Optimizando estructuras con HBM.

En los últimos años se ha visto un aumento en las edificaciones de estructuras de ingeniería civil, las cuáles se han vuelto más demandantes en cuestión de resistencia, como son; puentes más grandes que permitan soportar camiones mucho más pesados, túneles más largos para alojar más tránsito, tuberías más seguras para transportar diferentes materiales y turbinas eólicas con una mayor capacidad y eficiencia aumentada.

Como estas estructuras deben soportar el aumento exponencial de las cargas, impactos o cargas ambientales aplicadas, la evaluación del comportamiento estructural resultante es obligatoria para que las fallas puedan detectarse en las etapas iniciales y la seguridad esté garantizada.

Las inspecciones visuales no brindan la suficiente información para extender la vida útil de las estructuras, pero al monitorear la salud estructural, cualquier anomalía puede detectarse a tiempo, lo que optimizará el mantenimiento y reducirá los costos operativos.

Como la mayoría de las industrias siguen utilizando el mantenimiento reactivo (ejecutar hasta el fallo) como enfoque, la mejora de las técnicas de inspección y los sistemas de predicción de fallas que tienen menores costos de Operación y Mantenimiento (O&M) se convierten en una prioridad máxima en la agenda de gestión de las estructuras.

 

Durante los años, la empresa ha formado sistemas de monitoreo en una gran variedad de estructuras. Algunos ejemplos de ellos son túneles, puentes, trenes, parques eólicos y plantas de energía nuclear, con muchos que todavía están monitoreados en todo el

La importancia de detectar los puntos críticos

Las estructuras civiles están sujetas a varios factores e impactos internos y externos, que pueden causar desgaste o mal funcionamiento. Por ejemplo, la fatiga, el mantenimiento inadecuado, la construcción incorrecta o la falta del control de calidad.

Además, estas estructuras soportan un aumento exponencial de cargas que cambian constantemente, lo que lleva a niveles más altos de estrés inducido, es decir, mayores riesgos de falla de la estructura.

Por otro lado, se están construyendo infraestructuras más grandes y complejas con mayores desafíos de construcción que deben ser evaluadas para garantizar la seguridad de estas.

La evolución y los avances en materiales y tecnologías de construcción, así como los requerimientos de uso para estas estructuras, han dictado también la necesidad de validar métodos de construcción sofisticados y nuevos diseños.

Todos estos factores han conducido a un aumento en los costos de Operación y Mantenimiento (O&M) y acciones de reparación costosas que ponen en riesgo el retorno de la inversión.

Finalmente, se reconoció que hay una necesidad de reaccionar predictivamente y adoptar mejores prácticas de mantenimiento. Esto podría hacerse desarrollando soluciones rentables para la detección temprana de puntos críticos y eventualmente, de daños.

Usando la mejor estrategia de mantenimiento

Muchas organizaciones, como el Instituto de Investigación de Energía Eléctrica, han llegado a la conclusión que, actuando predictivamente, en lugar de reactivamente, no solo mejora la seguridad y evita fallas peligrosas, también representa grandes ahorros para el dueño y el operador de la estructura.

El Deloitte University Press también ha informado sobre casos de compañías para las que entender la raíz del mal funcionamiento con anticipación, les ha permitido tener una respuesta más proactiva y por lo tanto, un gran ahorro en costos.

De acuerdo con un reporte del Instituto Global McKinsey “El Internet de las cosas: mapeando el valor más allá de la publicidad”, el mantenimiento predictivo ahorrará a las empresas y manufacturas miles de millones en el año 2025.

Todavía, en realidad es totalmente lo contrario – las inspecciones son poco frecuentes y, a menudo, superficiales. Las inspecciones visuales siguen siendo la práctica que más prevalece para monitorear la integridad de una estructura.

Sin embargo, la realidad es completamente diferente. Las inspecciones son poco frecuentes y a menudo superficiales, las inspecciones visuales siguen siendo la práctica más utilizada en el monitoreo de la salud estructural.

El argumento de que el mantenimiento es muy caro y que no es realmente un requerimiento indispensable, se disipa rápidamente cuando se daña una infraestructura crítica o una estructura grande.

La respuesta parece estar en la observación continua del comportamiento de la estructura (y sus componentes) durante un período de tiempo más largo con una detección automática de los puntos críticos.

De hecho, las soluciones de monitoreo permanente pueden evaluar la integridad de una estructura y proporcionar información sobre el colectivo de carga resultante (cargas de tráfico, fuerzas del viento, cambios de temperatura y otras influencias), evitando costosos periodos de inactividad y accidentes en el futuro.

Beneficios de un monitoreo estructural continuo

 

El monitoreo continuo y la evaluación de la salud de la estructura, a través de mediciones en un periodo corto o largo (SHM), es actualmente reconocido por sus beneficios, los cuales podemos ver a continuación:

 

  • La detección temprana de anomalías permite una implementación más eficiente de acciones de mantenimiento y reparación, las cuales tienen un impacto directo en la reducción de los costos operativos.
  • La estimación de la vida útil restante de la estructura asegura una reparación a tiempo o la prolongación de la expectativa de vida a través del monitoreo de la fatiga.
  • La automatización del mantenimiento se traduce en una reducción de la inactividad, requiriendo menores costos e inversión de capital.

Una mayor percepción del comportamiento real de la estructura contribuirá a garantizar su seguridad general.

El estado de una estructura puede monitorearse a través de Sistemas de detección confiables – como medidores, sensores y transductores que están interconectados por redes a sistemas de adquisición de datos equipados con un software intuitivo. Estos sistemas son capaces de brindar las siguientes características:

 

  • El monitoreo continuo de datos en tiempo real
  • Un diagnóstico exacto de los parámetros estructurales analizando factores como vibración, tensión, desplazamiento y temperatura
  • La detección automática de anomalías y mal funcionamiento con resultados de medición exactos
  • Reporte de datos y generación de alarmas

Eventualmente, se pueden considerar las recomendaciones respecto al mantenimiento del estado de la estructura.

 

Al final, es importante implementar un sistema de identificación de daños, con soluciones de monitoreo avanzado surgiendo como una estrategia clave a lo largo de todo el ciclo de vida de la estructura – desde su diseño, construcción y operación hacia su rehabilitación o sus últimos días de vida.

 

Por lo tanto, es imperativo que los dueños, integradores y operadores se percaten del gran valor de monitorear sus estructuras para promover un mejor mantenimiento. Ellos deben estar conscientes de las extensas soluciones disponibles en el mercado para una mejor toma de decisiones.

 

Desafíos de SHM: Eligiendo la mejor solución

Se espera que los sistemas de monitoreo operen por tiempos prolongados y mantengan la confiablidad, incluso en condiciones extremas. Debemos considerar que pueden surgir como verdaderos desafíos varios factores críticos, como el tamaño de la estructura, la ubicación, el entorno y la complejidad de la red:

  • En la mayoría de las aplicaciones de monitoreo estructural, se requiere una referencia inicial para poder identificar el daño. Si el sistema no está estable, las mediciones no se pueden relacionar entre sí y se pierde la referencia.
  • Estar ubicados en lugares lejanos y expuestos a entornos extremos – rayos, humedad, sal, polvo, vibración y radioactividad – también pueden dificultar la estabilidad del sistema y comprometer sus mediciones.
  • En ocasiones, el sistema de monitoreo debe instalarse y conectarse a lo largo de grandes distancias. Es un verdadero desafío combinar un índice de muestreo alto y canales de datos totalmente sincronizados, con sensores distribuidos alrededor de toda la estructura y separados por kilómetros.
  • Cuando intervienen una gran cantidad de sensores, el cableado y la instalación eléctrica se convierten en un proceso complejo.

Las tecnologías ópticas – llamadas Fiber Bragg Grating (FBG), se presentan como opciones viables y prometedoras para enfrentar esos desafíos, como son, las grandes redes de sensores y entornos extremos, debido a las características intrínsecas de los sensores de fibra óptica.

Todavía, cada aplicación tiene sus propias especificaciones, guías y requisitos.

Para atender todos los inconvenientes en torno al monitoreo, HBM ha implementado diferentes combinaciones de soluciones de hardware y software de medición (basados en eléctrica, piezoeléctrica u óptica). La estrategia es seleccionar el que mejor se adecue para cada caso.

Si están basados en eléctrica u óptica, HBM cuenta con soluciones a la medida para el mercado de monitoreo, mediante la combinación de sensores para sistemas de adquisición de datos con servicios de datos interconectados. Además, las combinaciones híbridas sincronizadas de instrumentos eléctricos y ópticos pueden configurarse específicamente para cumplir con las guías de aplicación.

Acumulando muchos años de experiencia en todas las principales tecnologías de sensores, mediciones de fuerza y Análisis de Estrés Experimental, HBM se enfoca en ofrecer una gran variedad de productos de monitoreo a largo plazo confiables y rentables.

Monitoreo con las tecnologías de medición de HBM

Además de ser un proveedor de tecnología, HBM es especialista en desarrollar y producir sistemas de monitoreo que evalúen el estado y la integridad de las estructuras a través del tiempo.

Las soluciones de HBM abarcan desde proporcionar componentes para integrarse como parte de una solución, hasta construir sistemas a medida utilizando la tecnología de medición y los productos que mejor se ajustan a los requisitos de la aplicación.

Normalmente se recomienda un conjunto modular, especialmente cuando se trata de grandes proyectos de monitoreo. Las soluciones modulares permiten la combinación de cualquier tipo de medidores de tensión, sensores y transductores disponibles con una solución de gabinete interior o exterior. El gabinete contiene el amplificador correcto y los dispositivos de registro, como los interrogadores ópticos QuantumX, PMX, Somat o BraggMETER.

Ejemplos de aplicaciones

  • Pruebas de cargas dinámicas y estáticas para fatiga y predicción de vida útil.
  • Pruebas de material (por ejemplo, concreto o análisis de comportamiento compuesto) para las técnicas de refuerzo.
  • Análisis experimental de métodos de construcció
  • Análisis experimental de métodos de construcción.
  • Calibración del modelo

También se requiere una solución de software complementario. HBM tiene diferentes paquetes disponibles, como catman AP para adquisición de datos, la serie nCode para análisis e informes. También cuenta con otras opciones de software para el estado del sitio, información general y alarmas o informes.

Adicionalmente, el nuevo paquete de monitoreo de salud estructural basado en la nube de HBM asegura el acceso a los datos que son relevantes para el estado estructural de las infraestructuras, en cualquier momento. Los clientes se benefician de un paquete completo preinstalado, que incluye el suministro de datos vía internet.

Con la solución Cloud, los usuarios no tienen que estructurar su propio servidor para el almacenamiento y análisis de datos. HBM usa la famosa plataforma Microsoft Azure para asegurar que se cumplan la mayoría de los estándares más estrictos para la seguridad de los datos, incluyendo aquellos bajo la ley europea.

Dependiendo del país, HBM también tiene un equipo de ingenieros de proyectos calificados y certificados que brindan instalación profesional en sitio y soporte durante la instrumentación, en cualquier entorno.

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