Un tubo guasto può essere difficile da individuare. Può causare una pozzanghera, produrre un altro segno di danno, o semplicemente scoppiare prima del rilevamento. Una cucina o una lavanderia allagate è disordinata e scomoda, ma la posta in gioco è tanta, molto più alto nelle centrali nucleari, che in media contengono molte miglia di gasdotti.

Con l'aumentare della preoccupazione per l'invecchiamento delle piante, Gli ingegneri Vanderbilt stanno lavorando a un sistema di allerta precoce. Stanno utilizzando rivestimenti polimerici all'interno del tubo e dispositivi polimerici stampati in 3D infusi con nanoparticelle come sensori per segnalare i cambiamenti all'esterno del tubo. E, essi sperano, suono.

Una grande sfida consiste nel rilevare i cambiamenti nel film polimerico che si verificano all'interno del tubo. Per creare una tecnica utile e proattiva, il team vuole usare il suono, o vibrometria, per identificare questi cambiamenti interni dall'esterno del tubo.

"Stiamo progettando e preparando rivestimenti in grado di catturare o chelare gli ioni metallici rilasciati dal processo di corrosione all'interno di un tubo, " ha detto Kane Jennings, professore di ingegneria chimica e biomolecolare.

"I film possono chelare ioni metallici in soluzione e da una superficie corrosiva. I metalli chelati cambiano le proprietà dei film polimerici per reticolare efficacemente le catene polimeriche, " ha detto Kane, che presiede anche il dipartimento.

I primi risultati sono promettenti. La vibrometria mostra lievi cambiamenti quando i metalli sono legati al rivestimento, Jennings ha detto, e la ricerca in corso sta valutando l'affidabilità a diversi spessori di rivestimento. Il sensore per l'esterno del tubo funziona:il rivestimento cambia dal verde al blu al variare dell'input che potrebbe segnalare il processo di corrosione.

"In definitiva il sensore dovrebbe interfacciarsi con la vibrometria per fornire un segnale di colore stop/go sulla salute all'interno del tubo, " ha detto Jennings.

Uno studio dell'Electric Power Research Institute che ha esaminato la sicurezza dei tubi nelle centrali nucleari statunitensi per un periodo di 36 anni ha rilevato 1, 816 guasti ai tubi che sono stati identificati mediante test e ispezioni. altri 2, 247 guasti sono stati trovati dopo che i tubi avevano perso, e in alcuni casi, causando la morte dei lavoratori.

Le condutture nelle centrali nucleari trasportano acqua "di raffreddamento", che sta per bollire, al reattore e alle pozze di combustibile esaurito. I tubi forniscono gas idrogeno ai generatori e trasportano il vapore alla turbina principale, tra tante altre funzioni. L'idea sarebbe quella di iniziare rivestendo le giunzioni e le connessioni dei tubi di raffreddamento.

La ricerca ha coinvolto docenti e dottorandi in chimica, ingegneria meccanica e civile. Cole Brubaker, dottorato di ricerca '18, ha sviluppato i sensori utilizzando materiali al fosforo di solfuro di zinco drogato con metallo. "Dispositivi elettroluminescenti a corrente alternata stampati in 3D" è stato pubblicato nel Journal of Materials Chemistry nel maggio 2019. Doug Adams, Daniel F. Flowers Professore e presidente del Dipartimento di Ingegneria Civile e Ambientale, era l'investigatore principale. Jennings è il ricercatore principale su un documento che conferma la chimica fondamentale pubblicato a settembre 2019 nel Giornale di chimica fisica .