Junto com carros voadores e teletransporte instantâneo, pontes inteligentes, Estradas e linhas de metrô que podem enviar avisos quando danificados são a base dos sistemas de transporte futuristas da ficção científica.

Sandia National Laboratories trabalhou com Structural Monitoring Systems PLC, um fabricante com sede no Reino Unido de sensores de monitoramento de integridade estrutural, por mais de 15 anos para transformar essa ficção científica em fato científico. Eles equiparam uma ponte nos EUA com uma rede de oito sensores em tempo real capazes de alertar os engenheiros de manutenção quando detectam uma rachadura ou quando uma rachadura atinge um comprimento que requer reparo.

Semana que vem, Sandia O Cientista Sênior Dennis Roach apresentará o trabalho de sua equipe na nona Conferência Internacional sobre Manutenção de Pontes, Segurança e gestão. Sua apresentação incluirá dados sobre esta ponte de teste, uma avaliação geral dos sensores usados ​​e sua proposta de como tornar o monitoramento da integridade estrutural mais rotineiro na infraestrutura de transporte.

O objetivo do monitoramento da integridade estrutural é aumentar a supervisão das áreas críticas, estenda a vida útil das estruturas e, em última análise, reduza os custos operacionais e melhore a segurança. Para avaliar a condição de uma ponte ou outro tipo de infraestrutura de transporte, sensores são montados na estrutura e seus dados precisam ser devidamente analisados.

Em 2016, mais de 54, 000 pontes nos EUA foram classificadas como "estruturalmente deficientes" pelo Inventário Nacional de Pontes da Administração Rodoviária Federal. Isso significa que cerca de 9 por cento das pontes dos EUA precisam de monitoramento regular. "Áreas de difícil acesso ou coisas que estão localizadas remotamente, como pontes, tubulações e outras estruturas críticas apresentam desafios significativos para monitorar adequadamente a integridade da estrutura ou do equipamento, "disse Roach." Uma rede de sensores de monitoramento de integridade estrutural pode ser uma solução, ou pelo menos ajudar a garantir a vigilância necessária sobre esses componentes. "

Recentemente, Sandia e Sistemas de Monitoramento Estrutural, que tem uma presença significativa na América do Norte, trabalhou junto com a Delta Air Lines Inc. e a Federal Aviation Administration para obter a certificação da indústria de sensores de monitoramento de vácuo comparativo para detecção de rachaduras em aeronaves comerciais. O trabalho de Roach com monitoramento de saúde estrutural para aeronaves comerciais começou em 2001 por meio do Centro de Garantia de Aeronavegabilidade da FAA, que é operado pela Sandia para a FAA desde 1990.

Sensores de monitoramento de vácuo comparativo 'infalíveis'

O sistema de monitoramento de integridade estrutural para a ponte de teste consiste em oito sensores de monitoramento de vácuo comparativo, uma bomba de vácuo para formar o vácuo, um sistema de controle para ligar a bomba de vácuo e verificar periodicamente os sensores e um dispositivo de transmissão sem fio para chamar ou enviar uma mensagem de texto autônoma aos engenheiros de manutenção se um sensor detectar uma rachadura. Todo o sistema é alimentado por uma bateria de íon de lítio, que é recarregado por um painel solar.

Os sensores foram colocados ao longo de várias soldas em uma treliça de 30 metros acima do convés, ou superfície plana da estrada, em uma ponte suspensa.

Os sensores de monitoramento de vácuo comparativo produzidos por sistemas de monitoramento estrutural são feitos de finos, Teflon flexível e com filas de pequenos canais, chamadas galerias. Eles podem ser presos em juntas ou soldas críticas ou colocados perto de outros lugares onde possam ocorrer fissuras. Quando o metal está inteiro, a bomba é capaz de remover todo o ar das galerias, formando um vácuo. Quando uma pequena rachadura se forma no metal sob o sensor, não pode mais formar um vácuo, semelhante a como um aspirador de pó para de funcionar quando a mangueira tem um vazamento. Esses sensores podem detectar rachaduras menores do que a espessura de uma moeda.

Os sensores podem ser produzidos em muitas formas diferentes, dependendo da região que precisa ser monitorada, como em uma solda longa ou em torno de uma série de parafusos. Eles podem até ser colocados em uma série na frente de uma pequena fenda, para ver se ele cresce e, em caso afirmativo, quão rápido. Cada sensor possui várias galerias de controle e hardware de monitoramento para que possa dizer se há algo errado com o sensor ou tubos de conexão. Por causa dessas galerias de controle, os sensores são praticamente à prova de falhas.

Henry Kroker, um engenheiro de sistemas de monitoramento estrutural que desempenhou um papel fundamental no projeto de monitoramento da ponte, disse, "Os sensores de monitoramento de vácuo comparativo fornecem uma elegante luz verde, Método Red-Light 'para levantamento constante de componentes críticos. Em muitos anos de experiência e uso permanente na aviação e agora na indústria civil, esses sensores não produziram chamadas falsas. "

Futuro do monitoramento de integridade estrutural

O trabalho da equipe em infraestrutura inteligente começou em 2005 por meio de um projeto de Pesquisa e Desenvolvimento Dirigido por Laboratório patrocinado pela Sandia. O projeto explorou o uso de sensores montados e transferência de dados sem fio para monitorar continuamente uma ampla gama de estruturas civis, desde equipamentos pesados ​​de mineração até sistemas ferroviários e pontes. Esses sensores podem monitorar a saúde de estruturas e dispositivos mecânicos, detectando a presença de corrosão e rachaduras e até mesmo a condição de peças móveis críticas.

Roach e sua equipe também usam sensores piezoelétricos, fibra óptica e sensores de corrente parasita impressos para monitoramento de integridade estrutural. Sensores de corrente parasita impressos, uma tecnologia patenteada pela Sandia, pode ser instalado em superfícies curvas e usar mudanças em um campo magnético para detectar rachaduras. Por outro lado, uma rede de sensores piezoelétricos pode monitorar uma ampla área em vez de apenas alguns patches. Cada sensor se reveza enviando uma vibração através do material subjacente que os outros sensores recebem. Rachaduras ou outros danos na rede de sensores mudam o "tom" dessas vibrações. Contudo, essas mudanças de pitch são mais complexas do que os resultados "sim" ou "não" dos monitores de vácuo. O monitoramento comparativo de vácuo está pronto e certificado para uso comercial, as demais tecnologias ainda estão em diferentes estágios de testes de laboratório e de campo.

Tom Rice, o engenheiro de teste mecânico encarregado de testar vários sistemas de monitoramento de integridade estrutural, disse "Em 15 anos de testes de sensores de monitoramento de vácuo comparativo, eles alcançaram um histórico tremendo para a produção de monitoramento de integridade estrutural confiável. Assim que forem incorporados a mais sistemas, em áreas de preocupação, vai apenas fazer aeronaves, trens e pontes mais seguros com o passar do tempo. "

O monitoramento de integridade estrutural é especialmente bom para áreas remotas ou difíceis de alcançar, mas não é uma panacéia para todas as necessidades de inspeção, Roach disse. "Ainda há muitas vezes em que você quer um humano lá com uma lanterna ou outro equipamento de inspeção, raciocinando. "Com essa ressalva, Ele acrescentou que "o monitoramento de integridade estrutural está apenas começando a arranhar a superfície dos vários tipos de infraestrutura para os quais poderia ser usado."

Vagões e linhas ferroviárias, navios, turbinas eólicas, usinas de energia, pipelines remotos, tanques de armazenamento, veículos, até edifícios podem se beneficiar do tempo real, monitoramento remoto de integridade estrutural. “A indústria de infraestrutura civil está se tornando mais consciente dos benefícios que o monitoramento da saúde estrutural pode oferecer e agora está interessada em usá-los, "disse Roach.