Resumen de Desarrollo de sensores de alta temperatura para su uso en la monitorización de estructuras ante la acción del fuego

Paula Rinaudo, Benjamín Torres Górriz, David Barrera Vilar, Ignacio Payá Zaforteza, Pedro Antonio Calderón García, Salvador Sales Maicas

• español

  Acontecimientos recientes como los incendios en los túneles bajo el Canal de La Mancha (1996) y San Gotardo (2001), las Torres Gemelas de Nueva York (2001), el Edificio Windsor en Madrid (2005) o el intercambiador Mac Arthur en Oakland (2007), ponen de manifiesto la gran importancia y necesidad de monitorizar las estructuras vulnerables al fuego para poder evaluar su seguridad estructural y, llegado el caso, proceder a su demolición de forma segura.

  Para monitorizar estructuras sometidas a fuego es necesario disponer de sensores de altas temperaturas que permitan medir la temperatura en puntos críticos. Los requisitos de estos sensores dependen de factores singulares como ser la temperatura máxima estimada, los materiales y el sistema estructural de la estructura. Una estructura que cuenta con un sistema de monitorización de temperaturas ofrece información en tiempo real a los servicios de emergencia, permitiendo una mejor evacuación y una reducción de las consecuencias de un incendio. Además, la historia de las temperaturas en la estructura que brinda el sistema de monitorización de altas temperaturas es una información muy valiosa para el diagnóstico de los daños sufridos por la estructura y para su posible reparación.

  Hoy en día, la medición de las temperaturas durante incendios se realiza básicamente con termopares de alta temperatura. Sin embargo, los sensores de fibra óptica presentan grandes ventajas frente a los sensores eléctricos. Por ejemplo, son inmunes a las interferencias electromagnéticas, tienen alta precisión y confiabilidad en las medidas, tienen estabilidad temporal, excelente resistencia a los ambientes adversos y pueden ser multiplexados. A pesar de las destacables ventajas de los sensores de fibra óptica su disponibilidad en el mercado de la monitorización estructural ante el fuego es limitada o nula.

  En este trabajo se presentan tres tipos de sensores de fibra óptica puntuales y multiplexados para medir altas temperaturas desarrollados en Universitat Politècnica de València por los autores. Se describen el principio de funcionamiento de los sensores y las etapas de su desarrollo. El adecuado comportamiento de los sensores fue evaluado a través de diferentes pruebas de laboratorio y cuando era posible validados con modelos de elementos finitos. Especial énfasis se hace en el encapsulado de los sensores ya que es el principal responsable de las diferentes prestaciones de cada tipo sensor. Luego se presentan los demás componentes de los sistemas de monitorización (sistema de adquisición, transmisión y almacenaje de datos), una comparación entre los sensores y sus posibles aplicaciones.

• English

  Recent events such as the fires on the Channel tunnel (1996), St. Gotthard (2001), the Twin Towers in New York (2001), The Windsor Building in Madrid (2005) and the collapse of the MacArthur Maze in Oakland (2007) show the importance and the necessity of a monitoring strategy for fire vulnerable structures. Through this strategy, the assessment of fire damaged structures would be possible and if necessary, the demolition operation would be guided.

  To monitor structures subjected to fire it is essential to have high temperature sensors that enable to measure the temperature in critical points. The requirements of these sensors depend on singular factors as the estimated maximum temperature, the materials and the structural system of the structure. A structure provided of monitoring high temperatures system offers real time information to the emergency services and a better evacuation will be possible, reducing the consequences of the fire. Moreover, the temperature history of the structure provided of a system for high temperature monitoring is valuable information for the diagnosis process.

  Nowadays, the measurements of temperatures during fires are done mainly by high temperature thermocouples. However, fiber optic sensors have several advantages compared to electric sensors. For example, they are immune to electromagnetic interference; they have high precision and reliability on the measurements, they have good temporal stability, outstanding resistance to adverse environments and they can be multiplexed. In spite of the outstanding advantages of fiber optic sensors, its availability on the structural monitoring market of structures under fire is null or limited.

  In this work, three types of punctual and multiplexed fiber optic sensors developed at the Universitat Politècnica de València by the authors to measure high temperature are presented. The operation principle of the sensors and the steps in their development are exposed. The accurate performance of the sensors is evaluated through different tests performed on the laboratory and also validated using finite element models when possible. Especial emphasis is placed on the packaging of the sensors since it is essentially responsible of the singular capabilities of each sensor. Then, the different parts of monitoring systems, a comparison of the sensors and theirs possible applications are shown.