Otimização paramétrica utilizando modelo substituto para a redução de vibrações em máquinas elétricas girantes

• Ano de defesa: 2021
• Autor(a) principal: Lopes, Rafael de Souza
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Palavras-chave em Português: Engenharia mecânica; Máquinas elétricas; Vibração
• Link de acesso: https://repositorio.udesc.br/handle/UDESC/15665

Uma das principais preocupações no projeto de uma máquina elétrica girante (MEG) é a vibração associada a duas vezes a frequência da rede. Quando uma MEG está operando, essa vibração proveniente do estator é transmitida para a carcaça e aos mancais. Caso os valores de vibração estejam acima do solicitado, ocorrerá o desligamento imediato da MEG. Com o objetivo de reduzir esse tipo de vibração, os fabricantes de MEGs projetam componentes mecânicos para serem instalados na interface entre o estator e a carcaça. Esses componentes tem como objetivo atender os limites de vibração definidos em normas internacionais como a IEC 60034 e a NEMA MG 1, bem como as solicitações do mercado. Os procedimentos experimentais para reduzir os níveis de vibração durante a fase de projeto são caros e exigem muito tempo. Dessa forma, procedimentos de simulação e otimização numérica são empregados para evitar tais inconvenientes, reduzindo o custo durante a fase de projeto. No entanto, a otimização requer uma grande quantidade de simulações que também possuem alto custo computacional. O presente trabalho visa definir um novo mecanismo para atenuar a transmissibilidade de vibração entre o estator e a carcaça de MEG de grande porte, alterando a frequência natural do sistema e/ou reduzindo a amplitude de vibração naquela região. O projeto desse mecanismo envolve otimização paramétrica com o uso de modelos substitutos baseados na teoria de Kriging, buscando reduzir o tempo computacional. Modelos substitutos dão agilidade ao processo de desenvolvimento e otimização do produto, diminuindo o número de avaliações numéricas de alto custo computacional. Para o projeto do mecanismo, um problema de otimização é definido e por meio de modelos substitutos as funções objetivo e de restrições são aproximadas. A função objetivo é usada para ajustar a frequência natural do sistema a um determinado valor, enquanto as restrições são velocidade de vibração nos mancais, a deflexão do estator e a tensão mecânica experimentada pelo mecanismo causada pela onda de pressão girante no estator. O método de PSO (Particle Swarm Optimization) modificado para considerar as restrições é utilizado para solucionar o problema de otimização. Uma comparação entre os níveis de vibração do componente original e do otimizado é realizada para mostrar a eficácia da solução. Como resultado, o mecanismo proposto mostrou-se eficiente, reduzindo a frequência natural do sistema e atendendo às restrições. A metodologia de otimização com modelos substitutos apresentada se mostrou acurada e ágil, auxiliando na tomada de decisão durante o projeto de componentes.