Maestría en Ingeniería Electrónica · 2016
Clasificación de estados de deformación elástica en tuberías metálicas mediante algoritmos basados en modelos estadísticos y técnicas heurísticas.
Este trabajo describe los resultados de la adaptación de una metodología para la detección y clasificación de diferentes estados de deformación elástica en tuberías metálicas usando ondas guiadas, el principio de piezo-diagnosis y algoritmos estadísticos. La metodología consiste en transmitir y sensar un conjunto de ondas guiadas en una tubería a nivel de laboratorio para obtener el comportamiento estadístico en su estado nominal y en otros estados de deformación elástica. Los diferentes grados de deformación son emulados variando la carga aplicada por uno de los soportes de la tubería. Las señales transmitidas y sensadas son analizadas y procesadas por algoritmos basados en correlación de señales, Análisis de Componentes Principales y Prueba de Hipótesis con el propósito de detectar y clasificar diferentes grados de deformación. La metodología se validó experimentalmente variando temperatura del ambiente y la velocidad del flujo de agua dentro de la tubería, comprobándose su efectividad en la detección y clasificación de estados de deformación. Actualmente los sistemas de inspección en tuberías utilizados por las empresas son capaces de detectar, cuantificar y localizar diferentes tipos de fallas de manera eficiente. Sin embargo, estos sistemas de inspección no trabajan de forma continua debido a los altos costos de operación. Este factor no presenta problemas cuando se requiere detectar fallas que aparecen de forma gradual como por ejemplo la corrosión, que tarda meses en manifestarse y no requiere una agenda de inspección continua. No obstante, existen otro tipo de fallas que se pueden presentar de forma repentina las cuales pueden provocar consecuencias económicas, ecológicas o trágicas
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Contenido
- INTRODUCCIÓNp. 13
- DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA Y MOTIVACIÓNp. 13
- 1. OBJETIVOSp. 14
- 1.1 OBJETIVOS GENERALESp. 14
- 1.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOSp. 14
- 2. CONCEPTOS BÁSICOS Y ANTECEDENTESp. 15
- 2.1 MONITORIZACIÓN DE SALUD ESTRUCTURAL (MSE)p. 15
- 2.2 DEFORMACIONES EN TUBERÍAS METÁLICASp. 16
- DE DEFORMACIONES EN TUBERÍASp. 17
- 2.4 PIEZO-DIAGNOSISp. 18
- ELÁSTICASp. 19
- 2.5.1 Efecto de la temperatura sobre las ondas guiadasp. 19
- 2.5.2 Propagación de ondas en tuberías con fluidop. 20
- ESTADÍSTICAS USADAS EN MSEp. 21
- DE DEFORMACIONES ELÁSTICASp. 25
- DE TEMPERATURA Y FLUJO DE AGUAp. 26
- 3.1.1 Modelo PCA estadístico del estado de deformación elástica nominalp. 26
- 3.1.2 Índices T2 y Q estadísticosp. 29
- Estadísticap. 31
- 3.2 RESUMEN METODOLOGÍA PROPUESTAp. 32
- 4. DISEÑO DEL EXPERIMENTOp. 36
- 4.1 TRANSMISIÓN Y ADQUISICIÓN DE DATOSp. 36
- 4.2 ESCENARIOS DE DEFORMACIÓN ELÁSTICAp. 38
- TEMPERATURAp. 32
- DE FLUJO DE AGUAp. 41
- 5. RESULTADOSp. 42
- CONDICIONES DE TEMPERATURA CONSTANTEp. 44
- VARIACIONES DE TEMPERATURA Y HUMEDADp. 48
- base de datosp. 50
- adquiridas ante variaciones de temperaturap. 51
- adquiridas ante variaciones de temperaturap. 51
- CONDICIONES DE FLUJO ESTABLEp. 57
- 6. CONCLUSIONES Y TRABAJOS FUTUROSp. 66
- 6.1 CONCLUSIONESp. 66
- 6.2 TRABAJOS FUTUROSp. 67
- 7. REFERENCIASp. 68
- BIBLIOGRAFÍAp. 72
- ANEXOSp. 76
- FIGURA 1: RELACIÓN ESFUERZO DEFORMACIÓNp. 16
- POR ULTRASONIDOp. 18
- FIGURA 3: SEÑAL DE ACTUACIÓN Y SEÑAL SENSADAp. 22
- ACTUACIÓNp. 22
- DE SALIDAp. 24
- DEFORMACIONES ELÁSTICASp. 26
- NORMAL DE LA TUBERÍAp. 29
- LOS ÍNDICES Q Y T2 CALCULADOS PARA 2 OUTLIERS [17]p. 30
- DE DEFORMACIÓN A PARTIR DE LOS ÍNDICES ESTADÍSTICOS T2 Y Q ESTADÍSTICOp. 31
- MEDIANTE PRUEBA DE HIPÓTESIS ESTADÍSTICAp. 32
- UNA BASE DE DATOSp. 33
- B) SEÑALES AUTO-CORRELACIONADAS A DIFERENTES TEMPERATURASp. 34
- 28 Y 50°Cp. 35
- FIGURA 14: ESQUEMA DEL MONTAJE EXPERIMENTALp. 36
- FIGURA 15: CURVAS DE DISPERSIÓN DE UNA ESTRUCTURA CILÍNDRICA [2]p. 37
- FIGURA 16: SEÑAL DE EXCITACIÓNp. 38
- LOS 5 ESCENARIOS DE DEFORMACIÓNp. 39
- TEMPERATURAp. 32
- DE LA TUBERÍAp. 39
- CONDICIONES DE FLUJO ESTABLEp. 57
- EN UNA TUBERÍAp. 43
- COMPONENTES RETENIDOSp. 43
- B) 2.5MM, C) 5MM Y D) 1CMp. 44
- CON VARIACIÓN DE TEMPERATURAp. 49
- CONSTANTEp. 50
- DEFORMACIÓN CONSTANTE (SEÑALES NORMALIZADAS)p. 50
- TUBERÍAp. 40
- A 28°Cp. 52
- UTILIZANDO 10 ITERACIONESp. 53
- EXPANDIDOp. 54
- ITERACIONESp. 52
- EXPANDIDOp. 54
- ESTABLEp. 58
- 0.33 M/S, B) 0.25 M/S, C) 0.16 M/Sp. 59
- A) SIN APLICAR FILTRO, B) SIN APLICAR PROMEDIOp. 59
- LOS GRADOS DE DEFORMACIÓN EXTREMOS UTILIZADOS EN LAS PRUEBASp. 64
- TABLA 1: ESCENARIOS DE DEFORMACIÓN EN EL CENTRO DE LA TUBERÍAp. 39
- PASOS DE DEFORMACIÓN DE 1MMp. 45
- DEFORMACIÓN DIFERENTES PARA 4 DIFERENTES GRADOS DE DEFLEXIÓNp. 46
- DEFLEXIONES DE 1CMp. 47
- DEFLEXIONES DE 1 MMp. 47
- DEFLEXIONES DE 2 MMp. 47
- DEFLEXIONES DE 5 MMp. 48
- TABLA 8: TEMPERATURAS Y HUMEDADES RELATIVAS DE LA EXPERIMENTACIÓNp. 49
- DEFORMACIÓN CON METODOLOGÍA BASADA EN MODELO PCA EXPANDIDOp. 52
- PRUEBAp. 55
- TEMPERATURA DE 28°C PARAp. 56
- ESCENARIOS DE DEFORMACIÓN A 36°Cp. 56
- ESCENARIOS DE DEFORMACIÓN A 42°Cp. 57
- EN DIFERENTES ESTADOS DE DEFORMACIÓN PARA UN CAUDAL DE 0.33 M/Sp. 60
- DEFORMACIÓN PARA TRES CAUDALES DIFERENTESp. 60
- ESCENARIOS DE DEFORMACIÓN CON UN FLUJO DE 0.16 M/Sp. 62
- UN FLUJO DE 0.33p. 62
- UN FLUJO DE 0.24p. 62
- UN FLUJO DE 0.16 M/Sp. 64
- ANEXO A. PERTURBACIONES DE LA ONDA GUIADAp. 76
- CLASIFICACION DE DEFORMACIONESp. 87