Sistema avanzado de alerta de terremotos LifePatron®

Se examina un dispositivo de detección de terremotos de alerta temprana capaz de detener los ascensores y poner en práctica las medidas de seguridad del sistema del edificio.

por Jüergen Prybylak

Introducción

Se estima que siete millones de personas han perdido la vida en terremotos durante los últimos 500 años. Los sismólogos registran alrededor de 20,000 temblores al año. Los expertos coinciden en que los millones de personas que residen en grandes regiones metropolitanas propensas a terremotos, en un futuro próximo, se verán amenazadas por los desastres, para los cuales no están adecuadamente preparados. 

A pesar de las medidas de seguridad mejoradas en los edificios a través de la construcción resistente a los terremotos, miles de personas mueren en grandes terremotos debido al colapso de edificios e incendios causados ​​por tuberías de gas rotas y cables de alto voltaje activos. Desafortunadamente, muchas personas no saben mucho sobre los terremotos y los diversos problemas que pueden causar.

Los terremotos son vibraciones temporales del suelo, que se propagan desde su punto de origen en diferentes ondas en todas direcciones. Las ondas sísmicas se distinguen entre ondas primarias (P) y secundarias (S). La onda P (normalmente no destructiva) viaja en un movimiento predominantemente vertical y tiene una velocidad aproximadamente el doble que la onda S horizontal, que normalmente tiene un mayor potencial de desplazamiento y tiene el movimiento asociado con mayor frecuencia con daños estructurales. Si bien la velocidad precisa de estas ondas del área focal del terremoto depende de la geología y otros factores, su diferencial de velocidad relativa permanece algo constante. Por lo tanto, la detección confiable de ondas P brinda la oportunidad de una advertencia automática de la inminente llegada de la onda S más dañina. En consecuencia, la onda P siempre llega primero a la ubicación del sistema.

La escala internacional de Richter describe la fuerza de un terremoto en su hipocentro (la posición donde la energía de deformación almacenada en la roca se libera por primera vez, marcando el punto donde la falla comienza a romperse) con la ayuda de sismógrafos. Las diferentes magnitudes incluyen:

• Los terremotos con una magnitud de 2.0 o menos se describen como micro y generalmente no se notan.
• Los terremotos de magnitud 2.0 a 3.9 son notables para la mayoría de las personas en reposo.
• La mayoría de las personas notan terremotos de magnitud 4.0 a 5.2.
• Todas las personas notan los terremotos con una magnitud superior a 5.2.

Una magnitud más alta en la escala significa la liberación de energía 32 veces (aumento logarítmico). La escala de Richter de uso común y otras expresiones científicas de la magnitud de un terremoto son escalas logarítmicas que se utilizan para cuantificar la cantidad de energía liberada por un terremoto. No son escalas de ingeniería y a menudo son confusas cuando se comparan los efectos de un terremoto a varias distancias del epicentro (área de la superficie terrestre hacia la que se dirige la energía del terremoto) o del foco (origen de la ruptura dentro de la corteza terrestre).

Intensidad

Debido a que los efectos de un terremoto que se sienten a distancias específicas del epicentro varían ampliamente, debido a la geología, las condiciones del suelo, el mecanismo de ruptura de fallas y otros factores, la consideración principal al contemplar el daño potencial no es la escala de Richter, sino la intensidad del temblor experimentado. en la instalación en cuestión.

Tiempo de advertencia completo 

El tiempo de advertencia (P y S1) es diferente para cada terremoto. Miramos dentro del primer pico de onda P y analizamos su frecuencia, aceleración y otras propiedades. Se tarda una fracción de segundo en analizar una onda. Una vez analizado, el sistema sabe cuál será el nivel de intensidad de la ola cuando llegue al sitio del sistema instalado. Una alarma disparará y dirigirá todos los procesos de conmutación. La parte inferior del diagrama muestra el impulso de conmutación del sistema. Si el valor umbral (intensidad en el edificio) es superior al valor ajustado, el sistema dará una alarma. Al hacer esto, es posible:

• Dar una alarma antes de que ocurra el terremoto
• Cortar los suministros de gas, electricidad y agua.
• Activar generadores de energía de emergencia
• Ascensores del parque
• Abra puertas y portones de seguridad
• Apague las luces de tráfico y del túnel para detener el tráfico antes de que llegue la ola.
• Control de instalaciones de señalización ferroviaria
• Ejecutar programas de respaldo de datos
• Cambie los sistemas de administración de edificios para detener los ascensores, apagar el gas, las válvulas de agua y la electricidad. 

Lugar para la instalación

Para realizar una medida exacta, los sensores sísmicos deben instalarse siempre en el piso más bajo del edificio para que la asignación directa (tierra / edificio) se transfiera 1: 1 al sensor. Un sensor que analiza las vibraciones en la posición instalada se encuentra dentro de cada sensor de terremotos. En el caso de una transgresión del valor de hinchamiento ajustado, la señal de un cable de comunicación de bus se envía al maestro. El maestro escanea cíclicamente a todos los esclavos y decide la activación de una alarma de todos los detectores de terremotos en el sistema conectado. La cantidad de detectores de terremotos depende del proyecto.

Ejemplos de la cantidad de sensores:

• Casa particular: un maestro y dos sirenas
• Apartamento de 10 viviendas: un maestro, un esclavo, una fuente de alimentación y 10 sirenas
• Centro comercial: un maestro y de tres a cinco esclavos, con fuentes de alimentación dependientes de las sirenas
• Control de ascensor por onda P: un maestro y un esclavo

Podemos estacionar el elevador por onda P durante un tiempo corto (por ejemplo, 2 minutos) en el siguiente piso y, en caso de una onda S, el sistema puede detener el elevador para controlarlo.

Descripción de los dispositivos

1. Maestro detector de terremotos con pantalla (EQm)

• La versión básica de Secty LifePatron^® consiste en un dispositivo independiente con una batería recargable integrada para energía de emergencia para dos sirenas conectadas de 105 decibelios para advertir a las personas de un terremoto inminente.
• Un relé libre de potencial (≤230V) para el corte del suministro de gas mediante una válvula de gas electromagnética u otros procesos de conmutación
• El manejo del sistema se realiza mediante un menú a través de una pantalla LCD (cuatro X 20 caracteres), con una consola integrada en la cubierta frontal de la carcasa. Toda la información e indicaciones pendientes se muestran en la pantalla. Existe la opción de observar las funciones de operación y control a través de TABD desde una ubicación remota (centro de seguridad o portero).
• El estado del sistema se indica visualmente mediante LED de funcionamiento, avería y alarma.
• Dimensiones de la caja: 217 X 250 X 122 mm

2. Detector de terremotos esclavo (EQ)

• Seguridad redundante
• Para este propósito, los ecualizadores se conectan a través de líneas de datos en una disposición maestro / esclavo. El maestro escanea cíclicamente a todos los esclavos y decide activar una alarma. Se pueden conectar un máximo de 16 sensores de alerta sísmica por adelantado
• Se pueden instalar dos sirenas en cada esclavo
• El estado del sistema se indica visualmente mediante LED de funcionamiento, avería y alarma.
• Dimensiones de la caja: 217 X 250 X 122 mm

3. Fuente de alimentación

• zProporciona bajo voltaje, a través de una línea de energía / electricidad de bajo voltaje. Dos baterías recargables integradas proporcionan energía de emergencia para asegurar el funcionamiento del sistema en caso de un corte de energía. Continuado
• Cuando el maestro informa un terremoto inminente, la alarma óptica / acústica se activa y suena a través de las seis sirenas como máximo conectadas a la fuente de alimentación.
• Se pueden alimentar quince dispositivos
• El estado del sistema se indica visualmente mediante LED de funcionamiento, avería y alarma.
• Dimensiones de la caja: 281 X 290 X 147 mm

4. Sistema de gestión de la energía (EMS)

• El sistema EMS puede controlar hasta un máximo de ocho sistemas de energía e instalaciones de edificios diferentes operados electrónicamente (ocho contactos libres de potencial (≤230V).
• Cuando el maestro informa de un terremoto inminente, se dispara una alarma que activa el EMS e inmediatamente activa todos los sistemas de energía conectados y las instalaciones de infraestructura y edificios electrónicos.
• El estado del sistema se indica visualmente mediante LED de funcionamiento, avería y alarma.
• Dimensiones de la caja: 217 X 250 X 122 mm

5. Miembro central de servicio y control (TABD) 

• Miembro de control en caso de que el maestro no tenga pantalla
• Instalación en sala de control / seguridad
• El estado del sistema se indica visualmente mediante LED de funcionamiento, avería y alarma.
• Dimensiones de la caja: 120 X 200 X 57 mm

6. Junta de administración de edificios

• Esta placa viene en el dispositivo maestro.
• Tiene tres contactos libres de potencial (≤230V).
• Los usuarios pueden enviar la información de funcionamiento, avería y alarma al sistema de gestión de edificios (BMS) existente. Desde aquí, el BMS puede controlar todas las cosas del edificio.

Descripción técnica

Secty Electronics GmbH desarrolló este dispositivo para el uso de avisos sísmicos. El Secty LifePatron monitorea el movimiento del suelo en tres direcciones espaciales y evalúa la severidad de la vibración en vista de la posible llegada de ondas sísmicas que se originan en grandes terremotos. El Centro Alemán de Investigación de Geociencias de GFZ ha probado este producto con respecto a su sensibilidad.

La tecnología de sensores

Los componentes electrónicos utilizados en Secty LifePatron y la precisión de medición relacionada con él se verificaron mediante medición comparativa. Los componentes utilizados requieren que el equipo terminal cumpla las siguientes características:

1. Sensor: triaxial (ejes X, Y y Z)
2. Rango de funcionamiento: CC - 40 Hz
3. Sensibilidad: 1 V / g ± 4%
4. No linealidad: <2.5%
5. Sensibilidad cruzada: <3%
6. Ruido: ~ 0.01 mps²
7. Temperatura de prueba: -18 ° C a 51.5 ° C

Prueba de la alarma superando los umbrales

El sistema de medición se utilizará como sistema de alerta en caso de terremoto. No debe lanzar falsas alarmas. Esto está garantizado por las siguientes medidas:

• Restricción de las señales analizadas a la banda de frecuencia
• El algoritmo de análisis implantado está diseñado para la detección de la onda P.
• La conmutación inferior para el sistema de supervisión asciende a 0.3 mps.².
• Monitoreo de red sísmica redundante: un maestro, 15 esclavos (según el proyecto)
• Ajuste para ocho umbrales diferentes

Experiencias de terremotos en diferentes países con sistemas de alarma

• Chile: Una escuela alemana en Chile recibió una alarma 30 segundos antes de que golpeara la onda P y un minuto hasta que golpeara la S1.

• Haití: Se instaló un sistema de alerta después del terremoto del 29 de enero de 2010. El 23 de febrero de 2010, el sistema envió una alarma de una réplica de magnitud 4.7, advirtiendo a unas 5,000 personas.

• Pakistán: Se instalaron cuatro sistemas en enero de 2009. Un gran terremoto de magnitud 5.4 ocurrió el 20 de febrero de 2009, y los sistemas dieron una alarma antes de que la destructiva onda S alcanzara a la gente.

• El Salvador: En una escuela alemana en El Salvador, el sistema proporcionó una alarma de un terremoto el 4 de abril de 2008. El epicentro del terremoto de magnitud 6.1 se ubicó en Guatemala, aproximadamente a 150 km de la escuela.

Conclusión

Es importante que las personas reciban advertencias de ondas S destructivas. Como resultado, muchas personas afectadas han acordado que les habría ayudado tener un sistema de alerta LifePatron antes de su experiencia de terremoto, incluso si solo proporcionaba unos pocos segundos de advertencia.

Jürgen Prybylak es técnico electrónico en Secty Electronics. Trabajó en el proyecto LifePatron durante seis años junto con los científicos de GFZ-Potsdam.