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Identificação e controle tolerantes a falhas em sistemas rotativos

Processo: 15/20363-6
Linha de fomento:Auxílio à Pesquisa - Temático
Vigência: 01 de junho de 2016 - 31 de maio de 2020
Área do conhecimento:Engenharias - Engenharia Mecânica - Mecânica dos Sólidos
Pesquisador responsável:Katia Lucchesi Cavalca Dedini
Beneficiário:Katia Lucchesi Cavalca Dedini
Instituição-sede: Faculdade de Engenharia Mecânica (FEM). Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Campinas , SP, Brasil
Pesquisadores principais:Domingos Alves Rade
Pesq. associados:Airton Nabarrete ; Gregory Bregion Daniel ; Helio Fiori de Castro ; Henrique Leandro Silveira ; Ricardo Ugliara Mendes ; Robson Pederiva ; Thiago de Paula Sales ; Tiago Henrique Machado
Auxílios(s) vinculado(s):19/25906-9 - Identificação baseada em modelos para detecção de múltiplas falhas em máquinas rotativas, AV.EXT
19/00974-1 - Monitoramento da condição e prognóstico de mancais considerando incertezas, AP.R SPRINT
18/13939-7 - 10th IFToMM International Conference on Rotor Dynamics - IFToMM 2018, AR.BR
+ mais auxílios vinculados 18/01919-1 - Desenvolvimento de uma metodologia baseada em modelos para detecção e identificação de falhas em máquinas rotativas, AV.EXT
17/18629-3 - Identificação de parâmetros de sistemas rotativos sujeitos a não linearidades do filme de fluido e desgaste, AV.EXT
17/23671-9 - 14th INTERNATIONAL CONFERENCE of Dynamical Systems Theory and Applications, AR.EXT
16/13431-8 - 11th International Conference on Vibrations in Rotating Machinery - VIRM 11, AR.EXT - menos auxílios vinculados
Bolsa(s) vinculada(s):19/11063-0 - Aplicação do método da máxima entropia em parâmetros de modelos de falhas de máquinas rotativas, BP.IC
19/11070-6 - Efeitos de falha por ovalização de mancais hidrodinâmicos na resposta dinâmica de máquinas rotativas, BP.IC
19/04503-3 - Propagação de incertezas e análise de confiabilidade aplicadas a sistemas rotativos, BP.PD
+ mais bolsas vinculadas 19/01419-1 - Modelagem de empenamento de eixos através de elementos finitos de vigas curvas, BP.IC
18/11298-4 - Desenvolvimento de um mancal hidrodinâmico ativo para aplicação em sistemas rotativos, BP.DR
18/21581-5 - Avaliação experimental de um modelo de falha por desgaste em mancais hidrodinâmicos, BP.PD
18/05703-3 - Balanceamento de rotores utilizando ressonância de combinação paramétrica, BE.PQ
17/23420-6 - Propagação de incertezas e análise de confiabilidade aplicadas a sistemas rotativos, BP.PD
17/07507-4 - Modelo de cavitação em mancal hidrodinâmico para aplicação em máquinas rotativas, BP.IC
17/04482-0 - Flexible coupling model in rotor-bearing systems, BP.IC
16/20975-4 - Efeito da cavitação em mancais hidrodinâmicos no comportamento dinâmico de rotores, BP.MS
16/16480-0 - Metodologia para estimação da probabilidade de detecção baseada em modelo aplicada ao monitoramento de integridade estrutural de sistemas rotativos, BP.MS
16/13223-6 - Estimação e quantificação de incertezas aplicados em modelos de falhas de máquinas rotativas, BP.DD
16/13059-1 - Controle com parâmetros linearmente variantes aplicado a máquinas rotativas, BP.DD - menos bolsas vinculadas
Assunto(s):Rotor  Máquinas rotativas  Estruturas offshore  Mancais 

Resumo

Motivados pelo progresso da pesquisa em "máquinas rotativas inteligentes" com vistas a prolongar o tempo de vida útil, a segurança e a disponibilidade de máquinas rotativas, o foco principal deste projeto é o desenvolvimento de uma estratégia generalista, baseada na ampla aquisição de informações através de sensores, e que processa essas informações para o diagnóstico de falhas, sendo capaz de reagir a ocorrência ou a progressão de falhas através da criação de uma ação de controle adequado. Esta estratégia de controle tolerante a falhas é aqui desenvolvida para sistemas rotativos, suportados por mancais hidrodinâmicos, sendo estes equipamentos estratégicos em usinas de geração de energia convencionais e off-shore. Assim, as possíveis aplicações industriais destinadas aos resultados aqui obtidos são, principalmente, associadas às máquinas rotativas para geração de energia. Frente à complexidade dos sistemas mecânicos considerados, as incertezas são inevitáveis e devem ser devidamente considerados nas diferentes fases do projeto, incluindo a avaliação de propagação de incertezas, identificação de parâmetros a partir de modelos de incertezas e/ou contaminação de respostas dinâmicas por ruído, avaliação da confiabilidade, e controle robusto na presença de incertezas. Neste contexto, as habilidades de especialistas em modelagem de sistemas rotor-mancais-estruturas (especialmente os apoiados por mancais hidrodinâmicos), diagnóstico e identificação de falhas, propagação de incertezas e análise de confiabilidade, e finalmente, controle ativo de vibrações para tais sistemas, serão combinadas. As falhas a serem considerados no modelo envolvem modelagem linear e não linear de componentes críticos do sistema rotativo, considerando os efeitos de desbalanceamento, desalinhamento de eixos, cavitação e desgaste de mancais e efeitos dinâmicos estruturais. Com base nos modelos teóricos de falhas, os métodos de detecção e isolamento de falhas (FDI) devem ser configurados para fornecer informações precisas sobre a ocorrência de falhas no sistema. Com base nesta informação, um controlador de estabilização e redução de vibrações deve ser aplicado. Controladores robustos serão aplicados contabilizando eventuais não linearidades e variações das falhas. A influência das incertezas, sobre o desempenho de métodos FDI, e os níveis de confiabilidade do sistema controlado devem ser avaliados. As estratégias e os modelos desenvolvidos serão validados em bancos de testes de rotores com diferentes características, principalmente para rotores apoiados em mancais hidrodinâmicos, sob ação de um atuador eletromagnético, permitindo a realização das estratégias consideradas para falhas com características distintas. Este trabalho, portanto, visa o progresso do conhecimento nesta área, a fim de promover a aplicabilidade industrial dos métodos investigados. (AU)

Matéria(s) publicada(s) na Agência FAPESP sobre o auxílio:
Pós-doutorado em Engenharia Mecânica com bolsa da FAPESP 
Pós-doutorado em dinâmica de rotores com bolsa da FAPESP 
Pós-doutorado em Engenharia Aeronáutica com Bolsa da FAPESP 

Publicações científicas (35)
(Referências obtidas automaticamente do Web of Science e do SciELO, por meio da informação sobre o financiamento pela FAPESP e o número do processo correspondente, incluída na publicação pelos autores)
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RIBEIRO, EDUARDO AFONSO; ALVES, DIOGO STUANI; CAVALCA, KATIA LUCCHESI; BAVASTRI, CARLOS ALBERTO. Stability analysis and optimization of a hybrid rotating machinery support combining journal bearings with viscoelastic supports. MECHANISM AND MACHINE THEORY, v. 156, FEB 2021. Citações Web of Science: 0.
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ALVES, DIOGO STUANI; FIEUX, GAUTHIER; MACHADO, TIAGO HENRIQUE; KEOGH, PATRICK S.; CAVALCA, KATIA LUCCHESI. A parametric model to identify hydrodynamic bearing wear at a single rotating speed. TRIBOLOGY INTERNATIONAL, v. 153, JAN 2021. Citações Web of Science: 0.
RAMOS, D. J.; DANIEL, G. B. A new concept of active hydrodynamic bearing for application in rotating systems. TRIBOLOGY INTERNATIONAL, v. 153, JAN 2021. Citações Web of Science: 0.
GAROLI, GABRIEL YUJI; DE CASTRO, HELIO FIORI. Generalized polynomial chaos expansion applied to uncertainties quantification in rotating machinery fault analysis. Journal of the Brazilian Society of Mechanical Sciences and Engineering, v. 42, n. 11 NOV 2 2020. Citações Web of Science: 0.
PEREIRA, D. A.; GUIMARAES, T. A. M.; RESENDE, H. B.; RADE, D. A. Numerical and experimental analyses of modal frequency and damping in tow-steered CFRP laminates. COMPOSITE STRUCTURES, v. 244, JUL 15 2020. Citações Web of Science: 0.
ALVES, DIOGO STUANI; DANIEL, GREGORY BREGION; DE CASTRO, HELIO FIORI; MACHADO, TIAGO HENRIQUE; CAVALCA, KATIA LUCCHESI; GECGEL, OZHAN; DIAS, JOAO PAULO; EKWARO-OSIRE, STEPHEN. Uncertainty quantification in deep convolutional neural network diagnostics of journal bearings with ovalization fault. MECHANISM AND MACHINE THEORY, v. 149, JUL 2020. Citações Web of Science: 0.
SAINT MARTIN, LEONARDO B.; MENDES, RICARDO U.; CAVALCA, KATIA L. Model reduction and dynamic matrices extraction from state-space representation applied to rotating machines. MECHANISM AND MACHINE THEORY, v. 149, JUL 2020. Citações Web of Science: 0.
WU, MATHEUS F.; CAVALCA, KATIA L.; MARKERT, RICHARD. Feedforward Rotor Fault Compensation. STRUCTURAL CONTROL & HEALTH MONITORING, v. 27, n. 6 JUN 2020. Citações Web of Science: 0.
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SALES, THIAGO DE P.; RADE, DOMINGOS A.; INMAN, DANIEL J. A morphing metastructure concept combining shape memory alloy wires and permanent magnets for multistable behavior. Journal of the Brazilian Society of Mechanical Sciences and Engineering, v. 42, n. 3 FEB 14 2020. Citações Web of Science: 0.
WU, MATHEUS F.; CAVALCA, KATIA L.; MARKERT, RICHARD. Feedforward Rotor Fault Compensation. STRUCTURAL CONTROL & HEALTH MONITORING, FEB 2020. Citações Web of Science: 0.
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SALES, T. P.; MARQUES, FLAVIO D.; PEREIRA, DANIEL A.; RADE, DOMINGOS A. Dynamic assessment of nonlinear typical section aeroviscoelastic systems using fractional derivative-based viscoelastic model. Journal of Sound and Vibration, v. 423, p. 230-245, JUN 9 2018. Citações Web of Science: 3.
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Publicações acadêmicas
(Referências obtidas automaticamente das Instituições de Ensino e Pesquisa do Estado de São Paulo)
DEDINI, Katia Lucchesi Cavalca. Análise de modelo numérico de acoplamento de disco flexível. 2018. Tese de Doutorado - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica.

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