Una tubería defectuosa puede ser difícil de detectar. Puede causar un charco, producir otra señal de daño, o simplemente explotar antes de la detección. Una cocina o lavadero inundado es desordenado e inconveniente, pero hay mucho en juego, mucho más alto en las plantas de energía nuclear, que en promedio contienen muchas millas de tuberías.

A medida que aumenta la preocupación por el envejecimiento de las plantas, Los ingenieros de Vanderbilt están trabajando en un sistema de alerta temprana. Están utilizando recubrimientos de polímero en el interior de la tubería y dispositivos de polímero impresos en 3D infundidos con nanopartículas como sensores para señalar los cambios en el exterior de la tubería. Y, ellos esperan, sonido.

Un gran desafío es detectar los cambios en la película de polímero que ocurren dentro de la tubería. Para crear una técnica útil y proactiva, el equipo quiere usar sonido, o vibrometría, para identificar estos cambios internos desde fuera de la tubería.

"Estamos diseñando y preparando revestimientos que puedan atrapar o quelar los iones metálicos liberados por el proceso de corrosión dentro de una tubería, "dijo Kane Jennings, profesor de ingeniería química y biomolecular.

"Las películas pueden quelar iones metálicos en solución y de una superficie corroída. Los metales quelados cambian las propiedades de las películas de polímero para reticular eficazmente las cadenas de polímero, "dijo Kane, quien también preside el departamento.

Los primeros resultados son prometedores. La vibrometría muestra ligeros cambios cuando los metales se unen al revestimiento, Jennings dijo:y la investigación en curso está evaluando la confiabilidad en diferentes espesores de recubrimiento. El sensor para el exterior de la tubería funciona:el revestimiento cambia de verde a azul con un cambio en la entrada que podría indicar el proceso de corrosión.

"En última instancia, el sensor necesitaría interactuar con la vibrometría para proporcionar una señal de color de parada / avance sobre la salud dentro de la tubería, "Dijo Jennings.

Un estudio del Instituto de Investigación de Energía Eléctrica que revisó la seguridad de las tuberías en las centrales nucleares de EE. UU. Durante un período de 36 años encontró 1, 816 fallas de tuberías que se identificaron mediante pruebas e inspección. Otros 2, Se encontraron 247 fallas después de que se produjeron fugas en las tuberías, y en algunos casos, causando muertes de trabajadores.

Las tuberías de las centrales nucleares transportan agua de "refrigeración", que está a punto de hervir, al reactor y a las piscinas de combustible gastado. Las tuberías suministran gas hidrógeno a los generadores y transportan vapor a la turbina principal, entre muchas otras funciones. La idea sería comenzar recubriendo las uniones y conexiones de las tuberías de refrigeración.

La investigación ha involucrado a profesores y estudiantes graduados en química, ingenieria mecanica y civil. Cole Brubaker, Doctor. '18, desarrolló los sensores utilizando materiales de fósforo de sulfuro de zinc dopados con metal. "Dispositivos electroluminiscentes de corriente alterna impresos en 3D" se publicó en el Revista de química de materiales en mayo de 2019. Doug Adams, Daniel F. Flowers Profesor y presidente del Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental, fue el investigador principal. Jennings es el investigador principal de un artículo que confirma la química fundamental publicado en septiembre de 2019 en el Revista de química física .