Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2015. / Submitted by Raquel Viana (raquelviana@bce.unb.br) on 2016-05-09T12:27:36Z No. of bitstreams: 1 2015_LuizEduardoNunesdeAlbuquerque.pdf: 4887034 bytes, checksum: 7664f14717f1e30ccfd5f374c5fcfdf1 (MD5) / Approved for entry into archive by Marília Freitas(marilia@bce.unb.br) on 2016-05-26T16:44:13Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2015_LuizEduardoNunesdeAlbuquerque.pdf: 4887034 bytes, checksum: 7664f14717f1e30ccfd5f374c5fcfdf1 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-05-26T16:44:13Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2015_LuizEduardoNunesdeAlbuquerque.pdf: 4887034 bytes, checksum: 7664f14717f1e30ccfd5f374c5fcfdf1 (MD5) / Esta dissertação apresenta a automatização de um dinamômetro hidráulico instalado na cabine de testes de motores de combustão interna do laboratório de máquinas térmicas da Universidade de Brasília. O dinamômetro é operado por meio de um controlador analógico que comanda o freio do equipamento pela variação da pressão interna gerada pelo vórtice da água no circuito hidráulico. A pressão interna, por sua vez, é controlada por uma válvula borboleta acoplada a um servo motor de corrente contínua comandado por um controlador PID analógico. O objetivo desse estudo é substituir esse sistema analógico por um sistema de controle digital. Para entender o funcionamento do dinamômetro levantou-se seu modelo usando a teoria unidimensional integrada e a modelagem do fluxo de vórtice simplificadas. A automatização do dinamômetro é implementada com microcomputador em um sistema supervisório SCADABR que se comunica com subsistemas de medição de torque e de rotação digitais, e um subsistema de controle do servo motor CC implementado com micro controlador Arduino. O controle do dinamômetro é implementado com um algoritmo de controle com ganho Proporcional Derivativo, sintonizado por meio do segundo método de Ziegler-Nichols. O novo sistema foi usado no ensaio de velocidade constante de um motor Diesel e os resultados, comparados com o sistema analógico, apresentaram respostas mais rápidas nos testes de altas e baixas rotações do motor. O sistema desenvolvido se mostrou robusto e versátil e permitirá a implementação de novos tipos de ensaios no dinamômetro. / This dissertation presents the automation of a hydraulic dynamometer installed in the internal combustion motor test cabin of the Thermal Machines laboratory of the University of Brasilia. The dynamometer is operated by an analog controller that commands its break by varying the internal pressure generated by the vortices of the water in the hydraulic circuit. The internal pressure is controlled by a butterfly valve coupled to a DC servomotor that is command by an analog PID controller. The objective of the study is to substitute the analog control system by a digital control system. To understand the nature of the dynamometer, its model was elaborated using the simplified uni-dimensional theory and the modeling of flux vortex. The automation is implemented with a SCADABR supervisory system in a microcomputer linked to a torque measurement subsystem, a velocity measurement subsystem and a DC servomotor controller implemented with an Arduino board. The control of the dynamometer is implemented with a proportional derivative PD gain algorithm that was tuned with Ziegler Nichols's second method. The new system was used in to implement the constant velocity test of a diesel motor and the results, compared with the analog system, showed faster responses in the low and high rotation tests of the motor. The developed system proved to be robust and versatile and will permit the implementation of other test strategies of the dynamometer.

Orientador: Prof. Dr. Pedro Carajilescov / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC. Programa de Pós-Graduação em Energia, 2016. / Os estudos sobre transitórios em bombas de refrigeração de um reator são importantes para a análise de segurança de uma central nuclear. Uma análise precisa do decaimento da vazão de refrigerante no circuito primário durante uma eventual falha das bombas principais de refrigeração, evento conhecido como coastdown, é requerida tanto para pelos critérios de segurança estabelecidos como para a especificação e fabricação das bombas. Neste trabalho, o estudo é realizado utilizando um modelo matemático para simular transiente de vazão durante o período de coastdown em reatores nuclear do tipo PWR, no qual a equação de conservação da quantidade de movimento linear é utilizada de uma forma adimensional. Informações detalhadas sobre as características da bomba centrífuga não são necessárias. Como resultado, o decaimento da vazão é determinado a partir da razão entre dois parâmetros: a energia cinética do fluido refrigerante no circuito e a energia cinética armazenada nas partes rotativas da bomba. Em estudos anteriores, essa razão, denominada razão de energia efetiva, é mantida constante durante todo o evento de coastdown. Neste trabalho, foram propostas três correções para a melhoria dos resultados, a saber: a consideração de uma razão de energia efetiva variável durante o transitório, das variações na eficiência da bomba durante o transitório e das perdas mecânicas internas devido ao atrito e viscosidade no interior da bomba para baixas rotações. Para implementação do modelo proposto foi desenvolvido um programa, denominado de COREP-flow, cujos resultados foram comparados com dados experimentais obtidos na literatura. As comparações mostraram uma melhoria na reprodução desses resultados em relação aos modelos de referência. No Modelo 5 desenvolvido neste trabalho, os resultados obtidos apresentaram menor discrepância quando comparados com os dados experimentais. Para vazões superiores a 20 % da vazão inicial, a vazão de refrigerante calculada pelo Modelo 5 apresentou uma discrepância relativa média de 1,8 %, enquanto que o modelo proposto por Gao et al. (2011) apresentou uma discrepância relativa média de 4 %. Para vazões de refrigerantes inferiores a 20 % da vazão inicial, a discrepância relativa média para a vazão de refrigerante do Modelo 5 foi de 10,3 %, enquanto que a de Gao et al. (2011) foi de 50,6 %. / The transient studies in reactor cooling pumps (RCPs) are important for the nuclear power plant security analysis. An accurate analysis of flow coastdown in the primary cooling loop system during an eventual failure of the RCPs is required both for the established security criteria, and for the pumps specification and manufacturing. In this work, the study is performed using a mathematical model to simulate the flow rate transient in PWR reactor type during flow coastdown period, in which the conservation of linear momentum equation is non-dimensional. The detailed information of the centrifugal pump characteristics are not required. As result, the coastdown is determined from the ratio between two parameters: the kinetic energy of the coolant in the circuit and the kinetic energy stored in the rotating parts of the pump. In previous studies, the ratio, known as energy ratio, is kept constant during the whole coastdown period. In this work, it was proposed three corrections aiming the improvement of the results, to know: the consideration of an energy ratio variable during the transient, of the efficiency variations of the pumps during the transient and of the internal mechanical losses due to friction and viscosity inside the pump for low rotations. For the model implementation, a program was developed, the COREP-flow, whose results were compared to the experimental data obtained in the literature. The comparison showed an improvement in the reproduction of the results in relation to the reference models. In Model 5, developed in this work, the obtained results presented less discrepancy when compared to the experimental data. For flow rates higher than 20% of the initial flow, the coolant flow calculated by Model 5 presented a mean relative discrepancy of 1.8%, while the model proposed by Gao et al. (2011) presented a mean relative discrepancy of 4%. For coolant flow rates less than 20% of the initial flow, the mean relative discrepancy for the coolant flow of Model 5 was of 10.3%, while the one from Gao et al. (2011) presented a mean relative discrepancy of 50.6%.