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“Smart Screw Connection” permite comprobar la estabilidad de las uniones atornilladas en cualquier momento mediante monitorización remota

Las uniones atornilladas en infraestructuras críticas están expuestas a grandes tensiones y, por lo tanto, deben revisarse periódicamente. Investigadores del Fraunhofer Cluster of Excellence Cognitive Internet Technologies CCIT han desarrollado ahora una tecnología que permite comprobar la estabilidad de las uniones atornilladas en cualquier momento mediante monitorización remota. Esto aumenta la seguridad y reduce el tiempo y el esfuerzo dedicado a las inspecciones.

Nos encontramos con tornillos en casi todas partes. Por ejemplo, en grúas, andamios, edificios de gran altura, puentes, turbinas eólicas y máquinas de todos los tamaños, así como en instalaciones de producción. Sin embargo, el desgaste y el impacto de fenómenos como las fluctuaciones de temperatura o las vibraciones pueden provocar que uno o más tornillos se aflojen o incluso se suelten por completo.

Esto puede tener repercusiones fatales. Como resultado, se requieren inspecciones periódicas para las estructuras críticas para la seguridad. Un equipo de investigadores del Fraunhofer Cluster of Excellence Cognitive Internet Technologies CCIT ahora ha desarrollado una solución llamada “Smart Screw Connection” que combina sensores y tecnología de radio para proporcionar un medio confiable para monitorear de forma remota las conexiones de tornillo.

Smart Screw Connection viene con un tornillo equipado con una arandela que está equipada con una película delgada piezorresistiva DiaForce®. Cuando se aprieta el tornillo, los sensores sensibles a la presión registran la fuerza de precarga en tres puntos. Cualquier cambio en la fuerza de precarga cambia la resistencia eléctrica en la película delgada DiaForce®. “Cuando un tornillo se afloja, el cambio resultante en la resistencia se informa a un módulo de radio ubicado en la cabeza del tornillo.

El módulo de radio, a su vez, envía los datos a una estación base, que recopila la información de todos los tornillos relevantes del objeto”, explica el Dr. Peter Spies, Gerente de Proyecto y Gerente de Grupo de Suministros de Energía Integrados en el Instituto Fraunhofer de Circuitos Integrados IIS.

La película delgada DiaForce® fue desarrollada por el Fraunhofer Institute for Surface Engineering y Thin Films IST. En términos de tecnología de radio, Fraunhofer IIS ha contribuido con el protocolo de red de área amplia de baja potencia (LPWAN) mioty®. Esta tecnología es capaz de enviar pequeños paquetes de datos a largas distancias, con un consumo mínimo de energía, desde más de 100 000 sensores a través de una sola estación base. La estación base podría estar ubicada en el borde de un parque eólico, es decir, a varios cientos de metros o incluso a algunos kilómetros de distancia. Luego, un programa de software muestra los datos de cada tornillo individual en una descripción gráfica. Según la configuración y la aplicación, el estado de las uniones atornilladas se transmite de forma permanente, en función de un evento o en intervalos específicos.

“Este sistema de monitoreo remoto nos permite, por primera vez, vigilar la estabilidad de las infraestructuras críticas para la seguridad en todo momento, incluso de forma remota, y realizar una verificación adecuada de cada uno de los tornillos relevantes. Este es un activo importante en términos de seguridad. Al inspeccionar un puente o una turbina eólica, no se requiere que ningún ingeniero esté en el sitio y verifique cada tornillo individualmente, ya que todos los datos se transmiten por radio a la estación de servicio”, dice Spies.

La conexión por tornillo inteligente se puede adaptar para una amplia variedad de aplicaciones. No importa si se trata de conexiones de bridas en la industria, para los pernos en vigas de acero en edificios de gran altura, para las partes portantes de puentes o para la fijación de rotores a turbinas eólicas: el sistema puede configurarse individualmente para cada escenario y adaptarse a el perfil de carga correspondiente.

Los investigadores también han resuelto el problema de la demanda de energía de una manera eficiente en el uso de los recursos. El sistema funciona según el principio de recolección de energía. Esto implica el uso de calor o luz para generar electricidad. En este sistema, por ejemplo, un generador termoeléctrico genera electricidad a partir de las mínimas diferencias de temperatura entre la cabeza del tornillo y el ambiente. También es posible generar la electricidad a través de células solares. La recolección de energía hace que el sistema sea autoalimentado.

La seguridad es de suma importancia para los investigadores de Fraunhofer. Durante la instalación, cada tornillo individual, junto con la unidad de sensor y el módulo de radio, se coloca en una caja de programación blindada. La caja le da al tornillo una identificación individual a través de la RFID de corto alcance, así como su perfil de requisitos y una clave de cifrado individual. El enlace de radio de los tornillos a la estación base también se cifra durante la transmisión de datos. “Así evitamos que delincuentes o piratas informáticos saboteen el sistema. El personal técnico que supervisa una turbina eólica, por ejemplo, realmente puede confiar en los datos”, explica Spies.

Fraunhofer IST, Fraunhofer IIS, así como el Fraunhofer Institute for Structural Durability and System Reliability LBF y el Fraunhofer Institute for Applied and Integrated Security AISEC están involucrados en el proyecto dirigido por Fraunhofer Cluster of Excellence Cognitive Internet Technologies CCIT.

La tecnología está diseñada para tornillos DIN disponibles comercialmente. El sistema está listo para usar para tornillos M18, y pronto estarán disponibles versiones para tornillos M20 y M36. Se exhibirá una versión de demostración en Hannover Messe 2022 (del 30 de mayo al 2 de junio) (Hall 5, Stand A06).

El martes 31 de mayo a partir de las 16:30 h. a las 5:30 p. m., los visitantes interesados ​​también pueden obtener más información sobre la tecnología y la disponibilidad de este desarrollo en el espacio de presentación y networking del stand conjunto de Fraunhofer en el Hall 5-A06.

ComoScout monitorea las señales provenientes de la máquina de moldeo por inyección y las de cualquier sensor que proporcione salidas de voltaje de hasta 10 V. 

CEUS 10 también genera un historial de medición específico para cada herramienta y almacena registros de prueba automáticamente en un servidor local

Transparencia energética, monitorización remota y mantenimiento predictivo con datos en tiempo real en el panel del servidor web InSite de fácil manejo  

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