Monitorização da construção de túneis sem fios: As principais perguntas e respostas

A utilização de tecnologias sem fios para monitorização e instrumentação da construção durante os projectos de escavação de túneis não é novidade, mas geralmente estas tecnologias não são optimizadas para os desafios da monitorização técnica. É aqui que a nova geração de tecnologias de monitorização sem fios IoT tem a vantagem de oferecer novas possibilidades de agregação, transmissão e análise de dados de baixa potência, longo alcance, e baixo custo.

A Worldsensing juntou-se a Jim Rush, editor da Tunnel Business Magazine, para um webinar que discutiu como os sistemas de monitoramento sem fio podem ajudar a acompanhar o desempenho, identificar problemas e diminuir o risco operacional durante projetos de construção de túneis. Este webinar convidou o público a colocar uma série de questões - para este artigo, escolhemos as nossas questões favoritas e oferecemos as respostas abaixo do especialista em monitorização sem fios, Juan Pérez. Juan é engenheiro geotécnico e proprietário do produto do sistema de monitorização sem fios Worldsensing. Tem experiência em instrumentação geotécnica e estrutural e lidera o desenvolvimento de produtos de monitorização sem fios na Worldsensing, pioneira da IoT, desde 2013.

O que diferencia a monitorização moderna sem fios IoT da monitorização tradicional sem fios?

A monitorização sem fios IoT é tanto de longo alcance como de baixa potência. As soluções sem fios baseadas na tecnologia móvel (GPRS/3G) - o tipo tradicional - são mais exigentes em termos de potência. Como consequência, com estas soluções, os registadores de dados GPRS só transmitem os dados uma vez por dia ou uma vez por semana, especialmente se forem alimentados com baterias internas. Com a tecnologia móvel, os operadores têm de pagar de acordo com o seu plano mensal por cada aparelho que queiram ligar. Com as redes privadas IoT, os operadores dos sistemas de monitorização sem fios podem ser os proprietários da infra-estrutura para que a transmissão de dados possa ser gratuita. E o mais importante, podem implementar a infra-estrutura de acordo com as suas necessidades sem necessitarem de um acordo com o fornecedor de serviços de telecomunicações. Só precisam de ligar o portal à Internet com um cartão SIM ou ligação ethernet no local mais adequado, de acordo com o projecto do túnel.

Outras soluções como as redes mesh sem fios (XBee, IEEE 802.15.4) são potentes para áreas com uma alta densidade de nós e podem transmitir maiores volumes de dados. Contudo, o seu curto alcance limita a sua aplicação em projectos de monitorização da construção de túneis, onde os pontos de monitorização estão espalhados por uma vasta área.

Em resumo: a monitorização tradicional sem fios baseia-se em tecnologias móveis, que são exigentes em termos de potência, de curto alcance e dispendiosas. A monitorização sem fios IoT, em contraste, oferece conectividade sem fios de longo alcance, transmissão de dados gratuita e utilização de baixa potência.

Em que se baseia o sistema de rádio?

O rádio que utilizamos para o nosso sistema de monitorização sem fios, que foi apresentado no webinar, é LoRa porque a Worldsensing considera que esta é a melhor tecnologia disponível para cobrir os requisitos do sector da monitorização geotécnica. Estamos constantemente a avaliar novas tecnologias de rádio à medida que vão surgindo e procuramos a melhor tecnologia para cada aplicação. O nosso sistema de gestão de estacionamento, por exemplo, também utiliza Sigfox e tem alguns projectos-piloto com NarrowBand-IoT.

Nós de dados sem fios baseados na tecnologia IoT implantada num projecto de construção de túneis

Dentro dos projectos de construção, pode o sistema de aquisição de dados ser utilizado em áreas de aplicação como as valas de água/saúde?

Para o dizer de forma simples: sim, pode. Temos projectos em que a aquisição de dados sem fios é utilizada em projectos de monitorização geotécnica, mas o sistema também é apresentado em casos relacionados com a monitorização de águas subterrâneas (nível da água, qualidade da água) e outras aplicações industriais.

Segundo a nossa experiência, o sistema mais adequado para áreas como as valas de água/saúde são nós analógicos que são flexíveis e podem ler até quatro sensores de diferentes interfaces (tensão, 4-20 mA, potenciómetro, ponte de Wheatstone completa, termistor e PT100). Permitem a monitorização dos níveis de água, temperatura e também pH, potencial de redução de oxidação (ORP) e outros parâmetros relacionados com a qualidade da água.

Que período de tempo do lado do instrumento para o lado do servidor considera "tempo real"?

Há muitos factores que podem afectar a transmissão de dados, mas com base na nossa experiência, a latência mínima é de aproximadamente 25 segundos. Consideramos o "tempo quase real", o "tempo quase real" do sistema, quando comparado com as leituras manuais. Na monitorização em túneis, os processos são tipicamente mais lentos, pelo que os sistemas remotos de aquisição de dados sem fios podem ser considerados como "tempo quase real". Com sistemas IoT sem fios, a leitura pode chegar ao portal em poucos segundos ou alguns minutos; tudo depende da taxa de amostragem e do tamanho da rede.

Estamos a trabalhar no desenvolvimento de algo que poderia ser denominado de "modo rápido" para certos testes de campo relacionados com a Monitorização Sanitária Estrutural. Quando os operadores precisam de reduzir a latência para um projecto, normalmente contactam-nos e encontramos uma solução para a sua indústria e área de aplicação específica.

Quais são os requisitos de potência para a implementação do sistema de aquisição de dados?

Os nós de dados são alimentados pelas suas próprias baterias internas, o que significa que os requisitos de energia só se aplicam aqui aos portais. Uma das vantagens mais notáveis do nosso sistema é que os nós são alimentados por bateria e têm um design de baixa potência, o que significa que a vida útil da bateria pode durar vários anos, recolhendo amostras e transmitindo a cada hora. O consumo de energia da porta de entrada é de aproximadamente 3W. Também é possível alimentar a porta de entrada com um kit solar.

Que tipo de nós de dados usa o seu sistema de monitorização sem fios com que tipo de sensores?

Utilizamos diferentes tipos de nós de dados, de acordo com o tipo de sensor escolhido. Abaixo encontra-se uma tabela com a lista dos pares:

Tipos de nódulos	Sensor compatível
Medidor de inclinação sem fios	Integrado com o seu próprio sensor
Nó de arame vibratório 5 canais	Arame Vibratório
Vibrating Wire Node 1 canal - versão caixa de alumínio	Arame Vibratório
Vibrating Wire Node 1 canal - versão em caixa de policarbonato	Arame Vibratório
Nó digital	Actualmente: - Cadeias de inclinómetros no local e feixes de inclinação digital do Sisgeo, Geosense e RST. - MDT SMART MPBX extensómetro
Nó analógico 4 canais	- Voltagem - Circuito actual - Potenciómetro - Ponte de Wheatstone completa - Termistor - PT100 - Cadeias de Inclinómetros Serial HD In-Place da DGSI Slope Indicator

Como se pode lidar com condições de gases em escavações com um sistema de aquisição de dados sem fios?

Um sistema como o Worldsensing não está certificado para atmosferas explosivas, como minas de carvão, poços de petróleo e gás. No entanto, pode ser estendido um cabo do sensor para o nó de dados localizado numa área aberta (pense, por exemplo, em condutas de gás) que não tenha condições gasosas.