Contribuição ao Estudo de Máquinas Rotativas na presença de Não-Linearidades / Contribution to the Study of Rotating Machines containing nonlinearities

AUTOR(ES)
DATA DE PUBLICAÇÃO

2010

RESUMO

Esta tese procura enfocar problemas relacionados a rotores inteligentes, ou seja, aqueles que são capazes de monitorar seu comportamento dinâmico, analisálo, propor soluções com certa autonomia e garantir seu funcionamento mesmo quando do aparecimento de falhas que podem comprometer seu comportamento seguro ou sua eficiência. Este trabalho, de maneira geral, está inserido no contexto da dinâmica de máquinas rotativas com características não-lineares. Mais especificamente, interessa-se a não-linearidades causadas por rotores que apresentam parâmetros variantes no tempo, como é o caso dos eixos trincados, e de sistemas com atuadores eletromagnéticos (AEM) que introduzem forças que são funções inversas do quadrado do deslocamento. Neste sentido, três assuntos mais significativos foram abordados, conforme abaixo especificado. O primeiro assunto está relacionado com a identificação de parâmetros variantes no tempo, através da expansão dos sinais de entrada e saída do sistema, além da expansão, também, dos parâmetros físicos do sistema em séries de funções ortogonais, permitindo, desta forma, a identificação dos parâmetros desconhecidos do sistema rotativo, tanto daqueles que são constantes como daqueles que variam com o tempo. Assim, um eixo contendo uma trinca foi considerado como um sistema de parâmetros variantes, ao qual se aplicou a metodologia proposta para identificação destes parâmetros. Para tanto, uma modelagem para a trinca foi desenvolvida, possibilitando a simulação completa da estrutura a partir do método dos elementos finitos. O segundo caso estudado foi sobre a possível aplicação de um atuador eletromagnético (AEM) com a finalidade de manter a trinca fechada, controlando assim o processo de fadiga de um eixo rotativo. O comportamento dinâmico da trinca é, principalmente, influenciado pelos momentos causados em sua superfície. Esses momentos podem ser determinados através da variação entre os deslocamentos angulares nos nós da extremidade do elemento com a trinca. Observou-se, através de simulações feitas que, a utilização dos AEM permite modificar várias características da dinâmica do sistema rotativo, tais como velocidades críticas, amplitude dos deslocamentos, dentre outras. Como conseqüência das alterações do deslocamento angular, verificou-se a possibilidade de utilização dos AEM para manter a fissura fechada. Resulta uma metodologia para auto- correção do problema criado pela presença da trinca (self healing). O terceiro e último tópico abordado está relacionado com a identificação do desbalanceamento através da utilização de técnicas de problemas inversos. Para isso, o modelo da máquina rotativa tem que ser conhecido (ou ter sido previamente identificado). Assim, foi utilizada uma metodologia baseada numa técnica heurística de otimização, buscando o balanceamento do sistema tanto para o caso linear (sem os atuadores eletromagnéticos) como do sistema contendo atuadores eletromagnéticos que introduzem não-linearidades. Deve-se salientar que as técnicas clássicas de balanceamento não podem resolver este tipo de problema, uma vez que partem do princípio da linearidade entre a excitação (desbalanceamento) e a resposta (vibração) do rotor, característica esta que não é verificada nos sistemas não-lineares.

ASSUNTO(S)

smart rotors balancing cracks in rotors electromagnetic actuators fault diagnosis in rotating machines identification of time varying parameters identificação de parâmetros variantes no tempo diagnóstico de falhas em máquinas rotativas atuadores eletromagnéticos trincas em rotores desbalanceamento rotores não-lineares rotores inteligentes engenharia mecanica rotores - dinâmica nonlinear rotors

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