Implementación de un sistema de monitoreo de vibraciones para el diagnóstico de estructuras metálicas de puentes mediante IoT
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http://dspace.ups.edu.ec/handle/123456789/32848| Título : | Implementación de un sistema de monitoreo de vibraciones para el diagnóstico de estructuras metálicas de puentes mediante IoT |
| Autor : | Guevara Figueroa, Carlos Andrés |
| Director de Tesis: | Zambrano García, José Alexander |
| Resumen traducido: | This research project aimed to implement a vibration monitoring system for the analysis and structural condition assessment of metallic bridge structures using Internet of Things (IoT) technology. The study addresses the growing need for continuous structural instrumentation in critical infrastructure, particularly considering recent structural failures and deterioration cases reported in the country. An experimental methodology was conducted using a scaled suspension bridge model (Mola Structural Kit 3), which allowed the reproduction of dynamic structural behavior under controlled laboratory conditions. The monitoring system was developed based on the high-resolution MEMS accelerometer ADXL355, integrated with a LoRa ESP32 V2.0 microcontroller responsible for signal acquisition, digital processing (filtering, RMS computation, and Fast Fourier Transform – FFT), and wireless data transmission to IoT platforms, specifically ThingSpeak and RemoteXY. During the implementation phase, mechanical components were designed and fabricated, including electronic enclosures, a custom printed circuit board (PCB), a rigid structural base, and a mechanical coupling system for attachment to a horizontal vibration table. A cross-validation procedure was performed using a commercial vibration meter as a reference instrument, obtaining relative errors below 5\%, thereby confirming the accuracy and reliability of the developed IoT system. Experimental testing was conducted under two primary excitation scenarios: low-intensity and high-intensity vibration. A total of 20 representative measurements were recorded per condition. The results demonstrated consistent variations in RMS acceleration values and dominant frequency components, allowing clear differentiation between distinct excitation states. The system exhibited low end-to-end latency (acquisition–processing–visualization), enabling near real-time structural monitoring. Regarding the general objective, a fully functional IoT-based vibration monitoring system was successfully implemented, capable of continuous measurement, digital processing, and remote data transmission. The specific objectives were achieved through the construction of the scaled structural model, the development of a low-latency acquisition system, and the experimental validation of dynamic performance under controlled vibration conditions. |
| Resumen : | El presente trabajo de titulación tuvo como objetivo implementar un sistema de monitoreo de vibraciones para el análisis y diagnóstico del estado de estructuras metálicas de puentes mediante tecnología IoT, respondiendo a la necesidad creciente de instrumentación continua en infraestructuras críticas, particularmente ante los recientes colapsos y deterioros reportados en el país. La investigación se desarrolló bajo un enfoque experimental aplicado a un modelo estructural a escala (Mola Structural Kit 3), el cual permitió reproducir el comportamiento dinámico de un puente colgante metálico en condiciones controladas de laboratorio. El sistema de monitoreo fue diseñado a partir del acelerómetro MEMS ADXL355, integrado a un microcontrolador LoRa ESP32 V2.0, encargado de la adquisición, procesamiento digital de señal (filtrado, cálculo RMS y Transformada Rápida de Fourier – FFT) y transmisión inalámbrica de datos hacia las plataformas IoT ThingSpeak y RemoteXY. Durante la fase metodológica se diseñaron y fabricaron las carcasas, la PCB del sistema, la base rígida de acoplamiento estructural y el sistema de fijación a la mesa vibratoria horizontal. Asimismo, se realizó una calibración cruzada con un vibrómetro digital de referencia, obteniéndose errores relativos inferiores al 5\% entre el módulo IoT y el instrumento patrón, lo que validó la precisión del sistema desarrollado. En los ensayos experimentales se realizaron dos escenarios principales: vibración lenta y vibración fuerte, con un total de 20 tomas representativas por condición. Los resultados evidenciaron variaciones consistentes en los valores RMS y en la frecuencia dominante, permitiendo diferenciar claramente entre estados de baja y alta excitación estructural. Se comprobó que el sistema presenta un retardo reducido en la transmisión extremo a extremo (captura–procesamiento–visualización), garantizando monitoreo en tiempo casi real. En relación con el objetivo general, se logró implementar satisfactoriamente un sistema IoT funcional, capaz de medir, procesar y transmitir datos vibracionales de manera continua. Respecto a los objetivos específicos, se construyó el módulo estructural a escala, se desarrolló el sistema de adquisición con reducción de latencia y se validó experimentalmente el funcionamiento mediante ensayos controlados en mesa vibratoria. |
| Palabras clave : | MONITOREO DE VIBRACIONES IOT DIAGNÓSTICO ESTRUCTURAL SENSORES MEMS ADXL355 ESP32 LORA |
| Fecha de publicación : | 2026 |
| URI : | http://dspace.ups.edu.ec/handle/123456789/32848 |
| Idioma: | spa |
| Pertenece a las colecciones: | Grado |
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