entre 20 y 40 kHz; véase el ejemplo de espectrograma 1). La tecnología de prueba consolidada funciona en una banda estrecha en torno a los 40 kHz, lo que puede dificultar la localización fiable de posibles fugas.
ESPECTROGRAMA 1
Entorno típico de ultrasonidos en una fábrica siderúrgica, con emisiones de ultrasonidos procedentes de la maquinaria en un rango de frecuencias de hasta aproximadamente 40 kHz.
Visualización de nivel y espectrograma
Por un lado, la intensidad de las señales ultrasónicas se representa mediante los niveles. Para las señales ultrasónicas de banda ancha detectadas en el rango de frecuencias comprendido entre 20 y 100 kHz, se calculan diferentes niveles de banda ancha, como, por ejemplo, el nivel instantáneo L(t) o el nivel sonoro continuo equivalente Leq. A partir del nivel sonoro continuo equivalente Leq, la presión del sistema y el tipo de gas, se calculan las pérdidas por fugas en l/min. Por otro lado, en el espectrograma se muestra la información espectral a lo largo del tiempo. La intensidad de las señales ultrasónicas se representa mediante una codificación por colores. La codificación por colores puede adaptarse a las necesidades individuales.
Supresión de señales de interferencia
Para eliminar las señales de interferencia durante la detección de fugas, el SONAPHONE aprovecha una de las ventajas de los sistemas de aire comprimido, a saber, el hecho de que los ultrasonidos generados se dispersan a lo largo de una amplia banda de frecuencias. El dispositivo de prueba de banda ancha SONAPHONE registra las señales ultrasónicas de hasta 100 kHz, un nivel significativamente superior al de las interferencias (véase el ejemplo de espectrograma 2). Dado que la información se muestra en la pantalla del dispositivo en forma de espectrograma, resulta fácil distinguir entre fugas y fuentes de interferencia.
ESPECTROGRAMA 2
Fuga en la tubería de aire comprimido de la misma fábrica siderúrgica. La fuga se detectó por encima del ruido de fondo de la maquinaria de la zona de producción.
Escucha en una banda estrecha de entre 20 y 100 kHz
Además de la visualización gráfica, las fugas también pueden localizarse mediante auriculares utilizando la señal acústica transformada. Al realizar una «escucha de banda estrecha» de la señal de 40 kHz, es posible que algunas fugas no se registren al escanear el sistema de aire comprimido debido a la gran proximidad entre el nivel de interferencia y la señal de fuga. El uso del método de escucha heterodina dentro del rango de banda ancha permite que el SONAPHONE también sea capaz de detectar fugas de forma fiable mediante métodos acústicos. Para la localización acústica de fugas, la banda estrecha deseada puede ajustarse, por ejemplo, a una frecuencia portadora de 70 kHz. Cuando se localiza una fuga, se emite una señal en el rango audible exclusiva de esta banda estrecha (véase el ejemplo). De este modo, las fugas pueden localizarse fácilmente mediante los auriculares.
Ajustar la frecuencia portadora de 40 a 70 kHz con el fin de suprimir el ruido de interferencia en la señal audible.
«Mientras que con
los dispositivos estándar de inspección por ultrasonidos solo se oye un sonido, la tecnología de inspección por ultrasonidos de banda ancha
nos abre las puertas a toda
una sinfonía de flujos y sonidos aéreos».
- Prof. Dr. Peter Holstein (Desarrollo Estratégico, SONOTEC GmbH)
Evaluación
Una vez detectada una fuga, el técnico de servicio inicia la medición. La pérdida por fuga se calcula y evalúa automáticamente en función del nivel de banda ancha y de la presión del sistema.
Procedimientos de ensayo definidos para la evaluación
El cumplimiento de los procedimientos de prueba definidos es fundamental para garantizar que las fugas se evalúen con un alto nivel de fiabilidad. El primer paso consiste en utilizar una bocina acústica de gran tamaño desde una distancia mayor para realizar una búsqueda aproximada de los puntos de fuga dentro del sistema de aire comprimido. Una vez identificada y aislada la fuente de ultrasonidos, se utiliza un localizador de precisión para localizar y registrar el nivel sonoro máximo de la fuga a una distancia de 5 cm. A continuación, la fuga se evalúa (l/min) y se clasifica (1-5) mediante la aplicación especial LeakExpert®.
La radiación acústica depende en gran medida del tamaño y la forma de la fuga, de las propiedades superficiales del material, del diferencial de presión, de la velocidad y el perfil del flujo de escape, así como de la temperatura. La distancia de medición también desempeña un papel importante, al igual que el ángulo de medición. Por lo tanto, solo es posible cuantificar de forma reproducible el volumen de pérdida cuando se utilizan procedimientos de ensayo definidos.
Clasificación de las fugas
Las fugas presentan una amplia variedad de firmas espectrales. Dependiendo de sus características, pueden presentar una dispersión estocástica en el rango de ultrasonidos de 20 a 100 kHz. Con una evaluación de banda estrecha, por ejemplo, a 40 kHz, existe el riesgo de obtener una evaluación incorrecta debido a los valores de nivel localmente elevados (amplitudes) o a las interrupciones de la señal (véase el diagrama). Las evaluaciones cuantitativas basadas en una frecuencia de banda estrecha pueden dar lugar a resultados erróneos. Por lo tanto, se recomienda analizar y evaluar una fuga utilizando el nivel de banda ancha.
Datos espectrales de dos fugas circulares representativas y su variación en función de los distintos ángulos de medición y diámetros (izquierda: D = 0,25 mm, L = 12,7 mm, q ~ 0,5 Nl/min; derecha: D = 0,58 mm, L = 38,1)
El dispositivo digital SONAPHONE® no solo aprovecha al máximo las ventajas del análisis de banda ancha, sino que también cuenta con una aplicación desarrollada específicamente para la evaluación de fugas. La aplicación LeakExpert® guía al usuario a lo largo del proceso de prueba. A partir del nivel sonoro continuo equivalente (Leq), la presión del sistema y el tipo de gas, se determinan las pérdidas por fugas individuales en l/min. El objetivo es clasificar las fugas según su magnitud (clases 1-5) para establecer y priorizar las medidas de mantenimiento necesarias. El mayor potencial de ahorro se consigue reparando las fugas grandes; en determinadas circunstancias, puede que no resulte económicamente viable reparar las fugas pequeñas.
Documentación
El SONAPHONE permite crear informes de forma rápida y sencilla, que luego se utilizan como importantes herramientas de toma de decisiones para cualquier medida de seguimiento, así como para verificar el éxito de la gestión energética. La documentación relativa a los resultados se puede generar con un solo clic, lo que proporciona a la dirección de la empresa toda la información necesaria sobre la ubicación de las fugas y las pérdidas de energía, así como documentación fotográfica y el nivel de prioridad de los trabajos de reparación. La sistematización de las tareas de detección y evaluación de fugas hace que el dispositivo también contribuya a garantizar un ahorro significativo de tiempo y una reducción de costes durante los trabajos de mantenimiento.
Añadir más detalles sobre la fuga
- Incorporación de información de ubicación
- Fotos y notas de voz
- Prioridad y estado de la reparación
Crear informes
- Datos en formato PDF, ZIP o CSV
- Conforme a la norma ISO 50001
- Informes comparables que ahorran tiempo
Informes conforme a la norma ISO 50001
Las empresas que cuentan con un sistema de gestión energética conforme a la norma DIN EN ISO 50001 están obligadas a registrar los datos relacionados con la energía y a utilizar esta información para establecer objetivos de gestión energética. Los sistemas de aire comprimido suelen presentar un elevado consumo energético y ofrecen un gran potencial para la mejora sistemática y a largo plazo del rendimiento energético.
Las fugas de aire comprimido son, en esencia, inevitables; no obstante, las empresas deben aspirar a crear unas condiciones óptimas del sistema y a mantenerlas mediante trabajos de mantenimiento periódicos. Se considera económicamente viable un nivel de pérdidas por fugas residuales del 10 %.
El informe de la aplicación LeakExpert® cumple con los requisitos de documentación de la norma DIN EN ISO 50001 y proporciona información fiable sobre las pérdidas por fugas, tanto individuales como totales, que se han subsanado en el sistema de aire comprimido. Además del análisis por ultrasonidos, el dispositivo SONAPHONE® también permite almacenar información adicional relevante, como fotografías y notas de mantenimiento. El informe no solo facilita las tareas de mantenimiento, sino que también sirve como prueba de una gestión energética eficaz en el marco de auditorías internas y externas.
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No dude en contactarnos. Estaremos encantados de ayudarle.
