Estudo e desenvolvimento de sensores a fibra óptica para a análise e controle de vibrações em máquinas elétricas e estruturas

• Autor(a) principal: Linessio, Rafael Pomorski
• Data de Publicação: 2020
• Tipo de documento: Tese
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT))
• Texto Completo: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/24495
• topic: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA::SISTEMAS ELETRICOS DE POTENCIA::MAQUINAS ELETRICAS E DISPOSITIVOS DE POTENCIA; Fibras ópticas; Detectores ópticos; Vibração - Análises; Vibração - Controle; Máquinas elétricas; Acelerômetros; Optical fibers; Optical detectors; Vibration - Analysis; Vibration - Control; Electric machinery; Accelerometers; Engenharia Elétrica

A análise de vibrações é uma das principais técnicas utilizadas para a identificação do comportamento de estruturas e máquinas elétricas. Em ambas as áreas há a necessidade de monitorar e identificar as componentes em frequência. Em estruturas, a alteração das frequências pode estar relacionada à variação da rigidez e, consequentemente, a uma possível presença de defeito. Em máquinas elétricas, através do espectro de vibração, é possível identificar falhas no rotor, estator e rolamentos. Os fatores como influência do campo eletromagnético em máquinas elétricas, longas distâncias e descargas atmosféricas ao analisar edificações de grande porte, sugere o desenvolvimento de novos sensores, propiciando um campo promissor para a aplicação dos sensores ópticos. Assim, neste trabalho é desenvolvido um acelerômetro óptico biaxial empregando redes de Bragg em fibra óptica (FBG) com elevada abertura numérica (UHNA). As etapas para o desenvolvimento do acelerômetro são definidas em: projeto, caracterização, calibração e teste. A frequência de ressonância e sensibilidade do transdutor é de 1250,00 Hz e 100 pm.g−1, respectivamente. Para validar a resposta do acelerômetro óptico biaxial para o monitoramento das frequências de vibrações em máquinas elétricas, são realizados ensaios a vazio e com carga no eixo do motor analisado. Além disso, neste trabalho é proposto a técnica de controle de vibrações, empregando os neutralizadores, aliado ao sensoriamento óptico. Para a análise dos neutralizadores de vibrações é implementado um modelo passivo massa-mola (MK), massa-mola-amortecedor (MKC), semi-ativo e híbrido do tipo pendular para o controle da vibração em um prédio em escala. O neutralizador MK é sintonizado na primeira frequência natural do prédio, impondo elevada impedância nessa componente. Para o neutralizador MKC é empregado o material viscoelástico C-1002, devido ao seu elevado amortecimento permite o controle na faixa de 1,45 Hz a 1,71 Hz. O neutralizador semi-ativo é implementado baseado na topologia feedback, tendo a FBG como sensor. Para validação desse sensor na análise do controle de vibração, a resposta é comparada com o sensor piezoelétrico. A faixa de controle desse sistema está limitada entre 1,10 Hz e 1,55 Hz e a atenuação obtida da excitação próximo da frequência natural do prédio é de 14 dB. O neutralizador pendular híbrido alia as características do elemento passivo e semi-ativo, permitindo a banda larga de atuação definida entre 1,10 Hz e 1,65 Hz. Em suma, o desenvolvimento do acelerômetro óptico baseado na fibra óptica UHNA e dos neutralizadores de vibrações, permitiram validar esses projetos e assim implementar futuras aplicações na análise e no controle de vibrações.