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

Antes de la instalación final, GF Piping Systems evaluó la condición de cada soldadura por ultrasonido, utilizando un algoritmo sofisticado para predecir el desempeño 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 en la tierra 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 establecimientos de salud. La temperatura media anual en Papeete es de 79 grados F, con alta humedad durante la temporada de lluvias. Enfriar las instalaciones con aire acondicionado tradicional consumía mucha energía, con 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.

Con sede en Cassis, Francia, Geocean 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 proporcionar 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 amigable con el clima. Dado que aprovechan las temperaturas ya frías del agua del océano (extraída de profundidades por debajo de los 700 m), los SWAC requieren mucha menos electricidad (hasta un 75 %) para lograr los mismos resultados de enfriamiento. Según un estudio de 2020 de la revista Energy Efficiency, 1 m3 de agua en un sistema SWAC puede proporcionar la misma energía de enfriamiento 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 colocaron las tuberías necesarias en el fondo del océano, no habría segundas oportunidades: la confianza total en cada una de las casi 400 soldaduras era esencial.

La clave del éxito para Geocean provino de un socio experimentado y una nueva tecnología: GF Piping Systems y sus pruebas de soldadura ultrasónicas no destructivas (NDT). La compañía desarrolló originalmente su versión de NDT ultrasónico para soldaduras de metal, 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 NDT ultrasónico para la evaluación de soldaduras, la empresa se enfoca 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 una de cada 300 soldaduras falle. Hasta hace muy poco, era imposible verificar la calidad de las soldaduras en los sistemas de tuberías de plástico en la instalación sin destruir las soldaduras.

Los propietarios y gerentes de proyectos se enfrentaron a un doloroso dilema: podían optar por destruir algunas soldaduras y esperar que probar algunas de esta manera proporcionara una lectura válida de la condición de las otras, o podían abstenerse de realizar pruebas destructivas y aceptar una mayor 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 brindar 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 en las soldaduras sobre una base de aprobación/rechazo, con resultados disponibles dentro de las 24 horas.

Una vez en el sitio, los inspectores implementan técnicas tales como 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 pasen todas las soldaduras, es seguro continuar con los pasos (como cerrar una zanja) que dificultan o imposibilitan el acceso futuro a las soldaduras.

Para el ambicioso proyecto de Geocean en Tahití, no se puede exagerar la importancia de la tranquilidad en este aspecto.

El gobierno de la Polinesia Francesa encargó el sistema SWAC para CHPF con el objetivo de ayudar a eliminar los combustibles fósiles y 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 que se ha calentado por el intercambio se devuelve al mar. Para el proyecto CHPF, Geocean planificó una tubería de entrada de 3800 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 produce directamente, a través del contacto térmico, con sin generación de electricidad. Las tuberías están formadas por tubos de polietileno de alta densidad (HDDE) NPS de 710 mm soldados por el método de polifusión. Con una longitud total de 4.300 m, el sistema se ubica como el más largo de su tipo en el mundo.

Para crear un sistema tan grande sin interrupciones innecesarias en el hospital, la tubería se ensambló principalmente en un sitio de trabajo en Papeari, al otro lado de la isla. Una vez terminado, todo el tramo fue remolcado a través del océano hasta un sitio de conexión cerca de Papeete, sometiendo la tubería y todas sus soldaduras a condiciones extremas. Técnicos calificados trabajaron hasta 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 que se colocara la tubería, la tubería de polietileno flexible se ajustaría al fondo oceánico irregular, posiblemente sometiendo las soldaduras a tensión adicional pero en un lugar donde las reparaciones serían imposibles. El conocimiento previo 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 NDT ultrasónico de GF Piping Systems, tanto tecnológica como organizacionalmente.

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 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 de COVID-19. El sistema entró en pleno funcionamiento en el hospital en julio de 2022. Todas las partes involucradas 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 nos garantizó la efectividad de su sistema", dijo Roy Issa, Gerente de Proyectos de Geocean.

Damien Moine, gerente de ventas de servicios públicos de GF Piping Systems France, se hizo eco de la importancia de esta función para su empresa. "Comenzamos con soporte técnico desde el lanzamiento del proyecto, hasta brindar un servicio que es único en el mercado: pruebas no destructivas por ultrasonido", dijo Moine.

Mientras tanto, SWAC está logrando objetivos importantes para CHPF y para 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 climatización y algo más de un tercio de su consumo total. Los ahorros de costos anuales para el hospital se estiman en $2.9 millones.

Dado que el hospital también produce 5000 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 es generada por petróleo importado y (al menos hasta ahora) CHPF ha sido el establecimiento con mayor consumo de energía de la región.

El concepto SWAC se desarrolló por primera vez en la década de 1960, y los primeros en adoptarlo incluyen la Ópera de Sydney, que se completó en 1973. Los sistemas existen actualmente en ubicaciones costeras desde Hong Kong hasta Hawai, incluso en otras partes de la Polinesia Francesa. Sin embargo, el verdadero potencial de este enfoque aún no se ha aprovechado por completo. 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 útil operativa de 30 años, pero los ahorros de costos son lo suficientemente grandes como para que el proyecto logre el retorno de la inversión dentro de 10 o 15 años.

La geografía es claramente una limitación de esta solución. Estrictamente hablando, SWAC solo es realista para edificios muy cerca del océano. Además, es más fácil de ejecutar en lugares donde la profundidad del océano cae relativamente abruptamente desde la costa, como ocurre cerca de Tahití. Sin embargo, los sistemas de enfriamiento con el mismo principio también son posibles para sitios cercanos a lagos profundos. Por ejemplo, Lake Source Cooling en la Universidad de Cornell utiliza agua del lago Cayuga para proporcionar refrigeración tanto al campus de Cornell como a la cercana Ithaca High School.

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 energética de más rápido crecimiento. Este nivel de uso sobrecarga 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 solo aumentará en los próximos años. Para 2070, la demanda mundial de refrigeración puede superar la demanda mundial de calor.