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Una tecnología ultrasónica para comprobar el estado de componentes esenciales en centrales eléctricas

Las centrales eléctricas emplean tuberías que funcionan bajo condiciones muy duras y pueden sufrir daños. Si estos no se detectan, podrían producirse averías peligrosas y hasta cortes en el suministro. Gracias a la financiación de la UE, una nueva tecnología de ultrasonidos junto con ensayos no destructivos (END) puede detectar con precisión los daños por termofluencia en una fase temprana.

Tecnologías industriales
Energía

Las centrales que emplean combustibles fósiles generan electricidad bajo condiciones operativas muy duras, y muchos de sus componentes están presurizados, como los tubos y colectores de las calderas o las tuberías de gas, que funcionan con temperaturas de entre 540 °C y 570 °C; toda esta presión puede causar fisuras en las soldaduras y acabar por romper los conductos.

La importancia de detectar pronto la avería

La termofluencia es una deformación provocada por el calor y el paso del tiempo que se produce en un componente sometido a presión. «Ahora sabemos que la termofluencia se produce en una etapa bastante temprana del ciclo de vida previsto de un componente. En muchos casos, las grietas en las soldaduras aparecen hacia la mitad de la vida útil restante», señala el doctor Marko Budimir, coordinador del proyecto CreepUT, financiado con fondos europeos. Podría pensarse que la termofluencia empieza en la superficie y se extiende hacia dentro, pero las pruebas demuestran que se desarrolla al revés. Además, al principio crece de una forma mucho más lenta, así que, cuando se detecta el daño en la superficie, el tubo ya ha empezado a fallar. Los métodos actuales de los ensayos no destructivos (END), como la réplica metalográfica, no están preparados para supervisar adecuadamente el material bajo la superficie. El equipo científico de CreepUT ha solucionado este importante problema con una novedosa tecnología por ultrasonidos. «Nuestro escáner inteligente de ultrasonidos tiene un campo de acción volumétrico, lo que permite, por primera vez, detectar la termofluencia existente bajo la superficie al principio de su desarrollo. Es capaz de medir con precisión la deformación por termofluencia a una escala micrométrica (algo muy difícil con la tecnología actual) y lograr que los componentes de las centrales eléctricas duren más tiempo del previsto en el diseño original», explica Budimir.

El funcionamiento del sistema

El sistema CreepUT está diseñado específicamente para escanear zonas de soldaduras importantes susceptibles de sufrir daños por termofluencia. Dispone de un manipulador mecánico y ergonómico para transportar y colocar con precisión el cabezal de inspección ultrasónica sobre las superficies que se van a escanear en los tubos. El cabezal de inspección consiste en una sonda ultrasónica y un acuñamiento, y tiene a su alrededor un transductor ultrasónico capaz de detectar defectos mayores de 0,2 mm. La longitud de onda del transductor ultrasónico puede tener un gran impacto en la probabilidad de detectar una fisura. Para que sea posible detectar la discontinuidad, esta debe ser mayor que la longitud de onda; de lo contrario, la onda de sonido pasará de largo por el defecto. «La mayoría de ensayos con ultrasonidos se realizan con frecuencias de entre 1 MHz y 15 MHz. Las frecuencias más altas permiten detectar los defectos más pequeños. Sin embargo, tras un determinado punto, la energía acústica tiende a dispersarse y no recorre una gran distancia en el material», comenta Budimir.

Problemas durante el funcionamiento

La realización de pruebas con el nuevo sistema CreepUT en centrales de lignito plantea algunos problemas. Durante la quema de combustible se genera una alta concentración de pequeñas partículas de polvo, lo que puede provocar errores durante el escaneado. Es necesario trabajar con precisión para mejorar el sistema a fin de que este pueda soportar las condiciones de funcionamiento dentro de una central eléctrica, lo que incluye la concentración de polvo, la humedad y unas temperaturas elevadas. La sensibilidad de la sonda ultrasónica es otro factor esencial para el éxito del sistema CreepUT. La rugosidad final de la superficie debería ser de aproximadamente 1 μm; en caso de ser mayor, la capacidad de detección de la sonda ante defectos pequeños podría verse limitada. Puesto que lograr dicha rugosidad tiene un coste elevado, el sistema se ha diseñado para realizar el escaneado sobre cuatro puntos que van girando en incrementos de noventa grados alrededor de la tubería. La tecnología de CreepUT ofrece una mayor seguridad y un aumento de los ingresos, ya que reduce los cortes de suministro en las centrales. Será necesario realizar más pruebas para demostrar de manera convincente las ventajas de este nuevo sistema de inspección.

Palabras clave

CreepUT, daños por termofluencia, central eléctrica, tecnología de ultrasonidos, ensayos no destructivos, bajo la superficie, grieta en la soldadura, ensayo ultrasónico, transductor ultrasónico

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