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.

Os motores de indução desempenham um importante papel na indústria, fato este que destaca a importância do correto diagnóstico e classificação de falhas ainda em fase inicial de sua evolução, possibilitando aumento na produtividade e, principalmente, eliminando graves danos aos processos e às máquinas. Assim, a proposta desta tese consiste em apresentar um multiclassificador inteligente para o diagnóstico de motor sem defeitos, falhas de curto-circuito nos enrolamentos do estator, falhas de rotor e falhas de rolamentos em motores de indução trifásicos acionados por diferentes modelos de inversores de frequência por meio da análise das amplitudes dos sinais de corrente de estator no domínio do tempo. Para avaliar a precisão de classificação frente aos diversos níveis de severidade das falhas, foram comparados os desempenhos de quatro técnicas distintas de aprendizado de máquina; a saber: (i) Rede Fuzzy Artmap, (ii) Rede Perceptron Multicamadas, (iii) Máquina de Vetores de Suporte e (iv) k-Vizinhos-Próximos. Resultados experimentais obtidos a partir de 13.574 ensaios experimentais são apresentados para validar o estudo considerando uma ampla faixa de frequências de operação, bem como regimes de conjugado de carga em 5 motores diferentes. / Induction motors play an important role in the industry, a fact that highlights the importance of correct diagnosis and classification of faults on these machines still in early stages of their evolution, allowing increase in productivity and mainly, eliminating major damage to the processes and machines. Thus, the purpose of this thesis is to present an intelligent multi-classifier for the diagnoses of healthy motor, short-circuit faults in the stator windings, rotor broken bars and bearing faults in induction motors operating with different models of frequency inverters by analyzing the amplitude of the stator current signal in the time domain. To assess the classification accuracy across the various levels of faults severity, the performances of four different learning machine techniques were compared; namely: (i) Fuzzy ARTMAP network, (ii) Multilayer Perceptron Network, (iii) Support Vector Machine and (iv) k-Nearest-Neighbor. Experimental results obtained from 13.574 experimental tests are presented to validate the study considering a wide range of operating frequencies and also load conditions using 5 different motors.

Orientador: Marcos Fernando de Souza Teixeira / Resumo: Os principais objetivos desse trabalho, que envolve importantes áreas da ciência como química, física nuclear e geologia, são quantificar as atividades de gás radônio e concentração de chumbo total em regiões específicas do Brasil e Portugal, além de elaborar mapas indicativos do teor geogênico desses elementos em regiões de falhas geológicas. As zonas de falha geológica são regiões onde ocorreram fraturamentos e esmagamentos intensos de rocha e possuem a característica intrínseca de liberarem maior quantidade de gás Rn. As regiões de falhas também podem ser alvo de estudos voltados à quantificação de metais, principalmente de chumbo (Pb) por estar inserido na série natural de decaimento radioativo do urânio. As amostras de solo e rocha foram coletadas de acordo com estudos prévios em dois cenários, o primeiro abrange regiões específicas de Portugal (Sangemil e Oliveira do Hospital) e o segundo cenário refere-se ao município de Presidente Prudente, estado de São Paulo, Brasil. As amostras foram analisadas utilizando-se de algumas técnicas como: espectrometria com detector de germânio de alta resolução, onde quantificou-se as atividades de 235U, 228Ac, 226Ra, 210Pb, 212Pb, 214Pb, 212Bi, 214Bi, 234Pa, 208Tl e 40K; medidor Alpha Guard instalado em contentores metálicos onde determinou-se o coeficiente de emanação por meio das concentrações de Rn e Ra; medidor Alpha Guard e câmara de ionização que possibilitou quantificar Rn e U in situ, análise eletroquímica via técnica de volta... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: The main objectives of this work, that involve important areas of science such as chemistry, nuclear physics and geology, are to quantify uranium, radon gas and total lead concentration in specific areas from Brazil and Portugal, and to prepare geogenic maps indicating the content of these elements in geological faults regions. The geologic fault zones are regions where fractures and intense crushing of the rock occurred, with varying thickness in centimeters until kilometers. Due to the intrinsic characteristic of releasing a larger amount of Rn gas, geological fault regions can also be the target of studies aimed at the quantification of metals, mainly lead (Pb), as it is included in the natural decay series of uranium. Soil and rock samples were collected according to previous studies in two scenarios, the first covering specific regions of Portugal (Sangemil and Oliveira do Hospital) and the second scenario refers to Presidente Prudente municipality, state of São Paulo, Brazil. The samples were analyzed using some techniques such as HPGe detector, where the activities of 235U, 228Ac, 226Ra, 210Pb, 212Pb, 214Pb, 212Bi, 214Bi, 234Pa, 208Tl and 40K were quantified; Alpha Guard installed in metal containers where the emanation coefficient was determined by the Rn and Ra concentrations ; Alpha Guard and ionization chamber that possibilited to quantify Rn and U in situ and Anodic Stripping Voltammetry that the total Pb content of the samples was measured. The radionuclides acti... (Complete abstract click electronic access below) / Doutor

A utilização de várias ferramentas de injeção de falhas em um mesmo experimento de testes fornece mais subsídios para os resultados alcançados, tornando a atividade mais efetiva e menos sujeita a erros de interpretação. Neste sentido, as cargas de falhas possuem um importante papel, visto que elas compõem a principal entrada a ser fornecida nestas ferramentas. No entanto, os mecanismos oferecidos, nas ferramentas de injeção de falhas existentes, para esta especificação de cargas de falhas, possuem um baixo grau de usabilidade e expressividade. Por este motivo, o presente trabalho aborda uma metodologia, na qual cenários detalhados de testes, que envolvam experimentos com injeção de falhas, possam ser especificados de maneira simples, homogênea e padronizada. Para isso, é proposta a criação de um ambiente para a especificação destas cargas de falhas, denominado como jFaultload. Este ambiente, por sua vez, utiliza-se de um subconjunto da linguagem Java para a especificação destas cargas de falhas, ficando responsável ainda pela tradução, desta carga em Java, para os respectivos formatos de carga referentes a cada injetor de falhas utilizado em um dado experimento. Para efeito de exemplo e validação do ambiente proposto, as ferramentas FIRMAMENT, MENDOSUS e FAIL/FCI são integradas neste ambiente, tornando assim o cenário de testes amplamente detalhado. O serviço a ser testado, visando a demonstração da usabilidade e expressividade da solução proposta, foi uma sessão de video streaming, utilizando-se para isso do protocolo RTP, onde uma campanha de testes foi realizada com o injetor FIRMAMENT. / Use of two or more fault injection tools in a test campaign enriches the scenario obtained from a test execution. Faultloads represent the main input for these tools but their specification mechanisms lack usability and expressiveness. This thesis presents a full test scenario featuring the use of jFaultload, which applies Java for the specification of faultloads and translates them to specific formats that are appropriate to each available fault injector. FIRMAMENT, MENDOSUS and FAIL/FCI, fault injectors for communication systems, were integrated in the environment and complete the test scenario. The service under test used to demonstrate the usability and expressiveness of our solution is a video streaming session using RTP Protocol, which a test campaign was executed through the FIRMAMENT fault injector.

A comunicação entre circuitos integrados tem evoluído em desempenho e confiabilidade ao longo dos anos. Inicialmente os projetos utilizavam barramentos paralelos, onde existe a necessidade de uma grande quantidade de vias, utilizando muitos pinos de entrada e saída dos circuitos integrados resultando também em uma grande suscetibilidade a interferências eletromagnéticas (EMI) e descargas eletrostáticas (ESD). Na sequência, ficou claro que o modelo de barramento serial possuía ampla vantagem em relação ao predecessor, uma vez que este utiliza um menor número de vias, facilitando o processo de leiaute de placas, facilitando também a integridade de sinais possibilitando velocidades muito maiores apesar do menor número de vias. Este trabalho faz uma comparação entre os principais protocolos seriais de baixa e média velocidade. Nessa pesquisa, foram salientadas as características positivas e negativas de cada protocolo, e como resultado o enquadramento de cada um dos protocolos em um segmento de atuação mais apropriado. O objetivo deste trabalho é utilizar o resultado da análise comparativa dos protocolos seriais para propor um aparato de hardware capaz de suprir uma deficiência encontrada no protocolo serial I2C, amplamente utilizado na indústria, mas que possui restrições quando a aplicação necessita alta confiabilidade. O aparato, aqui chamado de Monitor de Barramento I2C, é capaz de verificar a integridade de dados, sinalizar métricas sobre a qualidade das comunicações, detectar falhas transitórias e erros permanentes no barramento e agir sobre os dispositivos conectados ao barramento para a recuperação de tais erros, evitando falhas. Foi desenvolvido um mecanismo de injeção de falhas para simular as falhas em dispositivos conectados ao barramento e, portanto, verificar a resposta do monitor. Resultados no PSoC5, da empresa Cypress, mostram que a solução proposta tem um baixo custo em termos de área e nenhum impacto no desempenho das comunicações. / The communication between integrated circuits has evolved in performance and reliability over the years. Initially projects used parallel buses, where there is a need for a large amount of wires, consuming many input and output pins of the integrated circuits resulting in a great susceptibility to electromagnetic interference (EMI) and electrostatic discharge (ESD). As a result, it became clear that the serial bus model had large advantage over predecessor, since it uses a smaller number of lanes, making the PCB layout process easier, which also facilitates the signal integrity allowing higher speeds despite fewer pathways. This work makes a comparison between the main low and medium speed serial protocols. The research has emphasized the positive and negative characteristics of each protocol, and as a result the framework of each of the protocols in a more appropriate market segment. The objective of this work is to use the results of comparative analysis of serial protocols to propose a hardware apparatus capable of filling a gap found in the I2C protocol, widely used in industry, but with limitations when the application requires high reliability. The apparatus, here called I2C Bus Monitor, is able to perform data integrity verification activities, to signalize metrics about the quality of communications, to detect transient faults and permanent errors on the bus and to act on the devices connected to the bus for the recovery of such errors avoiding failures. It was developed a fault injection mechanism to simulate faults in the devices connected to the bus and thus verify the monitor response. Results in the APSoC5 from Cypress show that the proposed solution has an extremely low cost overhead in terms of area and no performance impact in the communication.

A quantidade de falhas recentes em transformadores e suas consequências são alarmantes. As perdas econômicas, os riscos e a falta de confiabilidade decorrentes são inaceitáveis. Face à gravidade da situação um conjunto de recomendações de implementação imediata é estabelecido. O objetivo é assegurar a continuidade da operação confiável dos transformadores em serviço e garantir a especificação segura de transformadores novos. As recomendações envolvem o dimensionamento de enrolamentos levando em conta transitórios rápidos e ressonâncias internas; auditoria e controle de projetos; formas de ondas de ensaio mais representativas de fenômenos transitórios não convencionais; ações associadas à condições de operação; monitoração contínua e aplicação de filtros para a proteção frente a transitórios rápidos. Estas recomendações apoiam-se em análises cuidadosas das condições de projeto, fabricação e ensaios de transformadores complementadas pela análise teórica e de campo de falhas recentes em grandes transformadores de alta tensão. Vários modos de falhas dielétricas de transformadores estão associados a transitórios eletromagnéticos não convencionais. É analisada a modelagem de enrolamentos para transitórios de alta frequência. Os resultados de simulações aplicadas a alguns transformadores de alta tensão são apresentados. A aplicação das recomendações apresentadas deverá resultar na redução de falhas em grandes transformadores de alta tensão. / The number of transformer failures and its consequences are of very high concern. The associated economic losses, risks to life and environment and reduced reliability level are not acceptable any more. From this situation, a set of recommendation with possible immediately implementation is established. The objective is to give a reliable continuous operation condition to the remaining transformers in service and guarantee a safe specification for new transformers. The recommendations are including the dimensioning of transformer windings related to very fast transients and internal resonance; design review; dielectric test waves more representatives of non conventional transients phenomena; operation conditions; continuous monitoring and application of filter as protection device against very fast transients. These recommendations are supported by deep analysis of design conditions, manufacturing and test of power transformers complemented with theoretic and on site analysis of recent failures of high voltage large power transformers. Several dielectric failures modes of transformers are associated with non conventional electromagnetic transients. From this, it is included a modeling of transformer windings for high frequency transients. The results of simulations applied to high voltage transformers are presented. The application of the presented recommendations shall give as result a reduction in number of failures of large power transformers.

Este trabalho trata da utilização de protocolos de comunicação de grupo para a disseminação de escritas em arquivos replicados. A replicação de arquivos tem como objetivo aumentar a disponibilidade dos dados mesmo mediante a ocorrência de alguma falha. Existem duas abordagens principais para a replicação de arquivos: a da cópia primária e das cópias ativas. Em ambas as abordagens é necessário que seja mantida a integridade dos dados replicados, de forma que todos cópias dos arquivos replicados estejam no mesmo estado. Essa integridade pode ser mantida pela escolha correta de uma estratégia de disseminação de escritas. Como os servidores que mantém cópias do mesmo arquivo formam um grupo de replicação, a disseminação de escritas pode ser feita através de comunicação de grupos. Neste trabalho são apresentados os sistemas de comunicação de grupo xAMp, da Universidade de Lisboa; Totem, Universidade da Califórnia; Transis da Universidade de Hebréia de Jerusalém; Horus, da Universidade de Cornell e Newtop da Universidade de Newcastle. Todos os sistemas descritos possuem características de comunicação de grupo e membership que permitem a sua utilização na disseminação de escritas para arquivos replicados. Este trabalho descreve, também, o protótipo PDERM (Protótipo para a Disseminação de Escritas em arquivos Replicados, através de Multicast), implementado para analisar o comportamento de um sistema de comunicação de grupo, o xAMp, na disseminação de escritas em arquivos replicados pela estratégia da cópia primária. Foi analisado o aspecto da manutenção da integridade das réplicas mesmo na ocorrência de falha do servidor primário.

O uso da recuperação de processos para obter sistemas computacionais tolerantes a falhas não é um assunto novo. Entretanto, a discussão de algoritmos para a recuperação em sistemas distribuídos, notadamente aqueles que se enquadram na categoria assíncrona, ainda encontra pontos em aberto. Este é o contexto do presente trabalho. Este trabalho apresenta um novo algoritmo de recuperação por retorno, em sistemas distribuídos. O algoritmo proposto é do tipo coordenado, e seus mecanismos componentes determinam que seja classificado como um algoritmo baseado em índices (index-based coordinated). Desta forma, a tolerância a falhas é obtida através do estabelecimento de linhas de recuperação, o que possibilita um retorno consideravelmente rápido, em caso de falha. Seu desenvolvimento foi feito com o objetivo de minimizar o impacto ao desempenho do sistema, tanto quando este estiver operando livre de falhas como quando ocorrerem as falhas. Além disso, os mecanismos componentes do algoritmo foram escolhidos visando facilitar a futura tarefa de implementação. A satisfação dos objetivos decorre principalmente de uma importante característica assegurada pelos mecanismos propostos no algoritmo: o não bloqueio da aplicação, enquanto é estabelecida uma nova linha de recuperação. Esta característica, associada ao rápido retorno, oferece uma solução promissora, em termos de eficiência, para a recuperação, um vez que o impacto no desempenho tende a ser reduzido, quando o sistema encontra-se operando em ambas condições: livre de erros ou sob falha. Diferentemente da maioria dos algoritmos coordenados encontrados na literatura, o algoritmo proposto neste trabalho trata as mensagens perdidas. A partir da análise das características das aplicações, bem como dos canais de comunicação, quando estes interagem com o algoritmo de recuperação, concluiu-se que os procedimentos usados para recuperação de processos devem prever o tratamento desta categoria de mensagens. Assim, o algoritmo proposto foi incrementado com um mecanismo para tratamento das mensagens que têm o potencial de tornarem-se perdidas, em caso de retorno, ou seja, evita a existência de mensagens perdidas. Uma das decisões tomadas durante o desenvolvimento do algoritmo foi a de permitir um processamento não determinístico. Na realidade, esta escolha visou o aumento do espectro das falhas que poderiam ser tratadas pela recuperação. Tradicionalmente, a recuperação por retorno é empregada para tolerar falhas temporárias. Entretanto, a diversidade de ambiente, freqüente nos SDs, também pode ser usada para tolerar algumas falhas permanentes. Para verificar a correção do algoritmo, decidiu-se empregar um formalismo existente. Assim, a lógica temporal de Lamport (TLA) foi usada na especificação dos mecanismos do algoritmo bem como em sua demonstração de correção. O tratamento referente às mensagens perdidas, atrav´es do uso de mensagens de resposta, associado com o uso de uma lógica temporal, levou à necessidade de rever os critérios de consistência. Esta revisão gerou um conjunto de fórmulas de consistência ajustadas à existência de mensagens de diferentes classes: mensagens da aplicação e mensagens de resposta.

Mecanismos de comunicação entre processos são fundamentais no desenvolvimento de sistemas distribuídos, já que constituem o único meio de compartilhar dados entre processos que não dispõem de memória comum. Um dos principais mecanismos de comunicação utilizados é a troca de mensagens entre os processos componentes do sistema. Existem muitas aplicações que são compostas por um conjunto de processos que cooperam para realizar uma determinada tarefa e que são mais facilmente construídas se o sistema operacional oferecer a possibilidade de se enviar uma mensagem a diversos destinos. Neste caso são necessários mecanismos que permitam a difusão confiável de uma mensagem para um grupo de processos em uma única operação. Tendo em vista esta necessidade, diversos protocolos têm sido apresentados na literatura para permitir a comunicação entre um grupo de processos com diferentes graus de complexidade e de desempenho. Este trabalho apresenta um ambiente para desenvolvimento e utilização de protocolos de comunicação em grupo, denominado FlexGroup. O ambiente divide os protocolos em suas características fundamentais, permitindo que estas características possam ser desenvolvidas separadamente como subprotocolos. Os subprotocolo são interligados através de uma interface comum e gerenciados pelo núcleo do ambiente. A comunicação entre as diversas máquinas da rede é gerenciada pelo FlexGroup, permitindo que o desenvolvedor de um novo subprotocolo possa somente se focar nas características específicas do seu protocolo. Esta modularidade permite, ainda, que apenas as partes de interesse de um novo protocolo precisem ser implementadas, além de também viabilizar a criação de um protocolo baseado nos já existentes no ambiente. Além disso, o ambiente permite que as aplicações de comunicação em grupo possam definir, através de uma biblioteca, o conjunto de subprotocolos que desejam utilizar, em tempo de execução, sem necessidade de conhecer a implementação interna dos subprotocolos.. Da mesma forma, alguém que se proponha a realizar comparações com os protocolos existentes, pode utilizar os diversos subprotocolos e as aplicações existentes, bastando alterar os protocolos utilizados em tempo de execução e avaliando somente as características que deseje analisar.

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.