Herramienta de posicionado de fibra óptica

Para reducir la elevada mortandad de sensores de fibra óptica durante su integración se ha desarrollado una herramienta para el posicionado de fibra óptica en grandes estructuras. Esta se ha fabricado en poliamida mediante la tecnología de

Additive Manufacturing.

El modelo CAD se presenta en la Figura 80. Consta de tres partes: mango, disco y carrete. Su funcionamiento es muy sencillo. En primer lugar, la línea de fibra óptica se enrolla alrededor del disco, que se encuentra separado del resto de componentes de la herramienta. Una vez enrollada, el disco se coloca en el mango que facilitará el giro y por tanto el despliegue de la fibra. Por último, en paralelo al disco se sitúa el carrete, en cuyo interior se aloja un muelle tipo fleje. Su objetivo es proporcionar cierta tensión a la fibra óptica, de forma que se impida que se desenrolle de forma involuntaria. El giro del disco es impedido mediante un freno presente en el mango de la herramienta que debe ser liberado para la colocación de la fibra.

Figura 80. Herramienta de posicionado de fibra óptica. Una descripción detallada de cada componente se realiza a continuación:

 Disco

Es el elemento alrededor del cual se enrolla la fibra óptica (Figura 81). Sobre su superficie se ha realizado un surco en forma de hélice que favorece el correcto posicionado de la fibra óptica evitando cruces en su recorrido (Figura 81 b).

Figura 81. Disco de herramienta de posicionado de fibra óptica (a) perspectiva frontal y (b) perspectiva lateral.

Sobre el perímetro de las dos superficies laterales se han efectuado una serie de ranuras para introducir los extremos de la fibra óptica enrollada en el disco, de forma que quede completamente sujeta. En la Figura 82 se muestra un detalle de las ranuras, las cuales son de dos tipos. En la superficie delantera se trata de pequeñas incisiones (identificadas con la letra A) para introducir un cable de fibra óptica de 250 μm de diámetro (como máximo). La segunda tipología (letra B) son muescas sobre el contorno de la superficie posterior para el paso de un extremo de fibra óptica incluyendo el conector. Los laterales de estas muescas han sido diseñados con forma de chaflán para evitar radios de giro pronunciados de la fibra óptica.

Figura 82. Ranuras para amarre de los extremos de la fibra óptica.

En la Figura 82 se señala un tercer tipo de marca (letra C), consistente en una serie de escalones en el borde de la superficie delantera. Estos escalones actúan como topes del sistema de frenado de la herramienta.

El disco está unido de forma solidaria a su eje de revolución. En ambos extremos

(a) (b)

B

A

del eje se colocan rodamientos para facilitar su giro al introducirlo en el mango. Sobre el disco se han realizado numerosos orificios con la única función de reducir peso (Figura 83).

Figura 83. (a) Vista superior y (b) lateral del disco.

 Carrete

El carrete es el elemento en cuyo interior se sitúa el muelle de tipo fleje (Figura 84). Se ubica en paralelo al disco compartiendo ambos el mismo eje. El muelle debe ser cargado previamente a colocarlo en el eje, prestando especial atención en el sentido en el que se enrolla.

Figura 84. Carrete.

La parte inferior del carrete aloja el muelle que proporciona la tensión necesaria a la fibra evitando su despliegue involuntario. Este muelle es de tipo fleje-espiral, con un espesor de la cinta de 0,2 mm, un ancho de 18 mm y 6 m de largo. El extremo exterior se fija al carrete.

El extremo interior se introduce en una ranura efectuada para tal efecto en el eje de giro del disco, de forma que transmita la tensión a este.

B B A A C C (a) (b)

 Mango

El último de los componentes es el mango, que actúa como elemento de sujeción de la herramienta (Figura 85).

Figura 85. Mango de la herramienta de posicionado de fibra óptica.

El mango incorpora un freno que se libera para permitir el giro del disco (Figura 86 a). Este se desplaza lateralmente, manteniéndose en su posición de reposo gracias a un muelle que aporta rigidez (Figura 86 b). La geometría de la parte superior del freno encaja con la de los escalones del borde del disco (zona de contacto entre freno y disco, Figura 82 y Figura 83, letra C).

Figura 86. (a) Detalle del freno en modelo CAD y (b) muelle de freno. En la Figura 86 a, junto al freno, se aprecia una región con resaltos. Estos resaltos se han incorporado para adherir un elemento que presione la fibra contra el disco sin dañarla y que actúe como freno de seguridad evitando el despliegue la fibra de forma brusca al liberar el giro. El elemento seleccionado ha sido espuma (Figura 87).

Para facilitar la colocación del disco en el mango, en los extremos superiores de este se han incorporado unas pestañas que permiten ampliar la distancia entre las dos paredes verticales (Figura 87).

Figura 87. Espuma para frenado de disco.

Una vista del conjunto completo se muestra en la Figura 88. La viabilidad del empleo de esta herramienta ha sido demostrada en el Capítulo 6 "Implementación de la Tecnología FBG en Ensayos Estructurales", sección 1.1. Se utilizó para la sensorización de una cabina a escala real de CFRP, la cual se sometió a varios ensayos de presurización. Sobre la misma se ubicaron un total de 24 FBGs, distribuidos en cuatro fibras ópticas. Las grandes dimensiones tanto de la cabina como de las fibras (~8 m) dificultan significativamente la instalación de la red de sensores. Gracias al empleo de la herramienta de posicionado, la red de fibra óptica pudo ser instalada en un entorno industrial y con numerosas personas trabajando alrededor de manera simultánea. La instalación se completó en un corto periodo de tiempo, sin ninguna rotura en las fibras y garantizándose en todo momento la ergonomía de los operarios.

Figura 88. Herramienta de posicionado de fibra óptica.