Escuchando los codos de las tuberías: Un método novedoso para detectar la erosión sin contacto

¿Alguna vez has visto a un médico evaluando los reflejos mediante ligeros golpes con un martillo en la rodilla? De manera similar, los ingenieros pueden diagnosticar la salud de las tuberías con un poco de percusión y un ingenio sorprendente, de modo, que pueda minimizarse la erosión y mantener por más tiempo la vida útil de los accesorios de los sistemas de tuberías.

Sistema de tuberías con codos dentro de una fábrica

Codos en sistemas de tuberías. Imagen de crystalKwok

En este artículo exploraremos un método pionero para detectar la erosión en los codos de las tuberías, utilizando una combinación de golpes suaves, inteligencia artificial y aprendizaje profundo (Deep Learning).

Tabla de Contenidos

La erosión de los codos de las tuberías: Un enemigo silencioso

Descripción de la erosión interna en los codos de tuberías

Descripción de erosión en codos de tuberías. Imagen de LinkedIn

Imaginen una enorme red de tuberías transportando líquidos o gases a lo largo de kilómetros (puede ser petróleo, gas natural, productos químicos, etc). En el corazón de esta red se encuentran los codos, piezas clave que cambian la dirección del flujo. Pero, ¿qué pasa cuando estos codos se erosionan?.

A medida que los fluidos pasan a alta velocidad, pueden desgastar gradualmente el interior del codo, adelgazando sus paredes. Esto no solo compromete la integridad de la tubería, sino que también puede provocar fugas peligrosas, que además pueden causar explosiones, contaminación ambiental y pérdidas económicas millonarias, derrames ambientales y costosas reparaciones.

Para evitar estas situaciones no deseadas, es crucial monitorear el estado de los codos y detectar la erosión a tiempo. Tradicionalmente, esto se hacía con sensores de contacto directo, costosos y difíciles de instalar en todos los recovecos de la red. Pero, ¿y si te dijéramos que existe un método nuevo, más económico y fácil de usar?.

A continuación, les presentaremos una innovadora técnica que combina la percusión, el aprendizaje automático y el aprendizaje profundo (Deep Learning) para detectar la erosión del codo de la tubería. Sí, ¡con un simple golpe y un poco de inteligencia artificial!

Métodos tradicionales de detección de erosión en codos de tuberías

Usualmente, detectar la erosión de los codos de las tuberías implicaba métodos intrusivos y costosos. Los técnicos debían instalar sensores permanentes en las tuberías, lo que interrumpía el flujo y requería experiencia especializada. Estos sensores, además, podían ser propensos a fallas y proporcionaban información limitada sobre la gravedad de la erosión.

Detección alternativa de la erosión en codos de tuberías: La percusión al rescate

Aquí, es donde entra en juego la magia de la percusión. Imagine a un ingeniero dando un ligero golpe en el codo de la tubería con un martillo especializado. Ese golpe genera una sutil "melodía" de sonido que, aunque inaudible para el oído humano, contiene información valiosa sobre el estado del codo.

Esta "melodía" refleja la rigidez y el grosor de la pared del codo. Un codo sano resonará de manera diferente a uno erosionado, con variaciones en el tono, la amplitud y la duración del sonido.

Aprendiendo el lenguaje de las tuberías: Inteligencia artificial y aprendizaje profundo

Pero, ¿cómo interpretamos esta "melodía" de la tubería? Aquí, es donde entran en juego la inteligencia artificial (IA) y el aprendizaje profundo (AD). Estos sofisticados algoritmos pueden analizar el sonido captado tras el golpe y extraer información precisa sobre la gravedad de la erosión.

En este método innovador, se utiliza un algoritmo llamado Descomposición Modal Variacional (VMD) para descomponer la "melodía" en diferentes componentes, como si afináramos cada nota individual. Luego, otro algoritmo llamado Multi-Rocket selecciona la nota más informativa, la que mejor revela el estado del codo.

Finalmente, una red neuronal capsular, una poderosa herramienta de aprendizaje profundo, analiza la nota seleccionada y la clasifica en diferentes niveles de erosión, desde leve hasta severa.

¿Cómo funciona este método de detección de la erosión en los codos de las tuberías?

Daño causado por la erosión dentro del codo de una tubería

Erosión en el interior de un codo de tubería. Imagen de researchgate

Basados en lo descrito en el punto anterior, podemos decir que el funcionamiento de este método basado en percusión e inteligencia artificial se lleva a cabo en 4 simples pasos que describimos a continuación:

Percusión: Se golpea suavemente el codo de la tubería con un martillo. Este golpe genera una señal de audio que captura las vibraciones de la estructura.
Descomposición de la señal: Se hace uso de una técnica llamada Descomposición Modal Variacional (VMD) para descomponer la señal de audio en diferentes componentes, como si fueran diferentes instrumentos tocando al mismo tiempo. Cada componente, llamado Función Modal Intrínseca (IMF), revela información específica sobre la tubería.
Selección del modo más representativo: Se emplea un modelo de aprendizaje automático llamado Multi-Rocket para analizar los diferentes componentes de la señal de audio y elegir el que mejor refleja el estado del codo de la tubería.
Clasificación con Cápsulas Neurales: Finalmente, se utiliza una red neuronal de última generación llamada Cápsula Neural para clasificar el estado del codo de la tubería en función del componente seleccionado. Las cápsulas neurales son capaces de captar patrones complejos en los datos, lo que las hace ideales para esta tarea.

Ventajas de este método de detección de la erosión en los codos de las tuberías

Las principales ventajas que presenta este método de detección de erosión son las siguientes:

Sin contacto: No requiere la instalación de sensores permanentes en la tubería, lo que reduce costos y riesgos de daño.
Fácil de usar: Puede ser realizado por personal sin necesidad de una formación especializada.
Rápido y económico: La recolección y análisis de datos se realiza en cuestión de segundos.
Preciso: Los estudios demuestran una alta precisión en la detección de diferentes niveles de erosión.

Poniendo a prueba el método de detección de erosión: resultados sorprendentes

Se ha probado este método en codos de tuberías reales con diferentes niveles de erosión, y los resultados son asombrosos. En un escenario donde los datos de entrenamiento y prueba provenían de la misma tubería, este método alcanzó una precisión cercana al 100%.

Pero, lo que es aún más impresionante es su desempeño en un escenario más realista. Cuando se entrenó el algoritmo con datos de una tubería y luego se probó en otra distinta, con la misma estructura pero diferente historial de uso, ¡la precisión siguió siendo superior al 90%! Esto demuestra la generalización y robustez del método, lo que significa que puede adaptarse a diferentes tuberías y condiciones.

Un futuro sin contacto: Hacia una monitorización inteligente

Este método innovador tiene el potencial de revolucionar la forma en que monitoreamos la salud de las tuberías. Es no intrusivo, rentable y, lo que es más importante, preciso. Al eliminar la necesidad de sensores permanentes, se reduce el tiempo de inactividad y se minimizan los costos de mantenimiento.

Además, la capacidad de adaptarse a diferentes tuberías abre la puerta a una monitorización inteligente y en tiempo real de las redes de tuberías. Imaginemos sensores portátiles que recorren las tuberías, escuchando sus codos y alertando a los ingenieros sobre cualquier signo de erosión incipiente.

Este es solo el comienzo de una nueva era en la monitorización de tuberías. Al escuchar atentamente la "melodía" de las tuberías, podemos mantener las infraestructuras de tuberías seguras y saludables durante muchos años, lo que se traduce en un ahorro sistemático de recursos a largo plazo.

Escuchando los codos de las tuberías: Un método novedoso para detectar la erosión sin contacto by Ing. Bulmaro Noguera is licensed under CC BY-NC-ND 4.0