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Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) Titanium alloys have got features that classify them as excellent candidates for medical applications. However, they have porr machinability mainly due to their low thermal conductivity, high chemical affinity to almost every tool material and their small modulus of elasticity. Regarding commercial milling tools, inserts usually differ one to another in terms of grade (such as substrate and coating composition and microstructure) and geometric characteristics (nose radius, rake angle and chipbreaker shape), so that it is difficult to find two products differentiated by one single variable. Due to these factors, the general goal of this research is to investigate the correlation between tool nose radius and the roughness after milling of Ti-6Al-4V ELI titanium alloy. For that, it was necessary to grind carbide inserts to prepare the three different nose radii (re = 0.8 mm; 1.2 mm or 1.6 mm) as well as their characterization, besides designing, manufacturing and evaluating a customized tool holder with a single insert seat. Tools once prepared were tested through face milling experiments, keeping fixed cutting speed (vc) at 60 m/min, axial depth of cut (ap) at 1 mm, in addition to radial depth of cut (ae) at 16.8 mm and flood coolant. Five diferente levels were used for feed per tooth ( fz): 0.10 mm; 0.15 mm; 0.20 mm; 0.25 mm or 0.30 mm. After the experiments, the specimens were evaluated in terms of different roughness parameters, and all data were statistically analyzed by means of analysis of variance (ANOVA). Regarding the characterization of the ground inserts, there was no significant variation in the irregularity of the edges as a function of the different nose radii. The design of the tool holder proved out to be adequate to the operation, providing a high design safety factor. Regarding the surface integrity of the machined surfaces, results show that, in exception of one tested condition, all other values of Ra satisfy N6 roughness grade. The pass associated to re = 0.8 mm and fz = 0.15 mm probably provided higher vibrations. ANOVA indicates that, in statistical terms, only feed ( f ) and the interaction between feed and nose radius ( f x re) affect the roughness parameters Ra, Rq, Rt, Rz, and Rmax, although these effects are not obvious. There was no statistically significant difference for skewness (Rsk), which tends to zero and, therefore, expresses an approximately symmetrical surface in terms of peaks and valleys. The same for kurtosis (Rku), which remained close to three, which means a distribution close to normal. Ligas de titânio possuem características que as classificam como excelentes candidatas para aplicações médicas. Porém, possuem uma usinabilidade baixa em razão, principalmente, de sua baixa condutividade térmica, elevada afinidade química com quase todos os materiais das ferramentas e de seu módulo de elasticidade reduzido. Em se tratando de ferramentas comerciais de fresamento, os insertos usualmente se diferenciam em termos de classe (como composição e microestrutura do substrato e da cobertura) e das características geométricas (raio de ponta, ângulo de saída e forma do quebra-cavaco), de maneira que é raro encontrar dois produtos diferenciados por uma única variável. Por esses fatores, o objetivo geral desta pesquisa é investigar a relação entre o raio de ponta da ferramenta e a rugosidade após o fresamento da liga de titânio Ti-6Al-4V ELI. Para isso, foi necessária a retificação de insertos de metal duro para preparar os três diferentes raios de ponta (re = 0,8 mm; 1,2 mm ou 1,6 mm), bem como sua caracterização, além de projetar, fabricar e aferir um porta-ferramentas customizado com assento para um único inserto. As ferramentas preparadas foram testadas por meio de ensaios de fresamento frontal, mantendo como constantes, a velocidade de corte (vc) em 60 m/min, a profundidade de usinagem (ap) em 1 mm, além da penetração de trabalho (ae) em 16,8 mm e refrigeração abundante. Foram empregados cinco níveis distintos para o avanço por dente ( fz): 0,10 mm; 0,15 mm; 0,20 mm; 0,25 mm ou 0,30 mm. Após os ensaios, os corpos de prova foram caracterizados em termos de diferentes parâmetros de rugosidade, sendo todos os dados analisados estatisticamente por meio da análise de variância (ANOVA). Com relação à caracterização dos insertos retificados, não se verificou variação significativa na irregularidade das arestas em função dos diferentes raios de ponta preparados. O dimensionamento do portaferramentas se mostrou adequado para a operação, conferindo um coeficiente de segurança de projeto elevado. Sobre a integridade superficial das superfícies usinadas, os resultados mostram que com exceção de uma condição testada, todos os demais valores de Ra atendem à classe de rugosidade N6. O passe envolvendo re = 0,8 mm e fz = 0,15 mm provavelmente ocasionou maiores vibrações. A ANOVA indica que, em termos estatísticos, há influência somente do avanço ( f ) e da interação entre o avanço e o raio de ponta ( f x re) sobre os parâmetros de rugosidade Ra, Rq, Rt, Rz e Rmax, embora esses efeitos não sejam óbvios. Não se verificou diferença estatisticamente significativa para o fator de assimetria (Rsk), que tende a zero e, portanto, exprime uma superfície aproximadamente simétrica em termos de picos e vales. O mesmo para o fator de achatamento (Rku), que se manteve próximo a três, o que significa uma distribuição próxima à normal. Processos n° 2015/15622-2, 2017/12309-7 e 2017/12304-5, Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) Processos n° 88887.602219/2021-00, Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Não recebi financiamento In the present work, the study of an aeroelastic problem referring to cantilever beams with surface notches exposed to wind is presented, as well as a design of a control system whose purpose is to maintain a desired vibration level for one of the beams, by the action of a bulkhead in exposing its carved surface, given the variation in wind speed. For this purpose, 17 types of surface were proposed and compared, through an analysis of structural dynamics via experimental impact tests and theoretical models validated by their tests, in order to determine the purely structural influence related to the presence of each type of notch on the surface. Next, the beams were subjected to an experiment in which an aerodynamic excitation was provided by a centrifugal fan capable of controlling the wind speed. Thus, the vibration for each beam was measured and compared in terms of their RMS values associated with the vibration signal power, as well as the power distributions along the frequency band. In this way, the beam with superficial notches with the highest RMS value was selected and subjected to a new test, which had a bulkhead that gradually covered a portion of its surface, in fixed distance steps. In this experiment, the same analyzes regarding the power and its RMS values were performed, however, by varying the bulkhead positions and the wind speed. A function that correlates the RMS values with the wind speed and the instantaneous position of the bulkhead was obtained from the interpolation of the results in order to contribute to the control system plant model, which also relied on the results of the analysis of structural dynamics. With the plant model determined, a control system was designed based on two PID controllers in cascade, with a loop to control the position of the actuation system, referring to the position of the bulkhead, and another, to control the vibration levels, given an RMS value. The results for the control system were simulated computationally, with the help of MatLab® and Simulink®, and responses were obtained that stabilized themselves around the reference value, given the variation in wind speed. It was concluded that, by obtaining theoretical and experimental information about the proposed aeroelastic problem, it was possible to carry out an application of the studied concepts by the design of a control system capable to stabilize the vibration levels of a cantilever beam. No presente trabalho, é apresentado o estudo de um problema aeroelástico referente a vigas cantilever com entalhes superficiais expostas à ação do vento, bem como um projeto de um sistema de controle cuja finalidade é a manutenção de um nível de vibração desejado para uma das vigas, pela atuação de um anteparo na exposição de sua superfície entalhada, dada a variação na velocidade do vento. Para tanto, 17 tipos de superfície foram propostos e comparados, através de uma análise de dinâmica estrutural via testes experimentais de impacto e modelos teóricos validados pelos testes, a fim de se determinar a influência puramente estrutural relacionada à presença de cada tipo de entalhe na superfície. Em sequência, as vigas foram submetidas a um experimento em que foi fornecida uma excitação aerodinâmica por um ventilador centrífugo com capacidade de controle da velocidade do vento. Assim, a vibração para cada viga foi medida e comparada em termos de seus valores RMS associados à potência do sinal de vibração, bem como das distribuições das potências ao longo da banda de frequência. Deste modo, a viga com entalhes superficiais com maior valor RMS foi selecionada e submetida a um novo ensaio, o qual contou com um anteparo que encobria gradualmente, em passos de distância fixos, uma parcela de sua superfície. Neste experimento, as mesmas análises a respeito da potência e seus valores RMS foram realizadas, porém, variando-se as posições do anteparo e a velocidade do vento. Uma função que correlaciona os valores RMS com a velocidade do vento e com a posição instantânea do anteparo foi obtida a partir da interpolação dos resultados obtidos de modo a contribuir para o modelo da planta do sistema de controle, que também contou com os resultados da análise da dinâmica estrutural. Com o modelo da planta determinado, foi projetado um sistema de controle baseado em dois controladores PID em cascata, com uma malha para controle de posição do sistema de atuação, referente à posição do anteparo, e outra, para o controle dos níveis de vibração, dado um valor RMS. Os resultados para o sistema de controle foram simulados computacionalmente, com o auxílio do MatLab® e do Simulink® e foram obtidas respostas que se estabilizaram em torno do valor de referência, dada a variação da velocidade do vento. Concluiu-se que, através da obtenção das informações teóricas e experimentais acerca do problema aeroelástico proposto, foi possível realizar uma aplicação dos conceitos estudados pelo projeto de um sistema de controle de níveis de vibração da viga cantilever.

Não recebi financiamento The data used for the development of this work were obtained from previous research, in which samples of a super duplex stainless steel with ferritic matrix and dispersed austenite particles were deformed with torsion tests at temperatures from 900°C to 1200°C with strain rates ranging from 0.01 s-1 to 10 s-1. The results of these experiments were presented in the form of plastic flow curves with constant temperature and strain rate. The shapes of the curves depend on temperature and strain rate and vary with the volumetric fraction of austenite, since in two-phase materials the plastic flow is more complex than in single-phase materials. Data from this trial were used to build a spreadsheet with four columns. The first three columns contain the input attributes (temperature, strain rate and strain) and the fourth the resistance imposed by the material when deformed (stress). These data were submitted to two machine learning algorithms, one consisting of a shallow neural network (ANN) and the other of a neural network with an expert system (ANFIS). After the machine learning process, the plastic flow curves were reconstructed and compared with those obtained experimentally. Curves were predicted under conditions not measured experimentally and the results obtained are discussed. The ability of both algorithms to reconstruct the plastic flow curves of super duplex stainless steel was associated with changes in the shape of the flow curves and microstructure evolution. Os dados utilizados para o desenvolvimento deste trabalho foram obtidos a partir de uma pesquisa anterior, em que amostras de um aço inoxidável super duplex com matriz ferrítica e partículas dispersas de austenita foram deformadas com ensaios de torção nas temperaturas de 900°C a 1200°C com taxas de deformação variando de 0,01 s-1 a 10 s-1. Os resultados desses experimentos foram apresentados na forma de curvas de escoamento plástico com temperatura e taxa de deformação constantes. As formas das curvas dependem da temperatura e da taxa de deformação e variam com a fração volumétrica de austenita, uma vez que em materiais bifásicos o fluxo plástico é mais complexo que em materiais monofásicos. Utilizou-se os dados deste ensaio para construir uma planilha com quatro colunas. As três primeiras colunas contêm os atributos de entrada (temperatura, taxa de deformação e deformação) e a quarta a resistência imposta pelo material ao ser deformado (tensão). Esses dados foram submetidos a dois algoritmos de aprendizagem de máquina, sendo um constituído de uma rede neural rasa (RNA) e outro de uma rede neural com um sistema especialista (ANFIS). Após o processo de aprendizagem de máquina, as curvas de escoamento plástico foram reconstruídas e comparadas com as obtidas experimentalmente. Foi feita a predição de curvas em condições não medidas experimentalmente e discutem-se os resultados obtidos. A capacidade de ambos os algoritmos de reconstruir as curvas de fluxo plástico do aço inoxidável super duplex foram associadas a mudanças nas formas das curvas de fluxo e evolução da microestrutura.

Submitted by Julia CTC/B (julia.vieira@uerj.br) on 2021-09-23T18:43:58Z No. of bitstreams: 1 Dissertação - Bianca Barroso Marques - 2020 - Completo.pdf: 2887062 bytes, checksum: 5effba00c91c7304e7433d396062f052 (MD5) Made available in DSpace on 2021-09-23T18:43:58Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertação - Bianca Barroso Marques - 2020 - Completo.pdf: 2887062 bytes, checksum: 5effba00c91c7304e7433d396062f052 (MD5) Previous issue date: 2020-10-21 Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES A modern and very effective method for corrosion prevention has been the coating application, usually metallic, by Thermal Spray Process. The Thermal Arc Spray Process (ASP) is a low cost and high productivity technique, however it produces coatings with high surface roughness values and some inside defects. The surface finish and the defects presence (pores, cracks and oxide clusters) may cause some decrease in the desired corrosion resistance and abrasive wear. Considering this, the sealants are special paints used to penetrate the surface defects in the coatings decreasing the porosity and increase their action in protecting the base material. The objective of this work was to evaluate a metallic coating based on Fe-Cr-Nb-Ni obtained by Thermal Arc Spray Process, in conditions without sealant and with a silicone resin sealant with alumina pigmentation, in the protection of carbon steel tubes against corrosion and wear in a boiler environment. The tested situations expose the coating / substrate system of the samples with and without sealant, which remained in the boiler environment for seven and twelve months. Metallographic preparation techniques, Scanning Electron Microscopy (SEM), semi-quantitative chemical analysis by Dispersive Energy Spectroscopy (EDS) and Digital Image Analysis and Processing (PDI) were used. The same chemical elementsin the same relative quantities were found in the sprayed coating as the wires used in the spraying process, which showed that the spraying process did not cause chemical changes in relation to the wires originally used. The average thickness of the sealant applied according to the technique recommended by the manufacturer, was 60% less than expected. Although the sealant was removed from the coating by the flow of particles present in theboiler operation water, for all samples with tested sealant, the metallic coating remained integral (same morphological aspect and thickness), being considered an efficient solution for regions most critical of the boiler and subject to corrosion and friction. Iron oxides were formed at the coating / substrate interface after seven months in the boiler environment, which suggests that failures in the proposed coating may cause its detachment from the substrate by oxidation at the system interface. Um método moderno e bastante eficaz para prevenção da corrosão tem sido a aplicação de revestimentos, geralmente metálicos, pelo processo de Aspersão Térmica. A Aspersão Térmica por Arco Elétrico (ASP) é uma técnica de baixo custo e alta produtividade, no entanto produz revestimentos com valores de rugosidade superficial altos e algum nível de defeitos internos, itens estes que podem causar alguma diminuição na desejada resistência à corrosão e no desgaste abrasivo. Considerando isto, os chamados selantes, são tintas especiais usadas para penetrarem nos defeitos superficiais existentes nos revestimentos que diminuem a porosidade aberta e aumentam a ação dos mesmos na proteção do material base. O objetivo deste trabalho foi avaliar um revestimento metálico à base de Fe-Cr-Nb-Ni obtido por Aspersão Térmica a Arco Elétrico, nas condições sem selante e com um selante à base de resina de silicone com pigmentação de alumínio, na proteção de tubos de aço carbono quanto à corrosão e desgaste no ambiente de uma caldeira. As situações testadas expunham o sistema revestimento / substrato das amostras com e sem selante, que permaneceram no ambiente da caldeira durante sete e doze meses. Foram utilizadas técnicas de preparação metalográfica, Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV), análise química semi-quantitativa por Espectroscopia de Energia Dispersiva (EDS) e Análise e Processamento Digital de Imagens (PDI). Foram encontrados no revestimento aspergido os mesmos elementos químicos e nas mesmas quantidades relativas dos arames utilizados no processo de aspersão, o que mostrou que o processo de aspersão não provocou alterações químicas em relação aos arames originalmente usados. A espessura média inicial do selante aplicado conforme técnica recomendada pelo fabricante, foi 60% menor que o esperado. Embora o selante tenha sido removido do revestimento pelo fluxo de partículas presentes na água em operação na caldeira, para todas as amostras com selante testadas, o revestimento metálico manteve-se integro (mesmo aspecto morfológico e espessura), sendo considerado uma solução eficiente para regiões mais críticas da caldeira e sujeitas à corrosão e atrito. Óxidos de Ferro formaram-se na interface revestimento / substrato após sete meses no ambiente caldeira, o que sugere que falhas no revestimento proposto poderão vir a causar seu desprendimento do substrato por oxidação na interface do sistema.

São Cristóvão, SE

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) The investments made in wind energy have been growing globally over the years, aiming at sustainable alternatives for the segment. However, this growth carries with it an increase in the consumption of production materials and wastes from its processes, which if not properly treated cause negative impacts to the environment. In a society increasingly attentive to ecological issues, concepts of reuse and recycling have been widely disseminated as ways of mitigating the aggression caused by the incorrect disposal of materials in the environment. Thus, in order to contribute to the sustainability of wind turbine manufacturing processes, this study investigates opportunities to reuse two types of waste from these industries: vacuum infusion polymer films and stitched and random glass fiber fabrics. Due to unsatisfactory initial results presented when using these materials together in the hot compression molding process, it was necessary to use them separately and in different molding processes. The first part of the study investigates alternative recycling of polymeric vacuum bag films that are discarded after the manufacturing process of wind turbine blades. The work involved the reuse of this type of polymer film by means of a hot molding process in a hydraulic press. After molding, the plates were cut into specimens for mechanical evaluation in flexural and impact tests and for Thermogravimetric Analysis (TGA) and Differential Scanning Calorimetry (DSC). The results indicated that the waste analyzed is polyamide (nylon) and its mechanical properties are close to the properties mentioned in the literature for this type of polymer, being indicated for use in molding and/or machining of objects such as bearings, gears, rollers, guides and various pieces of industrial equipment. In the second part, the study proposes an alternative method for the reuse of glass fiber wastes (stitched and random) in the manufacture of new thermosetting polymer composites. Here, stitched fabrics from manufacturing processes were used, as well as material refused for technical non-compliance. Ten composites with different layers and fabric arrangements were prepared, which were mechanically evaluated in flexural and tensile and thermally by thermogravimetric analysis (TGA). The preparation process used was the resin transfer molding (RTM) whereby the polymer resin is suctioned into the fiber reinforcements, giving rise to the composites. The resin used in the moldings was the unsaturated polyester type of trade name Arazyn 13.0. Finally, the statistical analysis of mechanical results, performed according to Tukey's methodology, revealed that the number of glass fiber layers is determinant for mechanical properties of the composite, whereas the orientation of the fabrics inside the composites does not present significant differences. Depending on the application of the composites, if higher or lower mechanical resistance is required, other arrangements can be analyzed in order to obtain the desired properties. The composites developed can be applied as materials to obtain products such as doors, floors, walls, office partitions and other furniture with flat surface. Os investimentos em energia eólica vêm crescendo globalmente ao longo dos anos, visando alternativas sustentáveis para o segmento. No entanto, este crescimento carrega consigo acréscimos no consumo de materiais de produção, além de resíduos provenientes de seus processos, que se não tratados adequadamente causam impactos negativos ao meio ambiente. Numa sociedade cada vez mais atenta às questões ecológicas, os conceitos de reutilização e de reciclagem têm sido amplamente difundidos, como formas de amenizar as agressões causadas pelo descarte incorreto de materiais no meio ambiente. Deste modo, visando contribuir para a sustentabilidade dos processos de fabricação das pás eólicas, este estudo investiga oportunidades de reaproveitamento de dois tipos de resíduos provenientes destas indústrias: filmes poliméricos de infusão a vácuo e tecidos de fibras de vidro costurados e aleatórios. Em razão de resultados iniciais insatisfatórios apresentados na utilização destes materiais em conjunto no processo de moldagem por compressão a quente, foi necessário utilizá-los separadamente e em processos de moldagem distintos. A primeira parte do estudo investiga a alternativa de reciclagem dos filmes poliméricos (poliamida) de infusão a vácuo que são descartados após o processo de fabricação de pás eólicas. O trabalho envolveu a reutilização deste tipo de filme polimérico por meio de processo de moldagem à quente em prensa hidráulica. Após a moldagem, as placas foram cortadas em corpos de prova para avaliação mecânica em flexão e impacto e análises térmicas por Termogravimetria (TG) e Calorimetria Exploratória Diferencial (DSC). Os resultados indicaram que o resíduo de filme analisado é uma poliamida (nylon) e suas propriedades mecânicas estão próximas às propriedades citadas na literatura para este tipo de polímero; sendo indicadas para uso em moldagem e/ou usinagem de objetos como mancais, engrenagens, roletes, guias e diversas peças de equipamentos industriais. Na segunda parte, o estudo envolveu um método alternativo de reaproveitamento de resíduos de fibras de vidro (costurados e aleatórios) na confecção de novos compósitos poliméricos termorrígidos. Neste caso, foram utilizados tecidos costurados provenientes dos processos de fabricação das pás eólicas, assim como material recusado na indústria por não-conformidade técnica. Foram confeccionados dez tipos de compósitos com diferentes camadas e arranjos dos tecidos, os quais foram avaliados mecanicamente em flexão e tração e termicamente por Termogravimetria (TG). O processo de confecção utilizado foi a moldagem por transferência de resina (RTM), através do qual a resina polimérica é succionada para dentro do molde, permeando as fibras dos tecidos e, posteriormente, resultando em compósitos. A resina utilizada nas moldagens foi do tipo poliéster insaturada de nome comercial Arazyn 13.0. A análise estatística dos resultados dos ensaios mecânicos, realizada segundo metodologia Tukey, revelou que o número de camadas de fibras de vidro foi determinante para as propriedades mecânicas dos compósitos, porém a orientação dos tecidos no interior dos compósitos não apresentou diferenças significativas. Dependendo da aplicação dos compósitos, se requer maior ou menor resistência mecânica, outros arranjos podem ser analisados a fim de obterem-se as propriedades desejadas. Os compósitos desenvolvidos podem ser aplicados como materiais para obtenção de produtos como portas, pisos, paredes, divisórias de escritório e outros móveis com superfície plana. CAPES: 88882.426930/2019-01

ressonância interna é uma das principais áreas de pesquisa no campo da dinâmica não linear. Este fenômeno ocorre quando a proporção das frequências naturais de modos de vibração distintos é um número inteiro, além do mais, a ressonância interna permite a troca de energia entre modos de vibração envolvidos, influenciando a estabilidade das respostas dinâmicas. Neste trabalho aborda-se o estudo de vibrações livres e forçadas, lineares e não lineares, de um painel cilíndrico simplesmente apoiado, submetido a um carregamento transversal dependente do tempo, considerando os fenômenos do acoplamento e da interação modal na solução modal proposta parao campo de deslocamento transversal. As equações de movimento são obtidas através de uma abordagem energética, utilizando o campo de deformação e as mudanças de curvatura da superfície média dados pela teoria não linear de Donnell para cascas abatidas. O sistema de equações diferenciais parciais não lineares é determinado através da minimização do Lagrangeano do sistema estrutural. Com os modos de vibração clássicos, uma análise das vibrações livres é efetuada a fim de determinar as geometrias que geram interação modal entre dois ou três modos de vibração distintos, destaca-se que as geometrias encontradas nesta dissertação apresentam ressonâncias internas do tipo: 1:1, 1:2, 1:3, 1:1:2 e 1:2:4. A solução modal proposta para o campo de deslocamento lateral é alcançada pelo emprego do método da perturbação, declarando na solução modal inicial a interação modal existente entre os dois, ou os três, modos de vibração distintos. A partir do método de Galerkin, as equações diferenciais parciais não lineares são discretizadas dando origem a um sistema de equações diferenciais ordinárias não lineares. Os resultados de vibrações livres não lineares de um painel cilíndrico perfeito, ou com uma imperfeição geométrica na forma de um dos modos de vibração presente na solução modal para os deslocamentos transversais, são expressos em função do número de graus de liberdade considerado na solução modal para o campo de deslocamento transversal. Faz-se também, um estudo das vibrações forçadas, determinando, as curvas de ressonância, as bacias de atração, planos fases e mapeamento da seção de Poincaré do painel cilíndrico perfeito e imperfeito. Com isto, pode-se verificar que a forma e a magnitude das imperfeições geométricas iniciais possuem grande influência nas respostas não lineares, tanto de vibrações livres quanto de vibrações forçadas. Internal resonance is one of the main areas of research in the field of nonlinear dynamics. This phenomenon occurs when the proportion of the natural frequencies of distinct vibration modes is an integer, and the internal resonance allows the exchange of energy between the vibration modes involved, influencing the stability of the dynamic responses. In this work deals the analyses of linear and nonlinear free and forced vibrations of a simply supported cylindrical panel, subjected to a time dependent transverse loading, considering the modal coupling and modal interaction phenomena in the proposed modal solution for the transversal displacement field. The transversal equations of motion are obtained through an energetic approach using the deformation field and mean surface curvature changes given by Donnell's nonlinear theory for shallow shells. The system of nonlinear partial differential equations is determined by minimizing the Lagrangian energy of structural system. From classical vibration modes, an analysis of free vibrations is performed to determine the geometries that generate modal interaction between two or three distinct vibration modes, it is noteworthy that the geometries found in this dissertation have internal resonances of the type: 1: 1, 1: 2, 1: 3, 1: 1: 2 and 1: 2: 4. The proposed modal solution for the transversal displacement field is achieved by employing the perturbation method, considering in the initial modal solution the existing modal interaction between the two or three distinct vibration modes. From the Galerkin method, nonlinear partial differential equations are discretized giving rise to a system of nonlinear ordinary differential equations. The results of nonlinear free vibrations of a perfect cylindrical panel, or with a geometric imperfection in the form of one of the modes of vibration present in the modal solution for transverse displacements, are expressed as a function of the number of degrees of freedom considered in the modal solution the transverse displacement field. It is also made an analyse of the forced vibrations, determining the resonance curves, the basin of attraction, phase planes and mapping the Poincaré section of the perfect and imperfect cylindrical panel. Thus, it can be observed that the shape and magnitude of the initial geometric imperfections have a great influence on the nonlinear responses of both free and forced vibrations. Conselho Nacional de Pesquisa e Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPq

Submitted by Wagner Junior (wagner.junior@unioeste.br) on 2019-04-15T19:59:07Z No. of bitstreams: 2 Marciel_Viapiana_2018.pdf: 4204013 bytes, checksum: ce658946b1adde2be5c5e501be51636a (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Made available in DSpace on 2019-04-15T19:59:07Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Marciel_Viapiana_2018.pdf: 4204013 bytes, checksum: ce658946b1adde2be5c5e501be51636a (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Previous issue date: 2018-09-24 This work proposes the use of pneumatic muscle, whose shape and behavior characteristics resemble the human muscle, for the continuous control of the positioning of a bench manipulator, being controlled by the intensity of the muscular effort of the user, read by surface electromyographic sensors. The association of the electromyographic signals with the pneumatic muscle aims to make the movement artificially generated as close as possible to the natural one, facilitating the user's adaptation to the use of this assistive technology. For the tests with the built bench, a geometric model for the manipulator was defined to meet the characteristics of the pneumatic muscle type actuator and to be representative in relation to the angular stroke. Based on the defined geometry, a bench was built, which has an aluminum rod representing the forearm, and a pneumatic muscle type actuator, which represents the action of the muscle needed for movement. To control the position of the manipulator through the action of the pneumatic muscle, it is necessary to control the feeding pressure of this, which is done by a manual pressure regulating valve, which has been automated, so that the control can be done electrically. For control of the automated valve, a PID controller has been tuned. In order to evaluate the characteristics of the workbench, a manipulator positioning test was performed, which allowed the observation and quantification of its proper functioning. Finally, the electromyographic signal was inserted into the control algorithm as a reference for positioning, which allows the user to control the pressure with which the actuator will be fed through the biceps muscle effort and consequently the angular position assumed by the manipulator on the bench. These tests allowed to evaluate the quality with which one can control the position of the manipulator, using surface electromyographic signals, resulting in an angular variation of less than 10 degrees around the desired position, the main origin of this variation being the characteristics of the developed bench. Este trabalho propõe a utilização de músculo pneumático, cujas características de forma e comportamento se assemelham ao músculo humano, para o controle contínuo de posicionamento de um manipulador de bancada, sendo este controlado pela intensidade do esforço muscular do usuário, lido por sensores eletromiográficos de superfície. A associação dos sinais eletromiográficos ao músculo pneumático visa tornar o movimento gerado artificialmente o mais próximo possível ao natural, facilitando a adaptação do usuário ao uso desta tecnologia assistiva. Para a realização dos testes com a bancada construída, um modelo geométrico para o manipulador foi definido, de forma a atender as características do atuador do tipo músculo pneumático e ser representativo em relação ao curso angular. Baseado na geometria definida, uma bancada foi confeccionada, a qual conta com uma haste de alumínio que representa o antebraço, e um atuador do tipo músculo pneumático, que representa a ação do músculo necessário para o movimento. Afim de controlar a posição do manipulador através da ação do músculo pneumático, torna-se necessário o controle da pressão de alimentação deste, atividade realizada por uma válvula reguladora de pressão manual, sob a qual realizou-se automatização, de forma que o controle pudesse ser realizado eletricamente. Para o controle da válvula automatizada, um controlador do tipo PID foi sintonizado. Com intuito de avaliar as características da bancada, realizou-se teste de posicionamento do manipulador, que permitiram observar e quantificar seu adequado funcionamento. Por fim inseriu-se no algoritmo de controle o sinal eletromiográfico como referência para o posicionamento, que permite ao usuário controlar através da intensidade do esforço do músculo bíceps, a pressão com a qual o atuador será alimentado, e consequentemente a posição angular assumida pelo manipulador na bancada. Estes testes permitiram avaliar a qualidade com a qual se consegue controlar a posição do manipulador, com uso dos sinais eletromiográficos de superfície, tendo como resultado uma variação angular inferior a 10° em torno da posição desejada, sendo a principal origem desta variação as características construtivas da bancada desenvolvida.

Submitted by Wagner Junior (wagner.junior@unioeste.br) on 2019-05-20T19:45:53Z No. of bitstreams: 2 Filipe_Diniz_Dal_Moro_Borges_2018.pdf: 4460250 bytes, checksum: 8ed3611fcae1051d1edbe9cce8fa14ca (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Made available in DSpace on 2019-05-20T19:45:53Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Filipe_Diniz_Dal_Moro_Borges_2018.pdf: 4460250 bytes, checksum: 8ed3611fcae1051d1edbe9cce8fa14ca (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Previous issue date: 2018-09-21 The choice of the right strategy for a plant maintenance is critical to the availability and reliability of its assets. The fact that most of the failures on rotary machines derive from damages on its rolling element bearings justifies the use of a method capable to detect and diagnose defects while incipient. For this reason, the present wok analyzed the diagnose capability of three different methods, among them the envelope analysis, plotted by many authors as the state of the art, and the local mean decomposition, LMD, and its optimized version, OELMD, when associated to an expert system specially designed for this. Other features, such the signal separation potential, the spectral quality and the computational consumption required, was also taken into account. The algorithms from several papers where translated to MatLab and tested with real vibration signals collected from rolling element bearings exposed to different kinds of damages. The comparison between the filter options to the envelope analysis pointed that time synchronous averaging, TSA, was better than the others in terms of cleansing quality and kurtosis amplification. In the case of the local mean decompositions, LMD and OELMD, this relevant content was revealed by the continuous decomposition of the signal into product functions or modes, which are the best representation of the original signal in terms of an envelope and a frequency modulated signal. In this sense, an intense mode mixing was observed in the answers provided by the LMD method, showing its inability to deal with complex and highly modulated signals. On the other hand, the OELMD method was capable to bring to the surface the impulsive features of the bearings previously masked by the more impulsive deterministic content of the signal. At the end the study showed that all three methods were equally assertive, although the hypothesis of the analyst dismissal is not possible while processing time and diagnostics quality are both required. A escolha da estratégia adequada ao planejamento da manutenção de uma planta industrial é fundamental para assegurar a disponibilidade e a confiabilidade dos seus ativos. Neste contexto, o fato das falhas ocorridas em equipamentos rotativos comumente derivarem de danos existentes nos mancais de rolamento justifica o emprego de uma metodologia de análise confiável e capaz de detectar e diagnosticar defeitos incipientes. Por este motivo, o presente trabalho procurou avaliar a capacidade de diagnóstico de três abordagens distintas, sendo elas o envelopamento tradicional, reconhecida por diversos autores como o estado da arte, e as recentemente publicadas decomposições médias local, LMD, e sua versão otimizada, OELMD, enquanto associadas a um sistema especialista desenvolvido unicamente para este fim. Outras características, tais como o potencial de separação da porção de interesse do sinal, a qualidade do conteúdo espectral gerado e o consumo computacional requerido à formulação do veredito, também foram levadas em consideração. Os algoritmos estabelecidos na literatura foram traduzidos à linguagem do MatLab e testados com sinais reais de vibração de mancais de rolamento expostos a diferentes tipos de danos. A comparação conduzida entre as formas de tratamento disponíveis ao envelopamento tradicional demonstrou que, para o caso em questão, o filtro dimensionado pelo método das médias temporais síncronas, TSA, forneceu a melhor resposta, tanto em termos de qualidade de limpeza quanto de amplificação da curtose. No caso das decomposições médias locais, seja a LMD ou a OELMD, a obtenção desta fração de maior relevância é feita por meio do desmembramento contínuo do sinal em funções ou modos, os quais caracterizam sua melhor representação em termos do produto entre um envelope e um sinal modulado em frequência. Neste sentido, foi observada uma intensa mistura de modos nas respostas oriundas da LMD, demonstrando sua inabilidade em lidar com sinais altamente complexos e modulados, ao passo que sua versão otimizada, OELMD, foi capaz de trazer à tona as características impulsivas dos mancais ora ocultadas pela porção determinística de maior intensidade. Após o término da investigação, concluiu-se que todas as metodologias comparadas obtiveram igual assertividade, no entanto, ressalta-se que a hipótese da completa dispensa da figura do analista é afastada enquanto perdurar o equilíbrio entre o tempo disponível ao processamento e o pleno êxito nos diagnósticos.

Existem inúmeros problemas que podem surgir em componentes que estejam em constante uso e sujeito a desgastes dentre os diversos tipos de componentes estruturais. Para isto, nos últimos anos tem-se desenvolvido técnicas capazes de monitorar a integridade estrutural. Nas últimas décadas inúmeras técnicas não destrutivas começaram a ser utilizadas, dentre elas pode-se citar o método de impedância eletromecânica. Este trabalho propõe apresentar na revisão bibliográfica alguns conceitos básicos relacionados aos principais tópicos ligados a SHM (Structural Health Monitoring - Monitoramento da Integridade Estrutural), como materiais inteligentes, as diversas técnicas, métricas de dano e analisadores de impedância. Será abordado também algumas técnicas de otimização clássica (busca randômica) e bioinspirada (algoritmo de colônia de abelhas e algoritmo de colônia de formigas) que podem ser utilizadas para realizar comparações dos sinais de impedância eletromecânica entre estruturas sem dano e com dano. Por fim, é discutido sobre o tema de cadeias de Markov que é um processo estocástico onde um estado futuro depende apenas do estado presente e não dos demais estados passados. A proposta da dissertação é um estudo de caso em um sistema LEGO que visa aplicar os conceitos de impedância eletromecânica, otimização e cadeias de Markov para o monitoramento da integridade estrutural em um sistema definido e com isto, fornecer dados para uma possível previsão de falhas. Como conclusão, pode-se perceber a potencialidade das cadeias de Markov associado ao método da impedância eletromecânica para monitoramento e previsão de estados futuros. There are several problems that can occur in components exposed to constant use and subjected to wear among the different types of structural components. Thus, in the last years it has been developed techniques able to monitor the health of the structures. In the last decades many non-destructive techniques have started to be used, among them we can mention the method of electromechanical impedance. This work proposes to present in the bibliographic review some basic concepts related to the main topics related to SHM (Structural Health Monitoring), such as smart materials, the different techniques, damage metrics and impedance analyzers. It will also be approached some techniques of classic optimization (random search) and bioinspired (bee colony algorithm and ant colony algorithm) that can be used to perform electromechanical impedance signals between damaged and non-damaged structures. Finally, it is presented the subject of Markov chains, a stochastic process, which a future state depends only on the present state and not on the other past states. The dissertation proposal is a case study (LEGO System) that aims to apply the concepts of electromechanical impedance, optimization and Markov chains for the monitoring of structural health in a defined system, and with this result, be able to provide data for a possible failure prediction. Concluding, it can realize the potentiality of the Markov chains associated to the electromechanical impedance method for monitoring and predicting future states.

It is evident that with the increasing advance of the manufacturing industry there is a need for an efficient quality control that meets this demand produced within an increasingly shorter period of time. As a result of this, Coordinate Measuring Machines (CMMs) are widely used for inspection of various components in the current industry, in addition to having the Computer Numeric Control (CNC) - which makes the measurement process much faster than conventional methods - can still measure numerous geometries, since they have several sensors that are suitable for various situations, therefore, there is hardly a configuration that the CMM can’t measure. Measurements made by a CMM can be divided into two groups: contact measurements and non-contact measurements. Contact measurements use the touch sensor, known as a probe, which collects coordinate points on the measured piece with the sensor deflection when touching. Non-contact measurements can be performed with the laser sensor or a digital camera. The present work of master dissertation aims to present some applications of non-contact measurements with the use of a CMM, which incorporates a Charge-Coupled Device (CCD) camera, in components such as fuel injectors nozzles, printed circuit boards and sphere of high accuracy, since these elements have geometries with dimensions less than 4 mm, making it impossible to measure with the use of the conventional contact measurement system. Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES É evidente que com o crescente avanço da indústria manufatureira exista a necessidade de um controle de qualidade eficiente, que atenda essa demanda produzida dentro de um espaço de tempo cada vez mais curto. Em função disto, as Máquinas de Medição por Coordenadas (MMC) são amplamente empregadas para inspeção de diversos componentes na indústria atual, pois além de contarem com o Comando Numérico Computacional (CNC) – o que torna o processo de medição muito mais rápido do que os métodos convencionais - podem ainda medir inúmeras geometrias, uma vez que dispõem de diversos sensores que são adequados para várias situações, por conseguinte, dificilmente haverá uma configuração que a MMC não possa medir. As medições efetuadas por uma MMC podem ser dividas em dois grandes grupos: as medições por contato e as medições sem contato. As medições por contato utilizam o sensor de toque, conhecido como apalpador, que coleta pontos coordenados na peça medida com a deflexão do sensor quando houver o toque. As medições sem contato podem ser realizadas com o sensor laser ou uma câmera digital. O presente trabalho de dissertação de mestrado tem como finalidade apresentar algumas aplicações de medições sem contato com a utilização de uma MMC, que incorpora uma câmera CCD (Charge-Coupled Device), em componentes como bicos injetores de combustível, placas de circuito impresso e esferas de alta exatidão, visto que esses elementos apresentam geometrias com dimensões inferiores a 4 mm, impossibilitando medições com o uso do sistema de medição por contato convencional.

The objective of this research is to develop an intelligent system based on artificial neural networks for water distribution systems that operate with pumps associated in parallel. The system aims at process automation and the definition of operating state for electric motors (on, off or with partial rotation), aiming at the same time the pressure control and reduction of electric power consumption. The developed intelligent system is a generic one, which allows the application of control structure in similar processes, and it was applied in a fully instrumented test rig that emulates a real system of water supply. The results showed that the performance of the artificial neural network is quite satisfactory, and thus can be successfully implemented in other similar water distribution systems in order to reduce consumption of water and electric energy, decrease costs of maintenance, and increase the degree of reliability of operational procedures. O objetivo desta pesquisa é desenvolver um sistema inteligente baseado em redes neurais artificiais para redes de distribuição de água que operam com bombas associadas em paralelo. O sistema tem por finalidade a automação do processo e a definição do estado de funcionamento dos motores elétricos (ligado, desligado ou com rotação parcial), visando simultaneamente ao controle de pressão e à redução do consumo de energia elétrica. O sistema inteligente desenvolvido é genérico, o que permite a aplicação da estrutura de controle em processos semelhantes, e foi aplicado em uma bancada experimental totalmente instrumentalizada que emula um sistema real de abastecimento de água. Os resultados mostraram que o desempenho da rede neural artificial é bastante satisfatório, e, assim, poderá ser implementada com sucesso em outros sistemas de distribuição de água similares, a fim de proporcionar redução do consumo de água e energia elétrica, diminuição dos custos de manutenção e aumento do grau de confiabilidade dos procedimentos operacionais.

This work deals with pressure control in water distribution networks to promote the optimization of hydraulic loads in order to minimize water losses in the pipes and energy in the corresponding pumping system. Therefore, a neural fuzzy control system (NFCS) beyond the adaptive neural control system (ANCS) were developed. These control systems have been tested and evaluated on experimental bench. The neural fuzzy control system (NFCS) involves techniques of artificial neural network (ANN) and fuzzy logic. The adaptive neural control system (ANCS) used a ANN Perceptron type multilayer by backpropagation technique and gradient descent with Levenberg-Marquardt optimizer. The pressure control will be through the frequency inverter with frequency adjustments in real time, which will act on pump motor assembly installed in the trial bench hydraulic network. Control systems NFCS and ANCS, in this work, were confronted in order to promote a comparative analysis between controllers. The results showed that the ANCS reached a performance index greater than NFCS almost entirely. Finally it was added a logic filter to supervisory control and data acquisition system (SCADA) to make the ANCS able to alternately control the minimum pressure points from the distribution network of experimental bench. Both control systems, ANCS and NFCS were developed in programming environment LabVIEW® Este trabalho tem como objetivo o controle de pressão em redes de distribuição de água, a fim promover a otimização das cargas hidráulicas, buscando minimizar as perdas de água nas tubulações e de energia no correspondente sistema de bombeamento. Para tanto foram elaborados um sistema de controle fuzzy neural (SCFN) e um sistema de controle neural adaptativo (SCNA). Esses sistemas de controle foram testados e avaliados em uma bancada experimental. O sistema de controle fuzzy neural (SCFN) envolve técnicas de rede neural artificial (RNA) e lógica fuzzy. O sistema de controle neural adaptativo (SCNA) utilizou uma RNA do tipo Perceptron de múltiplas camadas, através da técnica de retropropagação (backpropagation) e gradiente descendente com otimizador de Levenberg-Marquardt. O controle de pressão é realizado através do conversor de frequência, com ajustes da frequência, em tempo real (on-line), que atuará sobre conjunto motor bomba (CMB) instalado na rede hidráulica da bancada experimental. Os sistemas de controle SCFN e o SCNA, apresentados neste trabalho, foram confrontados a fim de promover uma análise comparativa entre os controladores. Os resultados demonstraram que o SCNA apresentou especificações superiores ao SCFN em quase sua totalidade. Finalmente foi acrescentado um filtro lógico ao SCADA (supervisory control system and data acquisition) para tornar o SCNA capaz de controlar alternadamente a pressão mínima dentre pontos da rede de distribuição da bancada experimental. Ambos os sistemas de controle, SCFN e SCNA foram desenvolvidos em ambiente de programação LabVIEW®.

To ensure the supply of the population with the conscious use of hydraulic and electrical resources. This is the present challenge of managers and water supply companies. In a society increasingly aware and concerned about the increase of unbridled consumption, the possibility of efficient use of indispensable resources for human development comes as an incentive to fostering new technologies and research. This paper proposes the use of fuzzy logic as robust control system, which was applied on a test rig that simulates the supply of a network with two different topographical pressure zones. Controllers are important tools in the operation of automated processes aimed at carrying out an operation, in order to make the most of the tools and equipment that make up a system. In this research, we developed two controllers, one applicable in a decentralized system and the other to a centralized system. The controller objective is to ensure the operating pressures in two topographical zones through the control of the drive system‟s frequency, formed by a motor pump assembly; and through the angulation of a pressure reducing valve located before the lower zone. The reported results were promising since, for the two different systems, the controller could perform, taking the pressure at their reference values, reducing the energy consumption when compared to a system with no controller. Conselho Nacional de Pesquisa e Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPq Garantir o abastecimento da população concomitante ao uso consciente dos recursos hidráulicos e energéticos. Esse é o presente desafio dos gestores e das companhias de abastecimento de água. Em uma sociedade cada vez mais consciente e preocupada com o andamento do consumo desenfreado, a possibilidade de utilização eficiente de recursos indispensáveis ao desenvolvimento humano surge como incentivo ao desenvolvimento de novas tecnologias e pesquisas. Esse trabalho propõe a utilização da lógica fuzzy como sistema de controle robusto, que foi aplicada em uma bancada experimental que simula o abastecimento de uma rede com duas zonas de pressão com topográficas diferenciadas. Os controladores são ferramentas importantes na operação de processos automatizados que visam à realização de determinada operação de maneira a aproveitar ao máximo as ferramentas e equipamentos que compõe um sistema. Nessa pesquisa foram desenvolvidos dois controladores, um aplicável em um sistema descentralizado e outro aplicável a um sistema centralizado. O objetivo do controlador é garantir as pressões de serviço nas duas zonas topográficas, a partir do controle da frequência do sistema de impulsão, formado por um conjunto motor bomba; e da angulação de uma válvula redutora de pressão situada a montante da zona baixa. Os resultados apresentados mostraram-se promissores, visto que para os dois diferentes sistemas, o controlador conseguiu atuar, levando as pressões aos seus valores de referência, reduzindo o consumo energético, quando comparadas ao sistema sem controlador.

It is presented in this thesis, a proposal for solution of engineering problems in heat transfer area using the network simulation method (NSM - Network Simulation Method), which is to solve these problems by analogy between the thermal circuits and electrical circuits. It will be presented to validate the two-dimensional problem of heat conduction in a cylinder in which the solutions obtained by simulation with the solution analytically obtained via Technical Generalized Integral Transform will face (GITT). In the simulations makes up the body discretization study with the aim of establishing a correlation between the amount of cells (the mesh refinement) and the relationship between the radius of the size and length of the cylinder so that the problem solution of heat transfer in the body can be considered one-dimensional. A comparison will be made between the analytical response and obtained by simulation, varying the number of divisions and different relationships between beam dimensions and length of the cylinder. From the solution validated the proposed method, applying the work presented as a generic fabric prepared by the NSM and implementation PSPICE, which serves for solving many problems of heat conduction in a cylindrical geometry. Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES É apresentada neste trabalho de tese, uma proposta para solução de problemas de engenharia na área de transferência de calor utilizando o método de simulação de rede (NSM – Network Simulation Method), que consiste na resolução destes problemas pela analogia existente entre os circuitos térmicos e os circuitos elétricos. Nele será apresentada a validação do problema bidimensional de condução de calor em um cilindro, no qual, serão confrontadas as soluções obtidas por simulação com a solução obtida analiticamente via Técnica da Transformada Integral Generalizada (GITT). Nas simulações realizadas fazse a discretização do corpo em estudo, com o objetivo de se estabelecer uma correlação entre a quantidade de células (refinamento da malha) e a relação entre o tamanho do raio e comprimento do cilindro para que a solução do problema de transferência de calor no corpo possa ser considerada unidimensional. A comparação se dará entre a resposta analítica e a obtida por simulação, variando o número de divisões e as diferentes relações entre as dimensões raio e comprimento do cilindro. A partir da solução validada pela metodologia proposta, o trabalho apresenta como aplicação, uma malha genérica elaborada através do NSM e implementação no PSPICE, a qual serve para resolução de diversos problemas de condução de calor em geometria cilíndrica.

In search for greater energy efficiency there is the application of new technologies and renewable fuels. Due to the expected shortage of oil coupled with environmental awareness, has high potential research for new energy sources and more efficient combustion processes and less polluting. Among the less polluting fuels is natural gas that has an increased consumption year on year. This paper analyzes the injection of compressed natural gas (CNG) in an internal combustion engine compression ignition, evaluating the pollutant emissions, opacity and performance. The engine under study, the energy comes from the combustion of natural gas and biodiesel, where biodiesel serves to ignite the natural gas, being possible to replace up to 80% of biodiesel injection. Thus, there is a partial substitution of biodiesel natural gas in order to increase the combustion efficiency. Engine MWM 4:07 TEC has developed an electronic injection system adapted to reduce the biodiesel injection time per cycle and compensate with CNG injection. Based on a survey of injected cycle mass flow to calculate the energy value equivalent to reducing biodiesel injection proportions to compensate with CNG injection. There was a reduction in the torque according to the increase of the proportion of biodiesel in the diesel fuel and a higher specific consumption with the use of B7 fuel (7% biodiesel). It has been found the need for injection of a larger amount of mass CNG instead of B7 fuel. Regarding the emission of pollutants in the exhaust measured at a range of engine working speed smaller carbon monoxide level (CO), carbon dioxide (CO2), hydrocarbons (HC), nitrogen oxides (NOx) were checked respectively in the application of B7 fuels, B20, B50 and B50. The lowest levels of opacity were investigated in tests using the B10 fuel. Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES Em busca por maior eficiência energética há a aplicação de novas tecnologias e combustíveis renováveis. Devido a previsível escassez de petróleo aliada a uma consciência ambiental, tem-se elevado potencialmente pesquisas por novas fontes de energia e processos de combustão mais eficientes e menos poluentes. Entre os combustíveis menos poluentes está o gás natural, que tem um consumo aumentado ano a ano. O presente trabalho analisa a injeção de gás natural veicular (GNV) em um motor de combustão interna de ignição por compressão, avaliando os níveis de emissões de poluentes, opacidade e o rendimento. No motor em estudo, a energia provém da combustão do gás natural e do biodiesel, onde o biodiesel tem a função de produzir a ignição do gás natural, sendo possível a substituição de até 80% da injeção do biodiesel. Assim, haverá uma substituição parcial de biodiesel por gás natural, a fim de aumentar o rendimento da combustão. No motor MWM 4.07 TCE foi desenvolvido um sistema de injeção eletrônico adaptado para reduzir o tempo de injeção do biodiesel por ciclo e compensar com injeção de GNV. Baseando-se em um levantamento do fluxo de massa injetada por ciclo para calcular o valor energético equivalente a redução das proporções de injeção de biodiesel a compensar com injeção de GNV. Houve um redução do torque de acordo com o aumento da proporção de biodiesel no óleo diesel e um maior consumo específico com a utilização do combustível B7 (7% de biodiesel). Foi constatada a necessidade de injeção de maior quantidade de massa de GNV em substituição do combustível B7. Em relação as emissões de gases poluentes na exaustão medidos na faixa de rotação de trabalho do motor os menores níveis de monóxido de carbono (CO), dióxido de carbono (CO2), hidrocarbonetos (HC), óxidos de nitrogênio (NOx), foram verificados respectivamente na aplicação dos combustíveis B7, B20, B50 e B50. Os menores níveis de opacidade foram averiguados em testes com utilização do combustível B10.

The analysis of the vibrations induced by crowds in the transverse direction has become a topic of increasing interest, because of the ocurrence of excessive transverse vibrations in certain structures due to pedestrian traffic. This work presents the analysis of movements of pedestrians in the transverse direction for crowd situations. Successive tests were carried out with persons instrumented, walking alone and in a crowd. Comparisons between measurements of these pedestrians walking alone and in the crowd provided the identification of the influence of the crowd in the transverse acceleration and displacements and rotation of the pelvis. Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES A análise de vibrações induzidas por multidões na direção transversal vem se tornando um tema cada vez de maior interesse devido a ocorrência de vibrações transversais excessivas em algumas estruturas destinas à circulação de pedestres. Este trabalho apresenta a análise de caminhadas/movimentos na direção transversal para situações de multidão. Para obtenção dos dados experimentais foram feitos testes sucessivos com pessoas instrumentadas, caminhando isoladamente e em meio a uma multidão com densidades diferentes. A análise comparativa dos sinais destes pedestres caminhando só e em multidão, possibilitou a identificação da influência causada por essa multidão na aceleração e deslocamento transversal e na rotação da pélvis.

Human society in general, and Brazil in particular, face severe scenarios, from restricted energy supply to climate change and other challenges for a sustainable future. Thus renewable energy alternatives offering lower environmental and social impacts such as solar energy are subjects of special interest. The present work refers to this challenging picture. As a way to apply renewable energy, solid adsorption air conditioning favors energy security and contributes to the mitigation of greenhouse gases due to the lower dependency in regard to primary energy. It allows to a reduction on demand peaks, and to a natural adjustment between supply and demand levels. Moreover, the materials used in such systems present low environmental impact, especially the refrigerant fluid: water, abundant in nature and non-toxic. The general objective of this work is the development of an experimental chiller using local technology, resulting in a state-of-the-art performance level. Specific objectives include the development of a representative model for the adsorber, the comparison of adsorption kinetics between two fractions of silica gel, the evaluate how specific heat and mass diffusion influence the chiller performance. The numerical model contributions are related to the use of specific heat of the adsorbed phase, and mass diffusion for cycle characterization. The model resulted representative of the experimental behavior. COP was found to be 0,53 and SCP is 68 W/kg for 2.0 mm beads. These values are comparable or higher to the ones reported in literature for silica gel in loose grains. The use of a crushed silica gel of smaller size (026 mm) resulted in lower level of performance, which is probably due to the reduction of porosity after crushing. A humanidade em geral, e o Brasil em particular, enfrentam duros cenários de restrição de energia, mudanças climáticas e outros desafios para um futuro sustentável. Assim, alternativas de energia renovável, de menor impacto ambiental e social, como a energia solar, se tornam objeto de especial interesse. É dentro desse quadro desafiador que se insere o presente trabalho. Como aplicação de energia renovável, a climatização a adsorção se configura como fator de segurança energética e contribui para a mitigação das emissões de gases efeito estufa, ao reduzir a dependência de energia primária. Conduz à redução de picos de demanda, e apresenta um ajuste natural entre demanda e oferta. Além disso, os materiais utilizados são de baixo impacto ambiental, especialmente o refrigerante: a água, abundante na natureza e atóxica. O objetivo geral do presente trabalho é desenvolver um chiller experimental com tecnologia nacional que permita atingir níveis de desempenho comparáveis ao estado da arte. Os objetivos específicos são: desenvolver um modelo representativo para o reator adsortivo, comparar a cinética de adsorção em duas granulometrias de sílica gel, e estudar a influência do calor específico e da difusão de massa. O modelo numérico trouxe como contribuições originais considerar o calor específico da fase adsorvida e a difusão de massa para caracterização do ciclo. O modelo resultou representativo do comportamento verificado experimentalmente. Foram obtidos COP de 0,53 e SCP de 68 W/kg para partículas de adsorvente de 2,0 mm, valores comparáveis ou superiores aos registrados na literatura para sílica gel em grãos soltos. A fração de granulometria menor (0,26 mm) teve desempenho inferior, provavelmente devido à redução de porosidade após britagem.

The Shape Memory Alloys (SMA) is part of an active material class due to a special characteristic, called Shape Memory Effect (SME) that can be activated by a thermal field. In general these materials are made by metallic alloys and belong to a group of conducting materials with electromagnetic properties when circulated by an electric current. If geometrically configured as an inductor and stimulated with an alternating current allows the variable magnetic induction provided by the magnetic flux inside the coil. Using the thermomechanical shape change and the magnetic induction characteristics, this paper presents a study and development of a variable inductor with an alloy Ni-Ti. This study is based in inductance variation through geometric variation of coils made of shape memory wire and keeping the magnetic permeability constant. It was also observed variations in magnetic inductance due to change in temperature through electrical current, showing a possible close relationship with the phase transformation temperature of the material. To collect the experimental results were necessary the development of SME inductors with ferrite nucleus. Results are presented for the inductance variation related to length and temperature variation of a SMA inductor. Conselho Nacional de Pesquisa e Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPq As Ligas com Memória de Forma (LMF) fazem parte de uma classe de materiais ativos ou inteligentes por possuírem uma característica especial denominada de Efeito Memória de Forma (EMF) que pode ser ativado por um campo térmico. Por serem geralmente ligas metálicas estão no grupo dos materiais condutores e apresentam propriedades eletromagnéticas quando circulados por uma corrente elétrica. Se configurado geometricamente como um indutor e estimulado com uma corrente alternada possibilita a indução magnética variável proporcionada pelo fluxo magnético no interior das espiras. Aproveitando a característica termomecânica de mudança de forma e o efeito físico de indução magnética, este trabalho apresenta um estudo do desenvolvimento de um indutor variável com liga com memória de forma de NiTi. O estudo se baseou na variação da indutância pela variação geométrica das espiras construídas com fio com memória de forma e mantendo a permeabilidade magnética do núcleo constante. Foram observadas variações na indutância magnética devido à variação de temperatura provocada por corrente elétrica, demonstrando uma possível relação entre as temperaturas de transformação de fase do material. Para a coleta dos resultados experimentais foram desenvolvidos alguns indutores com LMF com núcleo de ferrite. São apresentados resultados da variação da indutância relacionados com a variação do comprimento e temperatura do indutor de LMF.

For many years the power transmission and movement for gears has been an important technology in the automotive, mechanical and aeronautical industries, justifying the considerable number of research carried out under the quality control of these components. Nowadays, involute profile inspections of cylindrical gears have been carried out using CNC Coordinate Measuring Machines (CMMs) with rotary tables and dedicated measurement software, equipped with contact scanning sensors, Touch Trigger Probes – TTP or non-contact, Laser. However, many companies that manufacture and inspect gears use manual CMMs with point to point sensors, thus being unable to issue the profile deviation report. In respect, the motivation for this research is to develop and validate inspection strategies for determining the Total Profile Deviation (Fα) of spur gears, according to ISO 1328, using of a mathematical tool NURBS (Non-Uniform Rational B-Splines) and CMMs manual. Strategies for changing the NURBS weight parameter wi also were applied to assist in inspection definition procedure, and this is one more degree of freedom. In the first moment, before the execution of experimental procedures, simulations were carried out on a computational system and showed satisfactory results. For the experimental tests, a manual CMM MICRO-HITE 3D model was used with point to point sensor. Simulations and experimental results showed that the NURBS technique contributes to manual CMM application using Touch Trigger Probes in measuring the spur gears involute profile. The experimental results showed the methodology efficacy. Por muitos anos a transmissão de movimento e de potência por engrenagens tem sido uma tecnologia importante nas indústrias automotiva, mecânica e aeronáutica, justificando assim a considerável quantidade de pesquisas realizadas no âmbito do controle de qualidade destes componentes. Atualmente, inspeções dos perfis evolventes de engrenagens cilíndricas vêm sendo realizadas utilizando Máquinas de Medição por Coordenadas (MMCs) CNC com mesas rotativas e softwares de medição dedicados, equipadas com sensores por contato de escaneamento, do tipo Touch Trigger Probe – TTP, ou sem contato, Laser. Porém, muitas empresas que fabricam e inspecionam engrenagens utilizam MMCs manuais com sensores do tipo ponto a ponto, ficando assim impossibilitadas de emitir o relatório de desvio de perfil. Neste sentido, a motivação para esta pesquisa é desenvolver e validar estratégias de inspeção para determinação do Desvio Total de Perfil (Fα) de engrenagens cilíndrica de dentes retos, segundo a norma ISO 1328, fazendo o uso da ferramenta matemática NURBS (Non – Uniform Rational B-Splines) e de MMCs manuais. Estratégias para alteração do parâmetro peso wi das NURBS também serão aplicadas para auxiliar na definição do procedimento de inspeção, sendo este um grau de liberdade a mais do modelo. No primeiro momento, antes da execução dos procedimentos experimentais, simulações foram realizadas em um sistema computacional, e apresentaram resultados satisfatórios. Para os testes experimentais foi utilizada uma MMC manual modelo MICRO-HITE 3D, com sensor do tipo ponto a ponto. Resultados de simulações e experimentais mostraram que a técnica NURBS contribui para aplicação de MMC manual usando sensor Touch Trigger na medição do perfil evolvente de engrenagens cilíndricas de dentes retos. Os resultados experimentais demonstraram a eficácia da metodologia desenvolvida.

This wort, its preset the theoretical and experimental study of a vapor compression system (SRCV), with cooling capacity of 26kW (7.5TR) developed at the Recogás at the Federal University of Paraíba. At first is analyzed the efficiency of the refrigeration system for vapor compression, where the circulation of refrigerant fluid is done by a hermetic compressor one piston that is driven by an electric motor, the second time, is analyzed circulation of refrigerant fluid system which is generated by a compressor opened, which is also triggered by the internal combustion engine. The two refrigeration systems working with fixed rotation compressor. Thermodynamic analyzes are performed and termoeconômicas of a plant expansion project a result of the CHP energy. Aimed to this research was to evaluate the performance of the system, working at different times with mineral diesel and biodiesel blends this with the proportions equivalent to B5 (95% mineral diesel and 5% biodiesel) B20 (80% mineral diesel and 20 % biodiesel), B40 (60% mineral diesel and 40% biodiesel), B60 (40% mineral diesel and 60% biodiesel) and) and B80 (20% mineral diesel and 80% biodiesel). Making use of computer platform fo Labview temperatures and pressures in real times and routines of computing platform Engineering Equation Solver - EES and Excel, to generate simulations of the refrigeration cycle, which has been validated with the experimental data. Neste trabalho, apresenta-se o estudo teórico e experimental de um sistema de refrigeração por compressão de vapor (SRCV), com capacidade de refrigeração de 26kW (7.5TR) e que é desenvolvido na Recogás na Universidade Federal da Paraíba. No primeiro momento, é analisada a eficiência do sistema de refrigeração por compressão de vapor, no qual a circulação do fluido refrigerante é feita por um compressor hermético a pistão que é acionado por um motor elétrico; no segundo momento, é analisada a eficiência do sistema de refrigeração que usa um compressor aberto, acionado pelo motor de combustão interna para compressão de vapor. Estes dois sistemas de refrigeração trabalham com rotação do compressor fixa. São realizadas análises termodinâmicas e termoeconômicas de uma planta resultante do projeto de expansão do sistema de cogeração de energia. Objetivou-se com este trabalho avaliar o desempenho do sistema, funcionando em momentos distintos com diesel mineral e misturas deste com biodiesel nas proporções equivalentes a B5 (95% de diesel mineral e 5% de biodiesel) B20 (80% de diesel mineral e 20% de biodiesel), B40 (60% de diesel mineral e 40% de biodiesel), B60 (40% de diesel mineral e 60% de biodiesel) e) e B80 (20% de diesel mineral e 80% de biodiesel). Fazendo uso da plataforma computacional Labview para obter as temperaturas e pressões em tempos reais e de rotinas da plataforma computacional Engineering Equation Solver - EES e o Excel, para gerar simulações do ciclo de refrigeração, as quais foram validadas com os dados experimentais.

The computer numerical control machine tools, or CNC machine tools, emerged due to the need of the aviation industry to produce increasingly complex and accurate parts. The retrofitting of machine tools is the modification of a traditional machine for a computer numerical control one. Due to the popularization of computers, electronic components decreased costs, Internet expansion and open source projects, the retrofitting has become increasingly widespread in industry as an option for the purchase of new machine tools with CNC included. The objective of this study was to implement the retrofit on a 3-axis machine from the Precision Engineering Laboratory of the Federal University of Paraíba. For this adaptation, the machine has been modified to use a kit with interface drivers from HobbyCNC and new stepper motors. After the retrofit, it used a 80-XL Laser system for measuring position errors. The tests were performed on each axis, commanding the machine to five positions and measuring the actual positions reached and, then, the same tests were carried out in reverse direction. With the measured results, the positioning errors, hysteresis, repeatability and accuracy calculated by ISO 230-2 standard. It was conducted other tests in compensating the previously measured errors on the Y axis. There was a significant improvement on the Y-axis accuracy after compensation. Also, angular errors tests were carried out, with the use of an electronic level Talyvel 5, along the axis Y. The results of the test were satisfactory and the retrofitting reached its expectations, providing the possibility of further research in the area of numerical control. Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES As máquinas-ferramentas com controle numérico computadorizado, ou máquinasferramentas CNC, surgiram devido à necessidade da indústria da aviação para produzir peças cada vez mais complexas e precisas. O retrofitting de máquina-ferramenta é a modificação de uma máquina tradicional para uma com controle numérico computadorizado. Devido à popularização dos computadores, diminuição de custos dos componentes eletrônicos, expansão da Internet e projetos de código aberto, o retrofitting tornou-se uma opção cada vez mais comum na indústria como alternativa para a compra de novas máquinas-ferramentas com CNC incluso. O objetivo deste estudo foi a implementação do retrofitting em uma máquina de 3 (três) eixos no Laboratório de Engenharia de Precisão da Universidade Federal da Paraíba. Para essa adaptação, a máquina foi modificada para utilizar um Kit com drivers de interface da HobbyCNC e novos motores de passo. Após o retrofitting, foi utilizado um sistema Laser XL-80 para medição dos erros de posicionamento. Os testes foram realizados, em cada eixo, comandando-se a máquina para 5 posições e medindo-se as posições reais atingidas e, depois, foram realizados os mesmos testes no sentido inverso. Com os resultados medidos, são calculados os erros de posicionamento, histerese, repetitividade e exatidão conforme a norma ISO 230-2. No eixo Y foi realizado outros testes com a compensação dos erros medidos anteriormente. Houve uma melhora significativa na exatidão do eixo Y após a compensação. Também foram realizados testes de erros angulares, com a utilização de um nível eletrônico Talyvel 5, ao longo do eixo Y. Os resultados obtidos no teste foram satisfatórios e o retrofitting atingiu suas expectativas, por proporcionar a possibilidade de realizar mais pesquisas, na área de Comando Numérico Computadorizado.

The consumption of electricity in our social environment such as in houses, apartments, business, industries, hospitals, it’s achieved thanks to an equipment that makes the levels of tension and electric current acceptable as demanded by the standards, so we can benefit from electricity in a safe and efficient way, these equipment are the power transformers. Due your relevance, techniques that retard or avoid the failures in these equipment, aiming a better availability and a smaller number of maintenance stops, are the theme of several researchers and studies centers. A very common failure in medium and large transformers that are used in transmission and distribution of power, is the degradation of the insulating function of transformer's core that it is caused mainly by the adverse gradient of temperature that circulates in the core through the insulating oil. The present work analyzes the efficiency of a transformer's cooling auxiliary system, that aims dissipate the heat absorbed by the oil in a quick and efficient way, decreasing the degradation of the insulating function and increasing its lifespan. The system consist of water spray nozzles, that it will be installed in the transformer’s radiator, in front of the fans, in the same direction of the air flow. The water spraying in the air flow, will cause a temperature decrease and a humidity increase, due to a phenomenon known as evaporative cooling, where heat from the air makes the small drops of water evaporate quickly. It will be analyzed the water flow rate in the spraying, the amount and placement of the water spray nozzles through the radiator and the air flow of the fans. So the system has thermal and energetic efficiency. Will be used a control system that includes a variable-frequency drive (VFD), temperature sensors and a data acquisition board (DAQ), all monitored through LabVIEW. Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES O consumo de energia elétrica no nosso convívio social como, casas, apartamentos, comércio, indústria, hospitais, é conseguido graças a um equipamento que torna os níveis de tensão e corrente elétrica em valores aceitáveis exigidos por norma, para que possamos usufruir da energia elétrica de maneira segura e eficiente, esses equipamentos são os transformadores de força ou de potência. Visto sua importância, técnicas que retardam ou evitem falhas nesse equipamento, visando a maior disponibilidade e com isso menos paradas para manutenção, são tema de estudo de diversos pesquisadores e centros de ensino. Uma falha bastante comum em transformadores de médio a grande porte que são utilizados na transmissão e distribuição de energia, é a degradação do papel isolante do núcleo do transformador, que é causada principalmente pelo gradiente adverso de temperatura que circula no núcleo através do óleo isolante. Logo o presente trabalho analisa a eficiência de um sistema auxiliar de arrefecimento do transformador, que visa dissipar o calor absorvido pelo óleo de maneira rápida e eficiente, diminuindo a degradação do papel isolante e aumentando sua vida útil. O sistema será composto por bicos pulverizadores de água, que serão instalados nos radiadores do transformador, em frente aos ventiladores, no mesmo sentido do fluxo de ar. A pulverização de água nesse fluxo de ar, irá causar uma diminuição da temperatura e um aumento de umidade, isso devido a um fenômeno conhecido como resfriamento evaporativo, onde as pequenas gotas de água recebem o calor do ar e se evaporam rapidamente. Será analisado a vazão de água na pulverização, a quantidade e o posicionamento dos bicos ao longo do radiador e o fluxo de ar dos ventiladores, para que o sistema tenha eficiência térmica e energética. Será utilizado um sistema de controle composto por inversores de frequência, sensores de temperatura e placa de aquisição de dados, que serão monitorados pelo LabView.

Seeking to meet the electricity demand in Brazil, power plants, industries and businesses showed an increase in consumption of natural gas by 17.5% between 2013 and 2014 (RESENHA ENERGÉTICA BRASILEIRA, 2015). Most of these facilities use generators for electricity through natural gas. Such groups are formed generally by a Diesel engine coupled to an electric generator. The engines of these groups may be classified as aspirated or turbocharged. It is known, moreover, that the gaseous emissions generated by the Diesel engine, make replaced by clean fuels such as natural gas, an attractive alternative. Converstion of Diesel engines for the Otto cycle, may be an option for generating electricity from natural gas, mainly because it is a low cost compared to the price of gas gensets technology. However, in turbocharged engines converted to natural gas, are identified during operations, temperatures higher than those allowed in the turbine, limiting thus the possibility of reaching the rated power of these motors. The use, however, a heat exchanger gives rise to a Diesel engine converted to Otto cycle work without restriction in all its power domain. This paper examines the issues related to the choice of a heat exchanger, construction, installation and the results of its operation in a motor Perkins turbocharged converted to Otto cycle for natural gas. In performance tests, we used a hydraulic dynamometer, with a maximum of 500 hp capacity. All tests were performed with the rotation set at 1800 RPM, for all powers of labor, including the original maximum power that had diesel, stand-by time of 153 cv (112.4 kW). The maximum thermal efficieny of the engine was 39.1 % for 153 cv power. The NOx and CO levels, were, respectively, 348 ppm and 3.48 % when the engine is operated at power of 153 cv. The effectiveness of the introduced heat exchanger ranged between 33 and 33.7 %. Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES Buscando suprir a demanda de energia elétrica no Brasil, as termelétricas, indústrias e estabelecimentos comerciais apresentaram um aumento no consumo de gás natural de 17,5% entre 2013 e 2014 (RESENHA ENERGÉTICA BRASILEIRA, 2015). A maioria dessas instalações utilizam grupos geradores para obter energia elétrica. Tais grupos são formados, geralmente, por um motor Diesel acoplado a um gerador elétrico. Os motores desses grupos, podem ser classificados como aspirados ou turboalimentados. Sabe-se, por outro lado, que os níveis de emissões gasosas geradas pela combustão do diesel, torna sua substituição por combustíveis não poluentes, como o gás natural, uma alternativa atrativa. A conversão dos motores Diesel para o ciclo Otto (Ottolização), pode ser uma opção para a geração de energia elétrica a partir do gás natural, sobretudo, por ser uma tecnologia de baixo custo frente aos preços dos grupos geradores a gás. No entanto, nos motores turboalimentados convertidos para gás natural, são identificadas, durante suas operações, temperaturas superiores àquelas permitidas na turbina, limitando, desta forma, a possibilidade de se chegar às potências nominais desses motores. O uso, todavia, de um trocador de calor dá margem para que um motor Diesel ottolizado funcione, sem restrições, em todo seu domínio de potência. Este trabalho examina os aspectos relacionados à escolha de um trocador de calor, sua construção, instalação e os resultados de seu funcionamento em um motor Perkins turboalimentado Ottolizado para gás natural. Nos testes de desempenho, utilizou-se um dinamômetro hidráulico, com capacidade máxima de 500 cv. Todos os ensaios foram feitos com a rotação fixada em 1800 RPM, para todas as potências de trabalho, inclusive a potência máxima original que se tinha com diesel, em stand-by, de 153 cv (112,4 kW). O máximo rendimento térmico do motor foi de 39,1 % para a potência de 153 cv. Os níveis de NOx e de CO, ficaram, respectivamente, em 348 ppm e 3,48 % quando o motor operava na potência de 153 cv. A efetividade do trocador de calor introduzido variou de 33 a 33,7 %.

The present paper makes an analysis of multiphase flow up (oil-gas) in laminar regime, with hidrodynamically developed profiles and interacting heat. The fluids analyzed are considered immiscible, developing into separated speed and temperature fields. The energy equations are applied to obtain of heat fields in the thermal entry region of the fluids flowing in the same direction. Although the results of parameters of practical interest has been obtained by purely numerical procedures, the system governing equations involving partial differential and have not been resolved successfully analytically yet. Thus, the use of Generalizes Integral Transform Technique, as powerful mathematical tool, is proposed to solve the energy equations associated with the flow and to producing hybrid results, analytical-numerical, more extension e analysis flexibility to a large number of parameter used in oil and gas engineering. Auxiliary problems with the greatest possible number of original problem information are presented in an attempt of improving the numerical convergence. Lastly, a computational routine is developed in FORTRAN to obtain the numerical solution. The numerical results obtained for the fields are presented in tables and graphs for then be compared with the maximum care to the parameters of special cases available in the literature. Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES O presente trabalho realiza uma análise do escoamento multifásico (óleo-gás) ascendente em regime laminar, com perfis hidrodinamicamente desenvolvidos e interagindo termicamente. Os fluidos em análise são considerados imiscíveis, desenvolvendo-se em campos separados de velocidade e temperatura. A equação da energia é aplicada para a obtenção dos campos térmicos em desenvolvimento na região de entrada térmica dos fluidos escoando na mesma direção. Embora resultados de parâmetros de interesse prático já tenham sido obtidos através de procedimentos puramente numéricos, o sistema de equações que regem esse tipo de escoamento envolve diferenciais parciais e ainda não foram solucionadas analiticamente com sucesso. Dessa forma, o uso da Técnica de Transformada Integral Generalizada, como ferramenta matemática, é proposto para resolver as equações de energia associada ao escoamento produzindo resultados híbridos, analítico-numérico, com maior flexibilidade de análise e extensão para um grande número de parâmetros utilizados na engenharia de petróleo e gás. Problemas auxiliares com o maior número possível de informações do problema original são apresentados na busca da melhoria da convergência numérica. Por fim, uma rotina computacional é elaborada em FORTRAN para a obtenção da solução numérica. Os resultados numéricos obtidos para os campos são apresentados na forma de tabelas e gráficos para em seguida serem comparados com o máximo de esmero aos parâmetros de casos especiais disponíveis na literatura especializada.

Most rotating machines, especially those mounted on flexible shafts and bearings when it’s accelerating, tend to pass through critical speeds, which are speeds that can cause structural resonance in the system. Thus, there is a constant concern for seeking effective methods to reduce the effect of vibration when passing through such speeds. Currently there are many applications of "smart materials" as actuators in dynamical systems, in order to reduce vibrations in a frequency range next to the resonance zone. In this direction the use of actuators composed by shape memory alloys (SMA) assists in active control structures, due the capacity of stiffness variation with change of the temperature. This thesis presents a shaft-rotor system design with active bearing, using SMA springs and temperature control system based on fuzzy logic, to reduce the vibration amplitudes when passing through critical speeds. This reduction occurred from the system stiffness change (active support bearing), obtained by changing the temperature of the SMA springs. The theoretical and experimental results showed the system functionality, being achieved reductions of up to 61.5% in the peak amplitudes and 57.3% in terms of RMS signal during the passage through resonance zone. Conselho Nacional de Pesquisa e Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPq A maioria das máquinas rotativas, sobretudo aquelas montadas sobre eixos e mancais flexíveis, quando de seu início de funcionamento, tendem a passar por velocidades ditas críticas, ou seja, velocidades que podem levar o sistema a entrar em ressonância estrutural. Assim, existe uma preocupação constante pela busca de métodos eficazes de atenuar o efeito da vibração quando da passagem por tais velocidades. Atualmente vêm-se estudando aplicações de “materiais inteligentes” como atuadores em sistemas dinâmicos, com o propósito de reduzir as vibrações numa faixa de frequência relacionada à região de ressonância. Nesta direção está o uso de atuadores compostos por ligas com memória de forma (LMF), que auxiliam no controle ativo de estruturas, devido à sua capacidade de variação de rigidez em função da mudança de temperatura. Apresenta-se, nesta tese, uma concepção de sistema eixo-rotor com mancal ativo, fazendo uso de molas LMF e sistema de controle de temperatura baseado na lógica fuzzy, visando reduzir as amplitudes de vibração quando da passagem por velocidades críticas. Tal redução ocorreu a partir da mudança de rigidez do sistema (mancal de suporte ativo), obtido pela mudança da temperatura das molas. Os resultados teóricos e experimentais do funcionamento do sistema mostraram a sua funcionalidade, sendo obtidas reduções de até 61,5% nas amplitudes de pico e de 57,3% em termos de RMS do sinal, durante a passagem pelas regiões de ressonância.

The present work aims at the development and implementation of the adaptive generalized predictive controller (GPC) and the proportional integral proportional controller (PID) in a two-degree planar manipulator robot (2 GDL) composed of a rotational link and another prismatic. The rotational link has as structure an extensive branch of aluminum in profile U, having as actuator a motor-reducer of continuous current, and as sensing a potentiometer of ten turns, that acts like transducer of angular position. The prismatic link consists of a double acting pneumatic cylinder with a through rod fixed inside the rotational link, having as actuator a proportional electropneumatic valve of five paths and three positions and as sensing a potentiometric ruler that acts as a linear position transducer . The obtaining of the representative mathematical model of the robot will occur through the estimator of recursive least squares (MQR). We present experimental results of the estimated models and system responses under the action of the designed controllers. Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES O presente trabalho tem como objetivo o desenvolvimento e implementação do controlador preditivo generalizado (GPC) adaptativo e do controlador proporcional integral derivativo (PID) convencional, em um robô manipulador planar de dois graus de liberdade (2 GDL) composto por um elo rotacional e outro prismático. O elo rotacional possui como estrutura um ramo extenso de alumínio em perfil U, possuindo como atuador um motor-redutor de corrente contínua, e como sensoriamento um potenciômetro de dez voltas, que atua como transdutor de posição angular. O elo prismático é constituído por um cilindro pneumático de dupla ação com haste passante, fixado no interior do elo rotacional, possuindo como atuador uma válvula eletropneumática proporcional de cinco vias e três posições e como sensoriamento uma régua potenciométrica, que atua como transdutor de posição linear. A obtenção do modelo matemático representativo do robô se dará através do estimador dos mínimos quadrados recursivos (MQR). São apresentados resultados experimentais dos modelos estimados e respostas do sistema sob ação dos controladores projetados.

The environmental issues and the search for renewable and cheaper resources are encouraging the development of new air conditioner types. One of these models that can substitute the most usual nowadays is the adsorption air conditioner system, which does not need a vapor compressor and demands only a hot and a cold source to work. This hot source can easily be supplied by thermal waste or solar energy. However, the fact that solar energy varies throughout the day implies using a thermal storage system and an auxiliary heat source. Those have to be carefully designed in order to guarantee the maximum performance for the available solar energy. This text presents the development of the software SimAds, which employs numerical routines to solve the heating flow problem that occurs inside the adsorber bed during regeneration. The results given by SimAds are applied as boundary conditions in the thermal storage tank analysis of an adsorption air conditioner system. This study was carried out numerically evolving the Finite Volume Method, with physical and mathematical equations validated by S. Ievers’ (2009) work. The results showed that the storage tank's thermal stratification is higher between 2 p.m. and 5 p.m. in the afternoon, keeping lower levels during the rest of the day. The energy fraction demanded by the air conditioner's hot water circuit supplied by solar energy was find as 70%. The main conclusion shows that changing the tank inlet's height could increase the thermal performance of the storage system, principally in problems with more than one water inlet and transient temperatures. A preocupação ambiental e a busca por utilização de recursos renováveis e mais econômicos vêm incentivando o desenvolvimento de novos modelos de condicionadores de ar. Um modelo alternativo ao mais empregado atualmente é o ar condicionado por adsorção, que dispensa o uso de compressores de vapor e precisa de uma fonte fria e uma fonte quente para seu funcionamento, podendo esta última ser resíduo térmico ou energia solar. O fato de a energia solar variar ao longo do dia e entre dias, no entanto, implica na adoção de sistemas de armazenamento de calor e na utilização de uma fonte auxiliar de energia, que devem ser devidamente estudados e dimensionados para que o aproveitamento da energia solar seja o maior possível. Esta dissertação apresenta o desenvolvimento do software SimAds, que simula através de rotinas numéricas o aquecimento dos módulos de adsorção durante a fase de regeneração. Os resultados obtidos através do SimAds serviram de condições de contorno para a análise do escoamento dentro do tanque de estocagem de água quente de um sistema de ar condicionado por adsorção. Este estudo foi conduzido numericamente utilizando o método dos volumes finitos, tendo a modelagem físico-matemática do problema validada pelo estudo de tanque de estocagem térmica realizado por S. Ievers (2009). Os resultados da simulação mostraram que o nível de estratificação térmica do tanque apresenta melhores resultados no período das 14 às 17 h, se mantendo em patamares menos favoráveis durante o restante do dia. A fração da energia consumida pelo circuito de água quente do ar condicionado suprida pelos coletores solares foi encontrada de 70%. A principal conclusão aponta que a alteração de altura das entradas do tanque pode melhorar o desempenho térmico do mesmo, principalmente em problemas em que há mais de uma entrada de água quente e com temperatura transiente.

This work aimed to develop a torque transducer in rotating shafts through a new approach, using neodymium magnets and Hall effect sensor. Measuring and controlling the torque in rotating systems is essential to prevent disruptions, damage, wear and other kinds of damage that the machine may suffer due to overexertion in particular axis. However, make this measurement in full operation of the machine / system is not a simple task, mainly because of the needing of extract information under rotating shaft. Currently they are used measurements with elements attached to the shaft that require electrical power and also transmit data, either through slip rings, transformers or telemetry systems. Thus, this work proposes the use of magnets coupled to the shaft and a magnetic field measuring system with hall effect sensors. The relative movement between the magnets resulting from deformation due to twisting will increase or reduce the intensity of the magnetic field. By measuring the intensity of resultant field, it is possible to determine the radial deflection of the shaft. The acquisition system has computer interface developed in Labview. Static and dynamic tests were carried out in the laboratory in order to validate the technique developed and compare the instrument developed with techniques already widespread in the industrial environment. The results showed the efficiency of the technique and point to the applications of this dynamic torque wrench by Hall effect. O presente trabalho tem como objetivo o desenvolvimento de um transdutor de torque em eixos girantes através de uma nova abordagem, usando ímãs de neodímio e sensor de efeito Hall. Medir e controlar o torque em sistemas rotativos é essencial, para prevenir rupturas, danos, desgastes e demais avarias que a máquina possa sofrer devido ao esforço excessivo em determinado eixo. Contudo, realizar essa medição em plena operação da máquina/sistema não é uma tarefa simples, devido principalmente à necessidade de se extrair informações sob eixo em rotação. Atualmente são utilizados sistemas de medição com elementos fixados ao eixo que necessitam de alimentação elétrica e também transmitir dados, seja por meio de anéis coletores, transformadores ou sistemas de telemetria. Assim, neste trabalho é proposto o uso de ímãs acoplados ao eixo e um sistema de medição de campo magnético com sensores de efeito hall. O movimento relativo entre os ímãs devido a deformação decorrente da torção, irão aumentar ou reduzir a intensidade do campo magnético. Ao medir a intensidade desse campo resultante, será possível determinar a deformação radial do eixo. O sistema de aquisição conta com interface computacional desenvolvida em Labview. Foram realizados ensaios estáticos e dinâmicos, em laboratório com o intuito de se validar a técnica desenvolvida e comparar o instrumento desenvolvido com técnicas já difundidas no ambiente industrial. Os resultados mostraram a eficiência da técnica e apontam para as aplicações deste torquímetro dinâmico por efeito Hall.

The cost of the kWh at the peak hour in Brazil may be up to nine times higher than the one at normal hours. This fact has served as motivation for industries, shopping malls, hotels, and so on, to utilize electrical generators. These generator sets generally comprise Diesel engines. The problem is that the exhaust gases from these engines are very harmful to health. On the other hand, Natural Gas, thanks to its high calorific power and its low emissions, is considered a clean-burning alternative fuel. Therefore, the Diesel engines converted to Otto cycle may considerably reduce the environmental pollution. Such a conversion, however, may have in turbocharged engines backpressure effects that increase the temperature of the turbine, reducing the energy efficiency of the engine. The present study analyzes the result and consequences of the replacement of the original manifold by another with smoother curves, as well as the cooling effect on the engine performance of the turbine of a Perkins turbocharged model 1104C-44TAG2, converted to the Otto cycle. First, tests were made running the engine with its original manifold without any cooling, and then, having the turbine cooled with room air. After the replacement of the manifold, new teste were performed. Initially, without cooling the turbine or the manifold. Then, after the replacement of the manifold, other tests ventilating the turbine and the manifold were made. In each test, one has registered: the maximum operation power; temperature of the exhaust gases and the engine consumption in terms of the backpressure due to the manifold. All the tests were performed with the aid of a hydraulic dynamometer. It was noted that the use of the new manifold allowed the reduction on the backpressure. Concerning the maximum power registration there was no difference in terms of the original or the new manifold, because what had limited the power was the temperature on the turbine, which was set at 660 oC. Therefore, whenever the temperature reached this limit, the engine was deliberated stopped. This fact also explains why the ventilation has allowed higher engine powers. The new manifold resulted in fuel reductions. Conselho Nacional de Pesquisa e Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPq O valor do kWh, no horário de pico, no Brasil, pode ser até nove vezes maior do que aquele cobrado, fora do dito período, estimulando a indústria, shopping centers, hotéis, etc. a fazerem uso de grupos geradores. Tais grupos são, em geral, compostos por motores a diesel e gerador elétrico. O lado negativo destes motores advém da larga poluição ambiental que produzem. Por sua vez, o Gás Natural, graças ao seu elevado poder calorífico e pela baixa contaminação, quando queimado, é considerado um combustível nobre, alternativo ao diesel. Assim, o uso de motores Diesel turbinados, convertidos para o ciclo Otto, pode reduzir significativamente a poluição ambiental. Nessa conversão, um dos aspectos observados é a influência da contrapressão causada pelo sistema de exaustão dos gases de escape, que contribui para o aumento da temperatura da turbina do motor convertido. O presente trabalho analisa os efeitos da substituição do coletor de escape original por outro, de curvas mais suaves, como também o resfriamento da turbina, no desempenho de um motor Perkins turboalimentado, modelo 1104C-44TAG2, ottolizado para gás natural. Os testes foram realizados com os dois coletores de escape, em operações com e sem refrigeração (por ventilação) da turbina e do coletor. A cada teste, eram avaliados: a potência máxima de operação, a temperatura dos gases de escape e o consumo do motor, em função da contrapressão do sistema de exaustão. Tais testes foram realizados, com o auxílio de um dinamômetro hidráulico, e os resultados mostraram que, de fato, houve uma redução da contrapressão, com a substituição do coletor. No entanto, o motor Perkins ottolizado respondeu, de forma semelhante, para os dois coletores, no que diz respeito à potência máxima alcançada, variando somente devido aos efeitos provocados com e sem resfriamento da turbina e do coletor. Deve-se observar, todavia, que a limitação no valor da potência deveu-se às temperaturas alcançadas pela turbina, de aproximadamente 660 °C. Assim, com resfriamento da turbina, o motor atingiu potências mais elevadas. Verificou-se, ainda, que a modificação do coletor contribuiu para a redução do consumo do motor.

The three-phase induction motors are the most important way for electromechanical conversion, being present in almost every industrial process. Because of their importance, it is crucial that these devices have a proper predictive maintenance, avoiding lost production and operational accidents in the event of unexpected failures. In this scenario several researchers have conducted studies to detect incipient faults. About the sensing method used, the most common techniques are related to measuring the vibration levels using accelerometers and measuring electrical motor signals. The choice of technique involves factors such as invasiveness, drive motor type and the sensitivity to failure. The purpose of this work involves the development of a hybrid system that uses data collected by vibration and current sensors for fault detection in induction motors, earlier and more efficiently. The current and vibration signals were processed in the frequency domain and through the multiresolution analysis, serving as inputs of a fuzzy logic system, allowing to increase the sensitivity and efficiency in fault detection techniques in relation to the individual. The unbalance failure was investigated on a workbench with the motor coupled to a propeller and broken bars with another bench with DC motor to apply the load, the best methods being chosen in each case. The system was developed in Matlab software and was validated with correct detection for both failures, being able to detect the unbalance failure on the shaft or propeller as broken bars in different load conditions. O motor de indução trifásico é o principal meio de conversão eletromecânica existente, estando presente em praticamente todos os processos industriais. Devido à sua importância, é fundamental que estes equipamentos tenham uma correta manutenção preditiva, evitando perda de produção e acidentes operacionais em caso de falhas inesperadas. Diante deste cenário vários pesquisadores têm realizado estudos para detecção de falhas incipientes. Quanto ao método sensor utilizado, as técnicas mais comuns estão relacionadas a medição dos níveis de vibração utilizando acelerômetros e medição de sinais elétricos do motor. A escolha da técnica envolve fatores como a invasividade, tipo de acionamento do motor e a sensibilidade à falha. A proposta deste trabalho envolve o desenvolvimento de um sistema híbrido que utilize dados coletados por sensores de vibração e de corrente para detecção de falhas incipientes em motores de indução trifásicos de maneira mais precoce e eficiente. Os sinais de corrente e de vibração foram processados no domínio da frequência pela transformada de Fourier e através da análise multiresolução, servindo como entrada para sistemas de lógica Fuzzy, permitindo que se aumente a eficiência na detecção da falha em relação às técnicas individuais. Foi investigada a falha de desbalanceamento em uma bancada com o motor acoplado a uma hélice e barras quebradas em outra bancada com motor de corrente contínua acoplado para aplicar a carga, sendo escolhidos os melhores métodos em cada caso. O sistema foi desenvolvido no software Matlab e foi validado através de diagnósticos corretos para ambas as falhas, sendo capaz de detectar a falha de desbalanceamento tanto na hélice quanto no eixo e de barras quebradas em diferentes condições de carga.

Electrical motors are responsible for 95% of primary movement source in industrialized nations. Among those, 90% are Three-Phase Induction Motors, present in almost all industrial sectors. Due to its importance on this sector, there is a need for monitoring them in order to avoid production stops and operational disasters. In this work, studies were conducted on common fault diagnostics in Three-Phase Induction Motors intending industrial applications. Different sensoring techniques were used and their performance were analyzed. An embedded system was developed to make field applications with different techniques possible. This installation can be done noninvasively and data collection can be obtained in real time. Fast Fourier Transform (FFT) and wavelet processing techniques are used as tools in mathematical processing of the data. In the first moment, fault analyses were conducted offline making use of data acquisition devices and further processing of the information. In a second phase, the embedded system was used to monitor automatically (online) the evolution of the damage developed. The system receives the motor current signal, and using local processing, conducts the spectral analysis of the signal identifying incipient faults. These data are available for communication with or without wires. For the embedded system implementation, the algorithms were adjusted to comply with the embedded hardware resources restrictions. Through theoretical and experimental development, several techniques were used and compared with the objective of performing a full diagnostic TIM malfunction. The experimental results corroborate the theoretical ones, and it was conducted a detailed study of the methods on the state of the art and new approaches were made. Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES industrializadas. Desses, 90% são motores de indução trifásicos (MIT), estando presentes em praticamente todos os setores industriais. Devido a sua importância no setor produtivo, existe a necessidade que os mesmos sejam devidamente monitorados evitando interrupções na produção e desastres operacionais. Nesse trabalho foram realizados estudos para diagnósticos de falhas comuns em motores de indução trifásicos visando aplicação industrial. As diferentes técnicas de sensoriamento foram utilizadas e o desempenho de cada método foi analisado. Um sistema embarcado foi desenvolvido com o intuito de se viabilizar as aplicações em campo, cuja instalação pode ser realizada de forma não invasiva e as informações podem ser obtidas em tempo real. A Transformadas Rápida de Fourier (FFT) e as técnicas de processamento wavelet serão utilizadas como ferramentas matemáticas no tratamento dos dados. Em um primeiro momento, as análises das falhas foram feitas de forma off-line, fazendo uso de placas de aquisição de dados e um posterior tratamento das informações. Em um segundo momento, foi desenvolvido o sistema embarcado que faz um monitoramento automático (online) da evolução da avaria, que recebe o sinal de corrente do motor e, utilizando processamento local, faz a análise espectral do sinal identificando falhas incipientes. Esses dados ficam disponíveis (off line e on line) por comunicação com ou sem fios. Para a implementação do sistema embarcado, os algoritmos foram ajustados de modo a respeitar as restrições de recursos do hardware embarcado. Através de desenvolvimento teórico e experimental, várias técnicas foram utilizadas e comparadas com o objetivo de se realizar um diagnóstico completo de avaria de MIT. Os resultados experimentais corroboram com os teóricos e foi realizado um estudo aprofundado dos métodos do estado da arte e novas abordagens foram realizadas.

This paper presents the development of a High Performance System (HPS). The project has three setting developed that analyzes the performance in quantity and quality energy for a generator engine Group (GEG) 100 KVA inserted in settings. For each study, the behavior of energy flows are decouple, making it possible to analyze the best structure of the HPS. The unit constituints of the project were a subsystem cooling by absorbing water – ammonia chiller, a heat recover and a biodiesel production plant. It with these subsystems will work separately characterizing them as cogeneration systems. After that it will be integrated all in one system and then classified as trigeneration system. This work also aims to analyze the behavior of electric charges by energy analyzer and temperature by thermal imager. Este trabalho apresenta o desenvolvimento de um Sistema de Alto Desempenho (SAD). O projeto desenvolvido apresenta três arranjos em que é analisado o desempenho em quantidade e qualidade energética para um grupo motor gerador (GMG) de 100 KVA inserido nos arranjos. Para cada estudo, os comportamentos dos fluxos de energia são distintos, o que possibilitará analisar a melhor estrutura do SAD. As unidades que constituem o projeto são um subsistema de refrigeração por absorção água-amônia, um recuperador de calor e uma usina de produção de biodiesel. Foram realizados ensaios com esses subsistemas individualmente caracterizando-os como sistemas de cogeração. Posteriormente, foram integrados todos em um só sistema, sendo então classificado como sistema de trigeração. Esse trabalho também analisa o comportamento das cargas elétricas por analisador de energia e análise térmica por câmera termográfica.

With the great technological advances experienced by humanity becomes providential depth knowledge about real processes of heat transfer, as well as a need arises to analyze them quantitatively. In the present work is studied the heat transfer in laminar forced convective in the entrance region of a circular tube considering the effects of axial conduction into the fluid and radiation, since in low Peclet numbers play an important role in heat transfer problems and its omission offers a significant error in the computation of the heat transfer rate. In the first part of this work is considered a slug-flow, whose exact analytical solution was discussed. In the second part of the work is considered a flow in the power law model, proposes an approximate analytic solution and numerical solution, as well as the comparison of these solutions. In this paper is used the hybrid numericanalytical method named Generalized Integral Transform Technique (GITT) to solve the energy equation. The temperature field and local Nusselt number are calculated for several values of Peclet numbers and with a boundary condition of first kind. The results presented in the form of tables and graphs permit to analyze the influence that the Peclet number and the power law index exercise in the temperature profile and the Nusselt number. The results of this study are presented in full compliance with the scientific literature. Com o grande avanço tecnológico experimentado pela humanidade torna-se providencial um conhecimento aprofundado sobre os processos reais de transferência de calor, bem como surge uma necessidade de analisá-los quantitativamente. No presente trabalho estuda-se a transferência de calor na convecção forçada laminar na região de entrada térmica de um tubo circular considerando os efeitos de condução axial no fluido e de radiação, uma vez que em baixos números de Peclet desempenham um papel importante nos problemas de transferência de calor e sua omissão oferece um erro apreciável na computação da taxa de transferência de calor. Na primeira parte deste trabalho considerase um escoamento tipo pistão, cuja solução analítica exata foi discutida. Na segunda parte do trabalho considera-se um escoamento no modelo lei de potência, apresentando uma proposta de solução analítica aproximada e uma solução numérica, bem como a comparação entre as duas soluções. Neste trabalho utiliza-se o método híbrido numéricoanalítico denominado Técnica de Transformada Integral Generalizada (GITT) para resolver a equação da energia. O campo de temperatura e o número de Nusselt local são avaliados para vários valores do número de Peclet e uma condição de contorno do primeiro tipo. Os resultados, apresentados na forma de tabelas e gráficos, permitem analisar a influência que o número de Peclet e o índice lei de potência exercem no perfil de temperatura e no número de Nusselt. Os resultados obtidos neste trabalho se apresentam em total concordância com as literaturas científicas.

By the excellent properties that present, the quasicrystals come if showing excellent protectors of metallic surfaces and their study as surface coatings is growing increasingly. In this work, was sprayed quasicrystals for methods HVOF an HVOF, in Steel substrata 1020, covers and aluminum.. In some samples, a Cu9Al4 alloy was sprayed between the substratum and the quasicristalino covering, to try to improve the adherence of the covering to the substratum and to protect the Quasicrystalline layer of contaminations. The coverings were characterized by the technique of DRX, optical microscopy and SEM. The study of microhardness and nanohardness in the surfaces of sprayed coverings was made. Finally, a tribological study of coatings was accomplished to evaluate the behavior of wear and friction of the layers and the adherence between them and substrata. These results will provide the basis for the use of these materials in parts and equipment used in industries. The layers obtained for LVOF had showed to one high degree of oxidation and a bad adherence with the substratum. The coverings obtained for HVOF had showed one high micro-hardness, with values between of 600 and 800HV. The values of nano hardness and modulus of elasticity that was found in the coatings are in accordance with the values found in literature. For the test of risk with spherical tip of 800μm, the critical loads of the risks were of 20N, for all the samples with exception of the Al-Qc sample. It did not have pullout in respect to substrate of coverings with 100μm of thickness and the results of the risk essays, was the same, independent of its nature, indicating that, for a thickness of 100μm, the quasicrystalline coatings behave as a massive material, facilitating the protection of the interfaces. Through the simulation tests, we could see that during the tests, for coatings with thicknesses of 100μm, the interfaces practically remain intact and they do not suffer plastic deformations. The simulation results corroborate with the tests of risks confirming that for a thickness of 100μm, the coverings behave as a massive material, independent of the nature of the substratum. Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES Conselho Nacional de Pesquisa e Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPq Pelas excelentes propriedades que apresentam, os quasicristais vem se mostrando ótimos protetores de superfícies metálicas e seu estudo como revestimentos superficiais vem crescendo cada vez mais. Neste trabalho aspergimos quasicristais pelos métodos LVOF e HVOF, em substratos de Aço 1020, cobre e alumínio. Em algumas amostras, um intermetálico de Cu9Al4 foi aspergido entre o substrato e o revestimento quasicristalino, para tentar melhorar a aderência do revestimento ao substrato e proteger os revestimentos quasicristalinos de contaminações. Os revestimentos foram caracterizados pela técnica de DRX, microscopia ótica e MEV. Foi feito o estudo de micro e nanodureza nos revestimentos aspergidos. Por último, foi realizado um estudo tribológico nos revestimentos, para se avaliar o comportamento de atrito, desgaste das camadas e aderência entre elas e os substratos. Estes resultados darão base para o uso desses materiais em peças e equipamentos utilizados nas indústrias. As camadas obtidas por LVOF mostraram um alto grau de oxidação e uma aderência ruim com o substrato. Os revestimentos obtidos por HVOF mostraram uma elevada microdureza, com valores entre 600 e 800HV. Os valores de nanodureza e módulo de elasticidade encontrados nos revestimentos estão de acordo com os valores encontrados na literatura. Pelo ensaio de risco com ponta esférica de 800μm, a carga crítica dos riscos foi de 20N, para todas as amostras com exceção da amostra Al-Qc. Não houve descolamento em relação aos substratos, dos revestimentos com 100μm de espessura e os resultados dos ensaios de risco foram os mesmos, independentemente da sua natureza, indicando que, para uma espessura de 100μm, os revestimentos quasicristalinos se comportam como um material maciço, facilitando a proteção das interfaces. Através dos ensaios de simulação, pudemos ver que, para revestimentos com espessuras de 100μm, as interfaces não sofreram deformações plásticas. Os resultados de simulação confirmaram que, para uma espessura de 100μm, os revestimentos se comportam como um material maciço, independente da natureza do substrato.

Surface tables are extremely important in engineering due to the fact that they serve as a primary reference in both the measurement and inspection of workpieces. Such surfaces must be properly calibrated to provide high quality level in the measurement and inspection tests. Flatness is the metrological characteristic used to evaluate the accuracy level of the surface tables. There are several norms that deals with surface tables flatness and establish tolerance limit or accuracy degrees regarding to the surface tables dimensions. This study aims to measure and analyze the surface table flatness by using electronic level along with Moody and rectangular grid methods according to the ISO 8512 standard. An electronic level was used to measure the inclining level of the surface tables, using the well-known Moody and rectangular grid methods. The Optical Analysis Software calculated all flatness deviations, showing them in isometric and numeric charts. The calculated closure errors show the high quality in the measurement data acquisition because the values showed in all tests satisfy the electronic level manufacturer’s recommendation, which means that the closure errors did not exceed 90% of the maximum peak. Therefore, the results of evaluated surface tables are validated as regards metrological quality. The results point out that the surface tables belongs to the “0” accuracy degree according to the ISO 8512 norms. This classification is extremely important in the determination and analysis of uncertainty and of traceability since surface tables are primary reference to obtain tolerance measures and analysis of engineering workpieces. Additionally, a computer system developed for determining the flatness was used to assess its capacity as a system alternative for data analysis and determination of flatness. Their results were satisfactory, with reliable values. Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES As mesas metrológicas são extremamente importantes na engenharia, pois elas servem de referência primária na medição e na inspeção de peças. Tais superfícies devem estar devidamente calibradas para que se garanta alto grau de qualidade nas medições e testes de inspeção. A planeza é a característica metrológica utilizada para avaliar o grau de exatidão das mesas desempeno. Há diversas normas que tratam sobre planeza de superfícies metrológicas e estabelecem limites de tolerância ou graus de exatidão em função das dimensões das mesas desempeno. O objetivo deste estudo foi determinar a planeza e consequentemente o grau de exatidão de duas mesas metrológicas utilizadas como mesas de referência em pesquisas realizadas no Laboratório de Engenharia de Precisão (LEP) da UFPB, em acordo com a norma ISO 8512. Um nível eletrônico de precisão foi utilizado para medir as inclinações das mesas metrológicas, utilizando os já conhecidos e difundidos métodos de Moody e de grade retangular. O Optical Analysis Software calculou todos os desvios de planeza, exibindo-os em forma de gráfico isométrico e em quadro de valores numéricos. Os erros de fechamento calculados mostram alta qualidade na aquisição de dados de medição, pois os valores apresentados em todos os testes satisfazem a recomendação do fabricante do nível eletrônico, ou seja, os erros de fechamento não excederam 90% do pico máximo (maximum peak). Portanto, os resultados de planeza obtidos estão validados do ponto de vista da qualidade metrológica. Os resultados apontaram que a mesas metrológicas avaliadas pertencem ao grau de exatidão “0”, segundo a norma ISO 8512. Esta classificação é muito importante na análise e determinação de incerteza e rastreabilidade, uma vez que as mesas metrológicas servem de referência primária na obtenção de medidas e análise de tolerâncias de peças de engenharia. Adicionalmente, um sistema computacional desenvolvido para a determinação da planeza foi utilizado a fim de avaliar sua capacidade como uma alternativa de sistema para análise de dados e determinação da planeza. Seus resultados mostraram-se satisfatórios, apresentando valores confiáveis.

Duplex stainless steels (AID) are characterized for having good mechanical strength and corrosion. However, when subjected to manufacturing processes requiring the material thermal cycles with temperatures above 600 ° C, occurs emergence of fragile phases that compromise his toughness and corrosion resistance. Among these phases there is the presence of σ phase, rich in chromium and high hardness. In this paper we sought to develop a monitoring technique of the formation of σ phase. This technique is based on the study of the interaction between microstructure of the duplex stainless steel and the magnetic field applied to the material. Specimen with different amounts of σ phase were obtained by aging at temperatures of 800 °C and 900 °C. Aged AID was characterized by optical microscopy and scanning electron, hardness tests, impact tests and X-ray diffraction. The volumetric percentage of this phase was estimated by X-ray diffraction and processing of optical microscopy images. The magnetic field measurements were performed with a Hall effect sensor. The results show that the rise of the phase reduced the σ value of the magnetic permeability of the material, indicating that the magnetic properties and permeability measurements, as well as the resultant magnetic field, can be used for monitoring formation of this phase. The study proves to be developed effective technique for monitoring the duplex stainless steel embrittlement. Os aços inoxidáveis duplex (AID) se caracterizam por apresentarem boa resistência mecânica e à corrosão. Contudo, quando submetidos a processos de fabricação que impõe ao material ciclos térmicos com temperaturas acima de 600 oC, ocorre surgimento de fases fragilizantes que comprometem a sua tenacidade e resistência à corrosão. Entre essas fases destaca-se a presença da fase σ, rica em cromo e de elevada dureza. Neste trabalho buscou-se desenvolver uma técnica de acompanhamento da formação da fase σ. Essa técnica se baseou no estudo da interação entre microestrutura do aço inoxidável duplex e ao campo magnético aplicado ao material. Amostras com diferentes quantidades de fase σ foram obtidas pelo envelhecimento nas temperaturas de 800ºC e 900ºC. O AID envelhecido foi caracterizado por microscopia ótica e eletrônica de varredura, ensaios de dureza, testes de impacto e difração de raios X. O percentual volumétrico dessa fase foi estimado por difração de raios X e processamento de imagens de microscopia óptica. As medidas de campo magnético foram realizadas com um sensor de efeito Hall. Os resultados mostram que o surgimento da fase σ reduziu o valor da permeabilidade magnética do material, indicando que as propriedades magnéticas e que medidas de permeabilidade, bem como do campo magnético resultante, podem ser utilizadas para acompanhamento de formação dessa fase. O estudo comprova ser a técnica desenvolvida eficaz para monitoramento da fragilização de aço inox duplex.

Quasicrystals are materials with unique properties such as high hardness, low surface energy, low coefficient of friction, etc. Due to its high hardness and consequent fragility, the use of quasicrystals becomes limited to coatings and composite materials. This paper is a study of hardness and surface properties of the composite formed by the epoxy matrix and the quasicrystalline reinforcement. The quasicrystalline alloy Al59,2Cu25,5Fe12,3B3 were obtained by melting and made into powder by hand. Then it was ground by high energy milling to reduce the particle size. After milling the powder, it was added in the polymer matrix in volumetric ratios of 1, 10, 20 and 30% where the comparison of the properties was made between the composite of QC on the composite and the pure epoxy resin. For the characterization of quasicristalino powder, we used the X-Ray Diffraction (XRD), Sieve Analysis and Scanning Electron Microscopy (SEM), while for the composite we used the Thermogravimetric Analysis techniques, Shore D hardness test Analysis of the Angle of Contact and SEM. By measuring the contact angle was possible the realization of surface energy calculations and work of adhesion between the constituents. Through this study it is concluded that it was possible to obtain a composite QC / Epoxy with greater hardness and still maintain its surface characteristics. Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES Os quasicristais são materiais com propriedades únicas, tais como, alta dureza, baixa energia superficial, baixo coeficiente de atrito, etc. Devido a sua alta dureza e consequente fragilidade, o uso dos quasicristais torna-se limitado a revestimentos e em materiais compósitos. Este trabalho consiste no estudo de dureza e de propriedades superficiais do compósito formado pela matriz epoxídica e o reforço quasicristalino. A liga quasicristalina Al59,2Cu25,5Fe12,3B3 foi obtida via fusão e transformada em pó manualmente. Em seguida a mesma foi moída através de moagem de alta energia de modo a diminuir o tamanho de partícula. Após a moagem o pó de QC foi adicionado na matriz polimérica em proporções volumétricas de 1, 10, 20 e 30% onde a comparação das propriedades foi realizada entre os compósitos e a resina epóxi pura. Para a caracterização do pó quasicristalino, utilizou-se as técnicas de Difração de Raio-X (DRX), Análise Granulométrica e Microscopia Eletrônica de Varredura(MEV), já para o compósito foram utilizadas as técnicas de Análise Termogravimétrica, Ensaio de Dureza Shore D, Análise de Ângulo de Contato e MEV. Através da medida do ângulo de contato foi possível a realização dos cálculos de energia de superfície e trabalho de adesão entre os constituintes. Através deste trabalho conclui-se que foi possível a obtenção do compósito QC/Epóxi com maior dureza e ainda assim, mantendo suas características superficiais.

The use of unmanned vehicles has been widespread in the areas of safety, environmental exploitation and industry in general and can be tele-operated or autonomous. There are also hybrid systems, in which the vehicle is tele-operated, but endowed with intelligent algorithms that guide the operator and make decisions in the most critical situations. Many authors have studied the kinematics and the dynamics of traction vehicles per mat, with a consensus that the kinematic model can be simplified to most analyzes. Most studies using vehicles pulled by mats near the kinematic model of a wheeled vehicle with differential drive. In this paper we proposed an unconventional approach, in which the kinematic model is treated as a flexible body. Is based on the fact that, in a curvilinear motion, there is a point of contact equivalent to a wheeled vehicle to a given instant. The dynamic model proposed in this work includes the lateral drag force to cause the tracks of curvilinear motions, considering its non-linearity and strong coupling between the mats. Even as contribution of this work, we present the implementation of a control system able to identify the soil adhesion characteristics and perform control strategies for the vehicle from the track/soil interaction. Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES O uso de veículos não tripulados tem sido difundido nas áreas de segurança, exploração ambiental e indústria em geral, podendo ser teleoperados ou autônomos. Há ainda sistemas híbridos, em que o veículo é teleoperado, porém dotado de algoritmos inteligentes que orientam o operador e tomam decisões em situações mais críticas. Muitos autores têm estudado a cinemática e a dinâmica dos veículos tracionados por esteira, havendo um consenso de que o modelo cinemático pode ser simplificado para a maioria das análises. Grande parte dos trabalhos que utilizam veículos tracionados por esteiras aproximam o modelo cinemático a um veículo de rodas com acionamento diferencial. Neste trabalho foi proposta uma abordagem pouco convencional, em que o modelo cinemático é tratado como um corpo flexível. Baseia-se no fato de que, em um movimento curvilíneo, há um ponto de contato equivalente a um veículo de rodas a um dado instante. O modelo dinâmico proposto neste trabalho inclui a força de arrasto lateral que as esteiras provocam em movimentos curvilíneos, considerando suas não-linearidades, bem como o forte acoplamento entre as esteiras. Ainda como contribuição deste trabalho, apresenta-se o projeto de um sistema de controle capaz de identificar as características de aderência do solo e realizar estratégias de controle para o veículo a partir da interação esteira/solo.

This work presents the designs and results obtained through simulation and experimental testing of conventional controllers P, PI and PID implemented by personal computers applied to an electropneumatic servomechanism for control of force. The system consists of a double acting pneumatic cylinder, which is responsible for applying the force on a mechanical subsystem consisting of a spiral spring, representing the means of working. The proportional electropneumatic flow valve, being the element controlling the flow of compressed air to be released into the pneumatic air cylinder which results in controlled force application; a load cell converts the force applied by the cylinder onto the medium into an electrical signal. The control signal to be applied on the electropneumatic proportional flow valve comes from a signal input and output plate installed on the computer, which is controlled by an algorithm implemented in the computing environment LabVIEW®, wherein the mentioned controllers are inserted, the mathematical representative model of the servomechanism was obtained by applying the parametric identification technique Box-Jenkins (BJ) which results in a family of four models, one of which is chosen to represent the system. The adjustment of the controllers is done by using the critical gain method of Ziegler and Nichols so that the response from the system meets the performance specifications imposed on it. Simulated and experimental results of the system are presented under the inserted controllers, which are analyzed according to relevant theory to the study of conventional controllers; it appears then that the PID controller is best suited for use in its electropneumatic servomechanism. Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES Neste trabalho apresenta-se os projetos e resultados obtidos através de simulações e ensaios experimentais de controladores convencionais P, PI e PID implementado por computador pessoal aplicado em um servomecanismo eletropneumático para controle de força. O sistema é constituído por um cilindro pneumático de dupla ação, sendo este responsável pela aplicação da força sobre um subsistema mecânico constituído por uma mola helicoidal, representando o meio de trabalho. A válvula eletropneumática proporcional de vazão, sendo o elemento de controle da vazão de ar comprimido a ser liberada para o cilindro pneumático que resulta na aplicação da força controlada; uma célula de carga converte a força aplicada pelo cilindro sobre o meio em sinal elétrico. O sinal de controle a ser aplicado na válvula eletropneumática proporcional de vazão é proveniente de uma placa de entrada e saída de sinais instalada no computador, sendo esta comandada por um algoritmo implementado no ambiente computacional LabVIEW®, no qual os referidos controladores estão inseridos. O modelo matemático representativo do servomecanismo foi obtido aplicando-se a técnica de identificação paramétrica Box-Jenkins (BJ) da qual resulta uma família de quatro modelos, dos quais um é escolhido para representar o sistema. O ajuste dos controladores é feito utilizando-se a técnica do ganho crítico de Ziegler e Nichols, de modo que a resposta do sistema atenda as especificações de desempenho impostas ao mesmo. Resultados simulados e experimentais do sistema são apresentados sob ação dos controladores inseridos, que são analisados de acordo com a teoria pertinente ao estudo dos controladores convencionais; verifica-se então que o controlador PID é o mais adequado para utilização no respectivo servomecanismo.

In this work, will be characterized two types of adsorptive wheels, an active effect and the other passive effect, known respectively as desiccant wheel and enthalpy wheel. These devices are used to compose the climatization adsorption systems as a means of promoting the dehumidification of air using the adsorption phenomenon that occurs in their adsorptive matrices. This phenomenon involves both the mass transfer and the heat, its cycles are defined by two processes taking place simultaneously, the adsorption and desorption. In the study, the characterization will boil down to assess the equipment in different working conditions with the main objective to achieve better dehumidification of air using the least amount of energy possible. Procedures were used for low air flow rates set in three categories: the process flow, which is the airflow to be treated, or dehumidified, a regeneration flow, which is the air stream in countercurrent flow desiccant rotor with process flow will serve as a means of maintaining the adsorptive cycle always performing heat exchange and mass, and the return flow, which flow against the enthalpy rotor will also serve as a means of promoting the dehumidification of process air. In the regeneration flow rates will be assessed the effects of low temperature heating and in both wheels will be evaluated the effects of different rotational speeds. Will also take place, procedures in order to verify the possibility of the wheel enthalpy work as a wheel desiccant . The findings contributed significantly to the climate control by adsorption systems is taken increasingly as a viable alternative to replacing conventional cooling. Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES No presente trabalho foram caracterizados dois tipos de rotores adsortivos, um de efeito ativo e outro de efeito passivo, conhecidos respectivamente como rotor dessecante e rotor entálpico. Esses equipamentos são usados para compor os sistemas de climatização por adsorção como meio de promover a desumidificação do ar usando o fenômeno da adsorção que ocorre em suas matrizes adsortivas. Esse fenômeno envolve tanto a transferência de massa quanto a de calor, seus ciclos são definidos por dois processos que ocorrem simultaneamente, a adsorção e a dessorção. No estudo, a caracterização se resume em avaliar os equipamentos em diferentes condições de trabalho tendo como principal objetivo alcançar a melhor desumidificação do ar usando a menor quantidade de energia possível. Durante os procedimentos foram usadas baixas vazões de ar definidas em três categorias: a vazão de processo, que é a corrente de ar a ser tratada, ou seja, desumidificada, a vazão de regeneração, que é a corrente de ar que em contra fluxo no rotor dessecante com a vazão de processo servirá como meio de manter o ciclo adsortivo sempre realizando as trocas de calor e massa, e a vazão de retorno, que em contra fluxo no rotor entálpico servirá também como meio de promover a desumidificação do ar de processo. Nas vazões de regeneração foram avaliados os efeitos de baixas temperaturas de aquecimento e em ambos os rotores foram avaliados os efeitos de diferentes rotações. Foram realizados também, procedimentos com o intuito de verificar a possibilidade de o rotor entálpico trabalhar como rotor dessecante. Os resultados desse trabalho contribuíram significativamente para que os sistemas de climatização por adsorção seja tido cada vez como uma alternativa viável à substituição da refrigeração convencional.

This paper presents an experimental design of a power control system and position, using, as actuator, a coil spring of Shape Memory Alloy (SMA), consisting of Ni-Ti alloys, in an adapted screw table. A controller, closed loop, based on Fuzzy logic has been modeled to control the force exerted by the spring which the spring is manipulating by the temperature. In this work, the spring temperature was controlled by an electric current, which produces heat generation by Joule effect. A restoring spring was used to make the shape memory spring to restore the system to its original position. To supply the shape memory spring we used a controlled current source, whose current value that determines the desired force applied which is measured with a load cell and position by a camera connected a computer. The shape memory spring characteristics were determined from conventional approach to helical traction springs, and then characterized by Differential Scanning Calorimetry (DSC). The Fuzzy controller was modeled on LabVIEW installed on a computer equipped with a data acquisition system. The experimental results were obtained from tests on test bench, with the shape memory alloy spring with and without training. Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES Neste trabalho apresenta-se um projeto experimental de um sistema de controle de força e de posição utilizando, como atuador, uma mola helicoidal de Liga de Memória de Forma (LMF), constituída de ligas de Ni-Ti, em uma mesa de fuso adaptada. Um controlador, em malha fechada, baseado em Lógica Fuzzy foi modelado para controlar a força exercida pela mola, a qual é manipulada através da temperatura da mola. Neste trabalho, a temperatura de mola foi controlada através de uma corrente elétrica, que produz geração de calor através do efeito Joule. Uma mola restauradora foi utilizada para fazer a mola de memória de forma restaurar o sistema à sua posição original. Para alimentar a mola de memória de forma utilizou-se uma fonte de corrente continua controlada, cujo valor dessa corrente determina a força aplicada desejada a qual foi medida com uma célula de carga e a posição através de uma câmera conectada a um computador. As características da mola de memória de forma foram determinadas a partir de abordagem convencional para molas helicoidais de tração, e em seguida caracterizada, através de calorimetria diferencial de varredura (DSC). O controlador Fuzzy foi modelado no ambiente LabVIEW instalado em um computador equipado com um sistema de aquisição de dados. Os resultados experimentais foram obtidos em ensaios realizados na bancada de teste, com a mola de liga de memoria de forma com e sem treinamento.

This thesis aims at the design of an Adaptive controller for the modeling and real-time control of a water pumping system through the simultaneous use of control valves and frequency converter is used for the drive of a pump motor set, aiming to reduce the consumption of water and electricity. We developed a prototype of the water pumping system composed of two branches, aiming to model and identify the motor-pump set Parametrically as well as design and implement adaptive auto adjustable Generalized Minimum variance controllers (GMV). The controller operates in the determination of engine speed and the aperture angle of the control valve. The methodology consisted of a theoretical and experimental study considering the branches operate so disengaged. A study was carried out in order to define the structure of the model for the experimental bench-numbers of Poles, zeros and delays. Once known and validated the model structure, was retrieved from the mathematical model trial countertop representative whose parameters are estimated in real time by the method of recursive least squares (RLS), on the basis of entries imposed on the frequency converter and valves, as well as extensions output whereas the system is engaged. Adaptive controllers (GMV) auto adjustable have been designed and implemented for the control of pressure in extensions using the calculation of control law the parameters identified every instant of sampling, considering them as two systems MIMO (multiple-input multipleoutput). The results are presented to the operating system as uncoupled and coupled, under the action of the controller designed for various reference values. Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES A presente tese tem como objetivo o projeto de um controlador adaptativo, para o modelamento e controle em tempo real de um sistema de bombeamento de água por meio do uso simultâneo de válvulas de controle e conversor de frequência utilizado no acionamento de um conjunto motor-bomba, visando reduzir o consumo de água e energia elétrica. Foi desenvolvido um protótipo do sistema de bombeamento de água composto de dois ramais, com o intuito de modelar e identificar parametricamente o conjunto motor-bomba assim como, projetar e implementar controladores adaptativos de Variância Mínima Generalizados (GMV) auto ajustáveis. O controlador atuou na determinação da velocidade de rotação do motor e no ângulo de abertura da válvula de controle. A metodologia consistiu em um estudo teórico e experimental considerando-se que os ramais operam de forma acoplada. Um estudo foi realizado objetivando-se definir a estrutura de modelo para a bancada experimental - números de polos, zeros e de atrasos. Uma vez conhecida e validada a estrutura de modelo, foi obtido o modelo matemático representativo da bancada experimental cujos parâmetros são estimados em tempo real pelo método dos mínimos quadrados recursivo (MQR), em função de entradas impostas ao conversor de frequência e nas válvulas, como também de saídas nos ramais considerando que o sistema é acoplado. Os controladores adaptativos (GMV) auto ajustáveis foram projetados e implementados visando o controle da pressão nos ramais, utilizando no cálculo da lei de controle os parâmetros identificados a cada instante de amostragem, considerando-os como dois sistemas MIMO (multiple-input multiple-output). Os resultados são apresentados para o sistema operando na forma desacoplada e acoplada, sob a ação do controlador projetado para vários valores de referência.

The heat pump is a refrigeration unit with several applications in commercial, industrial and residential sectors. The heat pump is basically constituted of five components: compressor, condenser, expansion device, evaporator and fan. A heat pump was developed herein for air dehumidification and heating at moderate temperatures for drying of thermosensitive products. A thermodynamic model was developed to study the heat pump, based on the Law of Conservation of Mass and First and Second Laws of Thermodynamics. Measurement instruments were installed to obtain the necessary experimental data for the energy and exergy analysis. The experiments took place in different days between the months of May and November of 2014. The experiment that best represented the air dehumidification and heating was selected, due to an adequate isentropic efficiency of 93%. A computational code was developed in the Engineering Equation Solver software 9.0 (ESS 9.0) for the simulation of this study. Results obtained via EES, through solution of the system of equations, were mass flow (air, condensed water), heat transfer rates, COP, entropy generation rates, irreversibility rates, and exergy variation. It was verified that the heat pump system is technically viable and provides very satisfactory results: air was heated to a temperature of 51,7 ºC and dehumidified to a 18,5% relative humidity. Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES A bomba de calor é uma máquina frigorífica com diversas aplicações nos setores comercial, industrial e residencial. A bomba de calor é constituída basicamente por cinco componentes: compressor, condensador, dispositivo de expansão, evaporador e ventilador. Foi desenvolvida para este trabalho uma bomba de calor cuja finalidade é a desumidificação e o aquecimento do ar a temperaturas moderadas para a secagem de produtos termossensíveis. Para o estudo da bomba de calor em questão, foi desenvolvida uma modelagem termodinâmica baseada na Lei da Conservação da Massa e Primeira e Segunda Leis da Termodinâmica. Foram instalados instrumentos de medições para obter experimentalmente os dados necessários para a análise energética e exergética. Os experimentos ocorreram em dias alternados entre os meses de agosto e novembro de 2014. Foi selecionado o experimento que melhor representou os processos de desumificação e aquecimento do ar por apresentar uma eficiência isentrópica adequada de 93%. Desenvolveu-se um código computacional no software Engineering Equation Solver 9.0 (EES 9.0) para a simulação do estudo. Os resultados obtidos via EES, através da solução de um sistema de equações, foram vazão mássica (ar e água condensada), taxas de transferência de calor, COP, taxas de geração de entropia, taxas de irreversibilidades e variação de exergia. Foi verificado que o sistema da bomba de calor é tecnicamente viável e fornece resultados bastante satisfatórios: ar aquecido a temperatura de 51,7ºC e desumidificado a umidade relativa de 18,5%.

This paper presents multivariable nonlinear mathematical models with estimable parameters in online identification for an electromechanical manipulator, thus enabling practical applications of adaptive control techniques. The manipulator comprises three rotary joints and three links appointed link 1, 2 and 3. The total displacement of the link 1 is 180° and of the link 2 is 110 °, with each of these links being driven by a direct current motor, while the link 3 has its motion controlled by a mechanical system that always keeps the horizontal position. The identification process started of the nonlinear autoregressive model with exogenous variables (NARX) for multiple inputs and multiple outputs, using the error reduction rate (ERR) method, coupled nonlinear, decoupled nonlinear and decoupled linear models were determined to the link 1 and link 2 of the manipulator. The Recursive Least Squares (RLS) estimator is used to estimate the parameters of the representative model of the robot manipulator links 1 and 2, thus verifying the efficiency of the models obtained in the online identification. Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES Este trabalho apresenta modelos matemáticos não lineares, multivariáveis com parâmetros estimáveis em identificação online para um manipulador eletromecânico, permitindo assim aplicações práticas de técnicas de controle adaptativo. O manipulador é composto por três juntas rotativas e três elos nomeados de elo 1, 2 e 3. O deslocamento total do elo 1 é de 180° e do elo 2 é de 110°, sendo cada um desses elos comandado por um motor de corrente contínua, enquanto o elo 3 tem o seu movimento comandado por um sistema mecânico que sempre o mantém na posição horizontal. O processo de identificação partiu do modelo auto-regressivo com entradas exógenas NARX (Nonlinear Autoregressive Model with Exogenous Variables) para múltiplas entradas e múltiplas saídas MIMO (Multiples Inputs and Multiplex Outputs). Utilizando o método da taxa de redução de erro ERR (Error Reduction Rate), determinando os modelos não lineares acoplados, não lineares desacoplados e lineares desacoplados para o elo 1 e elo 2 do manipulador. O estimador dos Mínimos Quadrados Recursivos (MQR) é utilizado para a estimação dos parâmetros do modelo representativo dos elos 1 e 2 do robô manipulador, verificando assim as eficiências dos modelos obtidos na identificação online.

The use of ferromagnetic materials such as steel have been abundant in products and manufacturing equipment due to their magnetic properties, which generates an interaction between them and the applied magnetic fields. This interaction has been studied for the development of Non-Destructive Testing (NDT) used to detect cracks, heterogeneity, degree of deformation and accompanying precipitation of desirable and / or undesirable phases in materials. In this work a NDT technique based on the application of magnetic fields in the region of reversal of the magnetic materials has been developed. There were compared an SAE 1045 steel and an ASTM 6261 aluminum alloy, being then classified as paramagnetic and ferromagnetic, respectively. It was tried to knowledge of how the variables metallographic geometry and texture could interfere with magnetic induction (B) in these materials. It was determined the values of H and optimum thickness, the equations relating the geometry, thickness, and shape of the samples had magnetic anisotropy and rotating the samples. The technique proved promising with both materials interacted with the magnetic field applied by working in a common region for the two materials magnetization, the magnetic region of reversibility. The method was sensitive to metallographic texture, being promising for determining the best direction of magnetization in materials for electrical purposes. The geometry of the samples influenced the amount of magnetic induction, carrying out mathematical corrections for the comparison of different shapes, sizes, thicknesses and materials is required. For the SAE 1045 steel was magnetic anisotropy due to the existence of metallographic texture from the manufacturing process by rolling steel. For aluminum ASTM 6261 did not occur in magnetic anisotropy due to the lack of metallographic texture. Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES O uso de materiais ferromagnéticos como o aço tem sido abundante na fabricação de produtos e equipamentos devido às suas propriedades magnéticas, que gera uma interação entre eles e os campos magnéticos aplicados. Essa interação tem sido estudada para o desenvolvimento de Ensaios Não Destrutivos (END) utilizados na detecção de trincas, heterogeneidades, grau de deformação e acompanhamento da precipitação de fases desejáveis e/ou indesejáveis em materiais. Neste trabalho foi desenvolvida uma técnica END baseada na aplicação de campos magnéticos na região de reversibilidade magnética dos materiais. Foram comparados um aço SAE 1045 e uma liga de alumínio ASTM 6261, sendo eles classificados como ferromagnético e paramagnético, respectivamente. Buscou-se o conhecimento de como as variáveis geometria e textura metalográfica poderiam interferir nas respostas de campo magnético induzido (B) nestes materiais. Determinaram-se os valores de H e espessuras ideais, as equações que relacionam geometria, espessura e formato das amostras e se havia anisotropia magnética rotacionando as amostras. A técnica se mostrou promissora, tendo ambos os materiais interagido com o campo magnético aplicado por se trabalhar em uma região de magnetização comum aos dois materiais, a região de reversibilidade magnética. O método se mostrou sensível à textura metalográfica, sendo promissora para a determinação da direção de melhor magnetização em materiais para fins elétricos. A geometria das amostras influenciou no valor de campo magnético induzido, sendo necessária a realização de correções matemáticas para a comparação de materiais de diferentes formatos, espessuras e tamanhos. Para o aço SAE 1045 ocorreu anisotropia magnética em virtude da existência de textura metalográfica proveniente do processo de fabricação por laminação do aço. Para o alumínio ASTM 6261 não ocorreu anisotropia magnética em virtude da inexistência de textura metalográfica.

The process Squeeze casting is a casting process in which the cast metal is solidified in the liquid state under pressure into a metallic permanent mold closed by a puncture. It is an economical and relatively simple technique, possessing great potential for automation and high production rates. The product is of high quality and usually has the final form. Currently, components of aluminum alloys, copper, magnesium, cast iron, stainless steels and nickel-based superalloys are easily manufactured by squeeze casting, for our work alloy studied for this process was the Aluminum Alloy Zinc. The aim of this study was to analyze the influence of operating parameters such as pressure and pressing time on the correlation between solidification macrostructure and mechanical properties of dilute Al-Zn through the process Squeeze Casting, alloy alloys used in this work of Al-1% Zn ; Al-3% Zn and 5% Al-Zn, and pressures of 50, 100 and 150 MPa and solidification without pressure and with pressing time of 5 seconds. The results show the macrostructure, tensile test and hardness. The study of macro-structure and properties of these alloys shows the effectiveness of this process in the grain refining and improves the mechanical properties of the alloys studied. Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES O processo Squeeze Casting é um processo de fundição, no qual o metal vazado no estado liquido é solidificado sob pressão dentro de uma coquilha metálica fechada por um punção. É uma técnica econômica e relativamente simples, possuindo grande potencial para automatização e altas taxas de produção. O produto é de alta qualidade e geralmente, tem a forma final. Atualmente, componentes de ligas de alumínio, cobre, magnésio, ferro fundido, aços inoxidáveis e de superligas à base de níquel são facilmente fabricados por squeeze casting, para o nosso trabalho a liga estudada para esse processo foi a liga de Alumínio Zinco. O objetivo deste trabalho foi analisar a influência dos parâmetros operacionais como pressão e tempo de prensagem na correlação entre macroestrutura de solidificação e propriedades mecânicas de ligas diluídas de Al-Zn, através do processo Squeeze Casting, utilizou neste trabalho ligas de Al-1%Zn; Al-3%Zn e Al-5%Zn, além de pressões de 50, 100 e 150 MPa, bem como a solidificação sem pressão, com tempo de prensagem de 5 s. Os resultados obtidos mostram a macroestrutura, ensaio de tração e dureza. O estudo da macroestrutura e propriedades dessas ligas mostra a eficácia desse processo no refino de grão e melhora as propriedades mecânicas das ligas estudadas.

Studies have shown that the presence of people generates changes in the dynamic behavior of structures due to the increase of mass and the ability of the human body to absorb energy, justifying the representation of the human body by mass-spring-damper models. In situations where the mass of people are significant in relation to the mass of the structure, as in the case of temporary stands, the effect becomes more pronounced. These structures have less stiffness in the lateral direction, justifying the purpose of the present study to investigate the effect in this direction that causes the presence of people in a temporary grandstand. For the development, a prototype grandstand with a capacity of approximately 100 people was assembled in the laboratory and modal tests were performed with the empty structure and also partially occupied by people. Models in finite element (FE) were developed using the software Ansys. Experimental data and FE model results with 5, 8 and 12 people seated were correlated to adjust a biodynamic model representing seated and standing spectators. The biodynamic model, conceived as a single degree of freedom (SDOF), was proposed in a survey undertaken, being adapted to the conditions of the people in the stands. Transient analysis using ANSYS were also performed to adjust the damping coefficient of biodynamic models. Once the biodynamic models were defined, investigations on the vibration properties of the structure when it was gradually occupied by these models were performed. The results show significant changes in natural frequencies of stucture when occupied by seated and standing people when compared with the natural frequencies of the empty stand. These situations demonstrate the importance of considering the effect of people in temporary grandstand and its representation through biodynamic models. Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES Estudos têm demonstrado que a presença de pessoas gera modificações no comportamento dinâmico das estruturas em virtude do acréscimo de massa e da capacidade que o corpo humano possui de absorver energia, justificando a representação do corpo humano por modelos tipo massa-mola-amortecedor. Nas situações em que a massa das pessoas é significativa em relação à massa da estrutura, como é o caso das arquibancadas temporárias, o efeito torna-se mais acentuado. Essas estruturas têm menor rigidez na direção lateral, justificando o objetivo da presente pesquisa de investigar para esta direção o efeito que a presença de pessoas provoca em uma arquibancada temporária. Para o desenvolvimento da pesquisa, um protótipo de arquibancada com capacidade aproximada para 100 pessoas foi montada em laboratório e testes modais foram realizados com a estrutura vazia e parcialmente ocupada por pessoas. Modelos em elementos finitos (EF) foram desenvolvidos no software Ansys. Dados experimentais e resultados do modelo em EF da arquibancada com 5, 8 e 12 pessoas sentadas e em pé foram correlacionados para ajustar um modelo biodinâmico representando espectadores sentados e m pé. Um modelo biodinâmico de um grau de liberdade (1GDL) foi proposto em pesquisa já realizada, sendo adaptado para as condições das pessoas na arquibancada. Análises transientes utilizando o Ansys também foram realizadas para ajustar o coeficiente de amortecimento dos modelos biodinâmicos. Definidos os modelos biodinâmicos, investigações sobre as propriedades de vibração da estrutura quando foi gradualmente ocupada por estes modelos, foram realizadas. Os resultados demonstram mudanças significativas nas frequências naturais da estrutura quando ocupada por pessoas sentadas e em pé, quando comparadas com as frequências naturais da arquibancada vazia. Estas situações demonstram a importância de se considerar o efeito da presença de pessoas sentadas e em pé em arquibancadas temporárias e sua representação através de modelos biodinâmicos.

The three phase induction motor (MIT) is the main system in electromechanical conversion, present in practically all industrial processes. Due to its versatility and low cost, the use of frequency inverters combined with MIT practically replaced the DC motors in systems requiring variation in angular velocity. For closed-loop control at MIT, without the use of speed sensors (sensorless), it is essential to estimate the velocity on the axis with high accuracy and with satisfactory response time. The proposed work has the object of analyzing different methods that can be employed to estimate the speed in sensorless axis, named according to their fundamental principle, they are: the method of harmonic slots, the torque in the air gap and the acoustic emission. The first mentioned is the best known non-invasive method in the state art, the second one was recently developed in the laboratory and the third one was exhibited here for the first time. All methods are compared with a reference instrument for measuring speed (tachometer). In order to obtain validation of the techniques we constructed a work bench tests basically composed by a three phase induction motor, torque meter and DC motor used as a generator (to enforce the axis load variable). The main objective of the study is to compare the methods for various situations of speed and load, also based on the degree of invasiveness and accuracy of each method. For the development and analysis of technique for harmonic slots and acoustic emission, a spectral analysis by Fourier transform of the current signal and the sound was performed, respectively. It was used tools such as MATLAB and LABVIEW for the computational study. After extensive experimental testing, the methods have been validated and it was obtained conclusions about different aspects of each discussed technique. Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES O motor de indução trifásico (MIT) é o principal sistema de conversão eletromecânica existente, presente em praticamente todos os processos industriais. Devido a sua versatilidade e razoável baixo custo, a utilização de inversores de frequência combinados com os MIT, praticamente, substituíram os motores de corrente contínua em sistemas que necessitam de variação de velocidade angular. Para o controle de malha fechada em MIT, sem a utilização de sensores de velocidade (sensorless), é fundamental que se estime a velocidade no eixo com alta exatidão e com tempo de resposta satisfatório. O trabalho proposto visa analisar diferentes métodos que podem ser empregados para estimação na velocidade no eixo sensorless, denominados de acordo com o seu princípio fundamental, são eles: método pela harmônicas das ranhuras, pelo torque no entreferro e pela emissão acústica. Sendo o primeiro citado, o método não-invasivo mais conhecido no estado arte, o segundo, desenvolvido recentemente em laboratório e o terceiro, exposto aqui pela primeira vez. Todos os métodos são comparados com um instrumento de referência para medida de velocidade (tacômetro). A fim de se obter a validação das técnicas empregadas foi construída uma bancada de testes experimentais composta basicamente por um motor de indução trifásico, torquímetro e motor de corrente contínua utilizado como gerador (para impor carga variável ao eixo). O principal objetivo do estudo é comparar os métodos para diversas situações de velocidade e carga, tendo também como base o grau de invasividade e exatidão de cada método. Para o desenvolvimento e análise da técnica pela harmônicas das ranhuras e da emissão acústica, foi realizada uma análise espectral pela Transformada de Fourier do sinal da corrente e do som, respectivamente. Usou-se para este estudo ferramentas computacionais como o LABVIEW e MATLAB. Depois de extensos ensaios experimentais, os métodos foram validados e obteve-se conclusões sobre diferentes aspectos de cada técnica analisada.

In this work new solutions based on the direct Boundary Element Method (BEM) for static and dynamic stability beam problems are presented. Both Euler-Bernoulli and Timoshenko models are used to represent the beam responses. All discussions on mathematical steps to write down the BEM representation are presented. Alternative fundamental solutions for static and dynamic Euler-Bernoulli beam stability problems are proposed, resulting in the simpler forms than conventional fundamental solutions commonly used for the problems. In addition, the effects of Pasternak elastic foundations are incorporated into the expressions of proposed fundamental solutions. For the case of the Timoshenko static and dinamic stability, all the direct BEM representation (integral equations, fundamental solutions and algebraic equations) here proposed are inovative. Their fundamental solutions incorporate Pasternak foundation effects as well. A convenient strategy is also presented in order to deal with elastic end supports and discontinuities at beam domain such as abrupt change of cross section geometry (stepped beams), internetiated axial load, rigid or elastic supports at beam domain. Numerical examples incorporating various types of boundary conditions and domain discontinuities in order to validate the proposed BEM solution are presented. Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES Neste trabalho, novas soluções, baseadas no Método dos Elementos de Contorno (MEC) direto, são apresentadas para os problemas de estabilidade estática e dinâmica de vigas. Ambos modelos de Euler-Bernoulli e Timoshenko são usados para representar as respostas da viga. Todas as discussões sobre os passos matemáticos para escrever a representação do MEC são apresentadas. Soluções fundamentais alternativas são propostas para o problema da estabilidade estática e dinâmica de vigas de Euler-Bernoulli, resultando em formas mais simples que as comumente usadas para esses problemas. Além disso, os efeitos de fundações elásticas de Pasternak são incorporadas nas expressões das soluções fundamentais propostas. Para o caso da estabilidade estática e dinâmica de Timoshenko, toda a representação do MEC (equações integrais, soluções fundamentais e equações algébricas) aqui proposta é inovadora. Suas soluções fundamentais incorporam os efeitos da base elástica de Pasternak também. Uma estratégia conveniente é também apresentada para lidar com apoios elásticos no contorno e com discontinuidades no domínio tais como: mudança abrupta de geometria da seção transversal (viga escalonada), carga axial intermediária, apoios rígidos ou elásticos no domínio. Exemplos numéricos incorporando vários tipos de condições de contorno e discontinuidades no domínio são apresentadas para validar as soluções do MEC propostas.