Startup usa luz para detectar fugas industriales

Con sensores optoacústicos, empresa apoyada por la FAPESP monitorea ambientes críticos con seguridad y precisión

Por Roseli Andrion  |  Agência FAPESP – La innovación no siempre nace de un gran salto. A veces surge de un desvío de ruta o de la simplificación de una idea compleja. Así fue como una tecnología de la física, perfeccionada con precisión y persistencia, comenzó a tomar forma en un hub de innovación en Campinas, en el interior del estado de São Paulo (Brasil): y ya se perfila como una opción prometedora con alto potencial de impacto.

Se trata de un sensor optoacústico capaz de detectar fugas de gas, aceite o vapor en ambientes industriales críticos – lugares con alta radiación, riesgo de explosión o temperaturas extremas, por ejemplo. La tecnología funciona sin entrar en contacto con el fluido, no depende de electricidad en el punto de medición y opera con seguridad incluso por encima de los 200 °C.

Desarrollada por MKFotônica, con apoyo del Programa FAPESP de Investigación Innovadora en Pequeñas Empresas (PIPE, por sus siglas en portugués), la solución capta, con alta sensibilidad, vibraciones mecánicas y ruidos ultrasónicos provenientes de fallas en equipos industriales. Su arquitectura utiliza componentes discretos ya disponibles en el mercado en lugar de un chip integrado complejo. “La solución es menos elegante, pero más viable”, resume el físico Leandro Matiolli, cofundador de la startup.

Los sensores, basados en principios puramente ópticos, son inmunes a interferencias electromagnéticas e ideales para ambientes donde las opciones electrónicas tradicionales no funcionan, afirma Matiolli. “Como no tienen partes eléctricas, son seguros para ambientes críticos.” Detectan frecuencias de hasta 500 kilohertz (kHz), lo que permite la identificación temprana de fallas, incluso antes de que se vuelvan perceptibles para los humanos u otros sensores. De esta forma, la tecnología puede hacer que el monitoreo de procesos industriales críticos sea más seguro y eficiente.

Fibra óptica y simplificación

El dispositivo está compuesto por un sensor optoacústico y una unidad de lectura –el interrogador óptico–, que procesa las señales recibidas de las vibraciones mecánicas en la superficie monitoreada. El interrogador permite seleccionar rangos específicos de frecuencia, lo que posibilita eliminar ruidos de fondo y reconocer patrones acústicos asociados a fugas, desgastes o fallas inminentes.

Así, la startup ofrece una tecnología nacional, sensible y robusta, capaz de ayudar a resolver un problema que cuesta millones a las empresas brasileñas: la identificación de fugas peligrosas antes de que se conviertan en catástrofes. La idea inicial, sin embargo, era muy diferente.

El plan original era diseñar un chip fotónico, el corazón del sistema. No obstante, pronto surgieron dificultades: alto costo, empaquetado complejo y la necesidad de un gran volumen de ventas para garantizar la viabilidad económica. “Queríamos desarrollar un interrogador óptico para sensorización acústica con un chip fotónico. Durante las pruebas, nos dimos cuenta de que, aunque técnicamente interesante, no sería económicamente viable”, explica Matiolli.

Además, la variación de temperatura afectaba la longitud de las fibras ópticas y comprometía la precisión de la solución. “Construimos máquinas para enrollar las fibras y controlar la longitud con precisión micrométrica. Con la variación térmica, sin embargo, el sistema no se comportaba como esperábamos y el interrogador perdía funcionalidad.”

La experiencia llevó al emprendimiento

MKFotônica nació de un cambio de rumbo profesional. Tras trabajar durante una década en la industria de telecomunicaciones ópticas –los últimos cuatro años como gerente de desarrollo–, Matiolli decidió emprender. Ya había participado en la creación de chips fotónicos y acompañado el proceso de transformación de esa tecnología en producto. “Siempre tuve ganas de montar una empresa. Quería transformar el conocimiento técnico en soluciones prácticas y accesibles”, cuenta. “Cuando surgió la idea de desarrollar este componente, sentí que era el momento.”

Para esta jornada, Matiolli encontró al socio ideal en el también físico Bernardo de Barros Correia Kyotoku, especialista en fotónica integrada. “Nos conocimos en el Centro de Investigación y Desarrollo en Telecomunicaciones [CPQD, centro de innovación en tecnologías de la información y la comunicación con sede en Campinas] y allí adquirimos experiencia técnica. Siempre conversábamos sobre cómo emprender y aplicar nuestro conocimiento en soluciones de mercado. Diez años después, fundamos la empresa juntos”, recuerda Matiolli.

Inicialmente, la idea era monitorear descargas eléctricas internas en transformadores de potencia de la industria energética. Durante el desarrollo del proyecto, sin embargo, los científicos se toparon con el conservadurismo del sector. “Conversamos con ingenieros, técnicos, gerentes, y todos consideraban la idea excelente, pero no había planes de invertir en nuevos equipos: ellos priorizan el análisis de datos utilizando los sensores ya existentes.”

Investigaron entonces la industria petroquímica, donde fugas en válvulas, tuberías y ductos representan riesgos operativos, ambientales y financieros. “Percibimos que, si simplificábamos el sensor, podríamos atender a ese mercado. Ese cambio fue motivado por conversaciones con Nestor Moura, uno de los especialistas en emisiones acústicas más experimentados de Brasil. Él nos mostró problemas reales del sector y vio un gran potencial en nuestra tecnología.”

Irónicamente, la simplificación hizo el proyecto más innovador: la búsqueda de detectar ruidos asociados a fugas en válvulas o purgadores de vapor, comunes en procesos industriales de alta presión. Esto es posible porque el amplio rango de frecuencias detectables, asociado a algoritmos de identificación de patrones acústicos, garantiza que la aplicación reconozca señales sutiles de fallas en etapas iniciales – algo esencial para la seguridad y la prevención de accidentes.

Además de operar en ambientes hostiles, el sensor puede instalarse hasta a 30 kilómetros (km) del interrogador óptico. Totalmente pasivo (es decir, no necesita alimentación eléctrica local) y sin componentes electrónicos en el punto de medición, el interrogador es compatible con plataformas SCADA –estándar en la automatización industrial–, USB y computación en la nube. “El dispositivo no produce chispas ni calor y es inmune a ruidos eléctricos. Por eso, es ideal para ambientes explosivos, subestaciones, líneas de alta tensión y otras instalaciones.”

Como opera de forma segura en áreas clasificadas, la tecnología también puede utilizarse para medir emisiones acústicas, identificar descargas parciales en transformadores, actuar en procesos siderúrgicos e incluso en la operación de reactores nucleares, ya que es inmune a ambientes radiactivos. “Esto reduce los riesgos al permitir un monitoreo constante.”

Tecnología conocida, aplicación nueva

Aunque el concepto usado por MKFotônica no es nuevo –los sensores ópticos son conocidos desde la década de 1980–, fue aplicado de manera creativa y funcional a una necesidad contemporánea real. “Quizás sea el momento adecuado para aplicarlo, en un nicho que requiere robustez y confiabilidad. La demanda existe y nuestra solución óptica, aliada a las nuevas técnicas de aprendizaje automático, la satisface”, reflexiona el físico.

Así como muchas otras innovaciones que solo se popularizaron cuando el mercado estuvo listo para ellas, la detección de fugas por fibra óptica puede estar encontrando su lugar en la era de la industria 4.0: los sensores “escuchan” lo invisible y los algoritmos “entienden lo que se dice” para transformar esa información en alertas de seguridad. “Con la digitalización de la industria, la integración con sistemas de supervisión en tiempo real marca toda la diferencia.”

Cabe recordar que, en este caso, la innovación va más allá del dispositivo en sí: es la aplicación inteligente de una tecnología conocida a las necesidades actuales del mercado. “Nuestro sensor sigue esa lógica: no es el más moderno, pero es robusto y preparado para ambientes extremos. Así, resulta el más útil para lo que se necesita ahora.”

Inteligencia artificial

Uno de los principales desafíos actuales de los investigadores de MKFotônica es el uso del sistema en ambientes industriales ruidosos. En laboratorio, el sensor presentó altísima sensibilidad incluso a pequeñas fugas, pero en campo, los ruidos de fondo dificultan la lectura clara de las señales. Ahora, la startup incorporará algoritmos de aprendizaje automático al dispositivo para optimizarlo. “La idea es entrenar modelos para identificar las firmas sonoras de las fugas incluso en medio de otros sonidos. La inteligencia artificial puede ayudarnos a extraer información con precisión.”

La expectativa es que los algoritmos permitan identificar patrones acústicos de diferentes tipos de falla. Con ello, será posible reducir las falsas alarmas y mejorar la eficiencia de la operación. “Con el tiempo, el sistema aprende el sonido del ambiente y cualquier desviación, aunque mínima, puede ser indicio de que algo no va bien. Esto es crucial para quienes se ocupan del mantenimiento”, señala. Según Matiolli, el análisis continuo de patrones sonoros permitirá la toma de decisiones predictiva a partir de información confiable e interpretaciones accionables de los datos obtenidos. “La capacidad de monitoreo en la banda de ultrasonido permite identificar firmas específicas de altas frecuencias. A su vez, la posibilidad de filtrar las bajas frecuencias garantiza la eliminación del ruido ambiental y facilita la detección de fugas. La combinación entre filtrado y capacidad de interpretación de datos ofrece una ventaja interesante para esta técnica.”

Alianzas en curso

La startup ya tiene alianzas en marcha. Una de ellas, con una empresa del sector siderúrgico, busca detectar riesgos de fuga y aumentar la seguridad operativa en puntos críticos con amenaza de explosión. “Esa empresa ya probó otros sensores, pero ninguno funcionó en su ambiente”, comenta. “Es un gran desafío, pero puede convertirse en un producto directamente en su línea de operación.” Los detalles se mantienen en reserva para evitar que la competencia se adelante.

Comprometida con la tecnología nacional y con la adaptación a diferentes sectores industriales, MKFotônica apuesta por la aplicación concreta de la ciencia. “No vendemos un sensor: ofrecemos una forma inteligente de escuchar e interpretar lo que ocurre en los puntos más críticos de las fábricas”, dice Matiolli. “Es una herramienta que transforma el mantenimiento correctivo en predictivo. Una solución robusta, sensible y adaptable, con tecnología nacional de alto nivel, que resuelve problemas reales.”