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À medida que o vento e a chuva atingem as pás de uma turbina eólica, os investigadores da UBC Okanagan monitorizam cuidadosamente os ecrãs, a centenas de quilómetros de distância, analisando se os revestimentos das pás conseguem resistir ao ataque.
Embora este tenha sido apenas um teste em laboratório, os pesquisadores estão trabalhando para melhorar a forma como estruturas como turbinas, hélices de helicópteros e até pontes são monitoradas quanto ao desgaste causado pelo clima.
As mudanças climáticas estão aumentando a necessidade de um melhor monitoramento da erosão e corrosão em uma ampla gama de indústrias, da aviação ao transporte marítimo e da geração de energia renovável à construção, explica o estudante de doutorado da UBC Okanagan, Vishal Balasubramanian.
Em muitas indústrias, revestimentos resistentes ao desgaste são usados para proteger uma estrutura do desgaste erosivo. No entanto, estes revestimentos têm uma vida útil limitada e podem desgastar-se com o tempo. Como resultado, essas estruturas revestidas são inspecionadas periodicamente quanto a abrasão e rachaduras, que são então corrigidas revestindo as áreas danificadas.
Atualmente, essas inspeções são feitas manualmente usando uma sonda, e Balasubramanian – um dos vários pesquisadores que trabalham no laboratório Okanagan Microelectronics and Gigahertz Applications (OMEGA) da UBC – está trabalhando para desenvolver sensores que possam ser incorporados diretamente nos revestimentos. Isso poderia eliminar qualquer chance de erros causados por humanos e reduzir drasticamente o tempo de inspeção. Ao integrar a inteligência artificial (IA) e a realidade aumentada (AR) nestes sensores incorporados, os investigadores podem monitorizar em tempo real o desgaste dos revestimentos mecânicos de proteção concebidos para evitar falhas catastróficas.
“Ao aproveitar as tecnologias de IA em nossos sensores ressonadores de micro-ondas, somos capazes de detectar não apenas a erosão do revestimento no nível da superfície, mas também podemos distinguir quando uma camada individual está sendo corroída dentro de um revestimento multicamadas”, explica Balasubramanian, principal autor do estudo. a pesquisa recentemente publicada em Comunicações da Natureza.
Alguns estudos sugerem que a corrosão metálica nos Estados Unidos tem um custo de quase 300 mil milhões de dólares por ano; mais de três por cento do produto interno bruto daquele país.
Mas não se trata apenas de dinheiro.
A erosão pode causar danos irreversíveis às superfícies exteriores de pontes, aeronaves, automóveis e infraestruturas navais, explica Balasubramanian. A história tem uma longa lista de desastres em que a erosão foi identificada como a principal razão para falhas estruturais que levaram à perda de milhares de vidas – incluindo o colapso da ponte de Génova em 2018 em Itália, a tragédia do gás de Bhopal em 1984 na Índia e o desastre de Carlsbad em 2000. incêndio em gasoduto no Texas.
“Ser capaz de monitorar e abordar proativamente a degradação dos equipamentos – especialmente em ambientes agressivos – pode, sem dúvida, salvaguardar infraestruturas importantes e reduzir o efeito na vida humana”, diz o Dr. Mohammad Zarifi, professor associado da Escola de Engenharia da UBCO e investigador principal do o Laboratório OMEGA. “Há vários anos, temos desenvolvido sensores baseados em micro-ondas para detecção de gelo e a adição de tecnologias mais recentes, como IA e AR, pode melhorar exponencialmente a eficácia desses sensores.”
Os sensores recentemente desenvolvidos podem detectar e localizar a camada erodida em revestimentos multicamadas e também detectar a profundidade total de desgaste dos revestimentos de proteção. Essas informações são coletadas e podem fornecer uma compreensão detalhada para engenheiros e partes interessadas sobre os danos potenciais e o perigo de falhas.
No laboratório, o sistema de interface diferencial do dispositivo de rede foi testado em temperaturas variadas – calor e frio extremos – e diferentes níveis de umidade e exposição a UV para imitar vários ambientes agressivos. O sistema desenvolvido foi testado com diferentes tipos de revestimentos e sua resposta foi monitorada em quatro diferentes tipos de configurações experimentais que realizaram as variações desejadas dos parâmetros ambientais.
“Testamos nossos sensores em alguns dos ambientes mais severos, incluindo diversas temperaturas, umidade e exposições UV”, diz Balasubramanian. “Continuamos a ultrapassar os limites do que estes sensores são capazes de suportar para nos mantermos à frente do que está a acontecer em todo o mundo.”
Por seu trabalho, Balasubramanian foi recentemente reconhecido com o Prêmio de Excelência em Ferramentas CAD e Metodologia de Design de Microsistemas pela CMC Microsystems e patrocinado pela COMSOL. O prêmio reconhece um estudante de pós-graduação que demonstra um novo avanço tecnológico de design com maior potencial para melhorias aplicáveis à fabricação e implantação de microssistemas.
A pesquisa foi apoiada por financiamento do Departamento de Defesa Nacional do Canadá, do Conselho de Pesquisa em Ciências Naturais e Engenharia do Canadá e da Fundação Canadense para Inovação.
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