En esta segunda entrega, profundizaremos en los aspectos críticos de la implementación y despliegue de sistemas de monitoreo en ductos. Analizaremos la arquitectura de las Unidades de Interrogación (IU), los requisitos de instalación para infraestructuras de gran longitud y la importancia de seleccionar el diseño constructivo del cable —como las estructuras Loose Tube o Tight Buffer— según se priorice la detección de fugas, intrusiones o deformaciones. Finalmente, exploraremos cómo el software de gestión potenciado por Inteligencia Artificial transforma los datos en tiempo real para aplicaciones estratégicas como el rastreo de herramientas internas (PIGs) y la mitigación de interferencias por terceros (TPI).
Ingeniero electrónico especialista en Internet de las cosas, con más de 15 años de experiencia en Diseño e instalación de instrumentación y sistemas de monitoreo geotécnico y estructural. Auditoría de instalaciones eléctricas de media y baja tensión. Desarrollo de hardware electrónico analógico y digital. Desarrollo de software embebido (RTOS). Desarrollo de aplicaciones de escritorio (C# .NET). Desarrollo web (Node.js, Angular). Desarrollo IoT y en la nube (Azure).
En la gestión moderna de integridad de activos, la fibra óptica deja de ser tratada únicamente como un canal pasivo de telecomunicaciones para convertirse, mediante la explotación de los fenómenos físicos descritos, en un sensor distribuido de cobertura continua.
Esta capacidad adquiere especial relevancia en el transporte por ductos, donde el despliegue de tecnologías DAS y DTSS ofrece una dualidad estratégica: permite capitalizar la infraestructura existente, activando hilos de fibra oscura en tendidos paralelos, o bien integrar la capacidad de sensado desde la ingeniería básica en nuevos proyectos de construcción.
La Unidad de Interrogación (IU) constituye el núcleo operativo del sistema de monitoreo. Se trata de un equipo optoelectrónico de alta precisión diseñado para inyectar pulsos de luz láser coherente en la fibra óptica y analizar la señal retrodispersada que retorna desde cada punto del tendido.
Figura 4. Unidades Interrogadoras. (a) APSensing[1] DAS. (b) LUNA[2] DTSS.
Los interrogadores modernos suelen disponer de configuraciones de 2, 4 u 8 canales ópticos. La distancia máxima de monitoreo por canal está condicionada por la atenuación acumulada del segmento y la relación señal-ruido (SNR) remanente. Para compensar la atenuación en distancias largas se requieren pulsos de mayor energía, lo que resulta en una menor resolución espacial. En general, el alcance típico por canal puede establecerse en alrededor de 50 km.
Los interrogadores son instalados en racks de 19’’ integrados con equipamiento auxiliar como:
La instalación del gabinete de instrumentación completo (Figura 5) suele requerir de un ambiente de temperatura controlada (20ºC – 25ºC) y energía disponible de alrededor de 500W.
Figura 5. Gabinete 19’’ de instrumentación (APSensing)
Para la cobertura integral de sistemas de transporte de gran longitud, la estrategia de despliegue se basa en una arquitectura nodal que aprovecha los activos físicos e infraestructura existente del operador. Los gabinetes de instrumentación se ubican estratégicamente en instalaciones con facilidades disponibles (energía segura, comunicaciones), tales como Plantas Compresoras, Estaciones de Bombeo o recintos de Válvulas de Bloqueo.
Esta disposición permite configurar cada ubicación como un punto central de medición, Figura 6. Mediante la utilización de múltiples canales del interrogador, una única unidad inyecta luz simultáneamente hacia el segmento aguas arriba y hacia el segmento aguas abajo. De esta forma, se maximiza el alcance efectivo por sitio y se concatenan tramos sucesivos para lograr la monitorización continua de toda la traza.
Figura 6. Monitoreo de la totalidad de un ducto.
Respecto a la fibra óptica a emplear, las fibras monomodo son el estándar para el 95% de los casos (Norma G.652.D). Se utilizan indistintamente tanto para DAS como para DTSS debido a su capacidad para operar en largas distancias con baja atenuación, permitiendo cubrir segmentos extensos sin regeneración de señal.
Sin embargo, más allá del núcleo de vidrio, el diseño constructivo del cable y su metodología de instalación determinan la idoneidad del sistema para cada aplicación (fugas, intrusión, deformación o temperatura).
Para las aplicaciones acústicas el objetivo es maximizar la sensibilidad a las vibraciones.
Una instalación directamente enterrada (Direct Buried) es la configuración óptima. El suelo compactado alrededor del cable transmite eficientemente las ondas acústicas generadas por pasos, excavadoras o el ruido de una fuga.
El uso de ductos (Conduits) aunque protegen el cable y facilitan el mantenimiento, los ductos actúan como amortiguadores acústicos. El aire dentro del ducto desacopla la fibra del suelo, reduciendo la sensibilidad del DAS. Es posible utilizarlos, aunque el rendimiento será inferior al enterrado directo.
Para un sistema DAS multipropósito (Fugas de Gas / Líquido y TPI), la especificación de instalación ideal sería instalar el cable en la misma zanja del ducto, en posición horaria 10 o 2, separado entre 10 y 20 cm del ducto sobre cama de arena compactada. Esta configuración prioriza la seguridad contra terceros (TPI) y fugas de gas, manteniendo una sensibilidad aceptable para fugas líquidas mediante detección acústica.
Dado que la dispersión de Brillouin es sensible simultáneamente a los cambios de deformación y temperatura, en este caso la estructura interna del cable juega un papel importante en cómo se transfieren las fuerzas externas a la fibra.
Para monitoreo de temperatura es recomendable una estructura de cable tipo Loose Tube (Tubo Holgado) dado que es crítico que la fibra esté libre de tensiones mecánicas. Esta estructura permite que el cable se expanda o contraiga térmicamente sin estirar la fibra de vidrio, minimizando que la deformación mecánica altere la lectura de temperatura.
Para monitoreo de deformación es recomendable una Tight Buffer (Ajustada). donde existe una unión mecánica rígida entre las capas de protección y el núcleo. Cualquier estiramiento o compresión del cable se transfiere inmediatamente a la fibra para ser medido.
La calidad de la medición en este caso depende del acople entre el sensor y el medio a monitorear. Para monitoreo de deformaciones es necesario un acople mecánico total. El cable sensor debe fijarse rígidamente al ducto generalmente mediante adhesivo epóxico continuo o abrazaderas mecánicas de alta tensión a intervalos muy cortos.
En el caso de medición de temperatura no es necesario que esté pegado rígidamente, pero sí debe estar en contacto físico directo con la pared del tubo o muy próximo a ella. Idealmente, se debe realizar una fijación con cinta o flejes, asegurando que no queden brechas de aire significativas que actúen como aislante.
El software de gestión de estos sistemas no funciona meramente como un visualizador, sino como una potente plataforma de procesamiento en tiempo real que transforma grandes cantidades de datos ópticos crudos en decisiones operativas.
El interrogador de cada tecnología (DAS, DTSS) es agnóstico a lo que mide; es el software el que define la aplicación. Los sistemas modernos operan bajo un esquema de módulos independientes que corren en paralelo sobre los datos monitoreados de una misma fibra.
Los softwares actuales integran motores de Inteligencia Artificial (Machine Learning) para el procesamiento de datos y clasificación de alertas junto con una gran variedad de protocolos para reporte y conectividad con sistemas SCADA.
[1] https://www.apsensing.com/en/product/das-n51-n52-series
[2] https://lios.lunainc.com/product/luna-pre-vent-industrial-strain-measurement-system/
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