Diagnose de trincas em sistemas rotativos, utilizando modelos de falhas através da metodologia dos observadores de estados

Abstract

Os métodos de diagnose de falhas buscam evitar que estas ocorram sem predição, de modo que medidas preventivas possam ser tomadas para garantir a integridade física dos equipamentos e pessoas envolvidas no processo em que o sistema monitorado está inserido. Os eixos rotativos são elementos passíveis de fenômenos prejudiciais causados pela própria condição de movimento, que são refletidas na ciclagem das tensões atuantes em seu material. Este trabalho propõe a detecção em tempo real de trincas em eixos rotativos, pelo monitoramento do sistema em operação, usando a metodologia dos observadores de estados. Inicialmente, o projeto de observadores de estado via Regulador Linear Quadrático e Filtro de Kalman é introduzido. Em seguida, os observadores de estados com entradas desconhecidas são apresentados. Os modelos numéricos são obtidos por discretização através do Método dos Elementos Finitos e pelo ajuste da resposta em freqüência. A validação numérica do método proposto é feita pela identificação de alterações de parâmetros de rigidez de um sistema massa-mola-amortecedor e de trincas simuladas em um eixo rotativo numérico através de um modelo de falha empírico. A validação experimental da técnica proposta é obtida pela identificação de um entalhe transversal causado no eixo de um sistema rotativo experimental

The faults diagnosis methods seeks to avoid them not to occur without prediction, so that preventive tasks can be taken to ensure the physical integrity of equipments and people involved in the process where the monitored system is inserted. The rotating shafts are elements capable of harmful phenomena caused by its own movement condition, which are reflected on the cycling of the acting stresses on its material. This work proposes the real-time structural crack detection in rotating shafts, by the monitoring of the system in operation, using the methodology of the state observers. Initially, the project of state observers via Linear Quadratic Regulator and Kalman Filter are introduced. Then, the unknown input state observers are presented. The numerical models are obtained by discretization through the Finite Elements Method and the frequency response fitting. The numerical validation of the proposed method if verified by the identification of stiffness parameters change of a mass-spring-damper system and flaws simulated in a numerical rotating shaft using an empirical model of failure. The experimental validation is obtained by the identification of a transversal dent caused in the shaft of an experimental rotating system