Este trabalho propõe uma metodologia simplificada de análise de freios de correntes parasitas usando uma abordagem mista que integra cálculo analítico e simulações usando o Método dos Elementos Finitos (MEF). O cálculo analítico é desenvolvido a partir dos trabalhos de Davies [3, 4] e fornece as expressões gerais para o fluxo por pólo e para a reação de armadura, em função de parâmetros geométricos, velocidade de rotação e torque desenvolvido. Também é implementada a análise do freio usando o MEF visando dois objetivos: * estudo e entendimento da indução de correntes em meios maciços ferromagnéticos que ocorre no freio, o que é facilitado pela visualização de linhas de campo e mapas de cores das grandezas de interesse; * obtenção de subsídios necessários para simplificar a aplicação das equações analíticas. Com as equações e os resultados das simulações obteve-se um método que permite calcular as curvas de torque do freio com precisão comparável à do MEF e com vantagens no que tange à rapidez de solução e flexibilidade de utilização.

Este trabalho propõe uma metodologia simplificada de análise de freios de correntes parasitas usando uma abordagem mista que integra cálculo analítico e simulações usando o Método dos Elementos Finitos (MEF). O cálculo analítico é desenvolvido a partir dos trabalhos de Davies [3, 4] e fornece as expressões gerais para o fluxo por pólo e para a reação de armadura, em função de parâmetros geométricos, velocidade de rotação e torque desenvolvido. Também é implementada a análise do freio usando o MEF visando dois objetivos: * estudo e entendimento da indução de correntes em meios maciços ferromagnéticos que ocorre no freio, o que é facilitado pela visualização de linhas de campo e mapas de cores das grandezas de interesse; * obtenção de subsídios necessários para simplificar a aplicação das equações analíticas. Com as equações e os resultados das simulações obteve-se um método que permite calcular as curvas de torque do freio com precisão comparável à do MEF e com vantagens no que tange à rapidez de solução e flexibilidade de utilização.

Os tubos de Geradores de Vapor em Reatores Nucleares do tipo PWR são submetidos a diferentes níveis de tensões e carregamento em altas temperaturas, reduzindo sua vida útil devido o surgimento de defeitos e corrosão. A inspeção por Correntes Parasitas é um ensaio não destrutivo usado para diagnosticar defeitos de corrosão e descontinuidades na superfície externa e interna em tubos de trocadores de calor. Esses tubos estão sujeitos a danos por diferentes mecanismos de degradação mecânica e química, tais como trincas por fadiga e corrosão sob tensão. Os sinais de inspeção por Correntes Parasitas são afetados por diferentes ruídos dificultando sua análise pelo inspetor. Esse trabalho apresenta os resultados da análise dos sinais de Correntes Parasitas usando a Transformada de Hilbert-Huang (THH) funcionando como filtro de ruídos (De-noising), como uma técnica alternativa de processamento e análise de sinais. A Transformada de Hilbert-Huang teve esse nome atribuído pela agência espacial norte-americana (NASA) para o resultado da reunião de dois processos, um método de decomposição empiricamente modal (Empirical Mode Decomposition EMD), seguido da análise espectral de Hilbert (Hilbert Spectral Analysis HSA). Os sinais de inspeção por correntes parasitas possuem características de transiente, não estacionário e não linear. A transformada de Hilbert-Huang aplicada neste trabalho forneceu dois recursos alternativos em processamento de sinais; o pré-processamento que funcionou como filtro de ruídos, e outro de análise de sinais, responsável pela identificação das características tempo-frequência-energia do sinal. / The nuclear power plant steam generator tubes are subjected to different levels of stress and loading at high temperatures, reducing its lifetime due to the development of defects and corrosion. The Eddy Current Testing (ECT) is a nondestructive testing used to diagnose defects of corrosion and discontinuities in the inner and outer surface of heat exchanger tubes. These tubes are subject to failure by different mechanisms of chemical and mechanical degradation such as fatigue and stress corrosion crack. The ECT signals are affected by different noises making the analysis a difficult task to the inspector. This dissertation presents the results of the main characteristics from the ECT signals using the Hilbert-Huang Transform (HHT) as an alternative method for the processing and signal analysis. The Hilbert-Huang Transform has its name given by the American National Aeronautics and Space Administration, NASA, as the result of Empirical Mode Decomposition (EMD) and the Hilbert Spectral Analysis (HSA) methods. The Eddy Current signals are transient, nonstationary and nonlinear. The Hilbert-Huang Transform applied in this work provided two alternative proceedings in signal processing, one in signal pre-processing acting as noise filter (De-noising) and another as signal analysis, which identifies the characteristics of signal time-frequency-energy.

Os tubos de Geradores de Vapor em Reatores Nucleares do tipo PWR são submetidos a diferentes níveis de tensões e carregamento em altas temperaturas, reduzindo sua vida útil devido o surgimento de defeitos e corrosão. A inspeção por Correntes Parasitas é um ensaio não destrutivo usado para diagnosticar defeitos de corrosão e descontinuidades na superfície externa e interna em tubos de trocadores de calor. Esses tubos estão sujeitos a danos por diferentes mecanismos de degradação mecânica e química, tais como trincas por fadiga e corrosão sob tensão. Os sinais de inspeção por Correntes Parasitas são afetados por diferentes ruídos dificultando sua análise pelo inspetor. Esse trabalho apresenta os resultados da análise dos sinais de Correntes Parasitas usando a Transformada de Hilbert-Huang (THH) funcionando como filtro de ruídos (De-noising), como uma técnica alternativa de processamento e análise de sinais. A Transformada de Hilbert-Huang teve esse nome atribuído pela agência espacial norte-americana (NASA) para o resultado da reunião de dois processos, um método de decomposição empiricamente modal (Empirical Mode Decomposition EMD), seguido da análise espectral de Hilbert (Hilbert Spectral Analysis HSA). Os sinais de inspeção por correntes parasitas possuem características de transiente, não estacionário e não linear. A transformada de Hilbert-Huang aplicada neste trabalho forneceu dois recursos alternativos em processamento de sinais; o pré-processamento que funcionou como filtro de ruídos, e outro de análise de sinais, responsável pela identificação das características tempo-frequência-energia do sinal. / The nuclear power plant steam generator tubes are subjected to different levels of stress and loading at high temperatures, reducing its lifetime due to the development of defects and corrosion. The Eddy Current Testing (ECT) is a nondestructive testing used to diagnose defects of corrosion and discontinuities in the inner and outer surface of heat exchanger tubes. These tubes are subject to failure by different mechanisms of chemical and mechanical degradation such as fatigue and stress corrosion crack. The ECT signals are affected by different noises making the analysis a difficult task to the inspector. This dissertation presents the results of the main characteristics from the ECT signals using the Hilbert-Huang Transform (HHT) as an alternative method for the processing and signal analysis. The Hilbert-Huang Transform has its name given by the American National Aeronautics and Space Administration, NASA, as the result of Empirical Mode Decomposition (EMD) and the Hilbert Spectral Analysis (HSA) methods. The Eddy Current signals are transient, nonstationary and nonlinear. The Hilbert-Huang Transform applied in this work provided two alternative proceedings in signal processing, one in signal pre-processing acting as noise filter (De-noising) and another as signal analysis, which identifies the characteristics of signal time-frequency-energy.

Submitted by Automa??o e Estat?stica (sst@bczm.ufrn.br) on 2016-01-05T18:13:16Z No. of bitstreams: 1 RicardoFerreiraPinheiroFilho_TESE.pdf: 10171654 bytes, checksum: 375fb95a4229d582dab006527b06694d (MD5) / Approved for entry into archive by Arlan Eloi Leite Silva (eloihistoriador@yahoo.com.br) on 2016-01-11T20:32:48Z (GMT) No. of bitstreams: 1 RicardoFerreiraPinheiroFilho_TESE.pdf: 10171654 bytes, checksum: 375fb95a4229d582dab006527b06694d (MD5) / Made available in DSpace on 2016-01-11T20:32:48Z (GMT). No. of bitstreams: 1 RicardoFerreiraPinheiroFilho_TESE.pdf: 10171654 bytes, checksum: 375fb95a4229d582dab006527b06694d (MD5) Previous issue date: 2014-11-28 / O presente trabalho trata do estudo anal?tico, computacional e experimental dos fen?menos relacionados ? indu??o de correntes parasitas em meios met?licos de baixa permeabilidade para aplica??es em sistemas de frenagem eletromagn?tica embarcadas. S?o enfocados os fen?menos de gera??o de for?as que se op?em ? varia??o de fluxos magn?ticos estacion?rios, produzidos por alimenta??o em corrente cont?nua, postos em movimento pela aplica??o de uma for?a propulsora externa. O estudo ? motivado pela busca por solucionar o problema do controle de velocidade dos PIG?s empregados na verifica??o e manuten??o de tubula??es, e ? conduzido com base na sintetiza??o de modelos anal?ticos, os quais s?o validados por interm?dio de simula??es computacionais no ambiente dos Elementos Finitos, providas por softwares de apoio ? engenharia; e por meio de ensaios experimentais conduzidos em laborat?rio sob condi??es controladas. Por fim, ? apresentada uma metodologia para o projeto de sistemas de frenagem dessa natureza com base nos resultados obtidos das an?lises desenvolvidas ao longo do estudo / This work deals with the analytical, computational and experimental study of phenomena related to the Eddy current induction in low permeability means for embedded electromagnetic braking systems applications. The phenomena of forces generation in opposing to the variation of stationary magnetic flux produced by DC power supplies, set in motion by the application of an external propulsive force are addressed. The study is motivated by search for solving the problem of speed control of PIGs used to verifying and maintaining pipelines, and is led based on the analytical models synthesis, validated by means of computer simulations in Finite Elements environment, provided by engineering support software; and with experimental tests conducted under controlled laboratory conditions. Finally, a damping systems design methodology based on analyzes results conducted throughout the study is presented

Na área de Ensaios Não Destrutivos, o ensaio por eddy current (correntes parasitas) é uma técnica eletromagnética largamente utilizada nas indústrias aeroespacial, nuclear e petroquímica. Esse ensaio detecta descontinuidades superficiais e subsuperficiais, prevenindo acidentes. A técnica phased array surgiu para suprir carências, como o enorme tempo gasto para execução do ensaio em materiais de geometria complexa e falta de registro do ensaio. Essa técnica, já bastante utilizada em outros países, ainda é pouco utilizada no Brasil, por não haver estudos que comprovem a viabilidade econômica, os níveis de detectabilidade de descontinuidades e a confiabilidade dos resultados. Este trabalho tem como objetivo comparar as técnicas do ensaio por Correntes Parasitas convencional com a técnica por phased array, em materiais e peças especificamente utilizados no setor aeronáutico e espacial. Foram selecionadas amostras de materiais e peças, para que pudessem ser aplicadas ambas as técnicas e comparados os resultados. Foi realizado um levantamento bibliográfico das principais normas e especificações utilizadas neste segmento, para verificar a compatibilidade dos métodos. Para atender ao objetivo deste trabalho, foram realizados sete experimentos, variando o material e as técnicas. Após a realização dos ensaios, observou-se uma grande redução de tempo na execução do ensaio, com consequente redução de custos e maior detectabilidade das descontinuidades, com o uso da técnica por phased array. Portanto, baseado nos resultados encontrados, pode-se afirmar que a técnica por phased array pode ser utilizada neste segmento, com vantagens sobre a técnica convencional. / In the area of nondestructive testing, eddy current testing is an electromagnetic technique widely used in aerospace, nuclear and petrochemical industries. This test detects surface and subsurface discontinuities, preventing accidents. Phased array technique has emerged to fill in the gaps, as the enormous time spent implementing the test of large parts or complex geometry and lack of trial registration. This technique, already widely used in others countries, is not used in Brazil, there is no studies proving the economic viability, levels of detectability of discontinuities and reliability of the results. This study aims to compare the conventional technique by eddy current testing with phased array technique, in particular materials and parts used in aeronautics and space sector. Samples of materials and parts were prepared, so that could be applied both techniques and compared the results. A literature survey of the main standards and specifications for this segment was conducted to verify the compatibility of the methods. To meet the objective of this work, seven experiments were performed, varying the material and techniques. After the tests, there was a significant time reduction with the use of phased array technique, costs reduction and increased detectability of discontinuities. Based on the results, it can be said that phased array technique can be used in this segment, with advantages over the conventional technique.

[pt] Esta dissertação apresenta um projeto de sistema portátil de localização de corpos estranhos metálicos não ferromagnéticos por meio de mapeamento magnético. O sistema baseia-se na indução de correntes parasitas no corpo estranho por um estágio de excitação e na medição por um magnetômetro GMI comercial de elevada resolução (25 pT). A topologia do instrumento é baseada no desacoplamento dos estágios de excitação e medição, com uma configuração que produz linhas de campo magnético primário elevadas na região do corpo estranho e tênues na região do sensor. Esta característica supera as limitações de um instrumento previamente desenvolvido, permitindo aumentar o campo magnético primário de excitação sem saturar o magnetômetro. O projeto é baseado em simulações computacionais, considerando dois tipos de excitação e duas orientações para o eixo de sensibilidade do magnetômetro. Diretrizes internacionais para os limites de exposição à radiação não-ionizante, aspectos biometrológicos, construtivos e elétricos também foram levados em consideração no projeto. A análise de desempenho das configurações mais promissoras confirmou a viabilidade do instrumento de medição proposto, otimizando a operação linear do magnetômetro durante o procedimento de medição e contribuindo para a futura construção de um protótipo de sistema de medição completo, com características de desempenho e segurança asseguradas para a aplicação biomédica pretendida. / [en] This dissertation presents a portable system for the localization of nonferromagnetic foreign metal bodies by magnetic mapping. The system is based on the induction of eddy currents in the foreign body by an excitation stage and the measurement by a high resolution commercial GMI magnetometer (25 pT). The instrument topology is based on the decoupling of the stages of excitation and measurement, with a configuration that produces a high primary magnetic field in the foreign body region and a weak one in the sensor region. This feature surpasses the limitations of a previously developed instrument, allowing to increase the primary excitation magnetic field without saturating the magnetometer. The project is based on computational simulations, considering two types of excitation and two orientations for the magnetometer sensitivity axis. International guidelines for exposure limits to non-ionizing radiation, biometrological, constructive and electrical aspects were also taken into consideration in the project. The performance analysis of the most promising settings confirmed the viability of the proposed measurement instrument, optimizing the linear operation of the magnetometer during the measurement procedure and contributing to the future construction of a complete measurement system prototype, with performance and safety characteristics ensured for the intended biomedical application.