Idealmente, espera-se que uma planta permaneça em operação até a próxima manutenção programada. Para isso, o esforço de controle deve ser distribuído ao longo do tempo de forma que a degradação do atuador não cause sua avaria ou falha. Neste trabalho, assume-se que tal degradação é relacionada com o esforço exercido acumulado ao longo do tempo, sendo avaliada por um índice convenientemente definido que associa o risco de avaria com um valor limiar. Propõe-se então o uso de leis de controle preditivo para mitigar o desgaste do atuador, por meio da imposição de restrições relacionadas com a evolução temporal do índice de degradação. Neste contexto, três abordagens são investigadas. A primeira consiste na limitação da amplitude do controle de modo a garantir que um dado limiar de degradação não seja superado ao final de um horizonte de tempo pré-estabelecido. Na segunda abordagem, emprega-se uma técnica de prognóstico de falha de modo a aprimorar a distribuição do esforço de controle ao longo do tempo. Por fim, a terceira abordagem adota uma estratégia fuzzy para relaxamento da restrição de degradação, a fim de melhorar o desempenho do sistema de controle. Uma análise comparativa das três abordagens é efetuada considerando-se um problema de regulação na presença de perturbações aleatórias. Simulações de Monte Carlo são efetuadas de modo a avaliar o desempenho de regulação, bem como a degradação do atuador. Conclui-se que o segundo controlador é menos conservador que o primeiro devido à inserção do prognóstico de falhas, permitindo que se obtenha uma regulação melhor, ainda obedecendo ao limiar de degradação. A flexibilização da restrição de degradação, através do uso da lógica fuzzy no terceiro controlador, permite que ele seja o mais agressivo dos três, obtendo-se o melhor desempenho de regulação entre os três controladores implementados.

Este trabalho investiga os principais mecanismos de degradação de desempenho e propõe uma metodologia de prognóstico de falhas nos compressores e turbinas de turbinas a gás estacionárias. Esta metodologia analisa a história de desempenho do equipamento, com foco na previsão dos parâmetros de desempenho no futuro. Assim, é possível otimizar as intervenções de manutenção com base na condição real desses componentes. A metodologia utiliza grupos quase adimensionais para corrigir os parâmetros da turbina a gás medidos em campo para uma condição ambiente de referência. Após esta correção, um conjunto de equações é utilizado para calcular a eficiência térmica global da turbina a gás, vazão de ar de admissão e eficiências politrópicas de compressores e turbinas. Em seguida, são calculados os desvios entre o desempenho da turbina a gás em campo e o estimado para a turbina a gás nova e limpa operando na mesma potência e condição ambiente. A repetição desse cálculo ao longo da história operacional da turbina a gás permite a obtenção de curvas que descrevem o comportamento médio dos parâmetros de desempenho no passado e a extrapolação dessas curvas permite estimar os valores que serão observados no futuro. Um estudo de caso foi desenvolvido para validar a metodologia através de sua aplicação em uma turbina a gás real. O equipamento analisado é do tipo aeroderivado e está instalado em uma plataforma de petróleo localizada na Bacia de Campos no litoral brasileiro. Os resultados mostram que, baseado nas informações dos instrumentos de medição da turbina a gás, é possível identificar e quantificar a ação de mecanismos de degradação de desempenho nos compressores e turbinas. Na turbina a gás analisada é possível observar que os sais dissolvidos na umidade do ar em atmosfera marítima aceleram a formação de depósitos na turbina a gás, o que resulta na degradação de desempenho. Outro mecanismo de degradação observado é a corrosão a quente nas turbinas do gerador de gases, fenômeno que ocorre pela reação química desses sais com o enxofre dos combustíveis. Este estudo revelou que o ataque corrosivo na turbina foi mais severo no período em que o equipamento operou com óleo diesel. Por último, a metodologia estimou os valores futuros de degradação média dos parâmetros de desempenho da turbina a gás. A análise dessa informação pela equipe de operação e manutenção para a definição do momento mais apropriado para a realização das intervenções de manutenção também depende de outras informações que não fazem parte do escopo deste trabalho.

Equipamentos de processo, como vasos de pressão, podem apresentar descontinuidades em suas estruturas, sendo elas originadas durante o processo de fabricação, ou devido ao uso do equipamento. A possibilidade de causarem falhas por fratura catastrófica em equipamentos de alto risco fazem das trincas o tipo de descontinuidade mais preocupante. Sendo, por isso, muitas vezes caracterizadas como defeitos, portanto inadmissíveis por vários códigos de fabricação de vasos de pressão. Mesmo que sua presença não seja admissível em equipamentos novos, as trincas são comumente detectadas em serviço, podendo seu reparo significar grandes prejuízos econômicos devido à parada de produção em uma refinaria de petróleo. Diante dessa situação, há a necessidade de se conhecer e adotar metodologias adequadas que possam avaliar com segurança, e sem conservadorismo excessivo, a criticidade desses defeitos na integridade estrutural dos equipamentos. Dois dos principais documentos que apresentam metodologias para avaliação de adequação-ao-uso de equipamentos que apresentam algum tipo de descontinuidade são a API-579 e a BS-7910. O presente trabalho aplicou ambos os documentos na avaliação de uma trinca longitudinal, localizada próxima a um cordão de solda, em uma geometria cilíndrica hipotética com e sem tratamento térmico. Foram comparados ambos os resultados por meio do diagrama de análise de falhas – FAD. Foram realizadas comparações entre as diferentes metodologias, apontando as facilidades e dificuldades no seu uso. / Process equipment, such as pressure vessels, may have discontinuities, which are generated during the manufacturing process, or due to the use of the equipment. The possibility of a catastrophic failure in high risk equipment makes the cracks the most worry some type of discontinuity. Therefore, cracks are often characterized as defects and are not permissible according several pressure vessels construction codes. Even being not permissible in new equipments, cracks are commonly detected in service; its repair can result in large economic losses due to losses in production at an oil refinery. To deal with this situation, there is a need to understand and adopt appropriate methodologies to evaluate safely and without excessive conservatism, the criticality of these defects in the structural integrity of equipment. API-579 and BS-7910 are two widely used documents that present methodologies for assessment of fitness-for-service in equipments that have any discontinuity. This study applied both documents in the evaluation of a longitudinal crack, located near to weld, in a hypothetical cylindrical geometry with and without heat treatment. Both results were compared by means of the Failure Analysis Diagram - FAD. Comparisons were made between different approaches, pointing out the advantages and difficulties in its use.

Tese de mestrado integrado. Engenharia Electrotécnica e de Computadores (Major de Automação). Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2009

Estágio realizado na Qimonda Portugal e orientado pelo Eng.º Rui Almeida / Tese de mestrado integrado. Engenharia Metalúrgica e de Materiais. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2008

Equipamentos de processo, como vasos de pressão, podem apresentar descontinuidades em suas estruturas, sendo elas originadas durante o processo de fabricação, ou devido ao uso do equipamento. A possibilidade de causarem falhas por fratura catastrófica em equipamentos de alto risco fazem das trincas o tipo de descontinuidade mais preocupante. Sendo, por isso, muitas vezes caracterizadas como defeitos, portanto inadmissíveis por vários códigos de fabricação de vasos de pressão. Mesmo que sua presença não seja admissível em equipamentos novos, as trincas são comumente detectadas em serviço, podendo seu reparo significar grandes prejuízos econômicos devido à parada de produção em uma refinaria de petróleo. Diante dessa situação, há a necessidade de se conhecer e adotar metodologias adequadas que possam avaliar com segurança, e sem conservadorismo excessivo, a criticidade desses defeitos na integridade estrutural dos equipamentos. Dois dos principais documentos que apresentam metodologias para avaliação de adequação-ao-uso de equipamentos que apresentam algum tipo de descontinuidade são a API-579 e a BS-7910. O presente trabalho aplicou ambos os documentos na avaliação de uma trinca longitudinal, localizada próxima a um cordão de solda, em uma geometria cilíndrica hipotética com e sem tratamento térmico. Foram comparados ambos os resultados por meio do diagrama de análise de falhas – FAD. Foram realizadas comparações entre as diferentes metodologias, apontando as facilidades e dificuldades no seu uso. / Process equipment, such as pressure vessels, may have discontinuities, which are generated during the manufacturing process, or due to the use of the equipment. The possibility of a catastrophic failure in high risk equipment makes the cracks the most worry some type of discontinuity. Therefore, cracks are often characterized as defects and are not permissible according several pressure vessels construction codes. Even being not permissible in new equipments, cracks are commonly detected in service; its repair can result in large economic losses due to losses in production at an oil refinery. To deal with this situation, there is a need to understand and adopt appropriate methodologies to evaluate safely and without excessive conservatism, the criticality of these defects in the structural integrity of equipment. API-579 and BS-7910 are two widely used documents that present methodologies for assessment of fitness-for-service in equipments that have any discontinuity. This study applied both documents in the evaluation of a longitudinal crack, located near to weld, in a hypothetical cylindrical geometry with and without heat treatment. Both results were compared by means of the Failure Analysis Diagram - FAD. Comparisons were made between different approaches, pointing out the advantages and difficulties in its use.

Equipamentos de processo, como vasos de pressão, podem apresentar descontinuidades em suas estruturas, sendo elas originadas durante o processo de fabricação, ou devido ao uso do equipamento. A possibilidade de causarem falhas por fratura catastrófica em equipamentos de alto risco fazem das trincas o tipo de descontinuidade mais preocupante. Sendo, por isso, muitas vezes caracterizadas como defeitos, portanto inadmissíveis por vários códigos de fabricação de vasos de pressão. Mesmo que sua presença não seja admissível em equipamentos novos, as trincas são comumente detectadas em serviço, podendo seu reparo significar grandes prejuízos econômicos devido à parada de produção em uma refinaria de petróleo. Diante dessa situação, há a necessidade de se conhecer e adotar metodologias adequadas que possam avaliar com segurança, e sem conservadorismo excessivo, a criticidade desses defeitos na integridade estrutural dos equipamentos. Dois dos principais documentos que apresentam metodologias para avaliação de adequação-ao-uso de equipamentos que apresentam algum tipo de descontinuidade são a API-579 e a BS-7910. O presente trabalho aplicou ambos os documentos na avaliação de uma trinca longitudinal, localizada próxima a um cordão de solda, em uma geometria cilíndrica hipotética com e sem tratamento térmico. Foram comparados ambos os resultados por meio do diagrama de análise de falhas – FAD. Foram realizadas comparações entre as diferentes metodologias, apontando as facilidades e dificuldades no seu uso. / Process equipment, such as pressure vessels, may have discontinuities, which are generated during the manufacturing process, or due to the use of the equipment. The possibility of a catastrophic failure in high risk equipment makes the cracks the most worry some type of discontinuity. Therefore, cracks are often characterized as defects and are not permissible according several pressure vessels construction codes. Even being not permissible in new equipments, cracks are commonly detected in service; its repair can result in large economic losses due to losses in production at an oil refinery. To deal with this situation, there is a need to understand and adopt appropriate methodologies to evaluate safely and without excessive conservatism, the criticality of these defects in the structural integrity of equipment. API-579 and BS-7910 are two widely used documents that present methodologies for assessment of fitness-for-service in equipments that have any discontinuity. This study applied both documents in the evaluation of a longitudinal crack, located near to weld, in a hypothetical cylindrical geometry with and without heat treatment. Both results were compared by means of the Failure Analysis Diagram - FAD. Comparisons were made between different approaches, pointing out the advantages and difficulties in its use.

A pronta detecção da ocorrência de falhas em sistemas dinâmicos é essencial na prevenção de condições de operação perigosas e mesmo de avaria física do sistema, o que colocaria em risco recursos valiosos, equipamento vital e vidas humanas. Os métodos convencionais de detecção de falhas, porém, esbarram em limitações de espaço físico, existência de um modelo matemático acurado do sistema e existência de dados sobre o comportando do sistema operando com falhas, entre outros. Nesse trabalho é proposto e avaliado um novo método de Detecção de Falhas em Sistemas Dinâmicos que apresenta vantagens tanto qualitativas quanto quantitativas sobre os métodos já reportados na literatura. O método proposto é fácil de ser entendido em alto nível, tem grande semelhança com a supervisão humana, não necessita de equipamento adicional, não necessita de um modelo acurado do sistema e não precisa de informação nenhuma sobre falhas anteriores no sistema; podendo ser aplicado a sistemas onde os outros métodos dificilmente apresentariam resultados satisfatórios. Nele uma rede Bayesiana é aprendida a partir de medidas do sistema operando normalmente sem falhas e essa rede é então usada na detecção de falhas, inferindo que desvios do comportamento probabilístico aprendido como normal são causados por falhas no sistema. Os resultados obtidos com o novo método, extremamente animadores, são comparados aos obtidos com a utilização de um método baseado em redundância analítica, mostrando-se bastante superior ao mesmo. Resultados adicionais obtidos no isolamento de falhas e na detecção de falhas de um sistema não-linear corroboram os excelentes resultados obtidos, apontando para um grande potencial de uso do método proposto.

Esta dissertação tem por objetivo o estudo de métodos de análise de falhas e como os mesmos podem ser adaptados para Veículos Aéreos Não-Tripulados, mais conhecidos pela sigla UAVs (do inglês, Unmanned Aerial Vehicles). Este estudo foi divido em duas categorias: Métodos de Prevenção à Falha e Métodos de Tolerância à Falha. Para o estudo de Prevenção à Falha, o método de análise de árvore de falha (Fault Tree Analysis) para um sistema propulsivo típico de um UAV foi considerado como exemplo a fim de evidenciar condições de falhas ou pontos fracos que podem resultar em perda do sistema. Por sua vez, foi apresentado um formulário FMEA para sistemas do UAV que permitem identificar os modos e causas de falhas, suas conseqüências e definir um plano de ações para melhoria da integridade do sistema. Por último, conduziu-se a análise de criticidade do sistema propulsivo onde os pontos críticos são realçados e discutidos. Para análise destes métodos e suas aplicações em UAV, a abordagem qualitativa foi escolhida devido à falta de dados sobre MTBF (Mean Time Between Failure) dos componentes do sistema. Entretando, melhorias no estudo de Prevenção à Falha devem ser considerados em trabalhos futuros para se obter uma base de dados para análise quantitativa. Para o estudo de Tolerância à Falha, considerou-se como estudo de caso um esquema de Detecção, Diagnóstico e Acomodação de Falhas em Tempo Real para falhas em sensores, baseado nas características estatísticas do processo de inovação do Filtro de Kalman. As falhas são consideradas do tipo aditivas que afetam o valor esperado do processo de inovação do Filtro de Kalman. Para a simulação do estudo de caso, usamos um modelo linear da dinâmica longitudinal do UAV Aerosonde obtido a partir da ferramenta AeroSim Blockset via MatLab/Simulink. A lógica e a estrutura apresentada merecem estudos futuros para o seu aperfeiçoamento a fim de cobrir outros tipos de falhas.

A aplicação de estratégias de controle preditivo vem sendo cada vez mais difundida em variados setores, principalmente devido à capacidade de tratar restrições físicas e operacionais de processos. Para casos em que existam descasamentos entre o modelo nominal de projeto e a planta real, causados, por exemplo, por falhas, pode ocorrer uma degradação do desempenho da malha de controle e em alguns casos a solução do problema de otimização pode se tornar não factível. Nesse trabalho, propõe-se uma abordagem de controle preditivo baseada em múltiplos modelos com a capacidade de tolerar falhas que modifiquem abruptamente a dinâmica do processo. Assim, em tempo real realiza-se um diagnóstico das falhas consideradas no projeto e comuta-se para o modelo de predição pré-definido mais adequado. Para avaliar a eficácia do método proposto, apresenta-se um estudo de caso, utilizando a planta didática 3 DOF Hover fabricada pela Quanser Consulting. Analisa-se a ocorrência de uma falha abrupta que introduza um atraso de transporte na comunicação dos sinais de controle. Os resultados obtidos demonstram que a abordagem com múltiplos modelos tem características promissoras para o caso em que é possível determinar com critério os modelos das dinâmicas resultantes e realizar um diagnóstico preciso das falhas.