Um tubo com defeito pode ser difícil de detectar. Pode causar uma poça, produzir outro sinal de dano, ou simplesmente estourar antes da detecção. Uma cozinha ou lavanderia inundada é bagunçada e inconveniente, mas as apostas são muito, muito mais alto em usinas nucleares - que em média contêm muitos quilômetros de oleodutos.

À medida que aumenta a preocupação com o envelhecimento das plantas, Os engenheiros da Vanderbilt estão trabalhando em um sistema de alerta precoce. Eles estão usando revestimentos de polímero no interior do tubo e dispositivos de polímeros impressos em 3-D infundidos com nanopartículas como sensores para sinalizar as mudanças no lado externo do tubo. E, eles esperam, som.

Um grande desafio é detectar as mudanças no filme de polímero que ocorrem dentro do tubo. Para criar uma técnica útil e pró-ativa, a equipe quer usar som, ou vibrometria, para identificar essas mudanças internas de fora do tubo.

"Estamos projetando e preparando revestimentos que podem agarrar ou quelar íons de metal liberados do processo de corrosão dentro de um tubo, "disse Kane Jennings, professor de engenharia química e biomolecular.

"Os filmes podem quelar íons metálicos em solução e de uma superfície corrosiva. Os metais quelados alteram as propriedades dos filmes de polímero para reticular eficazmente as cadeias de polímero, "disse Kane, que também preside o departamento.

Os primeiros resultados são promissores. A vibrometria mostra pequenas mudanças quando os metais são ligados ao revestimento, Jennings disse, e pesquisas em andamento estão avaliando a confiabilidade em diferentes espessuras de revestimento. O sensor da parte externa da tubulação funciona - o revestimento muda de verde para azul em uma mudança na entrada que pode sinalizar o processo de corrosão.

"Em última análise, o sensor precisaria fazer a interface com a vibrometria para fornecer um sinal de cor stop / go sobre a integridade dentro do tubo, "Jennings disse.

Um estudo do Electric Power Research Institute que analisou a segurança dos tubos em usinas nucleares dos EUA durante um período de 36 anos concluiu 1, 816 falhas de tubos que foram identificadas por teste e inspeção. Mais 2, 247 falhas foram encontradas após o vazamento de tubos, e em alguns casos, causando mortes de trabalhadores.

Dutos em usinas nucleares transportam água "de resfriamento", que está quase fervendo, ao reator e aos reservatórios de combustível irradiado. Os tubos fornecem gás hidrogênio aos geradores e transportam o vapor para a turbina principal, entre muitas outras funções. A ideia seria começar revestindo as junções e conexões dos tubos de resfriamento.

A pesquisa envolveu professores e alunos de pós-graduação em química, engenharia mecânica e civil. Cole Brubaker, Ph.D. '18, desenvolveu os sensores usando materiais de fósforo de sulfeto de zinco dopado com metal. "Dispositivos eletroluminescentes de corrente alternada impressos em 3-D" foi publicado no Journal of Materials Chemistry em maio de 2019. Doug Adams, Daniel F. Flowers Professor e catedrático do Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, foi o investigador principal. Jennings é o investigador principal em um artigo que confirma a química fundamental publicado em setembro de 2019 no Journal of Physical Chemistry .