Detecção e localização remotas de vazamentos de gás com robôs autônomos de inspeção móvel em instalações técnicas

A detecção de vazamentos de gás em instalações industriais pode não só ser perigosa e levar tempo, mas também está sujeita a falha humana e interpretação. Para criar uma solução de detecção mais segura, eficiente e confiável, criamos o RoboGasInspector. Esse sistema robotizado inovador de detecção e localização remotas de vazamentos de gás foi desenvolvido por um conjunto de empresas e institutos alemães e usa uma câmera de imagens ópticas de gás FLIR GF320.

Como parte do programa tecnológico alemão AUTONOMIK, um consórcio de nove companhias e institutos de pesquisa desenvolveram um protótipo de robô móvel autônomo para detecção e localização de vazamentos de gás em grandes instalações Industriais. O consórcio criou um sistema que é capaz de realizar tarefas de inspeção em instalações industriais sem ter de acessar áreas perigosas diretamente e sem precisar de presença humana. O robô pode ser usado para inspeções de rotina das instalações ou para inspeções orientadas em partes específicas do sistema. A mobilidade independente do sistema foi implementada com vários sensores de navegação e a opção de intervenção manual via controle remoto a qualquer momento. O sistema também é equipado com vídeo e telemetria de gás óptica, que permite inspecionar partes do sistema que eram anteriormente de difícil investigação por sua acessibilidade restrita.

O desenvolvimento dos processos inovadores de monitoramento tornam essa tecnologia a mais avançada em medição e automação, além das promessas em melhoria robótica quanto a confiabilidade, eficiência e rentabilidade das inspeções. Ao mesmo tempo, ela libera o pessoal técnico de tarefas monótonas, demoradas e desgastantes.

Esse foi o ponto inicial para um projeto de pesquisa colaborativa liderada pelo Dr. Andreas Kroll e o Dr. Ludger Schmidt no Departamento de Engenharia Mecânica da Universidade de Kassel e patrocinada com 2,4 milhões de euros pelo Ministério Federal de Economia e Tecnologia.

“O objetivo desse projeto era desenvolver e testar um sistema humano-máquina inovador com robôs de inspeção equipados com tecnologia de medição de gás remota e inteligência local”, explica o Dr. Andreas Kroll do Departamento de Tecnologia de Medição e Controle da Universidade de Kassel. “A detecção e localização de vazamentos de gás devem ser realizadas larga e independentemente por robôs móveis. Durante esse processo, os robôs móveis também devem analisar os dados mensurados e documentar as inspeções.”

Segurança e eficiência

Os operadores de fábricas industriais (p.ex.: fábricas químicas, refinarias, estações de compressão de gás) dão prioridade máxima à segurança de sua equipe e às suas instalações de produção.

É absolutamente essencial aplicar o máximo de cuidado sempre que há gases tóxicos e explosivos. É por isso que especificações rigorosas de inspeção se aplicam à indústria química, instalações de biogás e fornecedores de gás. Geralmente, os programas de inspeção preventiva exigem que o pessoal realize uma rotina demorada de procedimentos de inspeção diariamente.

Durante essas inspeções regulares, os membros da equipe verificam a funcionalidade adequada do sistema e, assim, podem geralmente confiar nas percepções e experiência sem utilizar a tecnologia de medição.

Para os professores Andreas Kroll e Ludger Schmitt, o requisito principal para o novo sistema foi que ele deveria permitir uma inspeção e monitoramento automatizados e livres de riscos, capazes de responder independentemente aos problemas.
Durante os procedimentos de rotina, tais como inspeções repetidas, há sempre um risco de negligenciar inadvertidamente possíveis fontes de perigo por falta de atenção.

Portanto, o desenvolvimento de tecnologias inovadoras de inspeção e o foco na flexibilidade e desempenho dos operadores humanos na gestão dos sistemas tecnológicos faz sentido não somente por razões econômicas, mas também no que se refere à liberação de humanos de tarefas de rotina repetitivas e à melhoria de cobertura de uma vasta gama de tarefas de inspeção.

Primeira demonstração

O RoboGasInspector foi demonstrado pela primeira vez no salão da Universidade de Kassel. Ele concluiu uma rota de inspeção independentemente e com sucesso, superando obstáculos e uma rampa no processo.

Nos locais específicos de inspeção, ele inspecionou várias tubulações e encontrou um vazamento de metano. Nos meses seguintes, esse sucesso foi expandido para vários quilômetros quadrados de grandes instalações industriais sob condições laboratoriais, nas quais os fatores ambientais como vento e sol foram incluídos, além de fatores perturbadores da operação do sistema.

Sistema de direção e navegação do RoboGasInspector

O RoboGasInspector consiste de três módulos: uma plataforma móvel acionada por corrente, um módulo de navegação e um módulo de inspeção, que incorpora a câmera de imagens ópticas de gás FLIR GF320. A plataforma móvel acionada por corrente está equipada com um motor elétrico e baterias convencionais.

O módulo de navegação consiste de scanners laser 2D (na frente e atrás, particularmente importantes para a navegação dentro de edifícios), além de um GPS para orientação no exterior. A comparação contínua da área a ser inspecionada com um mapa digital permite ao RoboGasInspector acionado por corrente determinar sua posição a qualquer momento; os obstáculos e áreas bloqueadas (p.ex.: zonas explosivas) podem ser marcados neste mapa. “Graças aos seus scanners laser 2D, o RoboGasInspector também evita objetos inesperados, tais como carros estacionados, paletes, barris, etc.”, explica o Professor Kroll. “Isso também inclui pessoas. Se o RoboGasInspector encontrar obstáculos, ele os contorna ou para até que o caminho esteja livre novamente.”

O módulo de inspeção

O módulo de inspeção combina vários instrumentos metrológicos em uma unidade de panorâmica/inclinação, inclusive um Detector Remoto de Vazamento de Metano (RMLD), que é baseado em um instrumento de Espectroscopia de Absorção de Diodo Ajustável (TDLAS). Ele funciona através de um laser de infravermelho: quando o feixe de laser atinge uma superfície, ele é refletido e sua intensidade residual é medida. Além disso, a câmera termográfica FLIR GF320 é fixada em um módulo de inspeção para visualizar os gases.

Para garantir que o próprio RoboGasInspector não seja um risco, ele também é equipado com um sensor de gás embutido que desliga todo o sistema a partir de 10% do menor limite de explosão (LEL) para prevenir possível perigo a uma atmosfera inflamável.

Medição independente

O processamento dos dados medidos e o reconhecimento de padrão são realizados de forma independente pelo robô. O RoboGasInspector também executa a inspeção de rotas especificadas e realiza medições sozinho. E mesmo assim, ele está em contato contínuo com a sala de controle e pode ser controlado remotamente de lá se necessário. Uma câmera de vídeo está também incorporada no módulo de medição panorâmica/inclinação para esse propósito. Entretanto, no modo de operação normal, o RoboGasInspector funciona independentemente e somente transmite todos os dados medidos para a sala de controle via WLAN.

O RoboGasInspector hoje e amanhã

Enquanto isso, o protótipo de sistema demonstrou seu uso e capacidade em uma longa série de teste de forma impressionante. A unidade de direção, o sistema de navegação e os sistemas de sensores complementares tiveram um maravilhoso desempenho durante os testes. O RoboGasInspector facilita a detecção de gás e localização de vazamentos de forma independente nos locais que outrora eram difíceis de acessar. Além do mais, ele ajuda a evitar a utilização de inspetores humanos em ambientes potencialmente perigosos. Entretanto, é necessário mais desenvolvimento antes da aplicação em configurações industriais (p.ex.: em proteção contra explosões, desenvolvimento de software, etc.), e claro as questões legais devem ser esclarecidas antes da aplicação em configurações comerciais. Mesmo assim, tem-se a certeza de que um robô móvel autônomo para a detecção de gás e localização de vazamentos é uma possibilidade atual e pode aprimorar a segurança de forma significativa.

A GF320 da FLIR Systems é uma parte vital do RoboGasInspector. Ela ajuda o sistema a detectar vazamentos de gás prejudiciais esporádicos a uma distância segura.