Desarrollo de una red de sensores MEMS para el monitoreo en tiempo real de salud estructural utilizando internet de las cosas

• Autor: Charca Morocco, Hernan Wilson
• Formato: tesis de maestría
• Fecha de Publicación: 2024
• Institución: Universidad Católica San Pablo
• Repositorio: UCSP-Institucional
• Lenguaje: español
• OAI Identifier: oai:repositorio.ucsp.edu.pe:20.500.12590/18613
• Enlace del recurso: https://hdl.handle.net/20.500.12590/18613
• Nivel de acceso: acceso abierto
• Materia: Monitoreo de salud estructural; Acelerómetro MEMS; Análisis modal; Sensor inalámbrico; https://purl.org/pe-repo/ocde/ford#2.02.01

El monitoreo de la salud estructural es importante para garantizar el mantenimiento estructuras civiles como edificios, torres y puentes. Con el tiempo, estas estructuras pueden sufrir daños graduales debido a factores como la antigüedad, la humedad, eventos sísmicos y eventos inesperado. En este contexto, el análisis modal operacional permite determinar parámetros dinámicos, como frecuencias naturales, relaciones de amortiguamiento y formas modales, utilizando solo las respuestas estructurales como las aceleraciones. Estos parámetros dinámicos son importantes para detectar cambios en la estructura, lo que puede evidenciar daños o deterioro. Para identificar los parámetros dinámicos, es necesario que el sistema esté sometido a entradas aleatorias, como cargas de impacto, vibraciones forzadas o vibraciones ambientales. Para tal fin, se ha desarrollado un sistema de monitoreo basado en tecnología de Internet de las cosas. Este sistema está compuesto por una red de tres nodos sensores inalámbricos sincronizados que registran vibraciones ambientales, una puerta de enlace encargada de centralizar y transmitir los datos capturados, una base de datos en la nube alojada en InfluxDB Cloud para almacenamiento, un script con algoritmos de análisis de datos para extraer parámetros dinámicos y un panel de visualización implementada en Grafana, que facilita la visualización de los parámetros dinámicos. El sistema utiliza componentes de bajo costo que se caracteriza por su bajo consumo energético, adecuado para diversas aplicaciones de monitoreo de salud estructural. Además, permite reducir la dependencia del monitoreo tradicional basado en inspecciones visuales y de equipos de alto costo, ofreciendo una solución más eficiente y accesible. La red de nodos sensores inalámbricos basada en LoRa demostró ser de bajo consumo energético (Inodo = 0,792 mA), eficiente en la transmisión de datos mediante un protocolo de transmisión desarrollado denominado AXSHM. El sistema fue validado en un pórtico metálico de tres niveles (1.2 metros de altura y 0.8 metros de ancho) sometido a vibraciones ambientales. Para el análisis, se implementaron dos algoritmos: el método de identificación de subespacio estocástico y el método mejorado de descomposición en el dominio de la frecuencia. Los resultados experimentales muestran que el método de identificación de subespacio estocástico es más efectivo para identificar parámetros modales, especialmente en presencia de ruido, proporcionando frecuencias naturales confiables: 6.129 Hz (modo 1), 18.604 Hz (modo 2) y 28.649 Hz (modo 3). Este sistema ofrece una alternativa robusta y precisa para el monitoreo estructural en tiempo real.