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Document type: Tese
Access type: Acesso Aberto
Title: Balanceamento de máquinas rotativas sem o uso de massas de teste através de redes neurais artificiais
Alternate title (s): Balancing of rotating machines without the use of test weights using artificial neural networks
Author: Pereira Neto, Raimundo Vicente
First Advisor: Cavallini Junior, Aldemir Aparecido
First member of the Committee: Steffen Junior, Valder
Second member of the Committee: Duarte, Marcus Antônio Viana
Third member of the Committee: Dourado, Arinan De Piemonte
Fourth member of the Committee: Machado, Marcela Rodrigues
Summary: Dentre as falhas mais comuns em máquinas rotativas, o desbalanceamento destaca-se como a mais frequentemente encontrada. Ele caracteriza-se pela distribuição irregular da massa ao longo do eixo de rotação e é inerente a esse tipo de equipamento, seja por imperfeições nos processos de fabricação e montagem, seja pelo desgaste decorrente do uso prolongado. Assim, para garantir a segurança operacional e aumentar a vida útil do equipamento, a aplicação periódica do procedimento de balanceamento torna-se necessário. Ao longo do tempo, diversas metodologias de balanceamento foram desenvolvidas, destacando-se o Método do Coeficiente de Influência (CI), amplamente utilizado na indústria. No entanto, com o aumento da demanda por máquinas mais eficientes, a parada de máquina, necessária para a realização do balanceamento pelo CI passou a ser considerada um inconveniente. Nesse contexto, esta Tese apresenta duas metodologias para o balanceamento de rotores sem a utilização de massas de teste. A primeira metodologia, baseada em modelo, utiliza um modelo em elementos finitos do rotor para gerar dados de treino de uma RNA. Essa abordagem é validada numericamente e experimentalmente, sendo também analisada a pertinência da representatividade do modelo do rotor frente às estimativas fornecidas pelo modelo neural. A segunda metodologia, baseada em dados, emprega uma nova abordagem de Aumento de Dados (AD), desenvolvida especificamente para gerar amostras virtuais a partir de um conjunto reduzido de dados experimentais. Os resultados mostram que a primeira metodologia revelou-se robusta sob variações significativas ao parâmetros considerados incertos no modelo, mantendo, em média, uma redução de 50% das amplitudes de vibração nos três estudos de caso realizados. Já na segunda metodologia, foram realizados dois estudos de caso. No primeiro, sendo utilizadas cinco amostras experimentais, apresentou uma redução média de 60% das amplitudes de vibração. No segundo estudo, foram utilizadas apenas duas amostras experimentais, obtendo-se uma redução média de aproximadamente 70% em todas as condições analisadas. Portanto, ambas as metodologias mostram-se soluções viáveis para o balanceamento de máquinas rotativas sem o uso de massas de teste — sendo a primeira indicada quando se dispõe de um modelo numérico do rotor, e a segunda, quando não há modelo disponível e um limitação de dados experimentais.
Abstract: Among the most common faults in rotating machines, imbalance stands out as the most frequently encountered. It is characterized by an uneven distribution of mass along the axis of rotation and is inherent to this type of equipment, whether due to imperfections in manufacturing and assembly processes or wear caused by prolonged use. Thus, to ensure operational safety and extend equipment lifespan, the periodic application of balancing procedures becomes necessary. Over time, several balancing methodologies have been developed, with the Influence Coefficient (IC) method being widely adopted in industry. However, with increasing demand for more efficient machines, the machine downtime required to perform balancing using the IC method has become increasingly inconvenient. In this context, this Thesis presents two methodologies for rotor balancing without the use of trial masses. The first, model-based methodology employs a finite element model of the rotor to generate training data for an Artificial Neural Network (ANN). This approach is validated numerically and experimentally, and the adequacy of the rotor model representation is analyzed in comparison with the estimates provided by the neural model. The second, data-based methodology introduces a novel Data Augmentation (DA) approach, specifically developed to generate virtual samples from a limited set of experimental data. The results show that the first methodology proved robust under significant variations in parameters considered uncertain in the model, achieving an average reduction of 50% in vibration amplitudes across three case studies. Regarding the second methodology, two case studies were conducted. In the first, five experimental samples were used, resulting in an average reduction of 60% in vibration amplitudes. In the second study, only two experimental samples were employed, yielding an average reduction of approximately 70% across all tested conditions. Therefore, both methodologies prove to be viable solutions for balancing rotating machinery without the use of trial masses — the first being recommended when a numerical model of the rotor is available, and the second when no such model exists and there is a limited amount of experimental data.
Keywords: Redes Neurais Artificiais
Artificial Neural Networks
Máquinas rotativas
Rotating machines
Desbalanceamento sem massa de teste
Unbalance without test mass
Aprendizado de máquina
Machine Learning
Area (s) of CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS
Subject: Engenharia mecânica
Language: por
Country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Uberlândia
Program: Programa de Pós-graduação em Engenharia Mecânica
Quote: PEREIRA NETO, Raimundo Vicente. Balanceamento de máquinas rotativas sem o uso de massas de teste através de redes neurais artificiais. 2025. 116 f. Tese (Doutorado em Engenharia Mecânica) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia. DOI http://doi.org/10.14393/ufu.te.2025.373.
Document identifier: http://doi.org/10.14393/ufu/.te.2025.373
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/46551
Date of defense: 15-Jul-2025
Sustainable Development Goals SDGs: ODS::ODS 9. Indústria, Inovação e infraestrutura - Construir infraestrutura resiliente, promover a industrialização inclusiva e sustentável, e fomentar a inovação.
Appears in Collections:TESE - Engenharia Mecânica

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