Lekke pijpleidingen ontdekken met ultrageluid

De deelnemers van het Wetsus-thema Smart Water Grids ontwikkelden een buisinspectiemethode waarmee we in de toekomst nauwkeurig kunnen voorspellen wanneer een pijpleiding aan vervanging toe is. De methode is gebaseerd op een gemodificeerde ultrasone technologie die door pijpleidingwanden heen kan dringen. De sensor kan toegepast worden in een pipeline inspection gauge (PIG) die door het bedrijf Acquaint ontwikkeld is.

Vaak worden pijpleidingen in goede staat voortijdig vervangen en dat resulteert in hogere kosten en materiaalgebruik, terwijl andere pijpleidingen defect raken vóór de verwachte tijd. “Het nauwkeurig kunnen voorspellen van de levensduur van pijpleidingen bespaart dus kosten en levert ons maatschappelijke winst en milieuwinst op”, aldus Wetsus-wetenschapper Doekle Yntema. “Het leidt tot minder storingen en minder onderbrekingen van watertoevoer. We zullen in de toekomst ook minder water verspillen, met het oog op klimaatverandering en toenemende droogte is ook dat erg belangrijk.”

Momenteel worden pijpleidingen vervangen op basis van inschattingen die niet zeer nauwkeurig zijn. Yntema: ”Zo wordt bijvoorbeeld gekeken naar het aantal lekkages dat op een bepaald traject gedurende een periode ontstaat, op basis daarvan besluiten we of we gaan vervangen of niet. Meten is weten: wanneer we in staat zijn om de levensduur van pijpleidingen exact in kaart te brengen op basis van metingen, weten we veel preciezer wanneer een traject aan vervanging toe is.”

Magische derde golf

De ontwikkeling van de nieuwe inspectietechnologie naar een werkend prototype nam zo’n twee jaar in beslag. De wetenschappers maakten gebruik van een ultrasone techniek. De basis van deze techniek werd tien jaar geleden al gelegd, en is gebaseerd op geluidsgolven. Het onderzoek van Wetsus resulteerde in een gepatenteerde technologie die door Acquaint in een kleine sensor is ingebouwd. De onderzoekers maken in de nieuwe technologie gebruik van drie geluidsgolven. Doekle Yntema: ”Het apparaat dat we hiervoor ontwikkelden, zendt twee golven uit die samen een derde magische golf veroorzaken. Geluidsgolven gedragen zich anders in bijvoorbeeld pvc of beton dat broos wordt door veroudering. Met deze golf kunnen we de elasticiteit en de mate van uitrekking, en daarmee de levensduur van de pvc-buis meten.”

Phased array-apparaat

Omdat het handmatig uitlijnen van de golven in een pijpleiding onmogelijk is, ontwikkelden de wetenschappers voor dit doel een phased array-apparaat dat geluid elektronisch kan richten. Doekle Yntema: “De sensor kan door een pijpleiding worden bewogen om de levensverwachting te bepalen.”  De samenwerking tussen Wetsus en Acquaint was erg belangrijk bij de ontwikkeling van de prototypes. Doekle Yntema: “Door een continue, snelle en dynamische uitwisseling van informatie en data konden we laboratoriumonderzoek in de praktijk toetsen. Acquaint kon onze prototypes in de praktijk te testen en gaf ons feedback voor verbeteringen. Dat is van grote waarde geweest.”

Miniatuurrobot

Bij Wetsus is vervolgens het idee onderzocht voor de ontwikkeling van een miniatuurrobot, een PIG (pipeline inspection gauge), die de sensor door de pijpleidingen moet gaan loodsen. Momenteel loopt er een commercieel traject waarin een aantal partijen, waaronder ook Acquaint, de robot verder ontwikkelen. Doekle Yntema: “We hopen dat de robot binnen twee jaar operationeel zal zijn.”

Maatschappelijke impact

Vaak worden pijpleidingen in goede staat voortijdig vervangen en dat resulteert in hogere kosten en materiaalgebruik, terwijl andere pijpleidingen defect raken vóór de verwachte tijd. Doekle Yntema: “Het nauwkeurig kunnen voorspellen van de levensduur van pijpleidingen bespaart kosten en levert ons maatschappelijke winst en milieuwinst op. Het leidt tot minder storingen en minder onderbrekingen van watertoevoer. We zullen in de toekomst ook minder water verspillen, met het oog op klimaatverandering en toenemende droogte is ook dat erg belangrijk.”