Uso de pruebas ultrasónicas no destructivas para garantizar el éxito en aguas profundas

Antes de la instalación final, GF Piping Systems evaluó el estado de cada soldadura mediante ultrasonidos, utilizando un sofisticado algoritmo para predecir el rendimiento futuro.

Cuando el Hospital General de la Polinesia Francesa (acrónimo francés CHPF) buscó una mejor manera de enfriar sus edificios, buscó una solución que utilizara tanto el recurso más común del planeta como una forma innovadora de garantizar el éxito del proyecto.

CHPF, ubicado en la ciudad capital de Papeete, es el hospital de referencia para toda la nación, un territorio de ultramar de Francia que tiene más de 100 islas muy dispersas en el Pacífico Sur. Dado el clima tropical de la región, el aire acondicionado es una alta prioridad para los centros de atención médica. La temperatura promedio anual en Papeete es de 79 grados F, con alta humedad durante la temporada de lluvias. La refrigeración de las instalaciones con aire acondicionado tradicional consumía mucha energía, lo que tenía efectos negativos en el medio ambiente y en los resultados del hospital.

Para contrarrestar ambos desafíos, CHPF se asoció con Geocean para instalar el sistema de aire acondicionado de agua de mar (SWAC) más largo del mundo.

Geocean, con sede en Cassis (Francia), es la división de obras marinas y offshore de VINCI Construction Grands Projets. Su trabajo se centra en proyectos de construcción cerca de la costa y en aguas poco profundas, donde el mar se convierte gradualmente en tierra. Con énfasis en brindar desarrollo llave en mano, sus capacidades abarcan diseño, adquisición, construcción e instalación.

En áreas con fácil acceso al océano, los sistemas SWAC brindan una alternativa respetuosa con el clima. Dado que aprovechan las temperaturas ya frías del agua del océano (extraída de profundidades inferiores a 700 m), los SWAC requieren mucha menos electricidad (hasta un 75%) para lograr los mismos resultados de enfriamiento. Según un estudio de 2020 publicado en la revista Energy Efficiency, 1 m3 de agua en un sistema SWAC puede proporcionar la misma energía de refrigeración que 21 turbinas eólicas o una planta de energía solar del tamaño de 68 campos de fútbol.

El atractivo era claro para CHPF, pero también lo eran los desafíos del proyecto de Geocean. Una vez que se hubieran instalado las tuberías necesarias en el fondo del océano, no habría segundas oportunidades: era esencial tener total confianza en cada una de las casi 400 soldaduras.

La clave del éxito de Geocean provino de un socio experimentado y una nueva tecnología: GF Piping Systems y sus pruebas de soldadura ultrasónicas no destructivas (NDT). La empresa desarrolló originalmente su versión de END ultrasónico para soldaduras metálicas, pero también la adaptó para probar uniones en sistemas de tuberías de plástico.

Con 60 años de experiencia, GF Piping Systems suministra sistemas de transporte de fluidos seguros y sostenibles. Como lo demuestra su desarrollo de END ultrasónico para evaluación de soldaduras, la empresa se centra fuertemente en asociarse con los clientes para encontrar respuestas a los problemas.

Las soldaduras pueden ser el talón de Aquiles de cualquier sistema de tuberías. Son de vital importancia para una operación segura y confiable, pero históricamente, se puede esperar que falle hasta una de cada 300 soldaduras. Hasta hace muy poco, era imposible verificar la calidad de las soldaduras en los sistemas de tuberías de plástico durante la instalación sin destruirlas.

Los propietarios y directores de proyecto se enfrentaban a un doloroso dilema: podían optar por destruir algunas soldaduras y esperar que probar algunas de esta manera proporcionaría una lectura válida del estado de las demás, o podían abstenerse de realizar pruebas destructivas y aceptar un precio más alto. nivel de riesgo económico y reputacional. Las pruebas de presión convencionales simplemente no podían predecir con precisión el futuro de una soldadura.

El Hospital General de la Polinesia Francesa es el principal hospital regional de toda la nación, que comprende decenas de islas en el Pacífico Sur.

Para proporcionar una mejor solución, GF Piping Systems analizó 25 años de investigación de materiales, catalogando los detalles finos de numerosas soldaduras y rastreando cómo esa información se correlacionaba con la resistencia a largo plazo de las soldaduras.

Estos datos permitieron a GF Piping Systems desarrollar un algoritmo patentado que puede evaluar la probabilidad de futuras fallas de soldadura en función de pasa/falla, con resultados disponibles dentro de las 24 horas.

Una vez en el sitio, los inspectores implementan técnicas como la difracción de tiempo de vuelo y pruebas ultrasónicas de matriz en fase para recopilar información sobre el estado de la soldadura. Las soldaduras que no pasan se pueden reemplazar de inmediato. Una vez que pasan todas las soldaduras, es seguro continuar con pasos (como cerrar una zanja) que dificultan o imposibilitan el acceso futuro a las soldaduras.

Para el ambicioso proyecto de Geocean en Tahití, difícilmente se podría subestimar la importancia de la tranquilidad a este respecto.

El gobierno de la Polinesia Francesa encargó el sistema SWAC para CHPF con el objetivo de ayudar a eliminar gradualmente los combustibles fósiles y al mismo tiempo cosechar los beneficios de un menor consumo de energía. Dado que SWAC depende de un recurso renovable y puede reducir la demanda de energía, Ocean Energy Europe lo ha llamado "la tecnología perfecta para descarbonizar los sistemas de calefacción y refrigeración en las costas del mundo". Los sistemas SWAC también son considerablemente más silenciosos y compactos que los equipos de aire acondicionado tradicionales. .

Los sistemas SWAC funcionan utilizando agua fría del océano para enfriar un circuito cerrado de agua dulce a través de un sistema de intercambiadores de calor. El agua del océano calentada por el intercambio regresa luego al mar. Para el proyecto CHPF, Geocean planeó una tubería de entrada de 3.800 m que se extendería hacia el océano hasta una profundidad máxima de 900 m, con tres bombas capaces de extraer 1 millón de litros de agua por hora.

La tubería de entrada envía agua al sistema de aire acondicionado del hospital a una temperatura de aproximadamente 41 grados F, mientras que una tubería de descarga de 200 metros devuelve el agua al océano a aproximadamente 53 grados F. El enfriamiento se realiza directamente, mediante contacto térmico, con sin generación de electricidad. Las tuberías están formadas por tuberías de polietileno de alta densidad (HPDE) NPS de 710 mm soldadas mediante el método de polifusión. Con una longitud total de 4.300 m, el sistema es el más largo de su tipo en el mundo.

Para crear un sistema tan grande sin interrupciones innecesarias en el hospital, la tubería se montó principalmente en un lugar de trabajo en Papeari, al otro lado de la isla. Una vez finalizado, todo el tramo fue remolcado a través del océano hasta un sitio de conexión cerca de Papeete, sometiendo el oleoducto y todas sus soldaduras a condiciones extremas. Técnicos cualificados trabajaron a una altura de nueve pisos sobre el suelo y luego realizaron la delicada operación de conectar la tubería de varias toneladas a la red de aire acondicionado del hospital.

Otra preocupación era que una vez colocada la tubería, la tubería flexible de polietileno se adaptaría al fondo irregular del océano, posiblemente sometiendo las soldaduras a tensión adicional, pero en un lugar donde las reparaciones serían imposibles. El conocimiento avanzado del estado de las soldaduras, con certeza científica, no podría haber sido más esencial para la viabilidad del proyecto.

Dada la absoluta necesidad de saber que las soldaduras se mantendrían, el proyecto SWAC para CHPF proporcionó un caso de prueba casi perfecto para la capacidad de END ultrasónico de GF Piping Systems, tanto desde el punto de vista tecnológico como organizativo.

Con más de 4.000 m, el sistema de aire acondicionado de agua de mar (SWAC) del Hospital General de la Polinesia Francesa es el más largo de su tipo en el mundo. Geocean completó el proyecto de 32,6 millones de dólares en menos de un año.

Afortunadamente, el proyecto pasó esta prueba con gran éxito. La construcción del proyecto de $32,6 millones se completó en noviembre de 2021 después de menos de un año de trabajo, a pesar de las interrupciones del COVID-19. El sistema entró en pleno funcionamiento en el hospital en julio de 2022. Todas las partes implicadas se sintieron satisfechas con el resultado positivo de su trabajo conjunto.

"Cada una de las 350 soldaduras realizadas tuvo que ser inspeccionada por ultrasonido, y GF Piping Systems fue el único que nos demostró y garantizó la eficacia de su sistema", dijo el director del proyecto Geocean, Roy Issa.

Damien Moine, director de ventas de servicios públicos de GF Piping Systems France, se hizo eco de la importancia de este puesto para su empresa. “Comenzamos con soporte técnico desde el lanzamiento del proyecto, hasta brindar un servicio único en el mercado: pruebas no destructivas por ultrasonido”, dijo Moine.

Mientras tanto, el SWAC está logrando objetivos importantes para el CHPF y la Polinesia Francesa. El sistema reducirá el consumo eléctrico anual del hospital en 12 GWh al año, lo que representa el 90% de su gasto anterior en aire acondicionado y algo más de un tercio de su uso total. Los ahorros de costos anuales para el hospital se estiman en $2,9 millones.

Dado que el hospital también produce 5.000 toneladas menos de CO2 cada año, Issa señaló que se espera que el proyecto reemplace un 2% de la energía basada en carbono utilizada en la Polinesia Francesa. Aproximadamente dos tercios de la electricidad en la Polinesia Francesa se genera con petróleo importado y (al menos hasta ahora) CHPF ha sido el establecimiento con mayor uso intensivo de energía de la región.

El concepto SWAC se desarrolló por primera vez en la década de 1960, y entre los primeros en adoptarlo se incluye la Ópera de Sydney, que se completó en 1973. Actualmente existen sistemas en ubicaciones costeras desde Hong Kong hasta Hawaii, incluidas otras partes de la Polinesia Francesa. Sin embargo, aún no se ha aprovechado plenamente el verdadero potencial de este enfoque. Por ejemplo, los planes regionales de sostenibilidad actuales en la región del Caribe no se han centrado en la tecnología.

Una posible barrera para la adopción es el alto costo inicial de construcción. Sin embargo, es probable que la inversión en un SWAC se recupere a largo plazo. Por ejemplo, se espera que el SWAC instalado en CHPF tenga una vida operativa de 30 años, pero los ahorros de costos son lo suficientemente grandes como para que el proyecto pueda lograr un retorno de la inversión dentro de 10 o 15 años.

La geografía es claramente una limitación de esta solución. Estrictamente hablando, SWAC sólo es realista para edificios muy próximos al océano. Además, es más fácil de ejecutar en lugares donde la profundidad del océano desciende de manera relativamente pronunciada desde la costa, como ocurre cerca de Tahití. Sin embargo, también son posibles sistemas de refrigeración basados ​​en el mismo principio en zonas cercanas a lagos profundos. Por ejemplo, Lake Source Cooling de la Universidad de Cornell utiliza agua del lago Cayuga para proporcionar refrigeración tanto al campus de Cornell como a la cercana escuela secundaria Ithaca.

Según un informe de la Agencia Internacional de Energía, la energía consumida por la refrigeración de edificios en todo el mundo se triplicó entre 1990 y 2016, lo que la convierte en la fuente de demanda de energía de más rápido crecimiento. Este nivel de uso supone una carga para la red eléctrica en las regiones más cálidas y aporta más de un millón de toneladas de CO2 al medio ambiente cada año. Las altas temperaturas recientes en todo el mundo sugieren que la necesidad de refrigeración no hará más que aumentar en los próximos años. Para 2070, la demanda mundial de refrigeración puede superar la demanda mundial de calor.