Thèses sur le sujet « Bombas de rotação variável »

Submitted by Cláudia Bueno (claudiamoura18@gmail.com) on 2016-01-29T17:14:46Z No. of bitstreams: 2 Dissertação - Ricardo Santos Coutinho - 2015.pdf: 10137543 bytes, checksum: 50b06893fd31466aedf36ff57ca15495 (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5)
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In water distribution systems, most of the electricity is consumed by pumping systems. Thus, reducing the inefficiency of the pump can provide significant energy savings. This can be achieved by substituting fixed-speed pumps by variable-speed pumps (VSP). However, the high costs of installation and operation of the VSPs require a preliminary economic assessment of the design, which is usually accompanied by the use of hydraulic solvers to simulate the behavior of the water network. One of the most used softwares for this purpose is the EPANET 2, which uses the gradient method for the hydraulic analysis of the steady flow. However, the EPANET 2 is inaccurate when computing the VSP efficiency. This is because the software does not take into account the changes in the pump efficiency curve when the pump speed is changed. In this study, a routine for calculating VSPs efficiency, based on the Sârbu and Borza (1998) formula, is implemented in the source code of the EPANET 2. The influence of the new routine on the results predicted by the software for efficiency, power and energy consumption of the VSP is evaluated in simulations with a hypothetical network. The results showed that the original version of EPANET 2 tends to underestimate the efficiency and thus overestimate the power and energy consumption of the VSPs. In the present case, the energy consumption of the system predicted by the original version of EPANET 2 was 21.99% higher than the predicted by the modified version. These results point out that the modified version of EPANET 2 provides a better prediction of VSPs behavior and thus its use is recommended in the simulation of water distribution networks equipped with VSPs.
Em redes de distribuição de água, a maior parte da energia elétrica é consumida pelos sistemas de bombeamento. Deste modo, a redução da ineficiência das bombas pode proporcionar uma economia expressiva de energia. Isto pode ser alcançado pela substituição de bombas de rotação constante por bombas de rotação variável (BRVs). No entanto, os elevados custos de instalação e operação de BRVs requerem uma avaliação econômica prévia do projeto, a qual geralmente é acompanhada do uso de simuladores hidráulicos para simular o comportamento da rede. Um dos programas mais utilizados para este fim é o EPANET 2, o qual emprega o Método Gradiente para a análise hidráulica do escoamento permanente. Todavia, o EPANET 2 é impreciso ao computar a eficiência de BRVs. Isto ocorre porque o programa não leva em conta a mudança na curva de eficiência da bomba quando sua velocidade de rotação é alterada. No presente trabalho, uma rotina para o cálculo da eficiência de BRVs, baseada na fórmula de Sârbu e Borza (1998), é implementada no código-fonte do EPANET 2. A influência da nova rotina nos resultados previstos pelo programa para a eficiência, potência e consumo de energia de BRVs é avaliada em simulações com uma rede hipotética. Os resultados mostraram que a versão original do EPANET 2 tende a subestimar a eficiência e, consequentemente, superestimar a potência e o consumo de energia de BRVs. No caso em tela, o consumo de energia do sistema previsto pela versão original do EPANET 2 foi 21,99% maior que o previsto pela versão modificada. Tais resultados apontam que a versão modificada do EPANET 2 proporciona uma melhor previsão do comportamento de BRVs e, portanto, o seu uso é recomendado na simulação de redes de distribuição de água equipadas com BRVs.

Orientador: José Geraldo Pena de Andrade
Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Tecnologia
Made available in DSpace on 2018-08-20T03:35:00Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Makino_DanielLucas_M.pdf: 8638175 bytes, checksum: 015ab58ccd2917a68b2de9853da1f45a (MD5) Previous issue date: 2012
Resumo: No Brasil, assim como na grande maioria dos países emergentes, o saneamento básico, na atividade de abastecimento de água, tem sofrido avanço tecnológico e estrutural aplicado de forma precária e pouco expressivo ao longo da história, devido à carência de recursos para operação e manutenção adequadas. Por essa e outras razões tem-se culminado o tardamento da melhoria contínua da eficiência ao longo de todo o processo, tendo, por consequência, perdas significativas do volume de água (relação dos volumes produzidos com os consumidos ou faturados) e elevado consumo de energia elétrica. A energia elétrica é o segundo insumo mais utilizado no processo produtivo do setor de saneamento, representando aproximadamente 2,5% da matriz energética do país e aproximadamente 50% dos custos operacionais de uma companhia. Analisando a magnitude e a importância que a eletricidade representa ao setor de saneamento, o que o saneamento representa à matriz energética e o que o custo do consumo da eletricidade representa nas despesas das companhias, diagnostica-se que a eficiência no uso desse tão importante recurso beneficia todas as partes associadas, bem como propícia o alcance de um desenvolvimento cada vez mais sustentável. Visando o alcance dessa finalidade, o emprego de inversores de freqüência em sistema de bombeamento atualmente vem se tornando um aspecto fundamental para a otimização do consumo de energia elétrica e da operacionalidade do sistema. Portanto, o objetivo principal desse trabalho consiste em estudar e analisar a eficiência energética de máquinas hidráulicas de velocidade de rotação variável. Para isso será especificamente retratada uma investigação de um setor do sistema de abastecimento de água do município de Limeira-SP
Abstract: In Brazil, as well as in the great majority of the emergent countries, the basic sanitation, in the activity of water supply, it has suffered technological and structural advance applied of precarious form and little expressive throughout history, due to lack of resources for adequate operation and maintenance. For these and other reasons have occurred the delay of the continuous improvement of the efficiency throughout all the process, having, for consequence, significant losses of water (relation of the produced volumes with the consumed or invoiced volumes) and high consumption of electric energy. The electric energy is the second product more used in the productive process of the sanitation sector, representing approximately 2,5% of the energy matrix of the country and approximately 50% of the operational costs of a company. Analyzing the importance that the electricity represents to the sanitation sector, and what the sanitation represents to the energy matrix, and what the cost of the consumption of the electricity represents in the expenditures of the company, it is diagnosised that the efficiency in the use of this so important resource benefits to all the parts associates, as well as it makes possible the reach of a development each time more sustainable. Intending this purpose, the application of frequency invertors in pump systems currently it comes becoming a essential aspect for the efficiency of the consumption of electric energy. Therefore, the main objective of this work consists of studying and analyzing the energy efficiency of hydraulical machines of speed of changeable rotation. For this specifically will be portraied an inquiry of a sector of the system water supply of Limeira-SP
Mestrado
Tecnologia e Inovação
Mestre em Tecnologia

Submitted by JÚLIO HEBER SILVA (julioheber@yahoo.com.br) on 2017-11-03T13:22:18Z No. of bitstreams: 2 Dissertação - Layara de Paula Sousa Santos - 2017.pdf: 2403100 bytes, checksum: 73792e08ef369454156c844fd7e57d55 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5)
Approved for entry into archive by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2017-11-06T09:47:01Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Dissertação - Layara de Paula Sousa Santos - 2017.pdf: 2403100 bytes, checksum: 73792e08ef369454156c844fd7e57d55 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5)
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Faced with urban population growth and the importance of water as a limited natural resource, there is a need to implement techniques to reduce the operational costs of water distribution systems and ensure adequate supply. The optimization of pump operation can be used to meet the demands of consumption with a lower energy cost, in addition to maximizing hydraulic reliability. In this work, a hybrid optimization / simulation model was developed based on the multiobjective genetic algorithms and the EPANET hydraulic simulator. The NSGA II (Nondominated Sorting Genetic Algorithm II) method was used to optimize the operation of variable rotation pumps, that is, the decision variables of the problem were the rotation of the pumps for each hour throughout the day. A modification of the original EPANET hydraulic simulator, which does not correctly compute the efficiency of variable-speed pumps, was employed so that the power of each pump, and consequently the cost of electric power, was calculated correctly. The representation of the system in the model was done by means of the configuration of the hypothetical network called ANYTOWN in the EPANET and implementation of the Multiobjective Evolutionary Algorithm, determination of the penalty coefficients and determination of genetic parameters and operators (population, generation number, mutation probability and probability of recombination). The validity test of the developed model was obtained through simulations performed with the input data, including the patterns of variation of the speed of rotation of the pumps. Non-dominated solutions (Pareto Front) were obtained considering first the negative pressure penalty at the nodes and, subsequently, the negative pressure penalties at the nodes and the closure / shutdown of tubes and / or pumps. All points found represent optimal operating solutions for the system considering the period of the last 24 hours for calculating the objective functions. The results obtained for the two previously defined objectives demonstrate the effectiveness of the model, since mainly with adoption of penalty 2, presents adequate pressures at the nodes and adequate water level in the reservoir, with the consequent saving of electric energy and increased hydraulic reliability.
Diante do crescimento populacional urbano e importância da água como recurso natural limitado, verifica-se a necessidade de implementar técnicas com a finalidade de reduzir os custos operacionais dos sistemas de distribuição de água e garantir abastecimento adequado. A otimização da operação de bombas pode ser utilizada com o propósito de atender as demandas de consumo com um menor custo energético, além de maximizar a confiabilidade hidráulica. Neste trabalho, um modelo híbrido de otimização/simulação foi desenvolvido tendo como suporte os algoritmos genéticos multiobjetivo e o simulador hidráulico EPANET. O método NSGA II (Non-dominated Sorting Genetic Algorithm II) foi utilizado para a otimização da operação de bombas de rotação variável, ou seja, as variáveis de decisão do problema foram a rotação das bombas para cada hora ao longo do dia. Uma modificação do simulador hidráulico EPANET original, que não computa corretamente o rendimento de bombas de rotação variável, foi empregada para que as potências de cada bomba e, consequentemente o custo da energia elétrica, fossem calculadas corretamente. Foi realizada a representação do sistema no modelo, por meio da configuração da rede hipotética denominada ANYTOWN no EPANET e implementação do Algoritmo Evolucionário Multiobjetivo, determinação dos coeficientes de penalidade e determinação dos parâmetros e operadores genéticos (população, número de geração, probabilidade de mutação e probabilidade de recombinação). O teste de validade do modelo desenvolvido foi obtido por meio das simulações realizadas com os dados de entrada, incluindo os padrões de variação da velocidade de rotação das bombas. Conjuntos de soluções não dominadas (Frente Pareto) foram obtidos considerando-se primeiramente a penalidade de pressão negativa nos nós e, posteriormente, as penalidades de pressão negativa nos nós e fechamento/desligamento de tubos e/ou bombas. Todos os pontos encontrados representam soluções operacionais ótimas para o sistema considerando-se o período das últimas 24 horas para o cálculo das funções objetivo. Os resultados obtidos para os dois objetivos previamente definidos demonstram a eficácia do modelo, visto que principalmente com adoção da penalidade 2, apresenta pressões adequadas nos nós e nível adequado de água no reservatório, com a consequente economia de energia elétrica e aumento da confiabilidade hidráulica.

Orientador: Edevar Luvizotto Junior
Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo
Made available in DSpace on 2018-08-08T11:16:30Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Ribeiro_LubienskaCristinaLucasJaquie_D.pdf: 2510450 bytes, checksum: f6c4bcdcd5bde19b5d383fa35ffd59dd (MD5) Previous issue date: 2007
Resumo: A redução dos gastos com energia elétrica nas companhias de saneamento de todo o país é uma preocupação real nos últimos anos. Grande parte dos custos operacionais destas empresas estão associado aos custos de bombeamento. Diante desta preocupação, a presente pesquisa objetiva o desenvolvimento de um modelo híbrido multiobjetivo, com finalidade de obter a redução do consumo de energia elétrica nas estações de bombeamento que utilizam inversores de frequencia, reduzindo possíveis perdas no sistema. O modelo é desenvolvido de forma a garantir condições operacionais estabelecidas a priori para o atendimento das necessidades de consumo, tais como flutuação dos níveis dos reservatórios, pressões extremas e outros buscando trazer benefícios hidráulicos. Além da busca do atendimento destes objetivos, estarão sendo investigados o emprego do modelo de simulação hidráulica baseada no Time Marching Approach - TMA em conjunto a técnica de otimização multiobjetivo baseada nos Algoritmos Genéticos - AG, através do NSGA II, configurando um Modelo Híbrido Multiobjetivo
Abstract: The reduction of the expenses with electric energy in the company of sanitation of all the country is a real concern in the last years. The great part of the operational costs of these companies is associates to the bombardment costs. Ahead of this concern the present objective research the development of an multiobjective hybrid model, with the purpose of if getting a reduction of the consumption of electric energy in the bombardment stations that use invertors of frequency besides reducing losses in the system. The model is developed of form to guarante established operational conditions a priori for the attendance of the consumption necessities, such as fluctuation of the levels of the reservoirs, extreme pressures and others searching to bring hydraulical benefits. Through this necessity taking care of some objectives simultaneously they will be being investigated the job of the model of based hydraulical simulation in the Teams Marching Approach -TMA in set with techniques of based multiobjective otimizacion in the Genetic Algorithms - GA, through NSGA II, configuring a Hybrid Model Multiobjetivo
Doutorado
Recursos Hidricos
Doutor em Engenharia Civil

Submitted by Lizziane Tejo Mendonça (lizziane@unifei.edu.br) on 2018-06-18T18:35:06Z No. of bitstreams: 1 dissertacao_0038637.pdf: 2943649 bytes, checksum: b2024000e8363f6962fcc6a041b2650d (MD5)
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A partir de estudos foi observado que quando se tem vazão e altura de queda nas turbinas hidráulicas diferente dos valores nominais o seu rendimento decairá. Uma maneira de mitigar este problema é permitir que a rotação da turbina varie de acordo com a vazão e altura de queda, podendo assim trabalhar em um ponto ótimo para aquelas condições. Entretanto ao se variar a rotação, varia-se também a frequência do gerador elétrico que está diretamente ligado ao seu eixo, exigindo técnicas especiais de conexão à uma rede com frequência fixa. Este trabalho explora o equipamento denominado Transformador de Frequência Variável – VFT (do inglês, Variable Frequency Transformer), que possibilita a transferência de potência elétrica entre sistemas elétricos síncronos ou assíncronos. O trabalho desenvolve uma modelagem para simulação deste equipamento, a fim de se conhecer o seu desempenho quando operando em condições estáticas e dinâmicas. Da mesma forma, um modelo do VFT foi construído em laboratório, visando melhor compreender o seu funcionamento, estudar sistemas de controle e validar o modelo computacional desenvolvido.

O consumo de energia dispendido pelos sistemas de bombeamento apresenta valores elevados e que podem onerar a operação dos sistemas de abastecimento de água realizada pelas companhias de saneamento. Assim, esta pesquisa está centrada no desenvolvimento de uma metodologia para análise da eficiência energética desses sistemas. O procedimento metodológico foi desenvolvido para uma tipologia genérica de sistema composta de dois reservatórios, inferior e superior, um conjunto motobomba e uma adutora, responsável pelo transporte de água entre eles. Foram avaliadas 96 possibilidades geométricas para esse sistema, formadas a partir da combinação de diferentes alturas geométricas, comprimentos e diâmetros da linha adutora. Ainda, foram estudados três formatos de curva, com quatro volumes de consumo diário distintos, em duas situações, início e fim de projeto. O algoritmo Shuffled Complex Evolution – SCE-UA foi empregado para obter a regra de operação otimizada do sistema de bombeamento e a função-objetivo foi formulada para representar os custos de energia para 20 anos de operação somado aos custos de instalação do sistema de bombeamento (adutora, reservatório superior e conjunto motobomba). Além disso, foram calculados índices e indicadores para facilitar o entendimento e a avaliação da eficiência energética de sistemas de bombeamento. A partir da análise dos resultados dos sistemas cuja operação foi otimizada, e dos resultados dos índices e indicadores, foram estabelecidos critérios e equações que podem ser utilizados para análise da operação, dimensionamento e eficiência energética de sistemas de bombeamento de água. Também, foi desenvolvida uma metodologia para a estimativa da energia mínima que um sistema de bombeamento pode consumir se todos os critérios de eficiência energética forem satisfeitos, ou seja, quando todas as grandezas que compõem o cálculo da energia forem determinadas a partir de critérios otimizados. Essa metodologia foi aplicada em dois cenários: projetos de sistemas de bombeamento de água e diagnóstico de sistemas de bombeamento de água existentes. Na primeira abordagem, o indicador se mostrou útil para inferir sobre consumo de energia e, inclusive, definir o diâmetro ótimo da linha adutora com maior ponderação. Já na segunda abordagem, o indicador tem potencial para ser utilizado na definição da linha de base do sistema e pode auxiliar a tomada de decisão e gestão hidroenergética desses sistemas.
The energy consumed by the pumping systems has high values and can overload the operation of the water supply systems carried out by the sanitation companies. Thus, this research is focused on the development of a methodology to analyze the energy efficiency of these systems. The methodological procedure was developed for a generic system composed of two reservoirs, upper and lower, pumping system and a pipeline, responsible for transporting water between the reservoirs. It was evaluated 96 geometric possibilities for this system, formed from the combination of different static heights, lengths and diameters of the pipeline. Also, three curve formats were studied, with four distinct daily consumption volumes, in two situations, beginning and end of the project. The Shuffled Complex Evolution (SCE-UA) algorithm was employed to obtain the optimal operating rule for the pumping system and the objective function was formulated to represent the energy costs for 20 years of operation plus the pumping system installation costs (pipeline, upper reservoir and pumping system). In addition, indexes and indicators were calculated to facilitate the understanding and evaluation of the energy efficiency of pumping systems. Based on the analysis of the results of the systems whose operation was optimized, and the results of indexes and indicators, criteria and equations were established that can be used to analyze the operation, design and energy efficiency of water pumping systems. Also, a methodology was developed to estimate the minimum energy that a pumping system can consume if all the energy efficiency criteria are met, that is, when all the quantities that compose the energy calculation are determined from optimized criteria. This methodology was applied in two scenarios: projects of water pumping systems and diagnosis of existing water pumping systems. In the first approach, the indicator was useful to infer about energy consumption and, even, to define the optimum diameter of the most heavily weighted pipeline. In the second approach, the indicator has the potential to be used in the definition of the baseline of the system and may help decision making and hydropower management of these systems.

Orientadores: Edevar Luvizotto Junior, Renato Soliani
Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Civil
Made available in DSpace on 2018-08-02T00:09:29Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2002
Resumo: As simulações computacionais são, na atualidade, ferramentas integrantes do processo de análise de instalações hidráulicas a condutos forçados. O presente trabalho apresenta o desenvolvimento de um modelo computacional, para a simulação, em período extensivo, de sistemas de abastecimento de água contendo bombas de rotação variável, visando o estabelecimento das velocidades ótimas de rotação que satisfaçam objetivos pré-estabelecidos, no caso, a manutenção de pressões mínimas de serviço e a redução de consumo de energia elétrica e o retomo de nível ao final do período à condições desejadas. Em técnicas convencionais as funções objetivos estabelecidas estão sujeita a um conjunto de restrições implícitas e explicitas dos elementos do sistema, algumas fortemente não lineares, por isso a opção da solução através de um modelo híbrido (simulador-otimizador). Usando os Algoritmos Genéticos como "gerador e controlador" das variáveis de decisão (modelo de otimização) em conjunto com modelo hidráulico de simulação de operação da rede hidráulica. Os exemplos avaliados mostraram o potencial da técnica proposta para diversas condições operacionais objetivadas, mostrando que o uso da ferramenta para demais situações operacionais se dá apenas pela mudança da função objetivo e não nos módulos principais da simulador e otimizador. Assim, topologias e situações operacionais podem ser alteradas sem a modificação dos módulos principais
Abstract: Computational simulations are, nowadays, tools that are present in the analysis process of hydraulic networks. The present dissertation brings the development of a computational model, to simulate, in extensive period, water supply systems operating with variable pumps speed, aiming at the optimum speeds of rotation that satisfy pre determined purposes, in this case, the maintenance of minimum pressure service, the reduction of the electric power and the return of the level to the wanted conditions of the period. In conventional techniques the established objective function is subjected a set of implicit and explicit restriction of the system elements, . some strongly non-linear, then, the option of solution by hybrid model (simulation-optimization). Using the genetic algorithms as "generator and controller" of decision variables (optimization model) with the hydraulic model for operational simulation of water distribution network
Mestrado
Recursos Hidricos
Mestre em Engenharia Civil

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:34:58Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2009-02-19Bitstream added on 2014-06-13T20:05:59Z : No. of bitstreams: 1 azevedo_gjr_dr_guara.pdf: 2654088 bytes, checksum: e45f5184f1ee57d617f3314eb07c30ba (MD5)
O desenvolvimento do projeto e a manufatura das máquinas de pistões axiais de vazão variável são atividades desenvolvidas por poucas empresas no mundo. Uma pesquisa para obter informações sobre o projeto deste tipo de equipamento, revelou pouquíssimas informações técnicas sobre este assunto. Talvez pela falta de uma literatura específica sobre o projeto e o funcionamento deste tipo de equipamento, as empresas brasileiras ainda não conseguiram desenvolver um projeto totalmente nacional. Este tipo de máquina tem grande aplicação na área industrial, móbile e aeronáutica. A importância do desenvolvimento deste trabalho justifica-se pela conquista de uma tecnologia dominada apenas por empresas estrangeiras, causando nas indústrias brasileiras que utilizam esta máquina, uma dependência tecnológica. Sendo assim, este trabalho visa oferecer às empresas brasileiras especializadas em bombas hidráulicas, informações sobre o funcionamento e também uma metodologia detalhada sobre o dimensionamento desta máquina. Calcular e desenhar uma determinada máquina não garante o seu perfeito funcionamento e também não assegura um sucesso sob o ponto de vista mercadológico. Portanto, foi realizado um estudo minucioso, além de uma discussão sobre o assunto com técnicos e engenheiros sobre a melhor forma de usinagem e montagem. Esta etapa precisa ser considerada tão importante quanto necessária. No desenvolvimento deste trabalho há uma apresentação sobre as bombas hidrostáticas disponíveis no mercado. Após a fundamentação teórica sobre o funcionamento da máquina swashplate, descrevendo detalhadamente cada um dos seus componentes, é apresentada uma metodologia para o dimensionamento dos principais parâmetros deste equipamento. Apresenta-se finalmente uma aplicação do método desenvolvido com um exemplo prático, discutindo os resultados alcançados.
Designing and manufacturing of axial piston swashplate machines are activities that few companies have developed around the world. A research in order to obtain information about the design of this kind of machine has revealed only a small amount of technical bulletins. Maybe because of the lacking of a specific literature about designing and how this kind of machine works, brazilian industries have not yet developed a true national design. This machine has many application in the industrial, mobile and aeronautical area. How important this work is justified by the conquering of technology in a world where only foreign industries have it. In this way the present work offers to the brazilian industries that deals with hydraulics, information about how these machines run and a methodology teaching the way how to calculate the machine elements.. Calculating and drawing are not sufficient steps to have a machine running and are not a guarantee of success in the market too. That is why a detailed study, besides a discussing with machine operators and industry engineers was conducted in order to obtain better machining and assembling processes. This step must be considered as important as necessary. Therefore in the way to have this work accomplished, at first, the pumps available in the market are described. The work itself presents the theory related to this kind of machine, a way to explain how it works and describes in detail each part together with a methodology to calculate the machine main parameters. Finally an example of the application of the method is developed.

Orientador: João Zangrandi Filho
Banca: João Alberto de Oliveira
Banca: Mauro Pedro Peres
Banca: Rosinei Batista Ribeiro
Banca: Gilbert Silva
Resumo: O desenvolvimento do projeto e a manufatura das máquinas de pistões axiais de vazão variável são atividades desenvolvidas por poucas empresas no mundo. Uma pesquisa para obter informações sobre o projeto deste tipo de equipamento, revelou pouquíssimas informações técnicas sobre este assunto. Talvez pela falta de uma literatura específica sobre o projeto e o funcionamento deste tipo de equipamento, as empresas brasileiras ainda não conseguiram desenvolver um projeto totalmente nacional. Este tipo de máquina tem grande aplicação na área industrial, móbile e aeronáutica. A importância do desenvolvimento deste trabalho justifica-se pela conquista de uma tecnologia dominada apenas por empresas estrangeiras, causando nas indústrias brasileiras que utilizam esta máquina, uma dependência tecnológica. Sendo assim, este trabalho visa oferecer às empresas brasileiras especializadas em bombas hidráulicas, informações sobre o funcionamento e também uma metodologia detalhada sobre o dimensionamento desta máquina. Calcular e desenhar uma determinada máquina não garante o seu perfeito funcionamento e também não assegura um sucesso sob o ponto de vista mercadológico. Portanto, foi realizado um estudo minucioso, além de uma discussão sobre o assunto com técnicos e engenheiros sobre a melhor forma de usinagem e montagem. Esta etapa precisa ser considerada tão importante quanto necessária. No desenvolvimento deste trabalho há uma apresentação sobre as bombas hidrostáticas disponíveis no mercado. Após a fundamentação teórica sobre o funcionamento da máquina swashplate, descrevendo detalhadamente cada um dos seus componentes, é apresentada uma metodologia para o dimensionamento dos principais parâmetros deste equipamento. Apresenta-se finalmente uma aplicação do método desenvolvido com um exemplo prático, discutindo os resultados alcançados.
Abstract: Designing and manufacturing of axial piston swashplate machines are activities that few companies have developed around the world. A research in order to obtain information about the design of this kind of machine has revealed only a small amount of technical bulletins. Maybe because of the lacking of a specific literature about designing and how this kind of machine works, brazilian industries have not yet developed a true national design. This machine has many application in the industrial, mobile and aeronautical area. How important this work is justified by the conquering of technology in a world where only foreign industries have it. In this way the present work offers to the brazilian industries that deals with hydraulics, information about how these machines run and a methodology teaching the way how to calculate the machine elements.. Calculating and drawing are not sufficient steps to have a machine running and are not a guarantee of success in the market too. That is why a detailed study, besides a discussing with machine operators and industry engineers was conducted in order to obtain better machining and assembling processes. This step must be considered as important as necessary. Therefore in the way to have this work accomplished, at first, the pumps available in the market are described. The work itself presents the theory related to this kind of machine, a way to explain how it works and describes in detail each part together with a methodology to calculate the machine main parameters. Finally an example of the application of the method is developed.
Doutor

Este trabalho apresenta uma síntese sobre o dimensionamento de reguladores mecânicos de rotação para motores que usam bombas injetoras unitárias. Apresenta uma fundamentação teórica dos conceitos de reguladores, seus tipos e funções, bem como as características e aplicações de cada um, mostrando também, os principais reguladores Bosch. O tipo de regulador abordado neste trabalho é o utilizado em motores estacionários, que por sua utilização na maioria das aplicações, não possuem sistemas elétricos e apresentam apenas regulagem mecânica de rotação. Também é possível dizer que os sistemas mecânicos são mais baratos e mais seguros para as aplicações estacionárias. É apresentado o projeto através de modelagem tridimensional auxiliada por computador de dois reguladores existentes que serviram de referência para o acréscimo de funções, partida e aproximação, conforme se desejava acrescentar nos sistemas em estudo. A partir daí foram equacionados reguladores estudados e dimensionados através de modelagem auxiliada por computador os quais são apresentados no trabalho. Também são reportados os resultados experimentais obtidos para um motor monocilíndrico, onde são mostrados os valores de potência, torque e consumo para esse motor operando com o regulador original e com as modificações propostas. Na performance do motor ocorreu um acréscimo de torque do motor de 12%, com o acréscimo da função de corretor de torque e uma redução de 50% no tempo de partida do motor com a implementação da função mola de partida.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2015.
Made available in DSpace on 2016-10-19T12:50:53Z (GMT). No. of bitstreams: 1 338920.pdf: 1796883 bytes, checksum: 1945a5bd1fadcfb6dfc68376a1b6cc66 (MD5) Previous issue date: 2015
O contínuo aumento da exigência mundial pela utilização racional dos recursos energéticos tem estimulado a busca por sistemas mais eficientes. Consequentemente, fabricantes de máquinas que utilizam sistemas hidráulicos estão substituindo gradualmente o controle resistivo pelo controle conservativo. Um caso de controle conservativo é o uso de bombas acionadas por motores elétricos com capacidade de variar sua velocidade, as chamadas bombas com velocidade variável. Inserido nesse contexto, esse trabalho contempla a análise teórico experimental de um novo modelo de prensa dobradeira sincronizada que realiza o controle de seus dois cilindros hidráulicos por meio de servomotores que acionam as unidades hidráulicas primárias. Essas unidades realizam tanto a função de bombeamento como de motorização ao longo do ciclo operação da máquina e por isso são denominadas de bomba-motor. A análise foi realizada com base em resultados experimentais, nos quais foi possível identificar as condições operacionais críticas. Um modelo do sistema hidráulico da prensa dobradeira foi desenvolvido e implementado no software de simulação numérica Hopsan que, após validado, foi utilizado para a proposição de duas propostas de modificação do circuito hidráulico visando a melhoria do desempenho estático e dinâmico. A primeira proposta permite que a bomba-motor opere com sucção em pressões manométricas positivas, enquanto que a segunda não interfere no tempo do ciclo de operação na máquina. Dentre os benefícios de ambos circuitos está a mitigação de choques hidráulicos. O desempenho da máquina foi, portanto, aprimorado com poucas mudanças no circuito. A pesquisa foi realizada combinando esforços entre a fabricante de equipamentos, Sorg Ind. e Com. de Máquinas, a fornecedora de sistemas hidráulicos, Argo-Hytos AT Fluid Power Systems Ltda., e a universidade, por meio do LASHIP - Laboratório de Sistemas Hidráulicos e Pneumáticos - da Universidade Federal de Santa Catarina.

Abstract : The continuous increase in worldwide demand for the rational use of energy resources has spurred the pursuit for more efficient systems. Machine manufacturers are therefore gradually replacing the resistive control in hydraulic systems for conservative control. An option of conservative control is the use of pumps driven by electric motors with the capacity to vary its speed, known as variable-speed pumps. In this context, this work features the theoretical and experimental analysis of a new synchronized hydraulic press brake. The hydraulic cylinders of the studied machine are controlled by servomotors that drive the primary hydraulic units. These units perform both pumping and motoring functions along the machine operation cycle and are hence named as pump-motor. The critical operating conditions were identified by analysis based on experimental results. A model of the press brake hydraulic system has been developed and implemented in the numerical simulation software known as Hopsan. Subsequently validation, the model was employed to propose two circuit modifications and to evaluate the increase in the dynamic and static performance. The main benefits of the new circuits are the mitigation of hydraulic shocks and appropriate pressure level for the pump-motor suction line and thus avoiding cavitation. The machine performance is hence enhanced with few changes in the circuit. The study was conducted by combining efforts between the machine manufacturer, Sorg Ind. e Com. de Máquinas, the hydraulic systems supplier, Argo-Hytos AT Fluid Power Systems Ltda., and the university, by means of LASHIP - Laboratory of Hydraulic and Pneumatic Systems - of Federal University of Santa Catarina.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2011
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A presente dissertação considera uma análise numérica comparativa dos desempenhos termodinâmicos de compressores alternativo e de pistão rolante operando com fluido R134a para aplicação em bombas de calor com 1,4kW de capacidade de aquecimento e temperaturas de evaporação e condensação iguais a 10°C e 55°C. O objetivo central do estudo é identificar as principais vantagens e desvantagens de cada compressor, a partir de estimativas de suas eficiências volumétrica e isentrópica. O estudo também contempla uma análise do desempenho desses compressores para fins de miniaturização nessa capacidade de aquecimento, alcançada através do aumento da rotação. Os modelos matemáticos empregados na simulação dos processos de compressão são baseados em formulações integrais da conservação da massa e da conservação da energia, permitindo descrever a evolução da densidade e da temperatura do gás ao longo do ciclo de compressão. O acoplamento a uma biblioteca externa permitiu a obtenção de dados para as demais propriedades termodinâmicas do fluido, tais como a pressão. A dinâmica das válvulas foi modelada através de um sistema massa-mola amortecido com um grau de liberdade, sendo que no compressor alternativo o escoamento nos filtros acústicos de sucção e descarga foi resolvido através do método de volumes finitos para uma formulação unidimensional transiente. Vazamentos e superaquecimento do fluido refrigerante foram também levados em consideração. A fim de tornar coerente a análise comparativa, cada um dos compressores foi otimizado para as condições de operação estabelecidas. Para tanto, incluiu-se uma etapa de otimização geométrica dos compressores cuja função objetivo foi a maximização da eficiência isentrópica. Nas análises comparativas, constatou-se que o compressor de pistão rolante apresentou um desempenho superior ao do compressor alternativo, sendo também mais adequado para projetos que busquem a miniaturização. As principais limitações encontradas nos compressores alternativos estão relacionadas ao volume morto e aos processos de admissão e descarga. Por outro lado, o superaquecimento e o refluxo na sucção são os fenômenos que mais comprometem o desempenho do compressor de pistão rolante.
The present dissertation considers a comparative analysis between the thermodynamic performances of reciprocating and rolling piston compressors for application in heat pumps with 1,4kW of heating capacity. Both compressors adopt R134a as the refrigerant fluid and evaporating and condensing temperatures equal to 10°C and 55°C, respectively. The aim of this study is to identify the advantages and disadvantages of each compressor based on estimates of the main effects that influence their volumetric and isentropic efficiencies. The effect of increasing the speed of each compressor for the purpose of miniaturization at this heating capacity is also investigated with emphasis on their thermodynamic performances. The mathematical models used to simulate the compression processes of both compressors are based on integral formulations of the conservation equations of mass and energy, allowing the prediction of density and temperature of the gas throughout the compression cycle. The coupling to an external library allowed estimates of other thermodynamic properties, such as the pressure in the compression chamber. The valve dynamics was solved by using a single-degree-of-freedom mass-spring-damper model. Pressure pulsation in the suction and discharge systems of the reciprocating compressor was estimated via a one-dimensional formulation for the compressible flow, which was numerically solved with the finite volume method. Leakage and superheating of refrigerant were also taken into account in the modeling of both compressors. In order to guarantee a meaningful analysis, each compressor was previously optimized for the operating conditions established for the comparison. The study shows that the rolling piston compressor performs better than the reciprocating compressor in the specified operating conditions and it is better suited for miniaturization purpose. The major limitations encountered in the reciprocating compressors are related to the inefficiencies caused by both the clearance volume and the suction and discharge processes. On the other hand, gas superheating and backflow in the suction orifice are the phenomena that most compromise the performance of the rolling piston compressor.

Made available in DSpace on 2015-05-14T12:14:10Z (GMT). No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 1315751 bytes, checksum: ac1c804a66de6eb3a5e3c4a1cb7d3e04 (MD5) Previous issue date: 2014-02-19
Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES
In this thesis we study the electronic properties of several systems of condensed matter physics using two different continuum models, the effective mass theory and the effective Dirac Hamiltonian. In several systems, there is an effective mass depending on position. Some models for the kinetic energy operator were proposed to describe these systems, but there is no definition of which one is the most appropriate. It is one of the oldest open questions in solid state physics. We propose a new model, where we consider all permutations among the operators and show that it satisfies the fundamental requirements of quantum mechanics. We use this model to obtain the minibands structure of a heterostructure composed by two different materials and compare our model with other models previously proposed. We also get the Schrödinger equation for a particle constrained to a curved surface with position dependent mass. We follow the da Costa approach, where there is a geometric potential. We show that the position dependent mass does not affect the geometric potential, contributing only to the kinetic part. We use this equation to study the electronic transport in a junction of two cylinders with different radii, with the effective mass varying with the cylinder radius. Using the effective Dirac Hamiltonian, we consider a graphene sheet on a periodic substrate heterostructure composed by two different materials. Each material induces a specific energy gap and Fermi velocity in the graphene, so the Dirac Hamiltonian has a gap (mass) term and a Fermi velocity depending on position. We write this operator taking into account that it has to be Hermitian and we obtain the minigaps induced by the substrate in the electronic structure of graphene. Motivated by experimental results, we study the effects of rotation on the electronic structure of carbon nanotubes, fullerene C60 and topological insulators, using an effective Dirac operator. In the carbon nanotube and C60 cases, the rotation adds a shift in the energy levels and a break in spin degeneracy. In the topological insulator case, the rotation adds only a shift in the energy.
Nesta tese estudamos as propriedades eletrônicas de diversos sistemas físicos da matéria condensada utilizando dois modelos contínuos distintos, o modelo de massa efetiva e o hamiltoniano de Dirac efetivo. Em vários sistemas existe o aparecimento de uma massa efetiva dependente da posição. Diversos modelos para o hamiltoniano cinético com massa efetiva variável foram propostos, mas não existe uma definição de qual seja o mais adequado. Essa é uma das questões mais antigas em aberto na física do estado sólido. Nós propomos um novo modelo, levando em conta todas as permutações possíveis entre os operadores e mostramos que ele satisfaz os requisitos fundamentais da mecânica quântica. Nós usamos esse modelo para obter a estrutura de minibandas de uma heteroestrutura formada por dois materiais diferentes e comparamos o nosso modelo com outros modelos propostos anteriormente. Também obtemos a equação de Schrödinger para uma partícula confinada a uma superfície curva com massa efetiva dependendo da posição. Seguimos a abordagem de da Costa, onde surge um potencial geométrico. Mostramos que a massa variável não altera a potencial geométrico, contribuindo apenas para a parte cinética. Nós usamos a equação obtida para estudar as propriedades de transporte eletrônico em uma junção de dois cilindros de raios diferentes, com a massa efetiva variando com o raio do cilindro. Utilizando um hamiltoniano de Dirac efetivo nós consideramos o grafeno sobre um substrato formado por uma heteroestrutura com dois materiais diferentes. Cada material induz um gap de energia e uma velocidade de Fermi específica no grafeno, fazendo com que tenhamos um hamiltoniano de Dirac com termo de gap (massa) e velocidade de Fermi dependendo da posição. Nós escrevemos esse operador levando em conta que ele tem que ser hermitiano e obtemos a estrutura de minibandas induzidas na estrutura eletrônica do grafeno pelo substrato. Motivados por resultados experimentais, nós também estudamos os efeitos da rotação na estrutura eletrônica do nanotubo de carbono, fulereno C60 e isolante topológico, utilizando um hamiltoniano de Dirac efetivo. Para o nanotubo de carbono e o C60 a rotação adiciona um deslocamento nos níveis de energia e há uma quebra na degenerescência de spin. No isolante topológico a rotação induz apenas um deslocamento na energia.

Mestrado em Engenharia de Automação Industrial
O presente trabalho trata do desenvolvimento de sistemas automáticos para a indústria, em concreto de sistemas integrantes de uma linha de montagem de bombas de óleo de caudal variável. O principal objectivo foi a aplicação de conhecimentos desenvolvidos durante o percurso académico e desenvolvimento de novas aprendizagens úteis para a vida profissional futura, dentro da área de automação, através da realização dos sistemas acima mencionados com sucesso. Com o suporte de uma equipa profissional, foram desenvolvidos vários sistemas, nomeadamente sistemas de visão para inspecção da boa montagem de peças por equipamentos automáticos, um posto de trabalho com componente automática e de interacção com um operador, integrando um braço robótico colaborativo e partes de um sistema de gestão de produção. A grande diversidade de trabalho desenvolvido revelou-se uma grande fonte de conhecimentos e técnicas de desenvolvimento de sistemas automáticos. Os sistemas desenvolvidos tiveram também um desempenho positivo no seu funcionamento.
This work presents the development of automated systems for the industry, more precisely systems that are part of a variable flow oil pumps’ assembly line. The primary objective was the application of knowledge aquired during the academic path and the development of new learnings useful for a future pro-fessional life in the area of automation, by successfully creating the systems previously mentioned. With the support of a professional team, several systems were developed, including computer vision systems for the inspection of auto-matically assembled parts, a workstation with both automatic and manual oper-ated parts featuring a collaborative robotic arm, and sections of a production management system. The diversity of work done revealed itself as a good source of knowledge and techniques regarding the development of automatic systems. The developed systems also had a good performance, regarding their operation.

Em experimentos de Ressonância Magnética Nuclear (RMN) com Rotação da Amostra em Tomo do Ângulo Mágico (MAS), as bandas laterais são um problema comum na obtenção de espectros de alta resolução em sólidos. Em espectrômetros de alto campo magnético ou então, em sistemas que não dispõem de rotores de amostra de freqüência elevada, este problema é mais grave. Para facilitar a interpretação do espectro de alta resolução torna-se necessário suprimir estas bandas laterais. Nesta dissertação descrevemos um método simples de supressão das bandas laterais que consiste em variar a freqüência de rotação da amostra durante a aquisição do sinal, assim como, a instrumentação necessária para realizar esse experimento. Este método, que denominamos de Supressão das Bandas Laterais utilizando-se Freqüência de Rotação Baixa e Variável, baseia-se na dependência da posição das bandas laterais com a freqüência de rotação, reduzindo as coincidências entre suas posições durante a promediação, enquanto o sinal isotrópico permanece estável sempre no mesmo ponto do espectro. Para ilustrar a utilização dessa nova técnica, realizamos experimentos de RMN com o núcleo de 13C em amostras de hexametilbenzeno, tirosina, lignina e ácido húmico, e com o núcleo quadrupolar 79Br em amostras de KBr e NaBr + KBr
Sidebands in Magic-Angle-Spinning Nuclear Magnetic Resonance (MAS-NMR) experiments are a common problem for high field spectrometers or low spinning frequency systems. Although these sidebands may be used to gain information after they have been identified, it is necessary to eliminate then to simplify the interpretation of the spectra; we have recently succeeded in suppressing spinning sidebands by continuously varying the speed during the signal acquisition. This method, that we called variable low speed sideband suppression, relies on the speed dependent of the sideband positions. The purpose of this work is to describe a simple method and apparatus to suppress spinning sidebands in MAS-NMR experiments. The method allows a quick acquisition of the isotropic chemical shift spectra and works well even when the highest available spinning cannot clearly resolve the spinning sidebands. To illustrate the method, we present the 13C MAS-NMR spectra of a variety of sample acquired using cross-polarization and high power proton decoupling. Among the samples studied were: hexamethylbenzene, tyrosine, lignin and humic acid. And quadrupolar nuclei 79Br in the samples Kbr and NaBr + KBr

Mestrado em Engenharia Mecânica
A necessidade de lubrificação por parte dos motores de combustão interna levou ao desenvolvimento de sistemas de lubrificação pressurizados. Os sistemas clássicos de bombagem de óleo lubrificante para o motor envolvem um debito proporcional ao regime do motor que, em grande parte dos regimes, se traduz num desperdício de potência uma vez que o débito se sobrepõe às necessidades. O desenvolvimento de bombas de óleo de caudal variável é uma boa solução, uma vez que torna possível o ajuste do caudal às necessidades do motor. Ainda assim, é crucial o correto dimensionamento destes sistemas, caso contrário pode por em risco o seu funcionamento e performance. As bombas de caudal variável caracterizam-se por uma maior complexidade tecnológica e um número de componentes superiores às tradicionais bombas de óleo. Esta tecnologia é mais recente estando ainda muitos aspetos tecnológicos quer ligados à definição geométrica e dimensional do produto quer ao processo de fabricação por definir com base científica, de forma a garantir um produto com qualidade e a longevidade necessárias. Neste âmbito a utilização de ferramentas que permitem estabelecer com rigor as folgas máximas e mínimas de funcionamento dos diferentes componentes da bomba em função da sua definição geométrica e dimensional assim como do processo de fabricação são fundamentais. Uma das ferramentas/método utilizado para o desenvolvimento e apoio à fabricação de componentes em série, é o método de cadeia de cotas. Este método baseia-se no cálculo das somas dos intervalos de tolerância das cotas dimensionais e geométricas dos componentes associados a uma dada função, permitindo avaliar as folgas máximas e mínimas associadas a essa cadeia de cotas. Esta dissertação envolveu uma parceria com a Renault Cacia SA, no sentido do desenvolvimento de um estudo de cadeia de cotas para uma bomba de óleo de cilindrada variável já em produção e aplicada em motores do grupo Renault. Neste documento é feito um levantamento dos tipos de bombas existente e é feita uma análise das bombas de óleo mais usadas pelo mercado automóvel. Também neste documento é feito um estudo do processo de aplicação do modelo de cadeias de cotas, e a sua importância. Estes estudos foram indispensáveis para a obtenção do conhecimento da função de todos os componentes constituintes da bomba de óleo, com o objetivo de definir as condições funcionais desses componentes. Posteriormente, foi aplicado o modelo de cadeias de cotas a essas condições funcionais e foi feita uma análise dos resultados obtidos. Neste documento podem ser vistos alguns casos de estudo, com uma introdução ao problema, a modelização aplicada e uma análise dos resultados. Em certos casos são também apresentadas propostas de melhorias que vão ao encontro do problema apresentado. Estes exemplos demonstram o trabalho realizado para a obtenção de um dossiê de cadeias de cotas do produto que pode ser usado para apoio à fabricação ou para o desenvolvimento de novos produtos.
The need for the lubrication of internal combustion engines as lead to the development of pressurized systems of lubrication. The classic oil pumping systems for engines, involve a debit that is proportional to the engine's regime, which, in most part of the regimes, translates in a loss of power once the debit overpowers the necessities. The development of oil pumps with varied flow rate is a good solution since it becomes possible to adjust the flow rate to the engine's needs. It's crucial to make a correct sizing of these systems, otherwise the functioning and performance of the engine can be at stake. The VDOP (variable displacement oil pump) are more complex and composed by a bigger number of components than the traditional oil pumps. This technology is recent and is yet in need of scientifically research in many technologic aspects, not just geometrical and dimensional of the product but also products fabrication process, that can assure a product with quality and long life. That way, the utilization of tools that can establish the minimum and maximum free space of function of the different components with base on the technical documents, are indispensable. One of the tools used on the development of the product and the products fabrication process, is the dimensional chain method. This method calculates the sum of the tolerance intervals of all dimensions, associated to each function, returning the value of the maximum and minimum free space between the components. This dissertation involved a partnership with Renault Cacia SA with the means of developing a dossier applying the dimensional chain method for an oil pump, already in production, that is used on engines of the Renault group. In this document, it's made an enumeration of the existent pumps and the most common in the market. It's also made a study of the process of application of the dimensional chain model and its importance. These studies were crucial for obtaining knowledge on the function of the different components in the oil pump, with the objective of defining the functional conditions of those components. Afterwards, the dimensional chain model was applied to those functional conditions and an analysis was made on the results. In this document, it's possible to see some examples of study, with the introduction of the problem, an applied modelling and an analysis of the results. In certain cases, improvement proposals are presented, to resolve the identified issue. These examples demonstrate the work done in order to obtain a dossier of the product that can be used as a support to the fabrication or the development of new products

Mestrado em Engenharia Mecânica
O presente trabalho aborda o problema do NVH (Noise Vibration and Harshness) em bombas de óleo. Neste âmbito, é realizada numa fase inicial uma descrição das bombas de óleo quanto à sua constituição e princípio de funcionamento, sendo que a bomba utilizada neste trabalho é uma bomba de palhetas de cilindrada variável. A utilização destas bombas acarreta a vantagem de permitir uma melhor eficiência do motor do veículo, logo a tendência para as utilizar e estudar é cada vez maior. Assim, estre trabalho teve como objetivo perceber a correlação existente entre os dados numéricos e experimentais de NVH provocado por uma bomba de cilindrada variável. A componente de NVH estudada foi o ruído com origem no fluido (fluidborne noise), que neste caso é o óleo. Relativamente às bombas de óleo este tipo de ruído é provocado pela pulsação da pressão na zona de descarga. Ao sinal desta pulsação, que tem como unidades o bar em função do tempo, foram aplicadas as transformadas de Fourier para passar para o domínio da frequência e uma fórmula para converter o sinal para a escala de decibel. O software utilizado para o efeito foi o LMS Test.Lab da Siemens. Os dados de simulação obtiveram-se a partir de um modelo previamente criado no seio da empresa com o software GT-Suite. Os dados experimentais foram obtidos pela utilização de um banco de ensaios presente na Renault – Cacia, o banco RO6. Comparam-se os valores da frequência dos harmónicos teóricos e numéricos, concluindo-se que existe uma boa correlação entre estes. Verificou-se igualmente que o valor na frequência dos harmónicos do sinal experimental é coincidente com os dois anteriores. Pode-se afirmar que nesta parte o modelo numérico traduz bastante bem aquilo que ocorre na realidade e, portanto, é válido relativamente ao valor da frequência nos harmónicos. Complementarmente analisou-se o sinal numérico ao longo da velocidade de rotação da bomba e ao longo do espectro da frequência onde se compararam sinais com diferentes temperaturas (20°C e 80°C) e modos de configuração da electroválvula (ON e OFF). É possível concluir que segundo o modelo numérico o ruído nos harmónicos tem um comportamento crescente e linear até cerca das 2200 rpm, depois desta velocidade torna-se difícil de arranjar um padrão para o seu comportamento na medida em que este depende mais das condições de temperatura do óleo e estado da electroválvula da bomba. Das comparações entre os dados numéricos e experimentais verificou-se que ocorre uma correspondência razoável, com valores de correlação entre 0.69 e 0.85 de correlação. Verificou-se ainda que o valor dos harmónicos numéricos é quase sempre superior aos experimentais e que os resultados foram melhores quando a electroválvula se encontra no modo de configuração ON do que em OFF.
The present work approaches the problem of NVH (Noise Vibration and Harshness) in oil pumps. In this context, it was made, in an initial phase, a characterization of the constitution and working principle of some oil pumps, like the variable displacement oil pump used in this work. This type of pumps has the advantage of improving the engine’s efficiency, thus the tendency to apply and study them is increasing. So, this work had as its main objective to analyse the correlation between the numerical and experimental data of NVH produced by a variable displacement oil pump. The NVH component studied was the fluidborne noise, that is, the noise that has its origin in the fluid, that in this case is the oil. In an oil pump this type of noise is caused by the pressure pulsation at the discharge zone. The Fourier transform is applied to the signal that contains this pressure pulsation, which afterwards is converted to the decibel scale. The software used to make this procedure was LMS Test.Lab created by Siemens. The simulation data were obtained from a model previously created by the company using the software GT-Suite. The experimental data were obtained using a test bench from Renault – Cacia, the RO6 bench. The frequency values of the theoretical and numerical harmonics were compared and it was concluded that they have a good correlation. It was also found that the value of the frequency of the experimental signal coincides with the two previous ones. Therefore, it can be affirmed that in this part the numerical model translates well what occurs in reality, thus it is valid relatively to the frequency value of the harmonics. In addition, it was analysed the numerical signal throughout the pump speed and the frequency spectrum where were compared different signals with different temperatures of the oil (20°C e 80°C) and modes of the configuration of the electrovalve (ON and OFF). It was possible to conclude that, according to the numerical model, the noise in the harmonics has a growing and linear behaviour until about the 2200 rpm. After this speed it becomes difficult to find a pattern because the noise depends more of the temperature of the oil and the mode that the electrovalve is in. From the comparison between the numerical and experimental data it was verified that it occurs a reasonable correspondence, with correlation values between 0.69 and 0.85. It was also found that the value of the harmonics is higher in the numerical data than in experimental data and that the results were better when the electrovalve is ON than when it is OFF.

Mestrado em Engenharia Mecânica
Esta dissertação teve como objetivo a otimização do produto-processo de uma bomba de óleo, de caudal ajustável, para aplicação a motores de combustão interna. Este trabalho desenvolveu-se a partir de um conceito inovador de variação de caudal, previamente concebido no âmbito de um trabalho de investigação desenvolvido no Departamento de Engenharia Mecânica da Universidade de Aveiro. Assim, com base neste conceito inovador, procurou-se realizar um conjunto de ações ao nível do desenvolvimento de produto e projeto mecânico que permitissem transformar o conceito inicial num produto funcional, fi ável, industrializável e comercialmente competitivo. Estas ações materializaram-se no produto e processo através de uma redução do peso, uma diminuição do número de peças móveis, uma evolução geométrica e dimensional dos componentes, por forma a serem mais facilmente produzidas, e uma verifi cação em termos dos limites estruturais dos diferentes componentes para condições de trabalho extremas. Inicialmente realizou-se um enquadramento deste tema em termos tecnológicos, económicos e ambientais e também uma descrição detalhada dos princípios de funcionamento das bombas hidráulicas convencionais e de caudal variável e as leis físicas aplicadas a estes mecanismos. Posteriormente, uma análise de mercado permitiu avaliar comparativamente diferentes soluções de conceção e tecnológicas para as bombas hidráulicas de aplicação do setor automóvel e industrial, e assim, procurou-se identifi car novos princípios a aplicar ao novo conceito de bomba de óleo. Passou-se para uma fase de desenvolvimento do produto, onde foi necessário desenvolver soluções diferenciadoras para algumas da principais funções da bomba de óleo. Após esta fase procedeu-se a uma seleção destas soluções que resultaram numa nova de finição de arquitetura do produto e que foram aplicadas com recurso a ferramentas de engenharia ao novo conceito de bomba de óleo. No âmbito das ferramentas de engenharia aplicou-se uma análise de modo de falha e efeito cliente, por forma a salvaguardar a robustez funcional do mecanismo. Tudo isto foi concretizado através de modelação geométrica do novo produto e sua compatibilização com a aplicação num ambiente de motor de combustão. Numa fase posterior passou-se a verifi cação estrutural com recurso ao método de elementos finitos, por forma a garantir o correto dimensionamento de todos os componentes. Igualmente procedeu-se a uma determinação das tolerâncias de fabrico dos diferentes componentes com intuito de garantir a sua correta funcionalidade aplicando os princípios da cadeia de cotas. Também se materializou o produto através de técnicas de prototipagem rápida a fi m de se verifi car a compatibilidade entre os diferentes componentes e sua funcionalidade mecânica. Por fi m estabeleceu-se todo o dossier técnico em termos de desenhos de conjunto e desenhos de finição de todos os componentes que permitem responder ao objetivo inicial desta tese, ou seja, a industrialização e fabricação deste novo conceito de bomba de óleo.
This Master Thesis refers to the optimization of the product-process of an oil pump, adjustable ow, for application to internal combustion engines. This work evolved from an innovative concept of ow variation, previously conceived as part of a research work in the Department of Mechanical Engineering, University of Aveiro. Thus, based on this new concept, we tried to carry out a set of actions in terms of product development and mechanical design able to transform the initial concept into a functional product, reliable, industrializable and commercially competitive. These actions are materialized in the product and process through a reduced weight, reduced number of moving parts, a geometric and dimensional developments of the components, so as to be more easily produced, and a check in terms of the structural limits of di erent components to extreme conditions. Initially held up a framework of this theme in technological, economic and environmental terms and also a detailed description of the operating principles of the conventional hydraulic and variable ow rate pumps and the physical laws applicable to these mechanisms. Later, a market analysis enabled benchmark di erent design solutions and technology to the hydraulic pumps for the application of automotive and industrial sectors, and thus tried to identify new principles to be applied to the new concept of oil pump. It was passed to a product development stage, where it was necessary to develop solutions for di erentiating some of the main functions of the oil pump. After this phase proceeded to a selection of these solutions resulted in a new de nition of the product architecture and were applied using engineering tools to the new concept oil pump. With the engineering tools applied a failure mode and customer e ects analysis , in order to safeguard the functional robustness of the mechanism. All this was achieved through geometric modeling of the new product and its compatibility with the application on a combustion engine environment. In a latter stage it passed to the structural check using the nite element method, in order to ensure proper sizing of all components. Also it proceeded to a determination of manufacturing tolerances of the di erent components to ensuring its correct functionality by applying the principles of chain dimensions. The product was materialized by rapid prototyping techniques in order to verify the compatibility between the di erent mechanical components and their functionality. Finally it was settled all technical le in terms of overall and drawings setting of all the components which allows to respond to the initial goal of this thesis, which is the industrialization and manufacture of this new concept oil pump.

Esta dissertação teve como objetivo o desenvolvimento, projeto e integração de um sistema mecânico para variação de caudal em bombas de óleo de cilindrada fixa para utilização preferencial em veículos automóveis ligeiros. Para este desenvolvimento tomou-se como referencial de funcionamento e geométrico uma bomba de óleo de cilindrada fixa disponível comercialmente utilizada em veículos ligeiros, à qual foi integrado um sistema de variação contínua de velocidade. Esta integração permite variar a velocidade do módulo de bombagem, constituído por duas engrenagens e um corpo de geometria fixa, de forma independente da velocidade de rotação/acionamento do motor. A variação de velocidade do módulo de bombagem possibilita um ajuste do caudal de óleo debitado pela bomba às condições de funcionamento do motor, evitando-se o desperdício de caudal para as rotações mais elevadas do motor, característica comum das bombas de óleo de cilindrada fixa convencionais, aumentando-se assim a eficiência da bomba. Inicialmente, realizou-se o enquadramento deste tema a nível tecnológico, ambiental e económico. Descreveu-se os tipos de bombas existentes e seus princípios de funcionamento, vantagens e desvantagens das bombas volumétricas. Realizou-se um estudo de mercado, que permitiu comparar as soluções existentes de bombas de óleo no setor automóvel e procedeu-se a uma pesquisa de patentes com o objetivo de conhecer os mais recentes desenvolvimentos aplicados a estas bombas. Enunciaram-se os conceitos básicos dos sistemas mecânicos de variação contínua de velocidade, enumerando as vantagens e desvantagens de cada um. Procedeu-se à definição das principais especificações técnicas requeridas para a bomba de óleo a desenvolver e à geração de três conceitos de variação contínua de velocidade aplicados à bomba de óleo, realizando-se a sua comparação quantitativa e posterior seleção. Foram estruturalmente dimensionados/verificados analiticamente os componentes mais críticos do sistema de variação de velocidade de modo a avaliar a exequibilidade técnica do sistema tendo em conta as suas compactas dimensões e possível industrialização. Esquematizou-se e dimensionou-se o sistema de controlo do módulo de variação de velocidade com base na pressão de funcionamento do motor. Finalmente realizou-se a modelação geométrica de todos os componentes da bomba por forma a garantir dimensões e arquitetura compatíveis com as bombas comercias. Complementarmente realizaram-se simulações estruturais, com o método dos elementos finitos, dos subconjuntos mais críticos sendo avaliadas em termos dos limites de resistência mecânica dos materiais à fadiga e das pressões limite de contacto desenvolvidos entre os diferentes componentes. Foi realizada a simulação cinemática do conjunto a _m de confirmar o modo de funcionamento combinado do sistema de controlo com o sistema de variação de velocidade. Concluiu-se este trabalho com a execução dos desenhos de conjunto e lista de componentes. O conceito de bomba de óleo desenvolvida responde do ponto de vista de arquitetura, funcional, estrutural e dimensional à hipótese de aplicação num motor de combustão automóvel, respondendo assim ao principal objetivo do presente trabalho.
This Master Thesis aimed at the development, design and integration of a mechanical system for ow variation in fixed displacement oil pumps for preferential use in light-duty vehicles. For this, a commercially available fixed displacement oil pump used in light vehicles was used as a working and geometric reference point, to which a continuous speed variation system was integrated. This integration allows the velocity of the pumping module, consisting of two gears and a fixed geometry body, to be varied independently of the speed of rotation of the engine. The speed variation of the pumping module allows the pump to adjust the oil flow rate to the engine operating conditions, avoiding the waste of the flow rate for higher engine speeds, a common feature of fixed displacement oil pumps, thus increasing pump effciency. Initially, the theme was framed at technological, environmental and economic level. The types of pumps and their operating principles, advantages and disadvantages of volumetric pumps were described. A market research was carried out, comparing existing oil pump solutions in the automotive sector and a patent research was made in order to know the most recent developments applied to these pumps. The basic concepts of the mechanical systems of continuous speed variation were described, enumerating the advantages and disadvantages of each one. The main technical specifications required for the oil pump to be developed were specified and three concepts of continuous speed variation applied to the oil pump were made, and the quantitative comparison and subsequent selection were carried out. The most critical components of the speed variation system were structurally dimensioned / veri ed in order to assess the technical feasibility of the system, taking into account its compact dimensions and possible industrialization. The speed variation module control system was schematized and dimensioned based on the engine operating pressure. Finally, the geometric modeling of all the components of the pump was carried out in order to guarantee dimensions and architecture compatible with the commercial pumps. Complementary structural simulations were performed with the finite element method of the most critical subassemblies being evaluated in terms of the limits of mechanical resistance of the materials to fatigue and the contact pressures developed between the different components. Kinematic simulation of the assembly was performed to confirm the combined mode of operation of the control system with the speed variation system. This work was concluded with the execution of the assembly drawings and list of components. The developed oil pump concept responds from the point of view of architecture, functional, structural and dimensional to the hypothesis of application in an automobile combustion engine, thus responding to the main objective of the present work.
Mestrado em Engenharia Mecânica