Use este identificador para citar ou linkar para este item: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/41271
Título: Multiparametric analysis of a single-stage submersible pump with emphasis on predictive maintenance using optical fiber sensing
Título(s) alternativo(s): Análise multiparamétrica de uma bomba submersível de estágio único com ênfase em manutenção preditiva utilizando sensoriamento a fibra óptica
Autor(es): Gonçalves, Rafael Piazentin Freire
Orientador(es): Silva, Jean Carlos Cardozo da
Palavras-chave: Bombas centrífugas
Máquinas - Manutenção e reparos
Detectores ópticos
Controle de temperatura - Medição
Vibração - Análise
Centrifugal pumps
Machinery - Maintenance and repair
Optical detectors
Temperature control - Measurement
Vibration - Analysis
Data do documento: 11-Ago-2026
Editor: Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Câmpus: Curitiba
Citação: GONÇALVES, Rafael Piazentin Freire. Multiparametric analysis of a single-stage submersible pump with emphasis on predictive maintenance using optical fiber sensing. 2026. Dissertação (Mestrado em Engenharia Elétrica e Informática Industrial) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2026.
Resumo: Bombas Submersíveis Elétricas (ESPs) são empregadas em aplicações industriais que demandam elevada confiabilidade operacional e funcionamento contínuo sob condições severas. Nesse contexto, o monitoramento dessas máquinas torna-se fundamental para a detecção precoce de falhas, redução de paradas não programadas e otimização das estratégias de manutenção. Assim, este trabalho propõe uma estratégia de monitoramento multiparamétrico baseada na integração de sensores de Redes de Bragg em Fibra Óptica (FBG) e Sensoriamento Distribuído de Temperatura por espalhamento Raman (RDTS). A integração dessas tecnologias possibilita a aquisição simultânea de parâmetros térmicos e vibracionais da ESP sob diferentes condições operacionais. Os sensores FBG foram utilizados para medições localizadas de vibração, permitindo a identificação de componentes espectrais associadas à dinâmica rotacional da máquina e a possíveis irregularidades mecânicas. Por sua vez, o sistema RDTS foi empregado para obtenção de perfis distribuídos de temperatura ao longo da fibra óptica instalada na bomba, possibilitando a análise espacial dos gradientes térmicos presentes no motor e em regiões sujeitas a maior dissipação de calor. A arquitetura de monitoramento proposta utiliza canais ópticos independentes para aquisição simultânea dos sinais provenientes dos sensores FBG e do sistema RDTS, permitindo a análise integrada dos fenômenos térmicos e mecânicos da ESP. Enquanto o sistema RDTS fornece a distribuição espacial de temperatura ao longo da fibra óptica, os sensores FBG permitem a aquisição de sinais dinâmicos relacionados ao comportamento vibracional da máquina. Para validação da metodologia, foi desenvolvida uma bancada experimental em ambiente controlado, na qual a bomba foi instrumentada com o sistema de sensoriamento óptico e submetida a ensaios sob diferentes condições de vazão. Os resultados experimentais permitiram identificar assinaturas espectrais associadas à frequência de rotação do conjunto, bem como componentes relacionadas a irregularidades mecânicas, como a excentricidade dinâmica do rotor. Na análise térmica, os perfis distribuídos de temperatura possibilitaram observar a evolução espacial e temporal do aquecimento ao longo da estrutura instrumentada, permitindo correlacionar as condições operacionais da bomba com a distribuição térmica do equipamento. Dessa forma, a estratégia de monitoramento proposta integra informações térmicas e vibracionais em uma única arquitetura de sensoriamento óptico, fornecendo suporte para aplicações de monitoramento contínuo e manutenção preditiva em Bombas Submersíveis Elétricas. Além disso, a metodologia apresentada possui potencial de aplicação em diferentes sistemas industriais que demandem monitoramento multiparamétrico em tempo real.
Abstract: Electrical Submersible Pumps (ESPs) are widely employed in industrial applications that require high operational reliability and continuous operation under severe conditions. In this context, monitoring these machines becomes essential for the early detection of faults, reduction of unplanned downtime, and optimization of maintenance strategies. Therefore, this work proposes a multi-parametric monitoring strategy based on the integration of Fiber Bragg Grating (FBG) sensors and Raman-based Distributed Temperature Sensing (RDTS). The integration of these technologies enables the simultaneous acquisition of thermal and vibrational parameters of the ESP under different operating conditions. FBG sensors were employed for localized vibration measurements, allowing the identification of spectral components associated with the rotational dynamics of the machine and possible mechanical irregularities. In parallel, the RDTS system was used to obtain distributed temperature profiles along the optical fiber installed within the pump, enabling the spatial analysis of thermal gradients within the motor and regions subjected to higher heat dissipation. The proposed monitoring architecture employs independent optical channels for the simultaneous acquisition of signals from the FBG sensors and the RDTS system, enabling an integrated analysis of the thermal and mechanical phenomena occurring in the ESP. While the RDTS system provides the spatial distribution of temperature along the optical fiber, the FBG sensors enable the acquisition of dynamic signals associated with the vibrational behavior of the machine. To validate the proposed methodology, an experimental test bench was developed under controlled conditions, in which the pump was instrumented with the optical sensing system and subjected to tests under different flow rate conditions. The experimental results allowed the identification of spectral signatures associated with the rotational frequency of the motor–pump assembly, as well as components related to mechanical irregularities, such as rotor dynamic eccentricity. In the thermal analysis, the distributed temperature profiles enabled the observation of the spatial and temporal evolution of heating along the instrumented structure, allowing the correlation between the operating conditions of the pump and the thermal distribution of the equipment. Thus, the proposed monitoring strategy integrates thermal and vibrational information into a single optical sensing architecture, providing support for continuous monitoring and predictive maintenance applications in Electrical Submersible Pumps. Furthermore, the proposed methodology has potential applications in different industrial systems that require real-time multiparametric monitoring.
URI: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/41271
Aparece nas coleções:CT - Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica e Informática Industrial

Arquivos associados a este item:
Arquivo Descrição TamanhoFormato 
sensoriamentofibraoptica.pdf27,92 MBAdobe PDFThumbnail
Visualizar/Abrir


Este item está licenciada sob uma Licença Creative Commons Creative Commons