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, met ernstige gevolgen 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 op thermodynamica gebaseerde methodologie voor schadekarakterisering voorgesteld voor de analyse van daadwerkelijk bestaande systemen, die vaak complexe processen ondergaan. Dit werk is onlangs gepubliceerd in het tijdschrift Entropy onder de titels Methods to Calculate Entropy Generation en Systems and Methods for Transformation and Degradation Analysis.
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, dat jaarlijks miljarden euro’s kost. Om de onderhoudskosten te verlagen en storingen te voorkomen is accurate karakterisering van de degradatie nodig.
Met eerste beginselen als uitgangspunt hebben Jude Osara en Michael Bryant onlangs een benadering ontwikkeld die is gebaseerd op de tweede wet van de thermodynamica, die de auteurs hebben geherformuleerd als het PEG-theorema (Phenomenological Entropy Generation). Dit theorema definieert als referentie een pad van nulveroudering (dat de limiet aangeeft waarbij een systeem alleen maar bestaat) en een verouderingspad, waarlangs alle daadwerkelijk bestaande systemen zich moeten 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.
Figuur 1. Illustratie van het PEG-theorema (Phenomenological Entropy Generation), met daarin het ideale pad met nulveroudering (groene lijn) en het verouderingspad (paarse kromme). De veroudering/degradatie (oranje kromme) is derhalve het verticale verschil tussen de paden (zie zwarte pijlen).
“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, ben je al een heel eind op weg met het evalueren van de generatie van entropie voor je systeem. Als je de materiaaleigenschappen kunt meten of schatten, kun je met de generatie van entropie doen wat je wilt. Onze 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.
