MODELAMIENTO TÉRMICO Y VIBRATORIO DE UNA CÁPSULA PARA SENSORES DE FIBRA ÓPTICA ADAPTABLES A MEDICIONES EN SISTEMAS ELECTRICOS DE POTENCIA Translated title: THERMAL AND VIBRATION MODELING OF A CAPSULE FOR FIBER OPTICS SENSORS ADAPTIVE TO MEASURING ON ELECTRIC POWER SYSTEMS

Abstract

En este trabajo se presenta un modelamiento térmico y vibratorio que permite diseñar cápsulas con alta conductividad térmica y aislamiento mecánico para sensores de temperatura basados en redes de Bragg en fibra óptica, con miras a su aplicación en sistemas eléctricos de potencia (SEP). Una de las variables de mayor relevancia en la operación de los componentes de un SEP es la temperatura, ya que su monitoreo en tiempo real permite predecir el estado del sistema y generar acciones de mantenimiento predictivo que garanticen la calidad y continuidad en el servicio. El modelado de la capsula dieléctrica se dividió en dos partes fundamentales: i) un análisis mecánico mediante el método de elementos finitos para establecer la respuesta de la capsula ante vibraciones del orden de las reportadas en la literatura para generadores y transformadores de potencia; ii) un análsis térmico, a través de un modelo analítico que permite establecer la velocidad de respuesta del sensor ante variaciones de temperatura. Los resultados encontrados muestran un gran potencial en el material que se propone para la fabricación de la capsula, el cual no se ha reportado en este tipo de aplicaciones.

Translated abstract

In this work is presented a thermal and vibration modeling that allows the design of high-thermal conductivity, mechanical isolating capsules for inserting Fiber Bragg Gratings (FBG) based temperature sensors for applications on electric power systems (EPS). One of the most relevant variables in EPS component operation is temperature, because its real time monitoring allows predicting the state of the system and generating predictive maintenance actions that guarantee quality and continuity in its service. The modeling of the dielectric capsule is divided in two fundamental parts: i) a mechanical analysis using the finite element method for establishing the capsule response to vibrations in the regime reported in literature for generators and power transformers; ii) a thermal analysis using an analytical model that allows to establish the sensor’s response speed due to temperature changes. The results that were found show a great potential on the material proposed for the fabrication of the capsule, which is not reported in this kind of applications.