[pt] Este trabalho analisa a influência dos mancais hidrodinâmicos no comportamento rotodinâmico das turbomáquinas, no que diz respeito na resposta ao desbalanceamento, modos de vibrar e, principalmente, a instabilidade, que tende a manifestar-se em rotações elevadas ou baixas cargas. As propriedades de rigidez e amortecimento do mancal são determinadas a partir da solução analítica da Equação de Reynolds, usando a aproximação do mancal curto. Um procedimento é apresentado para modelagem dinâmica do sistema rotor-mancal. O modelo de elementos finitos inclui a influência da ação giroscópica. A análise rotodinâmica completa de um rotor concebido e projetado para apresentar o fenômeno da instabilidade é feita com auxílio do programa ROMAC da Universiry of Virginia. O programa calcula as propriedades do mancal a partir da solução numérica completa da Equação de Reynolds e o cálculo das velocidades críticas, dos modos e da análise de estabilidade é feito pelo Método dos Elementos Finitos. Finalmente, documenta-se o projeto do protótipo, o estudo realizado e os ensaios desenvolvidos. A partir das medições realizadas, valida-se a solução numérica. / [en] This work analyses the effect of fluid-film bearings on the dynam- ics of turbomachinery with respect to unbalance response, vibration mode shapes and, specially, instability that tends to occur, mainly, at high speeds or light loads. The bearing stffiness and damping bearing properties are calculated using the analytical solution of the Reynolds Equation, based in a short bearing approach. Following, a procedure is presented for the dynamic modelling of rotor-bearing systems based in the Finite Element Method, including the gyroscopic effect. The complete rotordynamic analysis of a rotor designed to undergo instability problem is performed by software ROMAC from University of Virginia. The software predicts the bearing properties by complete numerical solution of Reynolds Equation and critical speeds, mode shapes and stability analysis is performed using the Finite Element Method.Finally, it is presented the design of the rotor kit , accomplished studies and performed tests. The numerical solution is validated by measurements that were made.

[pt] A crise atual pela qual passo mundo tornou-se a grande responsável pelo desenvolvimento científico-tecnológico, que se fará presente no próximo século. Dentre as diversas fontes alternativas, que se apresentam, a energia eólica tornou-se uma das mais destacadas, sobretudo devido ao uso de moinhos de vento (Cataventos). Os moinhos de vento são máquinas de fluxo que convertem a energia cinética dos ventos em outras formas de energia, fornecendo, portanto, substancias melhores ao dia-a-dia da humanidade. O trabalho que se apresenta trata do desenvolvimento teórico-experimental sobre o rotor de resistência, do tipo de eixo vertical, conhecido como rotor Savanius ou vulgarmente rotor S. Este tipo de rotor pode possuir as mais diversas formas geométricas para as pás. Entretanto, a mais divulgada, devido a sua facilidade de construção, é a semi-circunferencial, sobre a qual incidiu o desenvolvimento teórico deste trabalho. Um dos objetivos básicos do projeto da turbina eólica do tipo Savonius, é desenvolver tecnologia e obter experiência em operação de cata-ventos, em especial, visando o projeto e construção de unidades de grande porte. O desempenho do projeto do rotor é feito através de uma análise simplificada do modelo matemático. Por intermédio de valores experimentais, foram obtidas as curvas adimensionalisadas de torque (Ct) e de potência (Cp) versus a razão de velocidade (E), as quais podem servir para predizer o desempenho do rotor. Através deste procedimento, fez-se a análise para diversas formas geométricas de rotores. Finalmente comparando-se os resultados experimentais com a teoria desenvolvida, foram obtidas as curvas que relacionam o coeficiente de entrada (Ko) e a razão de velocidade(E). (Estas curvas foram obtidas somente, para o caso rotores de configuração de pás semi- circunferencial, que é o mais usual). / [en] The present crisis though which world passes now has become responsible for the scientific technological development that will take place in the next centrury. Among the various alternative aources in existence eolic energy has become one of the most outstanding, mainly by the use of the windmills (weathervane). Windimille are flow machines that convert wind kinetic energy into other of energy, whitch provide substancial goods to mankind. The present work deals wind kinetic energy into other of energy, which provide substancial goods to mankind. The present work deals with the theoretical-experimental development of the resistance rotor, of the vertical axle type, known as Savonius or commonly as S Rotor. One of the basic aims of the savonius type turbine is to develop techonology and to obtain experience in the operation of windmills, specially aiming at the desing and construction of large sinze unit ies. The analysis of performace of the rotor is made base on a simplified mathematical model. By means of experimental values, non admimensional curves of torque (Ct) and power (Cp), verusu speed rate (E) were obtained, and are usefull in predicting the rotor s performace. Through this procedure the analysis of various forms of geometryc rotors was performed. Finally, comparing the experimental results with the theory developed, curves of entry coeficient (Ko) related to the spedd rate ware obtarned for rotors of sami-circunferencial blades configuration only.

[pt] A Dissertação aqui apresentada descreve um acidente em um rotor de máquina de grande porte (compressor de ar) de uma fábrica de fertilizante cujas conseqüências foram perdas financeiras de alta monta tanto para a empresa quanto para o Estado, pela importância econômica onde a fábrica é situada. O objetivo da Dissertação foi simular matematicamente o acidente ocorrido e esclarecer o mesmo. Para se chegar ao diagnóstico do problema se modelou o rotor e o discretizou pelo Método de Elementos Finitos. As técnicas de investigação do problema e a sua seqüência de investigação podem ser tomadas como base em investigação de eventuais acidentes envolvendo rotores futuramente. O capítulo relativo a Análise Modal será extraído como base de apostila para curso envolvendo pessoal da área de Manutenção Mecânica. / [en] A problem related with an air compressor gave birth to the MSc Thesis. Problems related with rotative machines are usual in the industrial field. Difficulties come from the data gathering in order to analyze, and propose a theory of failure in order to explain and avoid the recurrence of such problem. Modelling a rotor with a Timoshenko beam element and the discretization by finite element method permit the dynamical analysis and the modal analysis of the rotor considering its interaction with the radial and thrust bearings (assuming stiffness and rigidity). The work is divided in seven chapters: chapter one introduces the work and gives the overview of it; chapter two describes the industrial problem; chapter three is a brief explanation of bearing types and the fundamental principle of lubrication; chapter four introduces vibration theory and modal analysis; chapter five introduces the finite element method; chapter six is the simulation of the problem, using tailor-made MATLABr programs to reconstruct the problem and to compare the test field results with the here mentioned formulation; chapter seven discusses the results and proposes future works. Appendix shows the kinetic theory and the beam deformation model used in the program and the Laval simple rotor as a limited description of the dynamic of a rotor with distributed mass, rigidity and stiffness. The aim of this work is to help understand and avoid the recurrence of the failure described and to easy the understanding of modal analysis for new engineers and technicians which will deal with rotor dynamics.

[pt] Este trabalho pretende demonstrar a possibilidade de usar pinos ativos em máquinas rotativas de forma a reduzir as amplitudes de órbitas em situações críticas através de uma investigação analítica com validação experimental. Os pinos funcionam como medida de segurança quando o rotor se torna instável ou começa a oscilar por qualquer razão. Para este propósito, foi realizado um estudo completo da influência da presença dos pinos dentro do mancal de retenção. Quatro pinos foram posicionados em duas bancadas de testes já existentes no laboratório. A atuação deles provém de motores de passo, que os inserem até um determinado comprimento na parte interna do mancal, isto é, a folga radial entre o rotor e a parede do mancal. Primeiramente, uma análise matemática dos fenômenos envolvidos foi desenvolvida, fornecendo as equações necessárias para as simulações numéricas do sistema. Em seguida, foram realizados testes experimentais nas bancadas e informações relevantes foram adquiridas e comparadas com os resultados das simulações. Eles demonstraram estar consistentes, o que ajudou a validar o conceito de inserção de pinos ativos no mancal de segurança, de modo a evitar possíveis condições perigosas, como atrito, roçamento total e efeitos abrasivos. / [en] This work intends to show the possibility of using active pins in rotating machines to reduce amplitudes of orbits at critical situations through an analytical investigation with experimental validations. The pins shall operate as a safety measure when the rotor becomes unstable or starts to oscillate by any reason. To this purpose a thorough study is made of the influence of the presence of pins inside the retainer bearing. Four pins were installed within two existing test rigs in the laboratory. Their actuation comes from step motors, which insert them until a certain length in the inner side of the retainer bearing, or the gap between the rotor and the bearing wall. First, a mathematical approach of the involved phenomena is developed, providing the equations to perform numerical simulations of the system. Then, experiments where performed in the test rigs and relevant data were collected and compared to the simulation results. They showed positive accordance, which helped to validate the concept of properly inserting active pins inside the retainer bearings to avoid possible hazardous conditions, such as, friction, full annular rubbing, and abrasive effects.