Identificação do Desgaste em Mancais Hidrodinâmicos através do Efeito de Anisotropia

• Processo: 10/20241-4
• Linha de fomento: Bolsas no Brasil - Doutorado
• Vigência (Início): 01 de janeiro de 2012
• Vigência (Término): 31 de agosto de 2014
• Área do conhecimento: Engenharias - Engenharia Mecânica - Mecânica dos Sólidos
• Pesquisador responsável: Katia Lucchesi Cavalca Dedini
• Beneficiário: Tiago Henrique Machado
• Instituição-sede: Faculdade de Engenharia Mecânica (FEM). Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Campinas , SP, Brasil
• Assunto(s): Máquinas rotativas Dinâmica de rotores

Resumo

O estudo de máquinas rotativas ocupa uma posição destacada no contexto de máquinas e estruturas em vista da significativa quantidade de fenômenos típicos na operação desses equipamentos. Dessa forma, este projeto tem por objetivo diagnosticar o desgaste em mancais hidrodinâmicos pela remoção gradual do material de revestimento, um dos problemas típicos e inerentes ao funcionamento repetido de máquinas rotativas, o qual pode ser acentuado em partidas e paradas ou durante a passagem pela velocidade crítica do rotor (primeira freqüência natural). Devido ao caráter anisotrópico destes componentes, os quais apresentam diferentes características dinâmicas de rigidez e amortecimento nas direções ortogonais que definem o plano perpendicular ao eixo rotativo, a resposta em frequência do sistema rotor-mancais, em coordenadas direcionais, apresenta componente retrógrada não nula e com influência crescente em função do grau de anisotropia presente no sistema, neste caso, devido aos mancais hidrodinâmicos. Conforme observado em trabalhos precedentes, o desgaste por remoção do material de revestimento interno do mancal vem a corroborar com o incremento da assimetria dinâmica nestes componentes, e desta forma, sua influência pode ser percebida na resposta do sistema rotativo em coordenadas direcionais, com o aumento da componente retrógrada da resposta do rotor nos pontos de posicionamento dos mancais. Portanto, o desgaste presente nos mancais pode aumentar o grau de anisotropia do sistema através de um aumento na diferença entre os coeficientes de rigidez e amortecimento em cada uma das direções do plano perpendicular ao eixo de rotação. Consequentemente, sua modelagem permite avaliar a partir de que ponto essa anisotropia afeta a resposta em freqüência direcional do sistema. Dentro deste contexto, este projeto apresenta um modelo numérico para identificação de alguns parâmetros característicos deste tipo de desgaste em mancais lubrificados, a partir da resposta dinâmica do sistema rotor-mancais no domínio da frequencia. A identificação dos parâmetros de desgaste será realizada através de um método de busca para minimizar uma função objetiva, a qual compara a resposta em freqüência simulada numericamente com aquela obtida experimentalmente em banco de testes instrumentado e monitorado em laboratório. Pode-se trabalhar com uma única solução para o problema (função mono-objetiva), ou ainda, com um conjunto de soluções ótimas (funções multi-objetivas), identificando, neste caso, os parâmetros característicos da condição de desgaste presente nos mancais. Trata-se, portanto, de uma proposta para diagnose baseada em modelos, para monitoramento de falhas e programação de paradas para manutenção. Na modelagem do sistema rotor-mancais, o modelo do rotor é representado através do método clássico dos elementos finitos e os mancais são modelados pelo método dos volumes finitos. O desgaste presente nos mancais hidrodinâmicos será modelado como uma descontinuidade geométrica. Para esta finalidade, será utilizado um método numérico para a solução da equação de Reynolds, associada à equação de Bernoulli, obtendo assim o campo de pressão gerado no filme de óleo no interior do mancal. Os coeficientes dinâmicos são aproximados a partir de um conceito semelhante ao de um sistema mola-amortecedor, a fim de representar a flexibilidade e o amortecimento inerentes ao filme de óleo, respeitando a linearidade dos mesmos nas respectivas faixas de operação do rotor. A análise modal do sistema rotor-mancais em coordenadas direcionais será utilizada para determinar a função de resposta em freqüência direcional experimental, a ser comparada com aquela obtida numericamente na função objetiva a ser minimizada. Neste processo de minimização, os parâmetros de busca são aqueles que melhor caracterizam o modelo de desgaste nos mancais lubrificados, através dos efeitos inerentes ao mesmo sobre os modos diretos e retrógrados do rotor.

Publicações científicas

(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)

MACHADO, TIAGO H.; CAVALCA, KATIA L. Investigation on an experimental approach to evaluate a wear model for hydrodynamic cylindrical bearings. Applied Mathematical Modelling, v. 40, n. 21-22, p. 9546-9564, NOV 2016. Citações Web of Science: 3.

Publicações acadêmicas

(Referências obtidas automaticamente das Instituições de Ensino e Pesquisa do Estado de São Paulo)

MACHADO, Tiago Henrique. Identificação do desgaste em mancais hidrodinâmicos através do efeito de anisotropia. 2014. Tese de Doutorado - Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Faculdade de Engenharia Mecânica.