Um método para detectar falhas incipientes em máquinas rotativas baseado em análise de vibração e lógica Fuzzy

Este trabalho apresenta um método para detectar falhas no funcionamento de máquinas rotativas baseado em alterações no padrão de vibração do sistema e no diagnóstico da condição de operação, por Lógica Fuzzy. As modificações ocorridas são analisadas e servem como parâmetros para predizer falhas incipientes bem como a evolução destas na condição de operação, possibilitando tarefas de manutenção preditiva. Utiliza-se uma estrutura mecânica denominada de Sistema Rotativo (Figura 1), apropriada para as simulações das falhas. Faz-se a aquisição de dados de vibração da máquina usando-se um acelerômetro em chip biaxial de baixa potência. As saídas são lidas diretamente por um contador microprocessador não requerendo um conversor A/D. Um sistema de desenvolvimento para processamento digital de sinais, baseado no microprocessador TMS320C25, o Psi25, é empregado na aquisição dos sinais de vibração (*.dat), do Sistema Rotativo. Os arquivos *.dat são processados através da ferramenta matemática computacional Matlab 5 e do programa SPTOOL. Estabelece-se o padrão de vibração, denominado assinatura espectral do Sistema Rotativo (Figura 2) Os dados são analisados pelo sistema especialista Fuzzy, devidamente calibrado para o processo em questão. São considerados, como parâmetros para a diferenciação e tomada de decisão no diagnóstico do estado de funcionamento pelo sistema especialista, a freqüência de rotação do eixo-volante e as amplitudes de vibração inerentes a cada situação de avaria. As falhas inseridas neste trabalho são desbalanceamentos no eixovolante (Figura 1), através da inserção de elementos desbalanceadores. A relação de massa entre o volante e o menor elemento desbalanceador é de 1:10000. Tomando-se como alusão o conhecimento de especialistas no que se refere a situações normais de funcionamento e conseqüências danosas, utilizam-se elementos de diferentes massas para inserir falhas e diagnosticar o estado de funcionamento pelo sistema fuzzy, que apresenta o diagnóstico de formas qualitativa: normal; falha incipiente; manutenção e perigo e quantitativa, sendo desta maneira possível a detecção e o acompanhamento da evolução da falha.

Testes de ajustamento de modelos em processos com longa dependência

Estudamos neste trabalho, o nível de significância empírico dos testes portmanteau baseados nas estatísticas propostas por Ljung e Box (1978), Monti (1994) e Pe˜na e Rodríguez (2002) nos processos ARFIMA(p; d; q). Consideramos o processo ARFIMA(p; d; q) nas situações adequadas para representar séries temporais com características de longa dependência. Para estimar o parâmetro de diferenciação d utilizamos os métodos de estimação propostos por Geweke e Porter-Hudak (1983), Reisen (1994), Robinson (1994) e Fox e Taqqu (1983).

Identificação de falhas em engrenagens na transmissão de trator agrícola por meio de análise de vibrações

Neste trabalho é apresentado o desenvolvimento de um método de análise de falhas, por meio de análise de vibrações, para a bancada de final de linha das transmissões dos tratores linha 5000 da John Deere Brasil, o qual tem como finalidade diferenciar transmissões aprovadas de transmissões com defeito em engrenagens na caixa de marchas, e também auxiliar na identificação da engrenagem com defeito. Para o desenvolvimento deste método foram utilizados equipamentos de medição e aquisição de dados disponíveis na John Deere Brasil. Os testes foram realizados na bancada de final da linha de transmissões, possibilitando a aplicação do método sem a necessidade de alteração na bancada de testes. Os sinais padrões da transmissão em cada uma das quatro marchas foram levantados através da medição de quatro transmissões boas. De posse destes padrões, (assinatura em cada marcha), partiu-se para a identificação de como estes são alterados por diferentes defeitos em diversas engrenagens da caixa de marchas, sendo para isto induzidos defeitos em diferentes engrenagens da caixa de marchas de transmissões boas. Os sinais em todas as marchas nestas transmissões com defeito induzido foram medidos e analisado as alterações em relação aos padrões, resultando a conclusão de que a aplicação do método de análise de vibrações no final de linha de transmissões da John Deere Brasil é possível, tanto para a diferenciação entre transmissões boas e transmissões com defeito em engrenagens da caixa de marchas, quanto como auxiliar na identificação de qual engrenagem da caixa de marchas está com defeito.

Estudo teórico e experimental de amortecedores de vibração por atrito

Edifícios altos e estruturas são propensos a experimentar efeitos dinâmicos induzidos pelo vento, ação sísmica, e outras fontes de vibração. Pontes, estádios e outras estruturas sujeitas à ação de cargas móveis ou sísmicas, também podem apresentar resposta dinâmica que comprometa a confiabilidade das mesmas ou cause desconforto aos seus usuários. Amortecedores passivos são uma alternativa econômica, eficaz e rápida para reduzir ou eliminar tais vibrações. Dentro dos vários tipos de amortecedores passivos propostos ou já em uso, destacam-se aqueles que funcionam por atrito entre dois corpos sólidos, devido à sua simplicidade, grande poder de dissipação e baixo custo. Na presente dissertação, é apresentado um estudo teórico e experimental sobre amortecedores de vibração por atrito. São discutidos aspectos importantes da física do atrito bem como métodos que facilitam o cálculo de sistemas que envolvem atrito. Também foram projetados e ensaiados modelos diferentes de amortecedores de vibração por atrito. O conceito é aplicado em um edifício metálico com seis pavimentos submetido à excitação sísmica. Com a elaboração de programas computacionais, é verificado que a resposta máxima da estrutura é consideravelmente reduzida após a instalação dos dissipadores.

Caracterização dos níveis de vibração em motoristas de ônibus : um enfoque no conforto e na saúde

Este trabalho, consiste em um estudo para avaliar os níveis de vibrações do corpo humano, do segmento mão-braço, e a transmissibilidade a que estão sujeitos os motoristas de ônibus urbanos. As medições foram realizadas, no eixo vertical, de acordo com as recomendações das normas ISO 2631 (1974 e 1997) e ISO 5349 (1986), utilizando-se acelerômetros uni-axiais, um computador com placa conversora analógica para digital (A/D), e programas desenvolvidos na plataforma de programação gráfica HPVee para aquisição e avaliação dos níveis de vibrações. A vibração vertical do corpo humano (direção z – ISO 2631) foi simultaneamente medida no assento do motorista e no suporte do banco junto ao piso do veículo. A vibração no segmento mão-braço (direção x – ISO 5349) foi medida no terceiro metacarpal, no triquetrum carpal e no ombro dos motoristas. Diferentes modelos de ônibus foram utilizados em uma rota de 18km que interliga as zonas norte e sul da cidade. Quatro acelerômetros uni-axiais (Endevco Isotron 2250A/AM1-10) foram usados para medir os níveis de vibração na mão, pulso, ombro do motorista e no assento; enquanto que, no piso, foi utilizado um acelerômetro uni-axial da Brüel & Kjaer 4338. Os resultados indicaram que, para o segmento mão-braço, os níveis de vibrações equivalentes a 4 horas de exposição são menores do que 2,0 m/s2, na maioria dos modelos, o que determina que os motoristas expostos até 25 anos possivelmente não apresentarão problemas relacionados à vibração. Porém, na análise em freqüência, os níveis de vibrações, nas faixas de freqüência de 6,3 a 50Hz, no terceiro metacarpal e no triquetrum carpal são superiores a 2,0 m/s2 podendo ocasionar danos a partir de 15 anos de exposição. Os níveis de vibrações do corpo humano e a transmissibilidade mostraram que os motoristas estão expostos a níveis perigosos de vibrações principalmente na área da ressonância da coluna vertebral.

Reconhecimento automático de locutor utilizando medidas de invariantes dinâmicas não-lineares

As técnicas utilizadas em sistemas de reconhecimento automático de locutor (RAL) objetivam identificar uma pessoa através de sua voz, utilizando recursos computacionais. Isso é feito a partir de um modelamento para o processo de produção da voz. A modelagem detalhada desse processo deve levar em consideração a variação temporal da forma do trato vocal, as ressonâncias associadas à sua fisiologia, perdas devidas ao atrito viscoso nas paredes internas do trato vocal, suavidade dessas paredes internas, radiação do som nos lábios, acoplamento nasal, flexibilidade associada à vibração das cordas vocais, etc. Alguns desses fatores são modelados por um sistema que combina uma fonte de excitação periódica e outra de ruído branco, aplicadas a um filtro digital variante no tempo. Entretanto, outros fatores são desconsiderados nesse modelamento, pela simples dificuldade ou até impossibilidade de descrevê-los em termos de combinações de sinais, filtros digitais, ou equações diferenciais. Por outro lado, a Teoria dos Sistemas Dinâmicos Não-Lineares ou Teoria do Caos oferece técnicas para a análise de sinais onde não se sabe, ou não é conhecido, o modelo detalhado do mecanismo de produção desses sinais. A análise através dessa teoria procura avaliar a dinâmica do sinal e, assumindo-se que tais amostras provêm de um sistema dinâmico não-linear, medidas qualitativas podem ser obtidas desse sistema. Essas medidas não fornecem informações precisas quanto ao modelamento do processo de produção do sinal avaliado, isto é, o modelo analítico é ainda inacessível. Entretanto, pode-se aferir a respeito de suaO problema analisado ao longo deste trabalho trata da busca de novos métodos para extrair informações úteis a respeito do locutor que produziu um determinado sinal de voz. Com isso, espera-se conceber sistemas que realizem a tarefa de reconhecer um pessoa automaticamente através de sua voz de forma mais exata, segura e robusta, contribuindo para o surgimento de sistemas de RAL com aplicação prática. Para isso, este trabalho propõe a utilização de novas ferramentas, baseadas na Teoria dos Sistemas Dinâmicos Não-Lineares, para melhorar a caracterização de uma pessoa através de sua voz. Assim, o mecanismo de produção do sinal de voz é analisado sob outro ponto de vista, como sendo o produto de um sistema dinâmico que evolui em um espaço de fases apropriado. Primeiramente, a possibilidade de utilização dessas técnicas em sinais de voz é verificada. A seguir, demonstra-se como as técnicas para estimação de invariantes dinâmicas não-lineares podem ser adaptadas para que possam ser utilizadas em sistemas de RAL. Por fim, adaptações e automatizações algorítmicas para extração de invariantes dinâmicas são sugeridas para o tratamento de sinais de voz. A comprovação da eficácia dessa metodologia se deu pela realização de testes comparativos de exatidão que, de forma estatisticamente significativa, mostraram o benefício advindo das modificações sugeridas. A melhora obtida com o acréscimo de invariantes dinâmicas da forma proposta no sistema de RAL utilizado nos testes resultou na diminuição da taxa de erro igual (EER) em 17,65%, acarretando um intrínseco aumento de processamento. Para sinais de voz contaminados com ruído, o benefício atingido com o sistema proposto foi verificado para relações sinal ruído (SNRs) maiores que aproximadamente 5 dB. O avanço científico potencial advindo dos resultados alcançados com este trabalho não se limita às invariantes dinâmicas utilizadas, e nem mesmo à caracterização de locutores. A comprovação da possibilidade de utilização de técnicas da Teoria do Caos em sinais de voz permitirá expandir os conceitos utilizados em qualquer sistema que processe digitalmente sinais de voz. O avanço das técnicas de Sistemas Dinâmicos Não-Lineares, como a concepção de invariantes dinâmicas mais representativas e robustas, implicará também no avanço dos sistemas que utilizarem esse novo conceito para tratamento de sinais vocais.

Estudo da transmissibilidade da vibração no corpo humano na direção vertical e desenvolvimento de um modelo biodinâmico de quatro graus de liberdade

Este trabalho tem por objetivo determinar e avaliar a transmissibilidade da vibração no corpo humano além de desenvolver um modelo numérico de quatro graus de liberdade representativo do sistema banco e corpo humano. Para auxiliar no desenvolvimento deste trabalho foi realizado um resgate de pesquisas publicadas por pesquisadores anteriormente na área de modelamento numérico, além das medições e avaliações da transmissibilidade da vibração no corpo humano. Foram realizadas medições da transmissibilidade da vibração no corpo humano na posição sentado em um banco comumente utilizado para motoristas de ônibus urbanos. As medições foram realizadas ao longo do eixo z, de acordo com as recomendações das normas ISO 2631 (1974 e 1997), utilizando-se de acelerômetros uni-axiais, um computador com placa conversora analógica para digital (A/D), além de programas desenvolvidos na plataforma de programação gráfica HPVee para aquisição dos níveis de vibração e avaliação das transmissibilidades da vibração. A vibração vertical foi simultaneamente medida no corpo humano (direção z – ISO 2631). Para medir os níveis de vibração no assento, na pélvis, no ombro e na cabeça foram utilizados quatro micro-acelerômetros uni-axiais (Endveco Isotron 2250A/AM1-10) enquanto que no piso, foi utilizado um acelerômetro uni-axial da Brüel & Kjaer 4338. O grupo estudado nos experimentos era composto por cinco indivíduos, sendo três homens e duas mulheres. Avaliou-se a transmissibilidade entre o assento do banco e o piso, entre a pélvis o assento, entre o ombro e o assento e entre a cabeça e o assento. Os resultados indicaram que o sistema apresentou uma amplificação da transmissibilidade entre o assento e o piso em até 2,5 vezes, enquanto que, para as demais transmissibilidades (pélvis/assento, ombro/assento, cabeça/assento) houve uma atenuação gradual da transmissibilidade da vibração Um modelo linear de quatro graus de liberdade foi desenvolvido para representar o comportamento biodinâmico de indivíduos brasileiros submetidos à vibração forçada proveniente de sinais medidos em ônibus urbanos brasileiros. O modelo responde simultaneamente de acordo com os dados obtidos experimentalmente da transmissibilidade entre o assento e o piso e entre o ombro e o assento para uma faixa de freqüência de 4 até 40 Hz. Foi desenvolvida uma rotina no Maple 5.5 (anexo 10.4) a qual consiste em ajustar uma curva de transmissibilidade calculada com os limites estabelecidos dos parâmetros biomecânicos definidos nos ensaios biométricos e literatura às curvas de transmissibilidade obtidas experimentalmente. Os resultados indicaram que para a curva de transmissibilidade entre o assento e o ombro o erro foi de 37,78% enquanto que para as curvas de transmissibilidade entre o assento e o piso apresentaram um erro de 17,74 %. Apesar dos valores de erro percentual terem sido relativamente elevados, os valores de ambas as curvas de transmissibilidade numérica apresentaram resultados de ajuste muito próximos às curvas experimentais.

Manutenção centrada em confiabilidade e análise de vibração

As empresas, cada vez mais, buscam a redução de custo, para serem mais competitivas. A necessidade de aumentar a vida útil dos equipamentos, através de técnicas apropriadas é prioritário para manutenção dos ativos. Neste trabalho estudou-se o método para implantação da análise e monitoramento da vibração em equipamentos rotativos, com base nos conceitos da manutenção centrada em confiabilidade, usando técnicas preditiva e pró-ativa de manutenção pela condição, com foco na tarefa. Primeiramente foi analisado o comportamento dos componentes em relação ao processo de falha, como as falhas atuam, os tipos de modos de falha, falhas funcionais e seus efeitos. Após foram analisados e selecionados os critérios de níveis de vibração para os equipamentos rotativos em função da potência e rotação. Também, foi determinado em que condições os espectros seriam analisados em função da amplitude e freqüência de rotação. Então, foram preparados os locais para coletas dos dados de vibração. Assim, os níveis de vibração global foram coletados em função das amplitudes, em cada posição específica do equipamento em seu plano. Isto faz com que, análise dos níveis globais de vibração e o diagnóstico através do espectro e a forma de onda, permitissem encontrar a causa do problema. Finalmente, são apresentados os resultados em níveis de amplitude, espectro após ações, a correção da causa do problema e os tipos de defeitos de tendência de falhas e a implementação do método.

A hipótese de expectativas racionais : teoria e testes

Resumo não disponível.

Desenvolvimento de uma mesa vibratória para estudos sobre vibração no corpo humano, medições em um grupo de motoristas e ajuste de um modelo biodinâmico

A exposição do ser humano a vibrações mecânicas é um tema relacionado com a mecanização do trabalho e à proliferação de veículos automotores, e é, portanto, um assunto que só começou a ganhar importância em meados do século XX. Atualmente, a vibração é amplamente reconhecida como um fator de risco para a saúde de trabalhadores de todo o mundo. Além disso, fatores de grande relevância no mundo atual, como o desempenho na realização de tarefas e a qualidade de vida, podem ser afetados pela presença de vibração em ambientes de trabalho e em outros locais do cotidiano. As soluções das questões relacionadas com o tema passam pelo entendimento de como o ser humano reage física, fisiológica e psicologicamente à presença da vibração, e muito se tem estudado para entender este fenômeno extremamente complexo. A maioria dos trabalhos publicados sobre o tema foi desenvolvida em grandes centros de pesquisa norte-americanos e de alguns países europeus. Sendo as características individuais, como o biótipo, fatores importantes na reação do corpo ao movimento, é necessário que populações externas a estes centros de pesquisa sejam envolvidas nos estudos experimentais, cujo objetivo é levantar informações que permitam a evolução dos conhecimentos na área. Os objetivos deste trabalho foram (1) desenvolver um aparato experimental com custo acessível para realização de experimentos que permitam medir parâmetros do comportamento dinâmico humano de corpo inteiro e (2) utilizar este equipamento para realizar medições em uma população exposta à vibração de corpo inteiro em sua atividade profissional, e utilizar estes dados para desenvolver um modelo do comportamento dinâmico da população amostrada. Foi desenvolvida uma mesa vibratória baseada em um acionamento pneumático, com custo inferior aos sistemas hidráulicos e eletro-mecânicos tradicionalmente utilizados, capaz de produzir vibração na direção vertical com as características necessárias à realização dos experimentos em questão. O sistema foi utilizado para medir parâmetros biodinâmicos em um grupo de controle e um grupo de motoristas da SOUL, uma empresa de transporte coletivo da região metropolitana de Porto Alegre. Os resultados das medições mostraram diferenças no comportamento dinâmico das duas populações amostradas. São apontadas e discutidas no texto algumas possíveis causas para estas diferenças, como a influência da idade e a mudança da reação ao estímulo nos indivíduos expostos à vibração em seu ambiente de trabalho.

Avaliação experimental da vibração induzida sobre uma comporta plana com descarga de fundo

Estruturas hidráulicas como comportas planas verticais são usualmente encontradas em aproveitamentos hidrelétricos, canais de navegação e aquedutos para abastecimento ou irrigação. O projeto deste tipo de estruturas envolve, fundamentalmente, a determinação da magnitude das forças atuantes, tanto hidrostáticas como hidrodinâmicas. Neste sentido, problemas ocorridos como conseqüência da fadiga do material assim como de vibrações excessivas têm sido reportados em anos recentes. O propósito desta dissertação é investigar o comportamento vibratório induzido pelo escoamento sobre um dispositivo elástico, representativo de uma comporta plana vertical com descarga de fundo, com diferentes geometrias de terminal inferior em contato com o escoamento e, baseados nos resultados obtidos, contribuir para o desenvolvimento dos critérios de projeto deste tipo de estruturas hidráulicas. O comportamento vibratório do dispositivo, de dimensões aproximadas de 50 cm de largura x 80 cm de altura x 2 cm de espessura, submetido a diferentes configurações de escoamento em valores de abertura de descarga de 10, 20, 30 e 40 mm, foi obtido através de medições de aceleração instantânea no sentido do escoamento executadas por um acelerômetro com elemento sensível piezoelétrico. Cinco geometrias diferentes de terminal inferior em contato com o escoamento foram propostas para a realização dos estudos. Os resultados experimentais correspondentes aos comportamentos da estrutura em vibração estão apresentados, na forma adimensional, em médias quadráticas e freqüências predominantes nos espectros das acelerações Geometrias “Ret”, “Ele” e “30d” mostraram ser mais suscetíveis à ocorrência de fenômenos de vibração induzida, com diferenças de até 3 a 4 vezes nos valores das médias quadráticas, nas situações de escoamento às quais a comporta foi submetida, quando comparadas com geometrias “60” e “30i”. Os valores de freqüências de vibração induzida pelo escoamento, nas respectivas aberturas de descarga e geometrias de terminal inferior analisadas, corresponderam-se com os modos naturais de vibração livre em água. Estes valores foram, aproximadamente, entre 1,10 e 0,90 do valor da freqüência natural em ar. Conforme o observado, nota-se que a geometria do terminal em contato com o escoamento desempenha um papel de fundamental importância quando o objetivo a atingir é a diminuição da magnitude desses tipos de solicitações não desejadas.

Desenvolvimento de um suporte flexível para ensaios de modelos aeroelátiscos em túnel de vento

Com o desenvolvimento de materiais mais resistentes, técnicas construtivas mais modernas e a crescente valorização dos terrenos nos centros das grandes cidades, criou-se um ambiente propício à construção de edificações mais altas, leves, flexíveis, menos amortecidas, e, portanto, mais susceptíveis a problemas associados à resposta dinâmica frente à ação do vento. Em algumas situações, quando há ressonância, a parcela flutuante da resposta estrutural devido à ação do vento pode chegar a representar 2/3 da resposta total. Os métodos analíticos atualmente existentes para determinação da resposta flutuante induzida pela ação do vento geralmente conduzem a resultados pouco confiáveis. Em vista desse fato, os ensaios em túnel de vento ainda são a ferramenta mais precisa e robusta para o estudo do comportamento dinâmico de estruturas civis. Este trabalho apresenta o desenvolvimento de um suporte flexível para ensaios de modelos aeroelásticos de estruturas alteadas, visando a determinação da parcela flutuante da resposta à ação do vento nos dois modos fundamentais de vibração livre (flexão em duas direções ortogonais). Este suporte pode ser empregado em testes de modelos de diferentes geometrias, e permite que, com grande facilidade, sejam ajustados o amortecimento estrutural, rigidez e inércia, individualmente em cada direção. Com o objetivo de verificar o correto funcionamento do equipamento e a validade dos resultados por ele obtidos, foram realizados testes com um modelo do edifício alto padrão “CAARC Standard Tall Building”. No trabalho são apresentados e discutidos os resultados dos ensaios, realizados no Túnel de Vento Professor Joaquim Blessmann, da Universidade Federal do Rio Grande do Sul.

Detecção de dano estrutural por algoritmos genéticos e sensibilidade modal

A área de pesquisa de testes não-destrutivos é muito importante, trabalhando com o diagnóstico e o monitoramento das condições dos componentes estruturais prevenindo falhas catastróficas. O uso de algoritmos genéticos para identificar mudanças na integridade estrutural através de mudanças nas respostas de vibração da estrutura é um método não-destrutivo que vem sendo pesquisado. Isto se deve ao fato de que são vantajosos em achar o mínimo global em situações difíceis de problemas de otimização, particularmente onde existem muitos mínimos locais como no caso de detecção de dano. Neste trabalho é proposto um algoritmo genético para localizar e avaliar os danos em membros estruturais usando o conceito de mudanças nas freqüências naturais da estrutura. Primeiramente foi realizada uma revisão das técnicas de detecção de dano das últimas décadas. A origem, os fundamentos, principais aspectos, principais características, operações e função objetivo dos algoritmos genéticos também são demonstrados. Uma investigação experimental em estruturas de materiais diferentes foi realizada a fim de se obter uma estrutura capaz de validar o método. Finalmente, se avalia o método com quatro exemplos de estruturas com danos simulados experimentalmente e numericamente. Quando comparados com técnicas clássicas de detecção dano, como sensibilidade modal, os algoritmos genéticos se mostraram mais eficientes. Foram obtidos melhores resultados na localização do que na avaliação das intensidades dos danos nos casos de danos propostos.