BR112014026342B1

BR112014026342B1 - Sistema de monitoramento de degradação de mangueira e método para monitorar a degradação de um arranjo de mangueira

Info

Publication number: BR112014026342B1
Application number: BR112014026342-6A
Authority: BR
Inventors: Subhash Upasani Sameer; Shinde Abhay; Luis Pereira
Original assignee: Eaton Intelligent Power Limited
Priority date: 2012-04-23
Filing date: 2012-04-23
Publication date: 2021-08-24
Also published as: WO2013160903A1; CN104246338B; MX2014012716A; US20150177172A1; CA2871287C; MX360852B; US9952170B2; CA2871287A1; EP2841836A1; EP2841836A4; BR112014026342A2; CN104246338A

Abstract

sistema de monitoramento de degradação de mangueira, método para monitorar a degradação de um arranjo de mangueira e método para detectar um tipo de falha de um arranjo de mangueira. sistemas e métodos para a detecção de degradação e falhas, incluindo tipos de falhas, em um arranjo de mangueira são divulgados. um sistema inclui um circuito de monitoramento da degradação de mangueira tendo um arranjo de mangueira incluindo uma mangueira tendo primeira e segunda camadas condutivas, e um circuito de monitoramento da degradação configurado para detectar uma resistência da mangueira através das camadas condutivas. o circuito de monitoramento da degradação inclui uma fonte de tensão eletricamente conectada à primeira camada condutiva, e um resistor eletricamente conectado entre a segunda camada condutiva e ao terra. o circuito de monitoramento da degradação inclui ainda um circuito de monitoramento da tensão eletricamente conectado entre o resistor e a segunda camada condutiva, para periodicamente monitorar uma tensão no local e detectar uma possível falha do arranjo de mangueira sobre a determinação que, com base pelo menos em parte, de uma alteração na tensão no local ao longo do tempo, uma resistência do arranjo de mangueira tenha passado um nível limite.

Description

Campo técnico

[001] A presente descrição refere-se a métodos e sistemas para a medição da resistência da mangueira, por exemplo, para detectar falhas em uma mangueira.

Antecedentes

[002] As mangueiras hidráulicas reforçadas de alta pressão são tipicamente utilizadas em uma variedade de máquinas operadas hidraulicamente, tais como máquinas para a movimentação de terra, para prover uma conexão flexível entre várias partes móveis de um circuito hidráulico empregado na ou no interior da máquina. Tais mangueiras podem incluir uma mangueira interno polimérico oco, no qual são concentricamente aplicadas sucessivas camadas cilíndricas de material de reforço, tais como arames ou produtos têxteis, para suportar as pressões axiais e radiais desenvolvidas no interior do tubo interno.

[003] Muitas aplicações exigem construções de mangueiras com ambas: alta resistência ao rompimento e resistência de longo prazo à fadiga. Utilizando a tecnologia convencional, a resistência ao rompimento de um projeto de mangueira pode ser aumentada adicionando material e/ou camadas de reforço, uma prática que é geralmente desencorajada, devido a seu impacto negativo na flexibilidade da mangueira, ou pelo aumento geral da resistência à tração de cada camada de material de reforço, o que pode prejudicar a resistência à fadiga da mangueira.

[004] Para determinar a robustez de um projeto de mangueira, o fabricante da mangueira tipicamente realiza, entre outros testes, um teste de impulso e um teste de rompimento na mangueira. O teste de impulso mede uma resistência de projeto de uma mangueira à falha por fadiga, ciclicamente submetendo a mangueira à pressão hidráulica. Um teste de rompimento, por outro lado, é um teste hidráulico destrutivo empregado para determinar a tensão máxima de uma mangueira pelo aumento uniforme da pressão interna até a falha. Com base nesses e em outros testes, um fabricante pode estimar a vida útil de uma mangueira, que pode ser utilizada para determinar quando uma mangueira alcançou o fim de sua vida útil podendo requerer reposição.

[005] Em algumas circunstâncias, é desejável detectar, de uma maneira não destrutiva e não desintegrável, uma probabilidade de falha de uma mangueira hidráulica. Uma solução que proporciona essa capacidade é discutida na Patente US N° 7,555,936, e descreve a conexão de um circuito monitor entre duas camadas paralelas e pelo menos parcialmente condutoras de uma parede de mangueira. Uma alteração na propriedade elétrica observada por este circuito monitor pode indicar uma alteração em uma propriedade de uma estrutura da parede da mangueira que possa indicar a iminente falha de uma parede de mangueira. Entretanto, mesmo com esta solução, pode ser difícil determinar se a propriedade elétrica alterada é de fato devida a uma alteração em uma característica física de uma parede da mangueira ou, se a propriedade elétrica alterada é devida a uma alteração na detecção eletrônica, uma alteração em uma propriedade elétrica de uma fiação conectando o circuito de monitoramento a uma parede de mangueira, ou simplesmente a degradação de uma conexão elétrica a uma parede de mangueira. Nesses casos, pode haver uma alteração em uma propriedade elétrica observada, mesmo quando a integridade da parede da mangueira não esteja comprometida, mas é em vez disso, devido a uma alteração na posição ou pressão dentro da mangueira. Consequentemente, as disposições existentes não podem detectar, de forma adequada, a degradação ou a falha de uma mangueira, mas em vez disso, podem atribuir algum outro tipo de alteração de posição ou da pressão da mangueira conforme a degradação ou falha. Adicionalmente, é difícil determinar o tipo de falha que pode (ou não) estar ocorrendo.

Sumário

[006] Um aspecto da presente divulgação refere-se a um sistema de monitoramento da degradação da mangueira que inclui um arranjo de mangueira incluindo uma mangueira tendo uma primeira camada condutiva e uma segunda camada condutiva, e um circuito de monitoramento da degradação configurado para detectar uma resistência da mangueira através das primeira e segunda camadas condutivas. O circuito de monitoramento da degradação inclui uma fonte de tensão eletricamente conectada à primeira camada condutiva e um resistor eletricamente conectado entre a segunda camada condutiva e um terra. O circuito de monitoramento da degradação também inclui um circuito de monitoramento da tensão eletricamente conectado a um local entre o resistor e a segunda camada condutiva, o circuito de monitoramento da tensão configurado para periodicamente monitorar uma tensão no local e detectar uma possível falha do arranjo de mangueira mediante a determinação que, com base pelo menos em parte, de uma alteração na tensão no local ao longo do tempo, uma resistência do arranjo de mangueira tenha passado um nível limite.

[007] Um segundo aspecto da presente divulgação refere-se a um método de monitoramento da degradação de um arranjo de mangueira tendo primeira e segunda camadas condutivas concêntricas separadas por uma camada isolante. O método inclui a aplicação de uma tensão a primeira camada condutiva e medição de uma tensão e uma corrente através de um resistor conectado entre a segunda camada condutiva e um terra. O método também inclui a determinação de uma resistência atribuível ao arranjo de mangueira com base na tensão e corrente medidas através do resistor, e comparando a resistência a um valor de resistência limite. O método inclui ainda, com base pelo menos em parte, em uma determinação de que o resistor cai abaixo da resistência limite, gerando uma indicação de degradação do arranjo de mangueira.

[008] Um terceiro aspecto da presente divulgação refere- se a um método de detecção de um tipo de falha de um arranjo de mangueira. O método inclui a aplicação periódica de uma tensão a uma primeira camada condutiva de um arranjo de mangueira, incluindo primeira e segunda camadas condutivas, e após a aplicação da tensão na primeira camada condutiva, a medição de uma tensão e uma corrente através de um resistor conectado entre a segunda camada e condutiva e um terra. O método inclui a determinação de uma resistência atribuível ao arranjo de mangueira com base, pelo menos em parte, na tensão conforme medida entre a segunda camada condutiva e um terra, e a partir de cada resistência, computar uma admitância do arranjo de mangueira. O método inclui ainda, com base, pelo menos em parte, das alterações para a admitância computada do arranjo de mangueiras, a determinação da existência de uma falha no arranjo de mangueira. Breve descrição dos desenhos

[009] A Figura 1 é uma vista parcial em corte transversal de um exemplo do arranjo de mangueira empregando um detector de falha tendo características exemplificativas dos aspectos de acordo com os princípios da presente divulgação;

[010] A Figura 2 é uma vista em perspectiva, parcialmente em corte, ilustrando um exemplo de mangueira empregando uma camada condutiva trançada, que é adequada para a utilização com o arranjo de mangueira da figura 1;

[011] A Figura 3 é uma vista em perspectiva, parcialmente em corte, ilustrando um exemplo de mangueira empregando uma camada condutiva de arame em espiral, que é adequada para a utilização com o arranjo da mangueira da figura 1;

[012] A Figura 4 é uma vista esquemática geral de um circuito de monitoramento utilizável com o arranjo da mangueira das Figuras 1-3 para prover o escalonamento adaptativo de uma medição de resistência da mangueira ao detectar a falha ou a degradação de um arranjo de mangueira, de acordo com uma possível concretização da presente divulgação;

[013] A Figura 5 é um gráfico ilustrando um primeiro conjunto de resultados experimentais indicando uma faixa de tensões e valores resistivos associados observados quando se utiliza o circuito de monitoramento ilustrado na figura 4;

[014] A Figura 6 é um gráfico ilustrando um segundo conjunto de resultados experimentais indicando uma faixa de tensões e valores resistivos associados observados quando se utiliza o circuito de monitoramento ilustrado na figura 4;

[015] A Figura 7 é uma vista esquemática geral de um circuito de monitoramento utilizável com o arranjo de mangueira das Figuras 1-3 para prover o escalonamento adaptativo de uma medição de resistência da mangueira ao detectar a falha ou a degradação de um arranjo de mangueira, de acordo com uma segunda concretização possível da presente divulgação;

[016] A Figura 8 é um gráfico em escala-log ilustrando a tensão de e os valores de resistência em um circuito, tal como um mostrado na figura 4;

[017] A Figura 9 é um fluxograma de um método para o monitoramento da degradação de um arranjo de mangueira, de acordo com um exemplo de concretização;

[018] A Figura 10 é uma vista esquemática do arranjo de mangueira das figuras 1-3, como um conjunto de admitâncias paralelas, de acordo com uma possível concretização da presente divulgação;

[019] A Figura 11 é uma vista esquemática do arranjo de mangueira da figura 10 incluindo uma falha interna da mangueira;

[020] A Figura 12 é uma vista esquemática do arranjo de mangueira da figura 10 com a pressão externa aplicada ao arranjo de mangueira em um local particular, de acordo com um exemplo de concretização;

[021] A Figura 13 é uma vista esquemática do arranjo de mangueira da figura 10 no caso de uma falha de descascamento (“peeloff”) em um determinado local, de acordo com um exemplo de concretização; e

[022] A Figura 14 é um gráfico ilustrando a taxa de alteração de admitância baseada em falhas das camadas interna e externa em um arranjo de mangueira, de acordo com um exemplo de concretização.

Descrição detalhada

[023] Referência será feita agora em detalhe aos aspectos exemplificativos da presente divulgação que estão ilustrados nos desenhos anexos. Sempre que possível, os mesmos números de referência serão utilizados por todos os desenhos para se referir às mesmas ou estruturas semelhantes.

[024] Em geral, a presente descrição refere-se geralmente, a métodos e sistemas para a medição da resistência de mangueira, por exemplo, para detectar falhas em uma mangueira. Em várias concretizações discutidas abaixo, em conexão com as figuras associadas, as medições de resistência, e outras medições relacionadas são tomadas em relação a uma mangueira em particular que tem duas ou mais camadas condutivas. Os métodos de escalonar essas medições para detectar quando falhas na mangueira estão prestes a ocorrer, ou terem ocorrido, são divulgados, bem como, são divulgados, em quais circuitos são implementados que possam determinar vários tipos de erros com base na análise da taxa de variação das características elétricas da mangueira. Utilizando os métodos e sistemas, conforme aqui discutido, vários tipos de falha e degradação da mangueira podem ser detectados e distinguidos um do outro.

[025] Referindo-nos agora à figura 1, um exemplo do sistema de detecção de falha em mangueira, geralmente indicado por 10, é mostrado. O sistema para a detecção de falhas em mangueira 10 inclui um arranjo de mangueira, geralmente indicado por 12, e, opcionalmente, um arranjo de monitoramento 14 em comunicação elétrica e física com o arranjo de mangueiras 12 .

[026] O arranjo de mangueira 12 inclui uma mangueira, geralmente indicada por 16, tendo uma construção multicamadas. Na presente concretização, a mangueira 16 é geralmente flexível e inclui um tubo interno 18 feito de material polimérico, tal como borracha ou plástico, ou outro material dependendo das exigências da aplicação em particular, uma primeira camada condutiva 20, uma camada intermediária 22, uma segunda camada condutiva 24 e uma cobertura externa 26. As primeira e a segunda camadas condutivas 20, 24 definem uma característica elétrica do arranjo de mangueira 12, tal como capacitância e/ou resistência (impedância).

[027] Na presente concretização, a primeira camada condutiva 20 se sobrepõe o tubo interno 18 e a camada intermediária 22 se sobrepõe à primeira camada condutiva 20. A segunda camada condutiva 24 se sobrepõe à camada intermediária 22. As primeira e a segunda camadas condutivas 20, 24 podem ser configuradas como camadas de reforço. A cobertura externa 26 pode se sobrepor à segunda camada condutiva 24, e pode incluir, por exemplo, uma camada extrudada de borracha ou plástico. A cobertura externa 26 pode, ela mesma, incluir uma camada de reforço.

[028] A camada intermediária 22 opera para pelo menos parcialmente isolar eletricamente as primeira e a segunda camadas condutivas 20, 24 entre si. A camada intermediária 22 pode ter qualquer de uma variedade de construções. Por exemplo, a camada intermediária 22 pode consistir de uma camada única de um material eletricamente resistivo. A camada intermediária 22 pode também consistir de camadas múltiplas, onde pelo menos uma das camadas exibe propriedades de isolamento elétrico. Alguns materiais compostos podem também ser empregados na camada intermediária 22, tal como um tecido trançado ligado a um material polimérico. Materiais compostos tendo várias outras construções podem também ser utilizados. Materiais compostos podem também ser utilizados em combinação com outros materiais para formar a camada intermediária 22.

[029] As primeira e a segunda camadas condutivas 20, 24 geralmente se estendem por todo o comprimento e área de toda a circunferência da mangueira. Este geralmente também é o caso quando a camada condutiva também funciona como uma camada de reforço. A camada intermediária 22 pode também se estender por todo o comprimento e circunferência da mangueira. Podem ocorrer casos, entretanto, onde pelo menos uma das primeira e a segunda camadas condutivas 20, 2 4 se estenda somente sobre uma porção do comprimento da mangueira e/ou de uma porção de sua circunferência.

[030] Nesse caso, a camada intermediária 22 pode também ser configurada para geralmente se estender sobre a região da mangueira contendo a camada condutiva parcial 20, 24. A camada intermediária parcial 22 pode ser posicionada no interior da mangueira, de modo a separar as primeira e a segunda camadas condutivas 20, 24 uma da outra.

[031] Referindo-se agora com as figuras 2 e 3, as primeira e a segunda camadas condutivas 20, 24 podem incluir, por exemplo, um material de reforço trançado eletricamente condutivo, tal como mostrado na figura 2, ou camadas alternadas de material de reforço em espiral eletricamente condutivas, tal como mostrado na figura 3. O material de reforço trançado pode consistir de uma única camada ou pode incluir camadas múltiplas. Apesar de ser mostrado um arranjo de reforço em espiral com dois arames na figura 3, deve também ser apreciado que outras configurações, tais como arranjos com quatro e seis arames, podem também ser utilizados.

[032] As primeira e a segunda camadas condutivas 20, 24 podem ter individualmente a mesma configuração, ou cada camada pode ser configurada de forma diferente. Por exemplo, as primeira e a segunda camadas condutivas 20, 24 podem individualmente incluir o material trançado mostrado na figura 2, ou uma das primeira e a segunda camadas condutivas 20, 24 pode incluir o material trançado enquanto a outra das primeira e a segunda camadas condutivas 20, 24 pode incluir o material de reforço em espiral mostrado na figura 3. Adicionalmente, as primeira e a segunda camadas condutivas 20, 24 podem incluir uma única dobra ou múltiplas dobras de material de reforço. As primeira e a segunda camadas condutivas 20, 24 podem compreender arames metálicos, fibras e tecidos sintéticos ou naturais, e outros materiais de reforço, desde que o material selecionado seja eletricamente condutivo.

[033] Referindo-se novamente à figura 1, o arranjo de mangueira 12 pode incluir um adaptador de mangueiras, geralmente indicado por 30, para o acoplamento, de maneira fluida, da mangueira 16 a outro componente. O adaptador de mangueira 30 pode ter qualquer de uma variedade de diferentes configurações dependendo, pelo menos em parte, das exigências da aplicação em particular.

[034] Na presente concretização, o adaptador de mangueira 30 inclui um bocal, geralmente indicado por 32, que acopla o lado interno da mangueira 16 e um soquete, geralmente indicado por 34, que acopla o lado externo da mangueira 16. O bocal 32 inclui uma porção extrema cilíndrica alongada 36 que acopla o tubo interno 18 da mangueira 16. Uma porção extrema formada cilindricamente 38 do soquete 34 acopla a cobertura externa da mangueira 16. O soquete 34 e o bocal 32 podem ser construídos a partir de qualquer material eletricamente condutivo.

[035] O soquete 34 e o bocal 32 podem ser fixados à mangueira 16 através de crimpagem (“crimping”) à porção extrema 38 do soquete 34 sobrepondo à mangueira 16. O processo de crimpagem deforma a porção extrema 38 do soquete 34, comprimindo assim a mangueira 16 entre o bocal 32 e o soquete 34. Na presente concretização, as porções do bocal 32 e do soquete 34 que se acoplam à mangueira 16 incluem uma série de dentes que, pelo menos parcialmente, se engastam no material relativamente macio da mangueira quando o soquete 34 é crimpado para ajudar a fixar o adaptador de mangueira 30 na mangueira 16. Os dentes podem ser configurados para evitar que os dentes penetrem no tubo interno e na cobertura externa e contatando as primeira e a segunda camadas condutivas 20, 24.

[036] Na presente concretização, o soquete 34 inclui uma garra 40 (“lug”) circunferencial estendendo para dentro, posicionada próxima a uma extremidade 42 do soquete 34 adjacente a uma extremidade 44 da mangueira 16. A garra 40 se acopla em uma fenda circunferencial correspondente 46 formada no bocal 32 para fixar o soquete 34 no bocal 32. A extremidade 42 do soquete 34 tendo a garra 40 é inicialmente formada maior que o bocal 32 para permitir que o soquete 34 seja montado no bocal 32. Durante o processo de montagem, a extremidade 42 do soquete 34 é crimpada, a qual deforma o soquete 34 e força a garra 40 em acoplamento com a fenda correspondente 46 no bocal 32. O soquete 34 pode ser eletricamente isolado do bocal 32 posicionando um colar eletricamente isolante 48 entre o soquete 34 e o bocal 32 no ponto em que a garra 40 se acopla à fenda 46.

[037] O adaptador de mangueira 30 também inclui uma porca 50 fixada de forma rotativa ao bocal 32. A porca 50 provê meios para a fixação do arranjo de mangueira 12 a outro componente.

[038] A primeira camada condutiva 20 pode ser configurada para se estender além da extremidade do tubo interno da mangueira 16. A primeira camada condutiva 20 pode acoplar o bocal 32 para criar uma conexão elétrica entre o bocal 32 e a primeira camada condutiva 20. Similarmente, a segunda camada condutiva 24 pode ser configurada para se estender além de uma extremidade da cobertura externa da mangueira 16. A segunda camada condutiva 24 pode acoplar o soquete 34 para criar uma conexão elétrica entre o soquete 34 e a segunda camada condutiva 24.

[039] Para ajudar a evitar que as porções da primeira e da segunda camadas condutivas 20, 24 que se estendem além da extremidade da mangueira 16 tenham contato entre si, pode ser posicionado um espaçador eletricamente isolante 52 entre as extremidades expostas das primeira e da segunda camadas condutivas 20, 24. O espaçador 52 pode ser formado integralmente como parte do colar 48 utilizado para isolar eletricamente o soquete 34 do bocal 32. O espaçador 52 pode também ser formado pela extensão da camada intermediária 22 da mangueira 16 além de uma extremidade do tubo interno 18 e da cobertura externa 26. O espaçador 52 pode também ser configurado como um componente individual separado do colar 48 e da camada intermediária 22 da mangueira 16.

[040] O arranjo de monitoramento 14 pode ter qualquer de uma variedade de configurações. Em geral, o conjunto de monitoramento 14 é conectável em uma porção do arranjo de mangueira 12, em particular a porção ilustrada na figura 1. O arranjo de monitoramento 14, quando instalado no arranjo de mangueira 12, forma uma conexão elétrica e física com o arranjo de mangueira 12, e em particular ao bocal 32 e soquete 34, respectivamente. Em algumas concretizações, o arranjo de monitoramento 14 inclui um circuito de monitoramento, tal como aquele descrito abaixo. Geralmente, o arranjo de monitoramento 14 detecta uma característica elétrica do arranjo de mangueira 12, enquanto valida a conexão ao bocal 32 e soquete 34. Um exemplo do arranjo de monitoramento 14 é descrito em maior detalhe abaixo, em conexão com as figuras 4-9.

[041] Referindo-se agora às figuras 4-9, os sistemas e métodos de monitoramento de um arranjo de mangueira são ilustrados, incluindo os circuitos que podem ser incluídos em um arranjo de monitoramento 14, conforme descrito acima em conexão com a figura 1. A figura 4 é uma vista esquemática de um circuito de monitoramento 100 que pode ser utilizado dentro de um arranjo de monitoramento 14. O circuito de monitoramento inclui uma fonte de tensão 102 e um terra 104, bem como um resistor 106 (designado como Rscalar). Nesta concretização, a fonte de tensão 102 conecta-se a uma primeira camada condutiva 112 de um arranjo de mangueira 110 tendo primeira e segunda camadas condutivas 112, 114 (por exemplo, correspondentes as camadas 20, 24), através de um local de conexão exposta (por exemplo, bocal 32 e soquete 34). A segunda camada condutiva 114 é então eletricamente conectada ao resistor 106, que por sua vez é conectado ao terra 104. Em algumas concretizações, tal como a mostrada na figura 8, abaixo, a fonte de tensão 102 é uma tensão de corrente contínua constante conhecida, referida como Vref. Por exemplo, a fonte de tensão 102 e terra 104 podem representar as extremidades opostas de uma bateria, que pode ser seletivamente aplicada através do arranjo de mangueira.

[042] Para monitorar o arranjo de mangueira, a tensão e corrente passando através do circuito 100 podem ser medidas. Na concretização mostrada, uma tensão (Vanalog) 120 é medida por um circuito de monitoramento da tensão. A tensão 120 representa um divisor de tensão entre o arranjo de mangueira 110 e o resistor 106. Através da determinação da tensão e corrente neste local dentro do circuito, é possível determinar uma resistência total do circuito (com base na tensão total conhecida Vref). Isto pode ser feito utilizando variações sobre uma equação de divisor de tensão, como se segue:

[043] Em várias concretizações da presente divulgação, diferentes valores podem ser utilizados para a fonte de tensão 102 e resistor 106. No entanto, é geralmente reconhecido que, embora uma “boa” mangueira possa ter um resistência (Rhose) que varia amplamente, uma mangueira falhando terá um valor de resistência diminuído. Por exemplo, uma “boa” ou mangueira recentemente fabricada, podem ter uma resistência, em qualquer lugar, de cerca de 10 kQ a cerca de 1 MQ. Assim, em algumas concretizações, pode ser vantajoso selecionar um valor para o resistor 106 que maximiza uma alteração na tensão 120 para as alterações na resistência do arranjo de mangueira 110 em valores de resistência relativamente baixos, para garantir que mesmo pequenas alterações na resistência do arranjo de mangueira sejam detectadas. Adicionalmente, conforme a resistência da mangueira diminui, qualquer corrente passando através do circuito 100 irá aumentar, conforme ilustrado na seguinte equação de corrente:

[044] Consequentemente, seria vantajoso, de uma perspectiva de economia de energia, manter uma resistência relativamente alta, para garantir que, mesmo no pior cenário (isto é, um curto-circuito formado entre as camadas da mangueira), a corrente máxima passando através do circuito 100 seria Vref/Rscalar.

[045] Referindo-se agora às figuras 5-6, e continuando a discussão dos valores do circuito no circuito de monitoramento 100, são ilustrados gráficos que mostram uma relação de tensão-resistência utilizando exemplos em extremos opostos do espectro das resistências do arranjo de mangueira esperado. Na figura 5, um gráfico 200 é mostrado ilustrando a relação de tensão-resistência em um exemplo de “baixo resistência”. Neste exemplo, um “bom”" conjunto de mangueira testado neste arranjo está determinado para ter uma resistência inicial Rhose de 5 kiloohms (kQ) . Nesse arranjo, um resistor de 400 Ohm(Q) é selecionado como resistor 106, e uma tensão de referência de 3 Volt é selecionada para a fonte de tensão 102. Uma vez que foi empiricamente determinada que uma mangueira normalmente com falha tem uma resistência abaixo de cerca de 100 Ohms (Q), conforme uma mangueira se degrada e eventualmente falha, a resistência da mangueira Rhose cairá, fazendo com que a tensão 120 aumente à medida que o resistor escalar 106 (Rscalar) comece a predominar a equação do divisor de tensão. Como tal, para as resistências abaixo de cerca de 100 Ohms, a tensão Vanalog subirá para cerca de 80% ou mais da tensão total provida pela fonte de tensão Vref. No entanto, durante o funcionamento normal, a resistência da mangueira irá permanecer alta, mantendo a tensão 120 Vanalog em baixa proporção da fonte de tensão Vref 102 total.

[046] Na figura 6, um gráfico 300 ilustra a relação de tensão-resistência em um exemplo de “alta resistência”. Neste exemplo, um “bom” conjunto de mangueira testado neste arranjo está determinado para ter uma resistência inicial Rhose de 1 megaohm (MQ) . Nesse arranjo, um resistor de 400Ohm (Q) é novamente selecionado como um resistor 106, e uma tensão de referência de 3 Volt é selecionada para a fonte de tensão 102. Novamente, uma vez que isto foi empiricamente determinado que uma mangueira com falha tipicamente tem uma resistência abaixo de cerca de 100 Ohms (Q), conforme uma mangueira se degrada e eventualmente falha, a tensão Vanalog subirá para cerca de 80% ou mais da tensão total provida pela fonte de tensão Vref no caso de uma falha no arranjo de mangueira.

[047] Em arranjos alternativos, por exemplo, se falhas de mangueira foram determinadas para resultar na observação de um valor resistivo elevado, um valor maior pode ser utilizado para o resistor 106 no circuito 100. Ao alterar o valor do resistor 106, é possível alterar o limite em que a degradação da mangueira ou, provavelmente, falha pode ser detectada. Por exemplo, a utilização de um resistor 106 maior pode permitir um aumento da sensibilidade a alterações na resistência da mangueira próximo desse valor maior. Ou, se a resistência da mangueira pode cair muito abaixo de 100 Ohms sem afetar a continuidade ou a operação da mangueira, um resistor menor 106 pode ser utilizado. No entanto, de ser entendido que no caso de um resistor menor, correntes maiores serão experimentadas. Por exemplo, em um pior caso de falha da mangueira (ou seja, uma mangueira tendo uma resistência inferior a cerca de 100 Ohms), em um ponto de falha a maior resistência seria de cerca de 0,75 mA, com um valor mais típico sendo de cerca de 0,6 mA.

[048] Referindo-se agora à figura 7, um circuito de monitoramento alternativo 400 é ilustrado, o qual pode ser utilizado para detectar a degradação ou falha de um arranjo de mangueira, tal como aquele mostrado nas figuras 1-3 acima. O circuito de monitoramento 400, nesta concretização, é configurado para ser conectado a um dispositivo de aquisição de dados, tal como um microprocessador ou microcontrolador, que pode ser utilizado para monitorar e controlar as medições da tensão e da corrente ao longo do tempo para determinar uma degradação típica de uma mangueira ao longo do tempo. Nesta concretização, o circuito 400 inclui uma fonte de tensão, mostrada como uma bateria 402 (Vbat). Tal como com o circuito 100 ilustrado na Figura 4, o circuito 400 inclui um resistor escalar 404 (Rscalar). Nesta concretização, o arranjo de mangueira é modelado como um conjunto de resistores em paralelo, que combinados formam um resistor de mangueira 406 (Rhose) equivalente. Pontos de acesso de dados 408a-c permitem um sistema de aquisição de dados remoto (não mostrado) para monitorar um nível de tensão positivo (em ponto de acesso de dados 408a), um ponto de tensão analógico em Vmeas (no ponto de acesso de dados 408b) e um local do terra (no ponto de acesso de dados 408C). Utilizando as diferenças entre os níveis de sinal em cada ponto, é possível monitorar uma relação entre a tensão através de todo o circuito (Vbat) e a queda de tensão através do resistor 404, bem como a corrente passando através do circuito (I) para determinar a resistência da mangueira (Rhose).

[049] Opcionalmente, o circuito 400 pode também incluir um interruptor controlável pelo sistema de aquisição de dados, ou um sistema remoto para, periodicamentedico, conectar a bateria 402 ao resto do circuito 400, limitando assim a quantidade de tempo que todo o circuito é conectado e limitando a taxa de descarga da bateria.

[050] O dispositivo de aquisição de dados pode assumir qualquer uma de uma variedade de formas, e pode incluir um circuito de monitoramento da tensão para a determinação de uma tensão Vmeas. O dispositivo de aquisição de dados pode ser um circuito integrado programável com o circuito 400, ou um sistema de computação separado/remoto. Tal dispositivo poderia incluir, por exemplo, um ou mais circuitos programáveis tendo conexões I/O analógicas de uso geral.

[051] Referindo-se agora à figura 8, um exemplo do gráfico 500 dos resultados de um teste do circuito ilustrado na figura 7 é mostrado. No gráfico 500, uma relação entre a resistência da mangueira (Rhose) e a tensão de medição (Vmeas) é ilustrada. O gráfico 500 foi desenvolvido utilizando uma fonte de tensão de 6,33 V e um resistor escalar de 12,85 kOhms. A intenção da seleção de tais valores foi para utilizar uma corrente máxima de 0,5 mA durante um determinado teste para proporcionar uma vida útil de bateria aceitável, e para plotar a tensão Vmeas versus a resistência da mangueira Rhose. Neste exemplo, deve ser observado que conforme a resistência da mangueira diminui, a tensão medida aumenta em uma taxa constante até que a resistência da mangueira se aproxima da resistência escalar, no qual o período das alterações menores na resistência da mangueira resulta em pequenas alterações na tensão, significando que o efeito do resistor escalar Rscalar domina o circuito divisor de tensão.

[052] Referindo-se agora à figura 9, um fluxograma de um método 600 para monitorar a degradação de um arranjo de mangueira, de acordo com um exemplo de concretização. O método 600 pode ser realizado periodicamente, por exemplo, utilizando um circuito programável ou outro sistema de computação ou dispositivo de aquisição de dados com interface com um circuito de monitoramento, tal como aquele os mostrado nas Figuras 4 e 7.

[053] O método 600 inclui a aplicação de uma tensão a um circuito de monitoramento, por exemplo, através da aplicação de uma bateria através de um circuito de monitoramento, conforme ilustrado na Figura 7 (etapa 602). O método inclui a medição de uma tensão em uma posição entre o arranjo de mangueira e um resistor escalar, bem como, opcionalmente, a determinação de uma corrente através de todo o circuito (etapa 604). O método inclui a determinação de uma resistência atribuível ao arranjo de mangueira (etapa 606), e comparando essa resistência a uma resistência limite predeterminada abaixo do qual se assume que a mangueira foi degradada ou com falha (etapa 608). Se a resistência não é inferior ao limite de resistência, o método 600 inclui repetir periodicamente este processo de monitoramento. No entanto, se a resistência é inferior a resistência limite, isto pode ser devido a uma variação nas condições de operação ou outro evento temporário. Consequentemente, um histórico de rastreamento de operação ocorre para determinar se um número suficiente de comparações entre a resistência da mangueira e a resistência limite predeterminada indicam que a condição não é temporária, mas ao contrário, representa um estado atual da mangueira (etapa 610). No exemplo das concretizações, isso pode ocorrer dentro de um microcontrolador ou outro dispositivo de aquisição de dados. Se tal número pré-determinado de medições ainda não ocorreu, a operação retorna para a etapa 602 para o monitoramento continuado do arranjo de mangueira em uma base periódica. Se nesse número de medições ocorreu, um alerta ou outra indicação de degradação do arranjo de mangueira, pode ser gerado (etapa 612), e opcionalmente, comunicado a um sistema remoto ou localmente para notificar um usuário que a mangueira deve ser substituída.

[054] Referindo-se de forma geral aos métodos e sistemas das Figuras 4-9, pode ser visto que ao utilizar um mecanismo de escalonamento cuidadosamente selecionado, incluindo um resistor escalonado, é possível garantir que na faixa de resistências da mangueira, onde falhas são esperadas, mesmo pequenas alterações no resultado da resistência em relativamente grandes alterações na tensão, tornando-se fácil para detectar a degradação de uma mangueira. Além disso, utilizando os métodos e sistemas descritos nas figuras 4-9, vários tipos de degradação podem ser detectados, tais como discutidos abaixo.

[055] Referindo-se agora às figuras 10-13, os modelos esquemáticos de um arranjo de mangueira são mostrados, ao lado dos exemplos das maneiras que tais arranjos de mangueira normalmente falham. Reconhece-se que, através da detecção das alterações nas características da mangueira utilizando uma alteração nas medições resistivas acima, diferentes tipos de falhas da mangueira (por exemplo, falhas internas versus falhas externas) podem ser detectados e distinguidos uns dos outros, por exemplo, utilizando as medições de resistência periódica acima discutido com referência às figuras 4-9.

[056] A Figura 10 ilustra um exemplo esquemático de um segmento de um arranjo de mangueira 700 incluindo camadas condutivas interna e externa 710, 720. Quando uma diferença de potencial é aplicada através das camadas condutivas 710, 720, este arranjo de mangueira irá exibir alguma resistência, conforme descrito acima. No entanto, conforme ainda descrito acima, a resistência que aparece para ser uma única resistência representando a mangueira no geral de fato pode também ser representada como um número de resistores paralelos e capacitâncias associadas.

[057] Consequentemente, se esses resistores paralelos são vistos em termos de comprimento de condutância por unidade, é conhecido que a condutividade pode ser determinada entre as camadas 710, 720, e pode ser representada como:

[058] Do mesmo modo, a capacitância por unidade do arranjo de mangueira por unidade de comprimento pode ser representada como:

[059] Nestas equações, kl e k2 são constantes que podem ser determinadas e pode variar com base nas matérias exatas a partir das quais o arranjo de mangueira é construído. E r0 e ri são os raios externo e interino do arranjo de mangueira.

[060] Para considerar ambas condutância e capacitância por unidade de base como um efeito agregado, a mangueira pode ser vista como tendo um comprimento de admitância y por unidade. Conforme mostrado na figura 10, cada unidade de comprimento do arranjo de mangueira 700 tem uma admitância de yi-n associada a ela associada. Cada valor de admitância local pode ser expressado como:

[061] Uma admitância total pode ser calculada ou modelada como a soma de cada um desses locais de admitâncias.

[062] Durante a operação normal da mangueira, a admitância será, de modo semelhante a resistência conforme discutido acima, permanecendo constante ao longo do tempo. No entanto, as características da mangueira irão se alterar ao longo do tempo. Isto pode ser modelado tanto como uma falha da camada condutiva interna (por exemplo, no caso de pressão dentro da mangueira enfraquecendo a mangueira a partir das paredes internas para fora), ou falha da camada condutiva externa (por exemplo, devido à compressão ou descascamento, onde uma porção da mangueira de se desgasta ou dilacera). As figuras 11-13 representam esses cenários diferentes.

[063] Figura 11 ilustra uma alteração em um esquema do arranjo de mangueira 700 no caso de uma falha interna localizada. Neste caso, uma falha interna resulta em um aumento no raio ri da camada interna 710 no ponto de falha. Isto resulta na distância entre a camadas interna 710 ri e a camada externa 720 ro decrescente naquele ponto. Consequentemente, a admitância local no ponto, e, portanto, a admitância total do arranjo de mangueira, aumenta.

[064] A Figura 12 ilustra uma alteração no esquema do arranjo de mangueira 700 no caso de uma alteração localizada na camada externa 720, por exemplo no caso de um objeto pressionado contra a camada externa 720. Neste caso, a camada externa 720 é comprimida em direção a camada interna 710 na localização da compressão. Isto resulta em um aumento na capacitância e condutância, devido ao estreitamento na área da largura. Uma vez que um ponto interno de falha, conforme mostrado na figura 11 é, tipicamente, em uma posição muito mais localizada ao longo do arranjo de mangueira do que uma compressão do arranjo de mangueira, a alteração na admitância total no caso de compressão é muito maior do que a de uma falha interna isolada. Tipicamente, foi observado que a alteração na admitância total no caso de uma compressão externa da mangueira irá exceder a admitância total da mangueira, fazendo os dois cenários facilmente distinguíveis. Conforme ilustrado na figura 12, a unidade de compressão em unidades de comprimento de admitâncias y2 e y3 causará uma maior admitância devido ao raio externo substancialmente menor através desta última área.

[065] A Figura 13 ilustra uma alteração no esquema do arranjo de mangueira 700, no caso de uma remoção localizada da camada externa 720, por exemplo, no caso de um “descascamento” de uma porção da proteção externa do arranjo de mangueira 700. Isto pode ocorrer, por exemplo, devido ao atrito sobre a mangueira ou corte através de uma porção das camadas externas do arranjo de mangueira. Conforme ilustrado neste exemplo, a camada externa 720, na área da unidade de comprimento das admitâncias y2 e y3, é completamente removida devido ao descascamento. Como tal, a admitância nesta área essencialmente torna-se zero. Consequentemente, a admitância agregada irá diminuir quando comparada a um valor inicial. Isto permite que o efeito de “descascamento” seja distinguível conforme uma função da admitância total em comparação a tanto uma falha interna (na figura 11) ou uma compressão (na figura 12), uma vez que em ambos os casos a admitância aumenta.

[066] Pode ser visto que, com base nas alterações da admitância acima descritas, é possível acompanhar as ocorrências de um arranjo de mangueira em particular. Por exemplo, um aumento acentuado na admitância seguida de uma diminuição representaria uma mangueira comprimida, resultando em uma condição de descascamento. Adicionalmente, é possível determinar com base no momento das alterações de admitância se uma falha envolve apenas uma falha interna, falha externa, ou ambas. É claro que, em tais circunstâncias, uma admitância total deve ser relativamente bem definida (para ser capaz de distinguir os tipos de alterações de admitância), em tais circunstâncias, pode ser necessária a construção de mangueira de forma cuidadosa.

[067] Referindo-nos agora à figura 14, um gráfico 800 ilustrando a taxa de alteração e magnitude da alteração na admitância baseadas nas falhas das camadas interna e externa em um arranjo de mangueira é mostrado, de acordo com um exemplo de concretização. Conforme ilustrado neste gráfico 800, a admitância cumulativa da mangueira se altera drasticamente mais rápido e com maior efeito com base nas alterações do raio externo (isto é, a camada externa 720), em comparação com o raio interno (isto é, a camada interna 710). Estas taxas de alteração podem ser vistas no gráfico 800, e também estão representadas pelas seguintes equações:

[068] Como tal, a taxa de alteração de admitância é mais lenta quando ri, aumenta e ro permanece fixado, ao contrário de quando ro aumenta e ri está fixado. Adicionalmente, e conforme mostrado no gráfico 800, as alterações de ambos ro e ri será cumulativa, resultando em até maiores taxas de variação. Consequentemente, as alterações das admitâncias acima de um valor limite podem ser determinadas a ser com base em um efeito sobre a camada externa, permitindo a distinção entre os tipos de falhas, e ocorrências quando ambos tipos de falhas possam ocorrer simultaneamente.

[069] Em conexão com as figuras 10-14, é notado que, embora nas concretizações ilustradas a admitância é calculada com base nas resistências medidas e como uma função de determinadas características de mangueira, é notado que em algumas concretizações adicionais, efeitos capacitivos da mangueira podem ser contabilizados como bons.

[070] A especificação acima, exemplos e dados fornecem uma descrição completa da fabricação e utilização da composição da invenção. Uma vez que muitas concretizações da invenção podem ser feitas sem se afastar do espírito e escopo da invenção, a invenção reside nas reivindicações anexadas a seguir.

Claims

1. Sistema de monitoramento de degradação de mangueira, compreendendo: - um arranjo de mangueira (12) incluindo uma mangueira (16) tendo uma primeira camada condutiva (20) e uma segunda camada condutiva (24); - um circuito de monitoramento da degradação (14) configurado para detectar uma resistência da mangueira através das primeira e segunda camadas condutivas (20, 24), o circuito de monitoramento de degradação (14) sendo caracterizado pelo fato de compreender: - uma fonte de tensão (102) eletricamente conectada à primeira camada condutiva (20); - um resistor (106) eletricamente conectado entre a segunda camada condutiva (24) e um terra (104); e - um circuito de monitoramento da tensão (100) eletricamente conectado a um local entre o resistor (106) e a segunda camada condutiva (24), o circuito de monitoramento da tensão (100) configurado para: - monitorar (604) periodicamente uma tensão no local; - determinar (606), em resposta a tensão monitorada, uma resistência atribuível ao arranjo de mangueira (12) com base, pelo menos em parte, na tensão; - computar (608) uma admitância do arranjo de mangueira (12) associado com cada resistência periodicamente determinada; e - detectar (612) uma possível falha e tipo de falha do arranjo de mangueira (12) baseado, pelo menos em parte, em alterações na admitância computada e em uma taxa de alteração da admitância computada.

2. Sistema de monitoramento de degradação de mangueira, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de as medições da tensão indicarem que a resistência do arranjo de mangueira (12) caiu abaixo do nível limite.

3. Sistema de monitoramento de degradação de mangueira, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a fonte de tensão (102) compreender uma bateria.

4. Sistema de monitoramento de degradação de mangueira, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o circuito de monitoramento da tensão ser configurado para periodicamente monitorar a tensão e uma corrente no local para determinar a resistência do arranjo de mangueira (12).

5. Sistema de monitoramento de degradação de mangueira, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de a resistência da mangueira (16) estar na faixa de 1 MQ a menos de que 100 Q.

6. Sistema de monitoramento de degradação de mangueira, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de o resistor (106) ter uma resistência de uma magnitude suficiente para limitar a corrente através do arranjo de mangueira (12) abaixo de 0,5 mA.

7. Sistema de monitoramento de degradação de mangueira, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de o resistor (106) ter uma resistência de 400 Q.

8. Sistema de monitoramento de degradação de mangueira, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a resistência do arranjo de mangueira (12) estar inicialmente na faixa de 10 kQ a 1 MQ.

9. Método para monitorar a degradação de um arranjo de mangueira, tendo primeira e segunda camadas condutivas concêntricas (20, 24) separadas por uma camada de isolamento (22), dito método, caracterizado pelo fato de compreender: (i) aplicar (602) uma tensão a primeira camada condutiva (20); (ii) medir (604) uma tensão e uma corrente através de um resistor (106) conectado entre a segunda camada condutiva (24) e um terra (104); (iii) determinar (606) uma resistência atribuível ao arranjo de mangueira (12) com base na tensão e corrente medidas através do resistor (106); (iv) computar (608) uma admitância do arranjo de mangueira (12) baseada na resistência atribuível ao arranjo de mangueira (12); e (v) determinar (612) um tipo de falha do arranjo de mangueira (12) com base, pelo menos em parte, em uma taxa de alteração da admitância computada.

10. Método, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de a geração de uma indicação de degradação do arranjo de mangueira (12) ocorrer após a determinação que a resistência excedeu a resistência limite para a pluralidade de determinações.

11. Método, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de as alterações na resistência do arranjo de mangueira (12) aumentam em precisão conforme a resistência diminui.

12. Método, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de a etapa de determinar (612) a existência de uma falha no arranjo de mangueira (12) incluir a determinação de um tipo de falha do arranjo de mangueira (12) baseada, pelo menos em parte, em uma taxa de alteração das admitâncias computadas.

13. Método, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de as primeira e segunda camadas condutivas compreenderem camadas condutivas internas e externas concêntricas.

14. Método, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de compreender ainda a identificação de uma falha na camada externa condutiva após a determinação que uma alteração na admitância do arranjo de mangueira (12) excede uma admitância base do arranjo de mangueira (12).

15. Método, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de compreender ainda a identificação da compressão da camada condutiva externa após a determinação que uma admitância do arranjo de mangueira (12) foi aumentada a partir de uma admitância base do arranjo de mangueira (12).

16. Método, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de a computação de uma admitância do arranjo de mangueira (12) compreender a computação da admitância, pelo menos em parte, com base em uma ou mais características físicas do arranjo de mangueira (12).