PRUEBAS NO DESTRUCTIVAS DE CABLES DE ACERO EN INSTALACIONES OFF SHORE Y DIQUES. O.Gronau (DMT,Bochum,Alemania)

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1 PRUEBAS NO DESTRUCTIVAS DE CABLES DE ACERO EN INSTALACIONES OFF SHORE Y DIQUES B.Cook (CITS Services SDN.BHD, Johor Baru,Malasia) O.Gronau (DMT,Bochum,Alemania) V.Sukhorukov (INTRON PLUS, Ltd., Moscú, Rusia) E.Verdegaal (Heerema Marine Contractors,Leiden,Holanda)

2 Resumen Las pruebas no destructivas NDT de cables de acero para instalaciones costeras y diques del tipo sinchrolift requieren de metodos e instrumentos especiales.el detector de flujo magnético INTROS cumple estos requerimientos. Trataremos de su puesta en práctica. Prologo Las pruebas no destructivas de acero proveen de seguridad de forma especial a los equipos y construcciones en las cuales se utilizan cables de acero. Por otro lado, las pruebas no destructivas NDT de cables de acero ahorran dinero a los dueños de equipos y construcciones de este tipo debido a que prolongan la vida útil del cable a través de un objetivo plan de pruebas. La seguridad en el uso de cables así como la económia son factores muy importantes en la industria petrolera costera y en la construcción naval.los cables usualmente trabajan bajo el impacto agresivo del medio ambiente, el agua de mar por ejemplo.esta situación origina desgaste producto de la corrosión.la inspección visual nos ayuda a determinar el estado del cable pero solo en lo que atañe a su superficie. Por otro lado, esto conlleva a ocupar muchas horas de trabajo de personal altamente calificado. Es por ello que los instrumentos para pruebas no destructivas NDT son utilizados para evaluar cables de acero alrededor del mundo. Comunmente los instrumentos magnéticos para pruebas NDT son los más utilizados para inspeccionar cables de acero. Existen decenas de proveedores de instrumentos en muchos paises (1). La basta experiencia en el uso de instrumentos dieron como resultado el origen de reglas y estándares (2,3). Las pruebas de cables generalmente utilizan dos canales de medición : de pérdida de sección metálica ( LMA ) y de fallas localizadas (LF) del cable.la pérdida de sección metálica LMA es indicador común del desgaste del cable debido a la fricción (desgaste abrasivo) y corrosión.. Esta falla distribuida (a lo largo del cable) se expresa en porcentaje del valor nominal de la sección metálica del cable. Las fallas localizadas LF se presentan mayormente en forma de alambres rotos y picaduras producto de la corrosión.los datos sobre las fallas localizadas LF son mayormente cualitativas y son interpretadas por un experto.las reglas establecen el criterio por el cual puede determinarse el fin de la vida útil del cable basados en la pérdida de sección metálica LMA y la cantidad límite de alambres rotos del mismo. Existe una tercera forma de fallas en los cables:fallas estructurales(sf) (1).La falla estructural incluye distorsión en la estructura del cable como la pérdida de alambres, deformación, daño mecánico y martensitic embrittlement, todo esto debido al sobrecalentamiento, por haber excedido la temperatura crítica de calentamiento (producto de la fricción o una descarga eléctrica) y luego un repentino enfríamiento.este caso puede darse en los cables de amarre.la martensitic embrittlement conlleva a hacer los alambres muy quebradizos.este tipo de falla no es muy fácil de detectar visualmente pero es detectable por el metodo magnético NDT. El experto toma en cuenta la inspección visual luego de analizar los datos obtenidos por el detector de flujo antes de preparar el reporte final del cabe testado. Cables para aplicaciones en instalaciones off shore y su deterioro. La mayor cantidad de instalaciones costeras incluyen: cables de grúas, ascensores de campana de buzo y cables de amarre (1). Las grúas off shore y los cables de grúa de campanas sumergibles usualmente tienen (25-35) de diametro y son del tipo multifibra comprimido de 2 o más capas o hebras.este tipo de construcción limita la rotación axial de la libre suspensión del cable bajo carga. Sin embargo, los cables multifibra tienen la tendencia al deterioro interno es decir a acumular alambres rotos en sus capas internas.

3 Los cables de amarre para estructuras costeras son tipicamente del tipo seis -fibras con núcleo metálico. El diametro de estos cables figuran entre los (70-127).Los cables son largos y caros.el uso de otro tipo de cables incluidos los multifibra de gran longitud son la tendencia en la industria de la producción de plataforma flotantes. Los motivos del deterioro del cables de instalaciones off shore son mostrados y análisados por C.R.Chaplin y otros en varias publicaciones,e.g. (1, 4).El deterioro de los cables se produce usualmente por:. desgaste abrasivo de los alambres;. corrosión;. alambres rotos;. pérdida de alambres;. deformación y daño mecánico;. martensitic embrittlement;. fallas combinadas; Los daños pueden aparecer tanto en alambres internos como externos. Por supuesto, los daños internos son invisibles y pueden ser solo detectados en los cables por detectores de flujo. Metodos e instrumentos para pruebas no destructivas NDT para cables. El metodo magnético es el más utilizado para realizar pruebas no destructivas cuando el cable testado esta hecho de acero.el principio basado en la magnetización de la sección del cable por imanes permanentes origina un flujo magnético a lo largo de la sección.cualquier anomalía del cable bajo prueba origina un cambio de flujo magnético por la fuga de flujo alrededor del cable.los cambios son medidos por sensores (sensores Hall más comunmente) o por cables inducidos. Existen muchos detectores de flujo producidos por diferentes compañías ofrecidos alrededor del mundo(1,5).los instrumenmtos modernos demostraron en las pruebas resultados muy similares(1). Sin embargo ellos difieren en detalles importantes para los usuarios, por ejemplo: el peso y las dimensiones, por el metodo de almacenaje de datos, proceso y presentación, por el tipo y rango de dimensiones del cable testado, etc. INTROS fue denominado como uno de los equipos más ligeros y portátiles en el septimo ECNDT en Copenhagen(6) y en el decimoquinto WCNDT en Roma (7). El detector de flujo INTROS consta de una unidad básica eléctronica portátil y un juego de cabezas magnéticas para varios tipos de cable y para el rango de cables de sección tranversal. (Tabla No 1). Este instrumento es doblemente funcional:mide pérdida de sección metálica LMA y las fallas localizadas LF. Existen dos formas de utilizar INTROS: en tiempo real (operacional) y luego de la inspección (remoto) post inspección. Es posible observar los datos de la prueba en tiempo real mediante la unidad LCD, con luz y alarma sonora incorporada.un registrador de diagramas puede ser conectado a la unidad electrónica y grabar los datos de pérdida de sección metálica LMA y fallas localizadas. Tabla No 1. Unidades electrónicas y especificaciones de cabezas magnéticas.

4 Vista Cables Dimensión Peso Aplicación principal Unidad Basica Todos los tipos 230x85x kg Con todas las cabezas MH 6-24 Diametro diameter 235x230x64 3 kg Cables de gruas, elevadores, etc. MH Diametro x205x190 8 kg Instalaciones mineras, cables de grúa, diques, teleféricos, etc. MH MH Diametro Diametro 330x235x kg Instalaciones mineras; cables de puentes, diques, cubiertas, plataformas off shore, teleféricos, torres de telecomunicación, etc. MH 124 Faja, de más de 124 de ancho 285x220x225 9 kg Cables de balance de cola MH 233 Faja, de más de 233 de ancho 325x300x kg Cables de balance de cola MH 233R Faja, de más de 233 de ancho 367x350x kg Cables de fajas transportadoras MH 450R Faja, de más de 450 de ancho 546x200x kg Cables de fajas transportadoras La forma más utilizada para realizar la prueba a los cables de acero es en tiempo real, pues en algúnos casos es necesario detener el movimiento del instrumento luego de detectar la aparición de una significativa pérdida de sección de metal LMA del cable o de una falla localizada (indicada por la alarma).es cuando el inspector verifica la parte del cable visualmente para definir la razón por la que se activó la alarma. Cuando se necesita inspeccionar cables estáticos (ejemplo: cables soporte) utilizando INTROS como un instrumento totalmente estático, desplazandolo a lo largo del cable desde la distancia por el inspector, el segundo modo de empleo es descargando de la unidad eléctronica de recopilación los datos a un computador y procesarlos con el software WINTROS.

5 WINTROS está provisto de muchas funciones: diferentes formas de filtros, inhibidores de ruido, graduación a zero, alarma, amplitud de escalas (zoom), escala-automatica, rastreado de señal, enlazado, alineamiento comparativo con otros diagramas a distancia y otros. La última función es de mucha ayuda para hacer un seguimiento durante la vida útil del cable. Es importante deteminar el momento exacto cuando rápidamente el desgaste del cable se incrementa drasticamente, es cuando los intervalos entre inspecciones deben reducirse.el almacenamiento de datos en formato electrónico permite crear una base de datos para muchos cables testados dando posibilidad al intercambio de datos por intermedio de modernos sistemas de comunicación, ejemplo: via . El reporte final de la inspección archivado e impreso luego de haber procesado todos los datos. Al utilizar el computador la información de la prueba es procesada de acuerdo a los algoritmos de experiencia acumulada por muchos expertos. Por eso el resultado es más objetivo. De la misma manera puede usarse en series para la misma inspección. Pruebas de cables de instalaciones off shore. Por su fácil manejo y poco peso, el instrumento para análisis de cables INTROS es apto para la examinación de cables en instalaciones costeras.gran cantidad de cables de plataformas transportadoras y grúas de barco fueron examinados con la ayuda de INTROS en los ultimos 2 años. Cada plataforma de transporte consta de 2 grúas con 4 cables de las siguientes dimensiones (Fig.1):. 1 cable para el elevador principal (30. diam. app.340 m. de largo). 1 cable para el elevador auxiliar (26. diam. app.125 m. de largo). 1 cable para el luffing winch (24. diam. app.250 m. de largo) Los cables multifibra regularmente cuentan con un núcleo de acero y circundados por fibras. Las grúas son utilizados una vez por semana para cargar y descargar abstecimientos para los barcos. Son también utilizadas para el transporte pesado en la plataforma.la razon para descartar un cable es por la corrosión, porque los cables están sometidos a bajas cargas. El críterio de descarte fue tomado del estandard Holandes NEN En general este tipo de cables eran solo revisados visualmente.determinar la cantidad del daño (corrosión) por el control visual es posible, siempre y cuando se utilice gran cantidad de personal.pero existe el inconveniente que expertos de este tipo generalmente no se encuentran en las instalaciones costeras.por ello los cables son descartados luego de 2 a 3 operaciones por año.con los sistemas NDT, la vida útil de los cables de las grúas se a incrementado, sin disminuir la seguridad. Primeramente se realizó una examinación de todos los cables para determinar la condición actual de los cables. Se adiestró al personal de servicio mediante el manejo de INTROS durante las primeras pruebas.la recopilación de datos ayudaron a corroborar las inspecciones visuales. Las áreas de cables con condiciones específicas pueden ser a la postre examinados visualmente con mucho mayor intensidad.

6 Es mejor recopilar la mayor cantidad de datos posible que puedan ayudarnos a hacer un seguimiento del desarrollo del daño de los cables mediante inspecciones periódicas.utilizando los resultados de las pruebas no destructivas de segmentos de cable, los cuales son afectados por un sinnúmero de factores ambientales adversos, podría mejorar. Simultaneamente el mantenimiento de estas partes de cable (por ejemplo.la lubricación) sería mejor orientada. Por otro lado los datos de NDT bridan información adicional par determinar inspeciones periodicas. La Figura. 2. muestra el cable del elevador principal en el tambor.la sección del cable esta bién lubricada, pero denota corrosión. Figura 2. Cable del elevador principal lubricado con signos de oxido en su superficie. La sección de cable sobre el gancho (del elevador principal) esta representado en la Figura. 3. La superficie de los alambres exteriores esta atacada Figura 3. Segmento de cable sobre el gancho de la grúa con signos (dañada) por la corrosión. La medida LMA ( la reducción del sección metálica ) es de aproxima- exteriores de corrosión. damente del 3% (ver Fig. 4). Figura 4. Diagrama del cable arriba mencionado (ver fig. 3)

7 Pruebas adicionales a los cables con INTROS fueron llevadas a cabo sobre pesado pesadas grúas de barco (HLV). Dos grúas instaladas en el barco, las cuales estan diseñadas para la construcción de instalaciones off shore o grandes puentes. Contrariamente a los cables de grúas en las mencionadas plataformas estos cables tenían unas enormes dimensiones, como las sgts:. 4 cables para el elevador principal (61. diam. ap m. de largo),. 1 cable para el elevador auxiliar (61. diam. ap m. de largo),. 1 cable para el whip elevador (61. diam. ap m. de largo),. 2 cables para el boom elevador (61. diam. Ap m. de largo). La construcción de los cables : 6 x 47 WS + CRW y 6 x 36 WS +CRW. En general estos cables siempre fueron examinados solo visualmente, Porque el HLV esta constantemente alrededor del mundo y los expertos en cables no estan disponibes en cualquier momento. La mayor razón para descartar cables es encontrar alambres rotos, debido al desgaste. La influencia de la corrosión es minimizada por el uso de lubricante especial. El desgaste se origina por encima y fuera de los tambores en los puntos de contacto con los alambres externos. Pues la medida crítica del cable siempre conlleva a encontrar alambres rotos. El desgaste de los alambres externos del cable es siempre mayor por ser la periferie la sometida a mayor carga. La medida de la reducción de área metálica LMA no puede ser distribuida en partes iguales sobre los alambres externos.el críterio de descarte no puede ser establecido solo orientandonos en el valor de la medida de la reducción de sección metálica LMA. En este caso debe considerarse, la reducción de la carga de rotura del cable es esencialmente mayor que el valor determinado de la reducción de corte. Por esta razon es requerida una inspección visual adicional para determinar la reducción de carga de rotura de los cables. La Figura 5 representa una parte de datos almacenados (cable del elevador boom). En el centro hay 2 alambres rotos situados uno encima del otro. Además al lado de dos alambres rotos; uno a la izquierda y otro a la derecha. Figura 5. Parte del diagrama con alambres rotos En relación a la pura examinación visual, el uso de INTROS puede mejorar la evaluación de los cables. Teniendo en cuenta que sin la experiencia necesaria del personal esta ventaja no puede ser empleada en su totalidad.

8 Pruebas de cables en diques synchrolift La constructora naval: Malaysian Shipbuilding and Engineering, localizados en Joor Bahru Malasiatienen el más grande dique sincronizado del mundo para el levantamiento de buques de toneladas de peso muerto. El ascensor de buques consta de un gran elevador útilizado para sacar e introducir buques en el agua. Figura 6.Esquema de un synchrolift de buques Desde la cubierta del ascensor de buques, el buque es transladado por un sistema de transporte hacia una área seca para efectuar trabajos de reparación. El cable utilizado en este ascensor de buques esta expuesto al agua de mar y el aire, dos de los medios en los cuales se dan las más rapidas condiciones para surgir corrosión. Es por ello que es de vital importancia la existencia de un estricto sistema de engrasado de cables para prevenir la corrosión.el diametro de los cables es de 35, continen 262 alambres cubiertos con una superpesada capa degrasa. Esto dificulta en gran medida la inspección visual para asi poder determinar el estado de los cables. La falla de uno de los cables, podría bajo el peor de los casos, causar una falla del tipo cascada la cual podría escorar el buque sobre un lado lo que causaría un cuantioso daño. Cuando Malaysian Shipbuilding and Engineering (MSE) decidieron que sus cables precisaban de un mejor metodo de inspección, contactaron varias compañías que suministraran detectores de fugas de flujo magnético de los cables. El críterio era el que la compañía proveedora asegurara el suministro de: 1. Un sistema aceptados por ambos lados, es decir también por la Lloyds Registry of Shipping, que era el agente asegurador.en suma, el sistema debería de probar la capacidad de detectar el 0.5% de la reducción de área metálica LMA y asegurar poder encontrar 5 alambres rotos en cualesquiera de los lugares de las fibras donde habrían 10 alambres rotos.además, deberían demostrar la posibilidad de elaborar un detallado informe de la inspección. 2. La compañía debería de contar con personal calificado con el certificado por la ASNT Nivel I I en inspecciones en corriente inducida, una aceptable práctica certificada por la ASNT del personal para establecer el proceso de inspección. Luego de buscar compañías en la región que pudieran proveer del servicio, escogieron a CITS Services Sdn.Bhd. quienes utilizan el sistema de inspección de cables INTROS con personal propio, el proceso y equipamieno para la prueba fueron observados por ambas partes: MSE y la Lloyds. Muestras de cable de los carretes como de los cables en uso fueron preparados.las capas exteriores salieron ilesas, la capa central (king) fue sumergida para simular corosión

9 interna, un número conocido de alambres fue cortado en la parte interna de algúnas capas Asi como un número conocido de alambres fue cortado de la parte exterior de algúnas capas. Bajo la dirección de CITS, se creó un estandar de calibración. 10 alambres equivaldrían a (3.8% LMA) y 5 alambres al (1.9%LMA) cortados en la parte interna de una capa. Utilizando este estandar de calibración,estabamos seguros de detectar 3 alambres rotos y 2% de reducción de sección metálica LMA sin problemas. Los ciclos del sinchrolift se cumplen cada 1,5 horas.es lo mismo decir,que toma entre1,5 horas en ir de toda arriba, a todo marcha abajo y volver nuevamente. Debido a la naturaleza del sistema de poleas, cada cable debe ser inspeccionado en 2 puntos diferentes para así poderlo cubrir al 100%. Esto significa que tomará 3 horas de inspección por cada winch como minimo.cada winch tiene solo 553 pies de cable, es obvio que es un trabajo sumamante lento,tedioso. Es imposible esperar que un técnico observe el indicador de datos para detectar las fallas cuando estas ocurran.por ello la capacidad para registrar los datos resultantes de la prueba es de suma importancia. Con el sistema INTROS la capacidad para almacenar información permite alamacenar datos de 8 km. de cable, la capacidad del sistema permite colocar el instrumento y volver cuando la prueba esta términada ya que el cable pasa a treves de él. Todo lo que tiene que hacer el operador es grabar los datos obtenidos al final de cada segmento, empezar a grabar el siguiente segmento y asi sucesivamente. Lo particular de esta inspección es la muy lenta velocidad con la que transcurren los cables de esta manera todo depende del correcto almacenamiento de los datos en el recopilador de datos. Inspeccionamos 66 de los 110 winchs, fueron inspeccionados a un ritmo de 33 por año, cumpliendo todo un plan de mantenimiento preventivo, inspección programada para descartar problemas de reducción de sección metálica LMA o de fallas localizadas LF que conlleven a determinar si los cables estan en el límite de reemplazo. Conclusión Las pruebas no destructivas NDT son importantes para un uso seguro y conveniente, para establecer a tiempo cuando el cable de acero debe descartarse en varias construcciones complicadas, instalaciones de trabajo costeras y la industria marítima constructora.existe una amplia experiencia en el uso de INTROS para efecturar pruebas no destructivas NDT en diferentes paises. Dicha experiencia nos indica que una combinación entre la parte humana (experto) y la capacidad del instrumento dan los mejores resultados. Referencias (1) Wire rope non-destructive testing. UK Health & Safety Executive, Offshore Tecnology Report OTO Prepared by The University of Reading. (2) ASTME Practice for electromagnetic examination of ferromagnetic steel wire rope, ASTM Standard, Nov (3) ISO4309. Cranes- Wire ropes for lifting appliances-code of practice for examination and discard. International Standard Organization, (4) Chaplin, C.R., Problems of Specifying Discard Criteria for Offshore Ropes, OIPEEC Round Table Conference on Wire Rope Discard Criteria, Zurich. Switzerland, Sept. 1989, pp (5) Wire rope non-destructive testing. Survey of instruent manufacturers. UK

10 Health & Safety Executive. Offshore Technology Report OTO Prepared by The University of Reading. (6) V.Sukhorukov. Steel Wire Rope Inspection: New Instruments. Proc. Of The 7 th. ECNDT, Copenhagen, May 1998, pp (7) O. Gronau, S.Belitsky, V.Sukhorukov. NDT of Steel Ropes with Magnetic Flaw Detectors: Documentation and Interpretation of Test Results. Proc. of The 15 th. WCNDT, Rome,2000, (CD ROM).

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