Controle ativo de vibração de rotores com mancais magnéticos: influência da flexibilidade dos rotores

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Estudo da efetividade de barreiras de amortecimento no controle de vibrações geradas pelo desmonte com explosivos em mina de carvão à céu aberto

Este trabalho apresenta o estudo da efetividade de barreiras de amortecimento para atenuar a vibração causada pela propagação de ondas sísmicas oriundas de detonações. A barreira consta de uma porção do terreno cujas características de propagação são modificadas artificialmente pela detonação de uma linha de furos com parâmetros idênticos aos dos furos de produção. Os resultados obtidos demonstram a efetividade deste recurso, evidenciado pelo coeficiente de redução entre os valores de vibração gerados em situações com e sem o uso de barreira (0,41) e também através da mudança dos coeficientes da equação de previsão via Distância Escalonada, possibilitando em escala de produção o aumento na carga máxima por tempo de retardo ( 4,9 % à 118,9% ), com redução de custos devido ao menor consumo de retardos por furo ( -5,7 % à - 40,7 % ).

Redução de vibrações de rotores utilizando atuadores magnéticos e sistema de controle feedforward

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Controle ativo de vibrações em vigas utilizando controle feedforward e elementos espectrais

Pós-graduação em Engenharia Mecânica - FEB

Controle de vibração em reatores elétricos através de absorvedores dinâmicos viscoelásticos

Reatores elétricos utilizados em subestações de energia têm funções específicas na operacionalização e manutenção da funcionalidade destas instalações, sendo equipamentos aplicados ao controle de reativos, de correntes de curto circuito e surtos de manobra em sistemas de transmissão de energia elétrica. Detectou-se que alguns reatores em funcionamento apresentaram elevados níveis de vibração estrutural. Dois destes reatores operam na subestação da cidade de Rurópolis, situada a oeste do estado do Pará. Outro problema decorrente do elevado nível de vibração destas estruturas é a geração de pontos quentes no núcleo eletromagnético do reator, podendo gerar bolhas de gases altamente inflamáveis. A existência destes problemas operacionais pode ocasionar ao Sistema de Transmissão do Norte do Brasil interrupções na transmissão de energia elétrica. Isto geraria na região Norte e em outras interligadas (Nordeste, Sudeste e Centro-Oeste) elevados prejuízos sociais e financeiros. A aplicação de ferramentas para a minimização do problema vibro-acústico (redução dos níveis vibração e, por conseguinte, ruído) pode evitar danos estruturais e operacionais que resultem na sua indisponibilidade operativa reduzindo, conseqüentemente, perdas e a necessidade do desenvolvimento de equipamentos de custo elevado com baixos índices de vibração. No intuito de se reduzir tais níveis, propõe-se à aplicação de absorvedores dinâmicos na estrutura externa dos reatores. Uma vez dimensionados em quantidade, posição e parâmetros definidores (massa, rigidez e amortecimento) espera-se criar um sistema, que sintonizado com a freqüência da excitação de natureza eletromagnética, absorverá parte da energia vibratória do reator, minimizando-se, os elevados índices detectados e, por conseqüência, todos os problemas subseqüentes. São indicados compostos viscoelásticos nos absorvedores dinâmicos (com propriedades dinâmicas dependentes tanto da temperatura como da freqüência de trabalho), em virtude de estes materiais aumentarem o campo de ação dos absorvedores, adequando-se à elevada densidade modal verificada nas chaparias metálicas do reator.

Análise de sistemas de controle de vibração em máquinas rotativas utilizando atuadores formados por ligas com memória de forma

A aplicação das ligas com memória de forma (shape memory alloys – SMA) têm se mostrado como uma alternativa promissora no controle de vibração de máquinas e estruturas, devido principalmente aos fenômenos de memória de forma e pseudoelástico que elas apresentam. Do mesmo modo, tais ligas proporcionam grandes forças de recuperação e capacidade de amortecimento quando comparadas aos materiais tradicionais. Na literatura científica encontra-se um grande número de trabalhos que tratam da aplicação das SMA no controle de vibração em estruturas. Contudo, a aplicação desse tipo de material em máquinas rotativas ainda é um assunto pouco abordado. Nesse sentido, busca-se explorar numericamente o comportamento de atuadores baseados em ligas com memória de forma para o controle de vibração em máquinas rotativas. Na primeira análise deste trabalho um rotor tipo Jeffcott com luvas SMA em um dos mancais é utilizado. São empregadas diferentes espessuras de luvas nos estados martensítico e austenítico e as variações em termos de amplitude e frequência são então comparadas. Posteriormente, dois diferentes sistemas rotativos com dois discos e molas SMA aplicadas em um e dois mancais são estudados sob configurações variadas. As molas foram posicionadas externamente aos mancais e a temperatura de operação desses componentes é ajustada de acordo com a necessidade do controle de vibração. Além disso, foi utilizado um código computacional para a representação do comportamento termomecânico de molas SMA assim como um programa baseado no Método de Elementos Finitos (MEF) para a simulação do comportamento dinâmico dos rotores. Os resultados das análises numéricas demonstram que as SMA são eficientes no controle de vibração de sistemas rotativos devido obterem-se reduções significativas das amplitudes de deslocamento, modificações nas velocidades críticas, supressão de movimentos indesejáveis e controle das órbitas de precessão.

Análise da vibração para o controle do funcionamento de um ventilador de um sistema de exaustão

This work has as objective to show the vibrational analysis as a method of predictive maintenance as an auxiliar procedure in the fail detection in equipments, most specifically in the rotative ones, and with that help the maintenance team to have conditions to foresee the right time to do the swap of the components of the systems, what would lead to failures. Knowing the exact moment the resources of people and money can be focused in the critic operations to the plant. This technic has been already studied for more then 30 years and was widely used in this work, not only as an equipment condition verification method, but also, after the equipment replacement, was used to prove that the new fan was operating under the best work conditions and with that maintenance could return to contol the vibration level of the equipment, not being necessary any kind of intervention

Efeitos da vibração, do plano de oscilação e de uma sessão de uso da haste vibratória sobre o controle postural de mulheres idosas

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Controle ativo de vibração em estruturas inteligentes utilizando um controlador por modos deslizantes com compensação difusa

Smart structures and systems have the main purpose to mimic living organisms, which are essentially characterized by an autoregulatory behavior. Therefore, this kind of structure has adaptive characteristics with stimulus-response mechanisms. The term adaptive structure has been used to identify structural systems that are capable of changing their geometry or physical properties with the purpose of performing a specific task. In this work, a sliding mode controller with fuzzy inference is applied for active vibration control in an SMA two-bar truss. In order to obtain a simpler controller, a polynomial model is used in the control law, while a more sophisticated version, which presents close agreement with experimental data, is applied to describe the SMA behavior of the structural elements. This system has a rich dynamic response and can easily reach a chaotic behavior even at moderate loads and frequencies. Therefore, this approach has the advantage of not only obtaining a simpler control law, but also allows its robustness be evidenced. Numerical simulations are carried out in order to demonstrate the control system performance.

Controle ativo de vibração em estruturas inteligentes utilizando um controlador por modos deslizantes com compensação difusa

Smart structures and systems have the main purpose to mimic living organisms, which are essentially characterized by an autoregulatory behavior. Therefore, this kind of structure has adaptive characteristics with stimulus-response mechanisms. The term adaptive structure has been used to identify structural systems that are capable of changing their geometry or physical properties with the purpose of performing a specific task. In this work, a sliding mode controller with fuzzy inference is applied for active vibration control in an SMA two-bar truss. In order to obtain a simpler controller, a polynomial model is used in the control law, while a more sophisticated version, which presents close agreement with experimental data, is applied to describe the SMA behavior of the structural elements. This system has a rich dynamic response and can easily reach a chaotic behavior even at moderate loads and frequencies. Therefore, this approach has the advantage of not only obtaining a simpler control law, but also allows its robustness be evidenced. Numerical simulations are carried out in order to demonstrate the control system performance.

Análise dinâmica e controle de vibrações de passarelas de pedestres submetidas ao caminhar humano.

Passarelas de pedestres mistas (aço-concreto) e de aço são frequentemente submetidas a ações dinâmicas de magnitude variável, devido à travessia de pedestres sobre a laje de concreto. Estas ações dinâmicas podem produzir vibrações excessivas e dependendo de sua magnitude e intensidade, estes efeitos adversos podem comprometer a confiabilidade e a resposta do sistema estrutural e, também, podem levar a uma redução da expectativa de vida útil da passarela. Por outro lado, a experiência e o conhecimento dos engenheiros estruturais em conjunto com o uso de novos materiais e tecnologias construtivas têm produzido projetos de passarelas mistas (aço-concreto) bastante arrojados. Uma consequência direta desta tendência de projeto é um aumento considerável das vibrações estruturais. Com base neste cenário, esta dissertação visa investigar o comportamento dinâmico de três passarelas de pedestres mistas (aço-concreto) localizadas no Rio de Janeiro, submetidas ao caminhar humano. Estes sistemas estruturais são constituídos por uma estrutura principal de aço e laje em concreto e são destinados à travessia de pedestres. Deste modo, foram desenvolvidos modelos numérico-computacionais, adotando-se as técnicas tradicionais de refinamento presentes em simulações do método de elementos finitos, com base no uso do software ANSYS. Estes modelos numéricos permitiram uma completa avaliação dinâmica das passarelas investigadas, especialmente em termos de conforto humano. As respostas dinâmicas foram obtidas em termos de acelerações de pico e comparadas com valores limites propostas por diversos autores e normas de projeto. Os valores de aceleração de pico e aceleração rms encontrados na presente investigação indicaram que as passarelas analisadas apresentaram problemas relacionados com o conforto humano. Assim sendo, considerando-se que foi detectado que estas estruturas poderiam atingir níveis elevados de vibração que possam vir a comprometer o conforto dos usuários, foi verificado que uma estratégia para o controle estrutural era necessária, a fim de reduzir as vibrações excessivas nas passarelas. Finalmente, uma investigação foi realizada com base em alternativas de controle estrutural objetivando atenuar vibrações excessivas, a partir do emprego de sistemas de atenuadores dinâmicos sintonizados (ADS).

Análise dinâmica e controle de vibrações de pisos de edificações submetidos a atividades humanas rítmicas.

Um aumento crescente dos problemas estruturais associados à vibração excessiva de pisos de edificações de estruturas mistas (aço-concreto) e de concreto armado devido a atividades humanas rítmicas constitui a principal motivação para o desenvolvimento de uma metodologia de projeto respaldada na obtenção da resposta dinâmica de pisos mistos (aço-concreto) e de concreto armado, quando submetidos a cargas dinâmicas humanas rítmicas. Para tal, os modelos estruturais estudados baseiam-se em pisos de edificações mistas (aço-concreto) e de concreto armado submetidos a aulas de ginástica aeróbica. São empregadas técnicas usuais de discretização, via método dos elementos finitos (MEF), por meio do programa ANSYS. Um estudo paramétrico foi realizado sobre os modelos estruturais investigados e foram obtidos valores elevados para as acelerações de pico violando os critérios de projeto e indicando níveis de vibrações excessivas. Considerando-se os aspectos mencionados anteriormente foi desenvolvida uma estratégia com base em alternativas viáveis para o controle estrutural, objetivando a atenuação das vibrações excessivas a partir da instalação de atenuadores dinâmicos sincronizados (ADS) nos pisos analisados.

Efeito da vibração gerada em plataforma oscilante/vibratória em indivíduos com síndrome metabólica ou paralisia cerebral

A realização de atividade física regular é uma intervenção não farmacológica com grandes benefícios para melhora da qualidade de vida, redução da morbidade e da mortalidade de disfunções cardiorrespiratórias, controle da síndrome metabólica (SM), bem como no manejo de portadores de distúrbios neurológicos como na paralisia cerebral (PC). Os exercícios de vibração de corpo inteiro (EVCI) são produzidos quando o indivíduo está em contato com a base de uma plataforma oscilante/vibratória (POV) ligada devido a efeitos de vibrações sinusoidais e deterministas produzidas por essas plataformas. Os EVCI têm sido utilizados por pessoas treinadas e não treinadas e no tratamento de pacientes com diferentes desordens clínicas. Efeitos biológicos como aumento da flexibilidade e da força muscular são relatados através da realização destes exercícios. O objetivo deste estudo foi investigar os efeitos das vibrações geradas em POV em pacientes com SM ou com PC. Em relação aos estudos com SM, foi realizada uma busca no banco de dados PubMed para a palavra-chave flexibilidade e sua relação com os EVCI, bem como um estudo de caso sobre o efeito dos EVCI na flexibilidade de paciente com SM. Em relação à investigação com PC, revisão sistemática foi realizada sobre os efeitos dos EVCI em portadores de PC através de pesquisas nas bases de dados PubMed, Cochrane Library, Cinahl (Ebsco Host), PEDro, Science Direct and Scopus. Os resultados obtidos através do uso de protocolo de EVCI com baixa frequência (5 a 14 Hz) foi verificado aumento da flexibilidade anterior de tronco em paciente com SM e parece haver uma estabilização desta medida ao longo do protocolo proposto de onze sessões. Um importante número de publicações é encontrado no PubMed para a palavra-chave flexibilidade e os achados de nossa investigação revelam que há interesse em avaliar o efeito dos EVCI na flexibilidade dos indivíduos. Os efeitos pesquisados em pacientes com PC incluem fortalecimento muscular, redução da espasticidade, aumento na flexibilidade, aumento de densidade mineral óssea e melhora do controle postural. Em conclusão, a análise dos estudos apresentados permite sugerir que os EVCI podem ser uma modalidade de intervenção segura para portadores de SM, melhorando a flexibilidade anterior de tronco. Além disso, a revisão realizada mostra melhora da flexibilidade em vários grupos estudados. Para portadores de PC, foi verificado que os EVCI melhoram vários parâmetros clínicos de portadores, porém, como os protocolos não são descritos com detalhes, as evidências para uma definição de melhores parâmetros para esta população permanecem inconclusiva.

Controle de radiação sonora numa placa retangular através de atuadores piezelétricos discretos

Neste trabalho, é estudado o controle da transmissão do som numa placa retangular e fina. Para tanto, é encontrada a resposta dinâmica da placa, excitada por forças harmônicas pontuais e piezomomentos, obtida usando uma base não-clássica e uma análise modal. A radiação sonora emitida pela vibração da placa é encontrada. A potência sonora radiada pode ser calculada aplicando controle ativo diretamente na estrutura, na forma de uma entrada vibratória, uma vez conhecida a resposta na superfície da placa, obtendo-se uma signicativa redução analitica. Os piezocerâmicos, modelados como quatro momentos pontuais, são unidos a superfície da placa como atuadores. A potência sonora transmitida antes e depois do controle é comparada, usando diferentes número de atuadores. Uma estratégia clássica de controle linear quadrático (LQR) e empregada no contexto de um procedimento de otimização da posição dos atuadores do sistema.

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.