Please use this identifier to cite or link to this item:
https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/44655
ORCID: | ![]() |
Document type: | Trabalho de Conclusão de Curso |
Access type: | Acesso Aberto |
Title: | Desenvolvimento de máquina tracionadora para sonda de inspeção de trocadores de calor |
Alternate title (s): | Development of traction machine for heat exchanger inspection probe |
Author: | Marcelo, Alexandre Mendes |
First Advisor: | Assis, Pedro Agusto Queiroz de |
First member of the Committee: | Reis, Ruham Pablo |
Second member of the Committee: | Ferraresi, Rafael Nardon |
Summary: | A indústria do gás e petróleo utiliza trocadores de calor do tipo Casco e Tubos em inúmeras etapas de produção, necessitando desse equipamento sempre dentro dos requisitos de qualidade. Para isso é necessário validar essa qualidade com inspeções regulares, especialmente por meio de ensaios não destrutivos. Uma possibilidade para realizar a inspeção desse tipo de equipamento é utilizar o método 𝑅𝑒𝑚𝑜𝑡𝑒 𝐹𝑖𝑒𝑙𝑑 𝑇𝑒𝑠𝑡𝑖𝑛𝑔 (RFT). Esse ensaio consiste na passagem de uma sonda inspetora dotada de bobinas excitadoras e receptoras no interior de um feixe tubular. A leitura dos campos magnéticos induzidos possui um sinal característico para tubos dentro dos requisitos de qualidade. Quando a leitura do tubo em inspeção apresenta sinais fora do padrão é possível inferir a existência de irregularidade(s) e/ou defeito(s), como perda de material por corrosão. Mais ainda, os sinais explicitam quais são os tipos de defeitos e seus graus. Para o sucesso da detecção dos defeitos é necessário tomar certos cuidados, como a tração da sonda inspetora numa velocidade constante. O Laboratório de Acústica e Vibração da Universidade Federal de Uberlândia faz pesquisas envolvendo o RFT, fazendo-se necessário um equipamento para a tração da sonda, mas os equipamentos comerciais disponíveis têm alto custo. Nesse contexto, o presente trabalho visa o desenvolvimento de uma máquina tracionadora de baixo custo para viabilizar os ensaios. Para esse desenvolvimento, divide-se o tracionador em três módulos: tração, alimentação e controle. O primeiro comporta um motor CC e encoder incremental para proporcionar movimento e leitura da velocidade angular. No módulo de alimentação existem componentes para conversão de corrente alternada da rede em corrente contínua e alimentação da máquina. Por fim, o módulo de controle consiste numa Interface Homem-Máquina no formato de 𝐽𝑜𝑦𝑠𝑡𝑖𝑐𝑘 com um microcontrolador e sistema operacional de tempo real FreeRTOS para implementação de um controlador digital em malha fechada para rastreamento de velocidades comandadas para a movimentação da sonda. Visando o desenvolvimento do controlador, realizou-se a identificação de um modelo matemático para o motor adotado utilizando a resposta em frequência. Então, com base no modelo obtido, projetou-se um controlador do tipo Proporcional-Integral. Resultados de simulação e experimentais mostraram que o sistema de controle desenvolvido é capaz de fazer a sonda se movimentar em torno da velocidade comandada pelo operador. Portanto, a máquina tracionadora desenvolvida ao longo do presente trabalho alcançou o objetivo proposto. Mais ainda, somando-se os custos de materiais e equipamentos utilizados, obteve-se um custo estimado de R$ 1.992,17, significativamente inferior aos preços dos equipamentos comerciais. |
Abstract: | The oil and gas industry uses Shell and Tubes heat exchangers in a large amount of production steps, needing this equipment always within the quality requirements. For that is necessary to validate this quality with regular inspections, especially through non-destructing testing. One possibility for this kind of equipment testing is using the Remote Field Testing (RFT). This testing consist of passing an inspection probe equipped with excitation and receiving coils inside a tubular bandle. The induced magnetic field reading has a characteristic signal for tubes within the quality requirements. When the tube under inspection presents out of pattern readings, it is possible to infer the existence of irregularity(s) and/or defect(s), generally material loss due to corrosion. Even more so, the signals show which type of defects and their degrees. For the defect detection success it is necessary to take certain precautions, such as the probe traction in a constant speed. The Acoustics and Vibration Laboratory of the Federal University of Uberlândia does researches involving the RFT, making it necessary to have a traction probe equipment, however commercial equipment has high costs. In this context, the present work aims the development of a low cost traction machine to enable the tests. For this development, the traction machine is divided in three modules: traction, power and control. The first holds a CC motor and incremental encoder to provide movement and angular speed reading. In the power module there is components to convert de alternating current in constant current to supply the machine. Finally, the control module consists of a Human-Machine Interface in a Joystick shape with a microcontroller and FreeRTOS real time operational system for closed loop digital controller implementing to track commanded speed probe motion. Aiming the controller development, a mathematical model was identified for the adopted engine using the frequency response. Then, based on the model achieved, a Proportional-Integral type controller was designed. Results of simulation and experimentation show that the control system developed is able to make the probe move next to the speed set by the operator. Therefore, the traction machine developed throughout the present work achieved the proposed goal. Even more so, adding the costs of material and equipment used, an estimated cost of R$ 1.992,17 was obtained, significantly lower than commercial equipment costs. |
Keywords: | Trocadores de Calor; inspeção; RFT; movimentação de sonda; controle de velocidade de motor CC; tracionador de baixo custo. Heat Exchangers; inspection; RFT; probe motion; CC motor speed control; low cost traction machine. |
Area (s) of CNPq: | CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA |
Language: | por |
Country: | Brasil |
Publisher: | Universidade Federal de Uberlândia |
Quote: | MARCELO; Alexandre Mendes. Desenvolvimento de máquina tracionadora para sonda de inspeção de trocadores de calor. 2024. 50 f. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia Mecatrônica) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2024. |
URI: | https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/44655 |
Date of defense: | 12-Nov-2024 |
Appears in Collections: | TCC - Engenharia Mecatrônica |
Files in This Item:
File | Description | Size | Format | |
---|---|---|---|---|
DesenvolvimentoMaquinaTracionadora.pdf | TCC | 11.07 MB | Adobe PDF | ![]() View/Open |
This item is licensed under a Creative Commons License