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En este artículo de Power Magazine, el invitado Steven Pérez explica cómo la tecnología dron ha facilitado las inspecciones de estructuras y equipos, ahorrando tiempo y dinero.
Hoy en día, los drones equipados con sensores y cámaras están demostrando su utilidad en la recopilación de imágenes en tiempo real, que se pueden almacenar para su posterior análisis. Los drones pueden detectar estructuras y equipos defectuosos en menos tiempo y por un coste menor que los métodos tradicionales.
En Estados Unidos y en el extranjero, el entorno urbanizado muestra signos de deterioro. Los principales puentes se han doblado, los cortes de la red de energía debido al clima severo ahora son comunes, y las presas han fallado. Es el resultado de varios factores: crecimiento de la población, cambio climático e infraestructuras desgastadas. La Sociedad Estadounidense de Ingenieros Civiles estima que solo EEUU necesitaría invertir $ 3,6 billones en infraestructura para 2020 solo para realizar el mantenimiento de los sistemas del país a niveles aceptables.
Los drones desempeñan un papel cada vez más importante para ayudar a localizar problemas en los sistemas en los que las personas confían para la vida diaria y los negocios (Figura 1). Los drones pueden detectar estructuras y equipos defectuosos en menos tiempo y a menor coste que los métodos tradicionales. Por lo general, también son más seguros.
1. Los drones son de varias formas y tamaños. El dron de ala fija eBee X de senseFly se muestra aquí listo para su lanzamiento. Cortesía: senseFly
Surgirán nuevos casos de uso a medida que la tecnología dron continúe desarrollándose. Hoy en día, los drones equipados con sensores y cámaras están demostrando su utilidad en la recopilación de imágenes en tiempo real, que se pueden almacenar para su posterior análisis, como vídeos a corta distancia, imágenes térmicas y mapas del terreno, y nubes de puntos utilizando tecnología light detection and ranging (LiDAR) y volumetría. Hay al menos cinco sectores que se benefician de la tecnología dron para inspección: transporte, energía, energía renovable, sistemas de agua y calidad del aire. Por ejemplo, los datos topográficos y geológicos recopilados por los drones permiten generar modelos que ayudan a identificar lugares prometedores de perforación de petróleo y gas o el diseño óptimo para una granja solar. Las imágenes aéreas de alta resolución obtenidas pueden revelar corrosión en los sistemas de distribución eléctrico. Los sensores térmicos de los drones pueden detectar fugas sobre tuberías y, el vídeo aéreo en primera persona, tras un desastre natural, permite detectar estructuras cuando las condiciones en el tierra todavía son demasiado arriesgadas para las personas.
Infraestructuras viarias
Más de un tercio de los puentes interestatales han estado en servicio durante más de 50 años. Más de 55.000 puentes en los Estados Unidos ahora se consideran estructuralmente deficientes, tramos que son cruzados por vehículos 185 millones de veces al día. El sistema de infraestructura más grande del país, las autopistas interestatales, ya pasó su vida útil.
El ochenta por ciento de los Departamentos Estatales de Carreteras ahora tienen programas con drones que los ayudan a vigilar las infraestructuras. Utilizan drones para inspecciones de puentes, pavimentos y postes de luz, y para tomar imágenes aéreas del progreso de la construcción de carreteras. Los drones brindan datos mucho más útiles sobre lo que está sucediendo, sin necesidad de que los inspectores suban a las alturas, utilicen vehículos con cesta elevadora o estén cerca del tráfico circulando a gran velocidad. Un estudio encontró que los drones podían detectar grietas en puentes de hormigón de hasta 0,02 pulgadas, incluso en condiciones de baja iluminación.
La infraestructura ferroviaria también se beneficia de los drones. Por ejemplo, el tiempo necesario para tomar datos topográficos de las vías de ferrocarril operativas, necesarios como parte del trabajo de diseño para una nueva línea cerca de Londres, se redujo de un estimado de tres a seis meses a aproximadamente dos días, con niveles de precisión de las imágenes de 1-2 milímetros.
Infraestructura Energética
Algunas partes de la red eléctrica de EEUU son anteriores al cambio del siglo XX, y la mayoría de las líneas de transmisión y distribución (T&D) construidas en las décadas de 1950 y 1960 tienen una esperanza de vida de 50 años. Con más de 640.000 millas de líneas de transmisión de alto voltaje, 5,5 millones de millas de líneas de distribución y miles de instalaciones de generación de energía eléctrica, requiere mucho mantenimiento. Y justo cuando la necesidad de un mayor mantenimiento está creciendo, los trabajadores de línea de transmisión están envejeciendo, con los baby boomers retirándose y un menor número de personas dedicándose a la labor de trabajador de línea.
Además, Estados Unidos tiene más de 2,6 millones de millas de tuberías de O&G, también susceptibles a problemas periódicos. Las empresas de servicios públicos y O&G ven los drones como parte de la solución para vigilar estas bastas redes para que continúen en buen estado de funcionamiento, cumplan con la normativa y sean más resistentes. Algunas formas adicionales en que las empresas de O&G están aprovechando los datos obtenidos con drones incluyen:
– Las fugas de tuberías subterráneas pueden detectarse mediante fotografías aéreas. Al posprocesar las imágenes permiten crear mapas de vegetación de alta resolución que muestren zonas con escasez de plantas, una señal de fugas.
– Las empresas públicas mapean las áreas de servicio con sistemas LiDAR, posteriormente comparan dichos mapas con mapas realizados después de que se haya desatado una tormenta. Utilizan la detección de cambios para determinar los activos dañados.
– Los drones con cámaras infrarrojas pueden tomar imágenes térmicas de rutas de tuberías. Los puntos calientes pueden señalar defectos potenciales en el aislamiento de la tubería o fugas invisibles para el ojo humano.
– Los vehículos aéreos no tripulados (UAV) permiten acercarse para obtener primeros planos de estructuras como las antorchas de quemado de gas natural mientras están en funcionamiento, en lugar del enfoque tradicional: apagar el sistema mientras un inspector sube a la estructura para examinarlo.
La lista de usos de inspección de infraestructura energética para drones es larga y seguirá expandiéndose a medida que los vuelos BVLOS (más allá de la línea visual) se conviertan en una práctica aceptada en el sector energético.
Infraestructura de Energías Renovables
Los responsables de granjas solares que utilizan datos obtenidos con drones han revolucionado la forma en que localizan sus granjas. SunPower, líder en innovación solar global, despliega flotas de drones para capturar información geográfica y la utilizan para crear modelos y mapas en 3D. Los integran en el software de la compañía para la planificación de la granja y las estimaciones de cosecha de energía. Luego, analizan los datos para determinar qué diseño de planta generará la mayor cantidad de megavatios, factorizando los ángulos del terreno y optimizando el posicionamiento de los paneles (Figura 2).
2. Los datos capturados por los drones a menudo se cargan en software que puede realizar una variedad de análisis para ayudar a identificar anomalías. Cortesía: senseFly
Muchas de las más de 6.000 instalaciones solares a escala del país usan drones para inspeccionar los paneles solares. Los drones pueden detectar paneles específicos que se han desconectado o tienen un bajo rendimiento simplemente volando con un sensor térmico.
Eficiencias solares óptimas: ahorro de $ 168.243 con dronesEn busca de una forma de mejorar la eficiencia de su granja solar, un proveedor líder de energía solar a escala comunitaria y de servicios públicos recurrió a la tecnología de drones de senseFly para aumentar la productividad y aumentar los ahorros financieros. Era necesario inspeccionar una granja de 161 acres para localizar e identificar cualquier anomalía en sus paneles fotovoltaicos que pudiera comprometer la eficiencia de la granja. Como inspeccionar el área manualmente habría llevado mucho tiempo y trabajo, el equipo recurrió a senseFly, el líder mundial en drones profesionales de ala fija, para ayudarlos a localizar los paneles con problemas. Gracias a su incomparable facilidad de uso y a la recopilación de datos simplificada, se seleccionó la solución senseFly Solar 360 de senseFly, una solución de dron térmico excepcionalmente eficiente que permite la evaluación automática del rendimiento de la planta solar a nivel de submódulo. Al combinar el dron de ala fija eBee X de senseFly con su sensor Duet T (Figura 3) y el software Raptor Maps, la solución senseFly Solar 360 rápida y completamente automatizada podría integrarse fácilmente en los flujos de trabajo del proveedor sin requerir habilidades de pilotaje de drones o el análisis manual de datos de granjas solares aéreas.  3. El dron de ala fija eBee X de senseFly con un sensor Duet T puede identificar de forma segura y rápida las anomalías del panel solar, por lo que se pueden tomar medidas para reemplazar los componentes defectuosos. Cortesía: senseFly Además, debido a que el eBee X puede volar hasta 70 minutos cuando transporta la cámara térmica/RGB senseFly Duet T, les permitió documentar la granja de 161 acres en un solo vuelo de 42 metros (138 pies), mientras que la cantidad de imágenes mínimas necesarias para el software Raptor Maps aceleraron la inspección al menos en cinco veces más que el software de la competencia. Las imágenes radiométricas térmicas y visuales RGB obtenidas durante el vuelo único fueron analizadas por Raptor Maps para identificar, clasificar y localizar anomalías automáticamente. En cuestión de horas, se produjo un informe de inspección detallado y procesable que identificaba 312 anomalías, incluidos problemas con celdas, diodos, módulos y cadenas. El resultado de la utilización de la solución Solar 360 de senseFly generó un ahorro anual estimado de $ 168.243 y un retorno de la inversión de seis veces debido a la reducción significativa del tiempo en el campo y los costes laborales asociados. Los datos de la cámara RGB ofrecieron beneficios adicionales en cuanto a costes, lo que generó un modelo de terreno digital con precisión geográfica que se puede utilizar para optimizar el diseño de la granja en el futuro. Al integrar la solución senseFly Solar 360 en sus inspecciones del sitio, el proveedor de energía pudo aprovechar los beneficios de la tecnología de vehículos aéreos no tripulados (UAV) sin la necesidad de un piloto con licencia o tener a alguien capaz de procesar los resultados internamente. Con su eficiente inspección de granjas solares, fácil recolección de datos y procesamiento automático, la solución senseFly Solar 360 permitió la vigilancia de una gran granja solar y el posterior identificación de anomalías de submódulos que requirieron mantenimiento y se subsanaron en un solo día. El éxito de este proyecto ilustra el valor que juegan las soluciones integradas de UAV en el futuro del diseño, planificación y mantenimiento de granjas solares, y su potencial para optimizar la eficiencia en todas las operaciones. – Troy Hittle es gerente general, Norteamérica, con senseFly. |
También hay más de 270.000 turbinas eólicas que operan en todo el mundo, lo que representa alrededor de más de 800.000 palas de turbina en todo el mundo que están sometidas a los elementos y necesitan inspecciones periódicas por desgaste. Los drones proporcionan imágenes en primer plano de este equipo para que los trabajadores de campo puedan permanecer seguros en el suelo .
Sistemas de agua
Los UAV fueron una herramienta de importancia crítica durante una alarma de 2017 en la presa de Oroville, de más de 50 años. Las vistas aéreas ayudaron a los funcionarios del Departamento de Recursos Hídricos de California ver lo que sucedía en tiempo real y orientar las respuestas, incluidas las órdenes de evacuación y las reparaciones.
Muchas de las más de 90.000 presas estatales, federales y privadas de la nación están llegando al final de sus vidas útiles. Además, las presas, acueductos, equipos hidroeléctricos, escalas de peces, depósitos, alcantarillas, esclusas de canales y plantas de tratamiento también requieren inspecciones frecuentes.
Los sensores infrarrojos en los drones se utilizan para la detección de fugas, y aunque el radar de penetración en tierra para este propósito se encuentra en una etapa temprana, los resultados son prometedores. Los administradores del sistema de agua también opinan que los UAS son beneficiosos para la gestión de la vegetación, el mantenimiento del equipo, la seguridad, el monitoreo ambiental y la documentación durante el reemplazo de presas y la gestión de la construcción.
Calidad del aire
El mayor productor de O&G de Colorado, Anadarko Petroleum, también utiliza drones equipados con dispositivos infrarrojos para inspeccionar zonas con contaminación del aire que podrían exceder los límites. Una vez que se detecta una fuga, se envían equipos de tierra para atender la zona.
A principios de este año, los niveles de contaminación del aire de Bangkok alcanzaron límites peligrosos. Para ayudar a reducir la contaminación, los funcionarios utilizaron una flota de drones para rociar agua y productos químicos no peligrosos en el aire. Aunque se necesitan más pruebas, los resultados de una prueba a pequeña escala mostraron que los drones ayudaron a reducir las partículas de polvo en el aire en aproximadamente 10 microgramos por metro cúbico.
De manera similar, después de las lecturas de alta contaminación de ozono en Wyoming, el estado lanzó una serie de estrategias de ozono en un intento por cumplir con los estándares federales de calidad del aire, incluida la instalación de un red de tuberías de recolección de líquidos para reducir el tráfico de vehículos y adaptar bombas para funcionar con energía solar. Jonah Energy, uno de los mayores productores privados de gas natural en los EEUU, está recurriendo a sensores de detección de emisiones montados en aviones y drones. Los documentos del Departamento de Calidad Ambiental de Wyoming informan que el uso de drones por parte de la compañía ha conseguido compensar y reducir en miles de toneladas de compuestos orgánicos volátiles y óxidos de nitrógeno, favoreciendo una mayor calidad del aire.
Además, un informe reciente de Nature Communications sugiere que si se despliegan cuidadosamente, los drones podrían usarse para el transporte de mercancías para ayudar a reducir las emisiones de gases de efecto invernadero (GEI) y el uso de energía en el sector de transporte. El transporte de camiones representa el 24% de las emisiones de GEI y comprende el 23% de la energía del transporte en los EE. UU.
Los vehículos aéreos no tripulados también están demostrando ser herramientas valiosas para entregar suministros a áreas con redes de carreteras pobres, como las aldeas en las zonas rurales de África. El informe explora cómo, en la mayoría de los casos, el ciclo de vida de las emisiones de GEI y el uso de energía de realizar las entregas de paquetes por pequeños drones, son menores que la entrega por transporte terreste, teniendo en cuenta factores como el tamaño y la velocidad.
Más avances en el horizonte
Las tecnologías de detección remota e inspección con UAV están evolucionando rápidamente. A medida que la inteligencia artificial se generalice, el mantenimiento predictivo se convertirá en un procedimiento operativo estándar, lo que permitirá evitar fallos en los equipos. Los drones conectados pronto harán su debut en un mundo 5G, con más capacidades y datos al alcance.
Entonces, ¿cómo se obtiene la información adecuada para programas de inspección de infraestructura con drones? Haciendo las preguntas correctas. Las siguientes son algunas de las consultas más interesantes a tener en cuenta durante las investigaciones iniciales:
– ¿Qué área de operaciones tiene mayores ganancias potenciales en recorte de gastos?
– Una vez que se recopilan los datos, ¿cómo se analizarán para desarrollar posibles acciones correctivas? ¿Qué integraciones necesitan los sistemas internos? Una empresa de servicios públicos con tuberías de gas natural puede necesitar software específico para integrarse con sistemas de seguros que muestren las localizaciones de las tuberías.
– ¿Cómo se puede comparar lo que se consigue utilizando drones frente a los gastos de una inspección de infraestructura y seguridad realizada con medios tradionales? Tener un registro digital de las horas de vuelo, nóminas de pilotos, certificaciones de capacitación, autorizaciones, aeronaves y proyectos en un solo lugar no tiene precio. Estos registros proporcionan información sobre el retorno de la inversión (ROI), la transparencia y un registro para los departamentos legales, son aspectos importantes de control de calidad de cualquier programa de aviación.
– ¿Deben los programas construirse internamente o subcontratarse? Las organizaciones que usan UAS adoptan diferentes enfoques para la recopilación y el análisis de datos. Según una encuesta de 2018 sobre el estado de los drones en las grandes empresas, casi dos tercios de las grandes empresas dijeron que sus compañías no externalizan ningún aspecto de sus programas de drones. Esas compañías manejan sus propios vuelos, procesamiento y análisis de datos, a diferencia de las compañías que eligen externalizar.
– Si se selecciona un programa interno, ¿qué pasos preliminares deben tomarse?
Los programas de UAS han sido implementados por muchas empresas pioneras, y para la mayoría, el rendimiento es fundamental.
– Steven Pérez es gerente de estrategia de clientes en Skyward, una compañía de Verizon.