112021009890 MÉTODO DE MONITORAMENTO DE CARGAS AXIAIS
Depósito: 23/11/2018
Destaque: produto comercializado pela BR2W
Inventor: PEDRO LUIZ DE SOUZA PINTO FILHO / FELLIPHE GÓES FERNANDES BARBOSA / LEANDRO TADEU ROLDÃO PERESTRELO / MILTON DIAS JUNIOR / LAYSE FREITAS BOERE DE MORAES
Titular: Unicamp (BR/SP) / BR2W Soluções Ltda.
A invenção trata de um método de monitoramento de cargas axiais em estruturas, especialmente amarras usadas em ancoragem marítima, baseado na identificação das frequências naturais de vibração. Atualmente, essas cargas são medidas por células de carga (strain gauges) ou sensores de ângulo, mas tais métodos enfrentam falhas, dificuldades de manutenção e alta sensibilidade a contaminantes e corrosão. A proposta supera essas limitações ao utilizar sensores de vibração, como acelerômetros, que identificam variações nas frequências naturais da estrutura conforme a carga aplicada. O método se baseia em testes com um protótipo reduzido da amarra, submetido a vibrações controladas e diferentes tensões, para gerar um modelo computacional validado por análise modal. Esse modelo é então extrapolado para a amarra real, permitindo construir uma carta de calibração que relaciona frequências naturais e cargas axiais. A instrumentação da amarra real envolve a instalação superficial de sensores, de fácil substituição, e a excitação pode ser feita por forças ambientais, impacto mecânico ou atuadores inerciais. O processamento dos dados transforma as respostas temporais em espectros de frequência, possibilitando a estimativa da carga aplicada por correlação com a carta de calibração. A análise pode ser simples, baseada em uma única frequência, ou avançada, combinando múltiplas frequências com auxílio de algoritmos de redes neurais, lógica nebulosa, algoritmos genéticos ou inteligência artificial. O método oferece maior confiabilidade, simplicidade, facilidade de manutenção e dispensa a necessidade de calibração complexa em escala real. Além disso, pode aproveitar sensores já existentes em sistemas defeituosos. Em suma, a invenção apresenta uma solução prática, versátil e inovadora para monitoramento estrutural em ambientes severos, especialmente no setor de óleo e gás.
O trabalho foi coordenado por Milton Dias, da Faculdade de Engenharia Mecânica (FEM), em colaboração com a empresa BR2W, que desenvolveu uma solução voltada justamente para o monitoramento dessas cargas. “Os métodos existentes atualmente para esse tipo de controle são muito caros. Já os que têm preços acessíveis, são imprecisos. Nós desenvolvemos uma metodologia de monitoramento fácil de ser aplicada e que fornece um nível de precisão interessante, sobretudo se considerarmos suas vantagens”, explica o docente. A tecnologia desenvolvida no Laboratório de Dinâmica de Estruturas e Máquinas (LDEM) envolve um método para determinação da carga axial aplicada às amarras por meio da medição da resposta vibracional desses sistemas. A tecnologia consiste
de um mecanismo de aquisição e processamento de sinais que registra a vibração na amarra, de maneira
que suas frequências naturais sejam estimadas. Conhecendo-se a relação entre essas frequências naturais e a carga axial à qual a amarra está submetida, é possível determinar a carga que atua sobre a amarra.
Resumo: 112021009890 A presente invenção refere-se a um método de monitoramento de cargas axiais em estruturas por meio da identificação das frequências naturais. As estruturas analisadas são compostas de elementos conectados por meio de contato e são submetidas a cargas trativas, por exemplo amarras (105). O método proposto utiliza teste em bancada e um modelo computacional da estrutura para obtenção da variação das frequências naturais em relação à variação da carga. O monitoramento é feito com a utilização de sensores de vibração (201), especialmente acelerômetros, sensores de posição a laser ou strain guages, para medir o comportamento dinâmico da estrutura, uma unidade de aquisição de dados e condicionamento de sinais (202) e um computador (203) para relacionar a carga aplicada e o comportamento vibratório através de algoritmo computacional, bem como apresentar o resultado. A invenção apresenta um fácil método de calibração para o padrão dimensional das estruturas em questão, alta acurácia e fácil instalação e operação em campo.
Referências:
Revista Prêmio Inventores Unicamp 2021, p, 32-35
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