Junto con los coches voladores y la teletransportación instantánea, puentes inteligentes, Las carreteras y las líneas de metro que pueden enviar advertencias cuando se dañan son elementos básicos de los sistemas de transporte futuristas en la ciencia ficción.

Sandia National Laboratories ha trabajado con Structural Monitoring Systems PLC, un fabricante con sede en el Reino Unido de sensores de monitoreo de salud estructural, durante más de 15 años para convertir esta ciencia ficción en hechos científicos. Equiparon un puente de EE. UU. Con una red de ocho sensores en tiempo real capaces de alertar a los ingenieros de mantenimiento cuando detectan una grieta o cuando una grieta alcanza una longitud que requiere reparación.

La próxima semana, Dennis Roach, científico sénior de Sandia, presentará el trabajo de su equipo en la novena Conferencia Internacional sobre Mantenimiento de Puentes, Seguridad y Gestión. Su presentación incluirá datos sobre este puente de prueba, una evaluación general de los sensores utilizados y su propuesta de cómo hacer más rutinario el monitoreo de la salud estructural en la infraestructura de transporte.

El objetivo del monitoreo de la salud estructural es aumentar la supervisión de áreas críticas, extender la vida útil de las estructuras y, en última instancia, reducir los costos operativos y mejorar la seguridad. Para evaluar el estado de un puente u otro tipo de infraestructura de transporte, Los sensores están montados en la estructura y sus datos deben analizarse adecuadamente.

En 2016, más de 54, 000 puentes en los Estados Unidos fueron clasificados como "estructuralmente deficientes" por el Inventario Nacional de Puentes de la Administración Federal de Carreteras. Esto significa que alrededor del 9 por ciento de los puentes de EE. UU. Necesitan un monitoreo regular. "Áreas de difícil acceso o cosas que se encuentran ubicadas de forma remota, como puentes, Las tuberías y otras estructuras críticas presentan desafíos importantes para monitorear adecuadamente la salud de la estructura o el equipo. ", dijo Roach." Una red de sensores de monitoreo de salud estructural podría ser una solución, o al menos ayudar a garantizar la vigilancia necesaria sobre estos componentes ".

Recientemente, Sandia y sistemas de monitoreo estructural, que tiene una presencia significativa en América del Norte, trabajó junto con Delta Air Lines Inc. y la Administración Federal de Aviación para obtener la certificación de la industria de sensores de monitoreo de vacío comparativo para la detección de grietas en aviones comerciales. El trabajo de Roach con el monitoreo de la salud estructural para aviones comerciales comenzó en 2001 a través del Centro de Garantía de Aeronavegabilidad de la FAA, que ha sido operado por Sandia para la FAA desde 1990.

Sensores de control de vacío comparativos 'infalibles'

El sistema de monitoreo de salud estructural para el puente de prueba consta de ocho sensores de monitoreo de vacío comparativo, una bomba de vacío para formar el vacío, un sistema de control para encender la bomba de vacío y verificar periódicamente los sensores y un dispositivo de transmisión inalámbrico para llamar o enviar mensajes de texto de forma autónoma a los ingenieros de mantenimiento si un sensor detecta una grieta. Todo el sistema funciona con una batería de iones de litio, que se recarga mediante un panel solar.

Los sensores se colocaron a lo largo de varias soldaduras en una armadura a 100 pies sobre la plataforma, o superficie de la carretera plana, en un puente colgante.

Los sensores de monitoreo de vacío comparativo producidos por los sistemas de monitoreo estructural están hechos de delgados, Teflón flexible y tienen filas de pequeños canales, llamadas galerías. Pueden pegarse en juntas o soldaduras críticas o colocarse cerca de otros lugares donde es probable que se formen grietas. Cuando el metal está entero, la bomba puede eliminar todo el aire de las galerías, formando un vacío. Cuando se forma una pequeña grieta en el metal debajo del sensor, ya no puede formar un vacío, similar a cómo una aspiradora deja de funcionar cuando la manguera tiene una fuga. Estos sensores pueden detectar grietas más pequeñas que el grosor de una moneda de diez centavos.

Los sensores se pueden producir en muchas formas diferentes, dependiendo de la región que necesite ser monitoreada, como a través de una soldadura larga o alrededor de una serie de pernos. Incluso se pueden colocar en una serie frente a una pequeña grieta, para ver si crece y si es así, Qué rápido. Cada sensor tiene numerosas galerías de control y hardware de monitoreo para que pueda saber si hay algún problema con el sensor o los tubos de conexión. Debido a estas galerías de control, los sensores son prácticamente infalibles.

Henry Kroker, un ingeniero de sistemas de monitoreo estructural que jugó un papel clave en el proyecto de monitoreo del puente, dijo, "Los sensores comparativos de monitoreo de vacío brindan una elegante luz verde, Método de luz roja para inspeccionar constantemente componentes críticos. En muchos años de prueba y uso permanente en la aviación y ahora en la industria civil, estos sensores no han producido ninguna llamada falsa ".

Futuro del monitoreo de la salud estructural

El trabajo del equipo en infraestructura inteligente comenzó en 2005 a través de un proyecto de Investigación y Desarrollo Dirigido por Laboratorio patrocinado por Sandia. El proyecto exploró el uso de sensores montados y transferencia de datos inalámbrica para monitorear continuamente una amplia gama de estructuras civiles que van desde equipos pesados ​​de minería hasta sistemas ferroviarios y puentes. Estos sensores pueden monitorear el estado de las estructuras y los dispositivos mecánicos al detectar la presencia de corrosión y grietas e incluso el estado de las partes móviles críticas.

Roach y su equipo también utilizan sensores piezoeléctricos, sensores de fibra óptica y corrientes de Foucault impresos para el control de la salud estructural. Sensores de corrientes inducidas impresos, una tecnología patentada por Sandia, se puede instalar en superficies curvas y utilizar cambios en un campo magnético para detectar grietas. Por otra parte, una red de sensores piezoeléctricos puede monitorear un área amplia en lugar de solo unos pocos parches. Cada sensor se turna para enviar una vibración a través del material subyacente que reciben los otros sensores. Las grietas u otros daños dentro de la red de sensores cambian el "tono" de estas vibraciones. Sin embargo, Estos cambios de tono son más complejos que los resultados de "sí" o "no" de los monitores de vacío. El monitoreo de vacío comparativo está listo y certificado para uso comercial, las otras tecnologías aún se encuentran en diferentes etapas de pruebas de laboratorio y de campo.

Tom Rice, el ingeniero de pruebas mecánicas a cargo de probar varios sistemas de monitoreo de salud estructural, dijo "En 15 años de pruebas de sensores de monitoreo de vacío comparativo, han logrado un historial tremendo en la producción de un monitoreo de salud estructural confiable. Una vez que se incorporan a más sistemas, en áreas de preocupación, solo va a hacer aviones, trenes y puentes más seguros a medida que pasa el tiempo ".

El monitoreo de la salud estructural es especialmente bueno para áreas remotas o de difícil acceso, pero no es una panacea para todas las necesidades de inspección, Dijo Roach. "Todavía hay muchas ocasiones en las que quieres un humano con una linterna u otro equipo de inspección, razonarlo ". Con esa salvedad, Agregó que "el monitoreo de la salud estructural apenas está comenzando a arañar la superficie de los diversos tipos de infraestructura para los que podría usarse".

Vagones y vías férreas, buques, turbinas de viento, plantas de energía, oleoductos remotos, tanques de almacenamiento, vehículos incluso los edificios podrían beneficiarse del tiempo real, Monitoreo remoto de la salud estructural. "La industria de la infraestructura civil se está volviendo más consciente de los beneficios que puede brindar el monitoreo de la salud estructural y ahora está interesada en usarlos, "dijo Roach.