Door nieuwe thermodynamische methode
Machines gaan minder goed presteren en worden minder betrouwbaar naarmate ze ouder worden. Momenteel wordt deze degradatie onnauwkeurig gekarakteriseerd, wat leidt tot zowel te veel als te weinig onderhoud. Dit kan ernstige gevolgen hebben voor de samenleving. Er is dan ook dringende behoefte aan betere methodes om systeemonderhoud te optimaliseren, storingen te voorkomen en kosten te verlagen.
Na bijna tien jaar onderzoek naar de fysica van degradatie van diverse systemen, waaronder wrijvingsoppervlakken, smeermiddelen, accu’s en metalen structuren, heeft het internationale duo bestaande uit dr. Jude Osara, universitair docent aan de faculteit Engineering Technology, en emeritus hoogleraar Michael Bryant, van de Universiteit van Texas in Austin, in een tweedelige verhandeling een universele thermodynamische methode voor schadekarakterisering voorgesteld voor de analyse van daadwerkelijk bestaande systemen, die vaak complexe processen ondergaan. Dit werk is onlangs gepubliceerd in het tijdschrift Entropy. De titels zijn Methods to Calculate Entropy Generation en Systems and Methods for Transformation and Degradation Analysis.
Storingen kunnen catastrofaal zijn
Alles degradeert in de loop van de tijd. Als technische systemen niet actief worden onderhouden, raken ze uiteindelijk defect. En sommige storingen kunnen catastrofaal zijn, bijvoorbeeld in de transport- of bouwsector. Om deze storingen te beperken, is preventief onderhoud nodig. Dit kost jaarlijks miljarden euro’s. Om de onderhoudskosten te verlagen en storingen te voorkomen, is accurate karakterisering van de degradatie nodig.
Tweede wet van de thermodynamica
Met de eerste beginselen als uitgangspunt hebben Jude Osara en Michael Bryant onlangs een benadering ontwikkeld die is gebaseerd op de tweede wet van de thermodynamica. De auteurs hebben deze geherformuleerd als het PEG-theorema (Phenomenological Entropy Generation). Dit theorema definieert als referentie een pad van nulveroudering. Dit geeft de limiet aan waarbij een systeem alleen maar bestaat. Daarnaast is er het verouderingspad. Hierlangs moeten alle daadwerkelijk bestaande systemen zich ontwikkelen wanneer zij actief of in gebruik zijn. In combinatie met het DEG-theorema (Degradation Entropy Generation) wordt vervolgens een door de gebruiker gekozen prestatie-indicator (d.w.z. een willekeurige systeemparameter die door een sensor kan worden gemeten) direct gecorreleerd met de fysica van de actieve procesmechanismen.
Eenvoudig, niet-intrusief en goedkoop
Het PEG-theorema is direct en universeel en het analysealgoritme is eenvoudig, niet-intrusief en goedkoop. Als je de temperatuur en andere procesparameters zoals kracht, snelheid, spanning, belasting, elektrische spanning, stroom en dergelijke kunt meten of schatten, bent u al een heel eind op weg met het evalueren van de generatie van entropie voor uw systeem. Als u de materiaaleigenschappen kunt meten of schatten, kunt u met de generatie van entropie doen wat u wilt. Hun benadering karakteriseert ook instabiliteit en kritieke fenomenen, zoals is aangetoond aan de hand van de oververhitting van Li-ion-accu’s.
Deze op fysica gebaseerde methodologie, die kan worden gecombineerd met bestaande benaderingen, wordt aanbevolen aan onderzoekers, ingenieurs en wetenschappers om realistische veranderingen in de tijd aan hun systemen te kwantificeren.
Karakteriseren van de degradatie
“Het verlengen van de bruikbare levensduur van een systeem via optimalisatie in situ en gepland onderhoud begint met het karakteriseren van de degradatie. Hoewel kunstmatige intelligentie steeds meer terrein wint, blijft het vermogen hiervan om systeemdegradatie en -instabiliteit te karakteriseren sterk ontoereikend en erg kostbaar. Hier demonstreren wij een eenvoudige en universele methode voor het analyseren van alledaagse, daadwerkelijk bestaande systemen die onstabiele en niet-lineaire interacties ondergaan”, aldus Dr. Jude Osara.
