Sensor mecánico basado en FBG para la detección de fugas en tuberías presurizadas: diseño, ajuste modal y validación

Área de la Ciencia:

• Ingeniería Mecánica
• Tecnología de Sensores
• Ciencia de Materiales

Sus antecedentes:

• Las tuberías presurizadas son infraestructura crítica.
• La detección temprana de fugas es esencial para la seguridad y la eficiencia.
• Los sensores convencionales tienen dificultades con las vibraciones sutiles y de alta frecuencia de las fugas.

Objetivo del estudio:

• Diseñar y validar un sensor mecánico (MS) de frecuencia sintonizada para mejorar la detección de fugas en tuberías.
• Mejorar la sensibilidad a la deformación y la relación señal/ruido (SNR) para vibraciones de alta frecuencia.
• Desarrollar un transductor de red de Bragg de fibra (FBG) mecánicamente optimizado.

Principales métodos:

• Análisis de Elementos Finitos (FEA) para modelado estructural.
• Dinámica de Fluidos Computacional (CFD) para análisis de campos de presión.
• Validación experimental mediante mediciones de laboratorio y ajuste modal.

Principales resultados:

• El MS actúa como un amplificador mecánico selectivo, aumentando la sensibilidad.
• Se logró una mejora de hasta 15 dB en la sensibilidad a la deformación y la SNR en comparación con los FBG unidos directamente.
• Se demostró una discriminación eficaz de las firmas de fugas de alta frecuencia.

Conclusiones:

• El acoplamiento por resonancia geométrica es un método eficaz para amplificar la deformación inducida por fugas.
• El MS desarrollado ofrece una solución compacta, escalable y de alta sensibilidad para la detección de fugas en tuberías.
• El flujo de trabajo integrado de FEA, CFD y experimental valida el rendimiento del sensor.