Proyecto de robot de inspección de cañería submarina

Abstract

La producción de petróleo offshore presenta grandes desafíos por las condiciones en que se lleva a cabo, actualmente es posible darle solución con la ayuda de la robótica, la mecánica de precisión y la automatización. El presente trabajo es parte de una solución al problema de la desobstrucción en una tubería de petróleo submarina de pequeño diámetro y largo tendido mediante el diseño y la construcción de un robot capaz de trasladarse por el interior de la misma. En base al estudio previo de un grupo interdisciplinario se definió la implementación de un cable umbilical con el propósito de asegurar el suministro de potencia eléctrica para los requerimientos de energía de robot, el enlace de señales destinadas al control y un vínculo mecánico para proveer seguridad ante un eventual desperfecto. Similarmente se definió la estrategia de movimiento del robot en base a un mecanismo de alta confiabilidad, capaz de vencer una gran tensión producto de la interacción del largo cable umbilical con el interior de la tubería. En este trabajo se realiza el diseño mecánico para implementar un robot capaz de realizar grandes esfuerzos con componentes de tamaño reducido, integrando componentes comerciales y otros hechos a medida. Para ello, se implementó una solución para convertir la potencia eléctrica recibida a través del cable a la potencia mecánica en la forma requerida por el mecanismo que da lugar al movimiento. Para dicha solución se presenta un diseño detallado que integra un motor eléctrico de alto desempeño, una transmisión planetaria reductora de dos etapas, una transmisión inversora accionada por embragues de discos y una etapa de distribución de potencia mecánica requerida por el mecanismo responsable del movimiento.

Offshore oil production presents major challenges due to extreme environmental conditions. With present state of the art robotics, precision mechanics and automation it is now possible to provide solutions to those working conditions. The present work is part of a solution to the problem of the unblocking a subsea oil pipeline of small diameter and extensive length by designing and manufacturing a robot capable of moving inside the pipeline. Based on the previous study of an interdisciplinary group, the implementation of an umbilical cable was defined with the purpose of assuring the supply of electrical power for the robot’s energy requirements, control signals and a mechanical link to avoid the possibility of getting stuck. Similarly, the robot's movement strategy was defined based on a high reliability mechanism, capable of overcoming the great tension resulting from the interaction of the long umbilical cable with the inside of the pipe. In this work, the mechanical design is performed to implement a robot capable of overcoming big cable tensions with small components, integrating commercial components and others custom made. A solution was implemented to convert the electric power received through the cable to the mechanical power in the form required by the displacement mechanism. For this, a detailed engineering design is presented that integrates a high performance electric motor, a two-stage planetary gear transmission for high reduction ratio, a power split transmission driven by disc clutches and a mechanical power distribution stage required by the mechanism responsible for the displacement.