Diseño y construcción de una plataforma móvil operada a distancia para la inspección del interior de tuberías forzadas metálicas de centrales hidroeléctricas

Abstract

La tubería forzada es uno de los componentes principales de una central hidroeléctrica, su función es conducir el agua hacia la turbina haciendo que el generador acoplado a ella produzca energía eléctrica, estas tuberías son propensas a la erosión y calcinación que a veces puede ser severa, con un alto costo de reparación o reemplazo. Esto presenta la necesidad de inspeccionar las tuberías en busca de estos defectos, los robots que se utilizan para detectar erosión, calcinación, ovalización, etc. en una tubería forzada no existe en el país. La inspección típica que se realiza es con personal especializado, estos métodos tradicionales son costosos por la logística, interrumpen la generación de energía y tiene un rango de inspección limitado. Además, existe el riesgo mortal para las personas que realizan este tipo de trabajo debido a caída y gases dañinos. El presente trabajo está basado en un enfoque cuantitativo de modelos de plataformas de inspección de tuberías, el estudio eléctrico, electrónico propone un tipo de comunicación inalámbrico donde la tubería forzada se comporta como una guía de onda para el cual se calcula el rango de frecuencias para una comunicación eficiente, se diseña un controlador de motores de corriente continua, sistema de iluminación y cámara para la obtención de video y fotografías en tiempo real del interior de una tubería forzada. Para la operación remota se diseña una interface con el software LabView en una portátil. Respecto a la mecánica de la plataforma móvil, la tracción es del tipo Skid Steer, posee un método de adherencia mediante ruedas tipo tronco de cono con imanes de neodimio, el diseño de la plataforma móvil se realiza con el software AutoCAD 3D. El prototipo desarrollado en este proyecto de tesis, proporciona la base para implementar una plataforma de inspección de tuberías con mayores prestaciones. También tiene el potencial de inspeccionar tuberías eliminando el riesgo laboral, en menor tiempo y ahorrando recursos de logística.

The penstock is one of the main components of a hydroelectric power plant, the function is to lead the water towards the turbine making the generator coupled to it produce electrical energy, this penstock is susceptible to erosion and calcination that can sometimes be severe, with a high cost of repair or replacement. This presents the need to inspect the penstock for these defects, the robots that are used to detect erosion, calcination, ovalization, etc. into a penstock does not exist in the country. The typical inspection that is carried out is with specialized personnel, these traditional methods are costly due to logistics, interrupt power generation and have a limited inspection range. In addition, there is a fatal risk to people doing this type of work due to falling and harmful gases. The present work is based on a quantitative approach to models of pipeline inspection platforms, the electrical and electronic study proposes a type of wireless communication where the penstock behaves like a wave guide for which the frequency range is calculated for efficient communication, a DC motor controller, lighting system and camera are designed to obtain video and photographs in real time inside a penstock. For remote operation an interface is designed with LabView software on a laptop. Regarding the mechanics of the mobile platform, the traction is of the Skid Steer type, it has a method of adhesion using truncated cone type wheels with neodymium magnets, the design of the mobile platform is done with AutoCAD 3D software. The prototype developed in this thesis project provides the base for implementing a penstock inspection platform with higher performance. It also has the potential to inspect pipes eliminating occupational risk, in less time and saving logistics resources.