Dissertação (Mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. / Made available in DSpace on 2012-10-17T06:40:24Z (GMT). No. of bitstreams: 0Bitstream added on 2016-01-09T00:30:25Z : No. of bitstreams: 1 138087.pdf: 18052903 bytes, checksum: c187bda50f291f6a6aa77207c03dcc28 (MD5)

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2009 / Made available in DSpace on 2012-10-24T16:21:04Z (GMT). No. of bitstreams: 1 275393.pdf: 4002670 bytes, checksum: 469ff82b0090cfab9530bd4bd13888d7 (MD5) / Este trabalho aborda o estudo de um atuador linear para aplicação em compressores herméticos. Primeiramente, apresenta-se uma revisão básica sobre os aspectos gerais dos sistemas de refrigeração. Desenvolve-se a modelagem analítica do atuador, utilizando o modelo de relutância para cálculo do fluxo magnético e para obtenção da força eletromotriz induzida. O atuador é, então, modelado a partir das equações de Maxwell para o problema magnetostático. Essas equações são resolvidas usando-se o MEF com o auxílio de software. Devido à simetria do atuador é usada a formulação axissimétrica em potencial vetor. Em seguida, apresenta-se a metodologia de cálculo desenvolvida nesse trabalho para projetar um atuador. O trabalho também mostra a metodologia experimental e a bancada de testes utilizada durante as medições, onde se optou pelo conceito de acoplamento Back-to-Back dos motores avaliados. Além disso, métodos de otimização são estudados e o atuador proposto é otimizado com uma ferramenta de otimização baseada em algoritmos genéticos. Por fim, os resultados obtidos analítica e numericamente são comparados com os resultados obtidos em medições experimentais. A boa concordância entre os resultados permite validar a metodologia de projeto proposta nesse trabalho. / The aim of this work is to study a linear actuator for the application in hermetic compressors. Firstly, a basic review on the general aspects of refrigeration systems is presented, which is followed by the analytical modeling of the linear actuator, using the reluctance model for the magnetic flux and induced electromotive force calculations. The actuator is then modeled from Maxwell's equations for the magnetostatic problem, which are solved using the Finite Element Method supported by the software FEMM. Due to the symmetry of the actuator an axi-symmetric vector potential formulation is used. After that, the developed calculation procedure to design the actuator is presented, as well as the experimental methodology and the test bench used for the measurement of the prototypes performance, where the "Back-to-Back" coupling concept is chosen. Moreover, optimization methods are studied and the proposed actuator is optimized with an optimization tool based on genetic algorithms. Finally, the results obtained analytically and numerically are compared to the results obtained in experimental measurement. The good agreement between the results allows to validate the design methodology proposed in this work.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica / Made available in DSpace on 2012-10-25T08:11:31Z (GMT). No. of bitstreams: 1 303778.pdf: 6180783 bytes, checksum: 7527e4ebce338d2a006376414c378891 (MD5) / Recentemente, nota-se um aumento crescente na preocupação com as causas ambientais. Em escala mundial, a consciência ecológica e, em particular, a aceleração do aquecimento global pela emissão de gases de usinas termoelétricas, têm aumentado cada vez mais a pressão sobre os fabricantes de máquinas elétricas no sentido de disponibilizar produtos de alta eficiência. Os motores síncronos de partida direta com ímã permanente (LSPM) podem ser considerados uma alternativa ao motor de indução convencional por oferecer alta eficiência e fator de potência elevado. Neste trabalho, é apresentada uma introdução inicial a respeito dos motores síncronos. Também são destacadas as características construtivas importantes para o projeto deste tipo de motor. O efeito da geometria do estator e rotor no funcionamento assíncrono do motor LSPM é analisada através de uma nova proposta de modelagem. O efeito do torque de freio gerado pelo magneto é estudado e aplicado à teoria do motor de indução de modo a gerar um método completo de modelagem. Finalmente, uma comparação entre os resultados das simulações e dos experimentos é apresentada, e em sequencia, são apresentadas as conclusões e sugestões para trabalhos futuros. / In recent years, there has been a significant increase in awareness of environmental issues. Worldwide concern for the environment and, in particular, the acceleration of global warming by the emission of gases from power stations is leading to growing pressure on manufacturers to produce higher efficiency electrical machines. Linestart permanent magnet (LSPM) motor is noted as an alternative to the conventional induction motor because it offers a very high efficiency and high power factor. In this work, a initial background about synchronous motors is given. Also, the important constructive characteristics are explained in order to give the reader a better idea about the challenges involved in the motor design. The effects of stator and rotor geometries on the asynchronous behavior of the LSPM motor are analyzed using a new proposed analytical modeling. The effect of the magnet braking torque was studied and applied to the current induction motor theory to generate the complete simulation method. Finally, a comparison between simulation and experimental results is presented, which is followed by the conclusions and suggestions for further studies.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Metrologia Científica e Industrial, Florianópolis, 2010 / Made available in DSpace on 2012-10-25T09:52:12Z (GMT). No. of bitstreams: 0

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Metrologia Científica e Industrial, Florianópolis, 2010 / Made available in DSpace on 2012-10-25T10:56:41Z (GMT). No. of bitstreams: 1 282319.pdf: 9877167 bytes, checksum: a75825dbee0d66036d910a89820b84b3 (MD5) / Para se manter à frente no mercado, é necessário contar com produtos de qualidade, que sejam eficientes, com custo reduzido e que estejam disponíveis no momento certo. O mesmo ocorre com compressores herméticos de refrigeração. Para que se possa avaliar o desempenho de novos modelos e melhorar os já existentes, os compressores precisam ser exaustivamente testados. Os ensaios responsáveis por medir características importantes de um compressor, como capacidade de refrigeração e consumo, são realizados em bancadas específicas e costumam demandar tempos de até 5 horas. Os resultados -- de acordo com normas e procedimentos -- devem ser obtidos somente quando as grandezas de interesse atingirem a estabilidade, e assim permanecerem por um determinado período de tempo. Atualmente, a maior parte do tempo de tais ensaios não gera dados relevantes para o resultado, servindo apenas para levar as variáveis de interesse ao regime permanente. O objetivo deste trabalho é diminuir o tempo total dos ensaios de desempenho através da redução do tempo de transitório mediante aquecimento acelerado do compressor, utilizando-se injeção de corrente contínua. O aquecimento acelerado permite que as variáveis mais lentas, dependentes da temperatura do compressor, atinjam os valores de estabilização mais rapidamente. É proposto um método para injetar quantidades variáveis de corrente contínua de acordo com o modelo de compressor ensaiado. Também são apresentados sistemas desenvolvidos com a finalidade de realizar a injeção de corrente contínua com custo reduzido: uma fonte variável e um sistema de medição de resistência. Como resultados, obtiveram-se reduções significativas no tempo de estabilização da temperatura do corpo e também no tempo total do ensaio.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-graduação em Metrologia Científica e Industrial, Florianópolis, 2010 / Made available in DSpace on 2012-10-25T11:28:52Z (GMT). No. of bitstreams: 1 284627.pdf: 3009220 bytes, checksum: 5547e68cced6b3cf7fecc0dd7467dcd5 (MD5) / O aumento do custo da energia elétrica, verificado nos últimos anos, impulsionado pela crescente demanda e limitação da oferta, aumentou a importância da eficiência nos equipamentos elétricos. Nesse contexto os fabricantes de compressores de refrigeração investem em pesquisas de novas tecnologias a fim de garantir a competitividade da empresa. Os procedimentos de ensaio para medição do coeficiente de performance dos compressores estão descritos em normas. Essas normas estabelecem que, durante o ensaio, o compressor deve operar continuamente sob condições tais que: por um período específico, tipicamente uma hora, flutuações em todas as variáveis que afetem o resultado final se mantenham dentro de limites preestabelecidos e que não demonstrem tendência alguma de se moverem fora destes limites. Entretanto, essa condição de regime permanente só é alcançada muitas vezes após três horas a partir do início do ensaio, o que significa um tempo bastante grande em função da demanda diária de testes em compressores. Além disso, é comum que a qualidade da energia elétrica que alimenta o compressor em teste, oriunda da rede elétrica, não seja controlada, e seus efeitos nos resultados dos testes não sejam conhecidos. Diante disso, o presente trabalho objetivou: propor métodos para redução do tempo de ensaio demandado por compressor, baseado em análises teóricas e experimentais; quantificar a influência da qualidade de energia elétrica de alimentação nos resultados dos ensaios, através de uma análise experimental. Métodos foram propostos para atingir os objetivos do primeiro tema e, dentre eles, alguns foram testados. Os resultados obtidos mostraram que é possível reduzir-se consideravelmente o tempo de ensaio, de uma forma eficiente e envolvendo investimento bastante reduzido. Quanto ao segundo tema, medições foram feitas em bancada de ensaios mostrando que a influência no coeficiente de performance do compressor é visível quando se alimenta o motor com formas de onda distorcidas ou com níveis de tensão diferentes das condições nominais.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Automação e Sistemas / Made available in DSpace on 2012-10-26T03:38:44Z (GMT). No. of bitstreams: 1 299927.pdf: 1563289 bytes, checksum: effc9ee6d644477aa25428faf925ab76 (MD5) / O projeto e escalonamento em tempo real de compressores para operar poços de petróleo com o método de elevação por injeção contínua de gás, consiste em resolver um problema não-linear inteiro misto que pode ser visto como um problema de alocação de instalações. Esta dissertação apresenta uma formulação revisada que representa as restrições de pressão de descarga do compressor como uma familía de desigualdades lineares, mostrando-se mais efetiva que a formulação antecedente (CAMPONOGARA; CASTRO; PLUCENIO, 2007). Para a resolução do problema, aproximações lineares inteiras mistas da formulação revisada serão obtidas. Isto ocorrerá através da linearização por partes das funções não lineares presentes na formulação, usando variaveis binárias e um conjunto especialmente ordenado de variáveis de tipo II, SOS2. Serão propostas durante o decorrer do trabalho desigualdades válidas para a capacidade do compressor, buscando ganhos computacionais durante a resolução do problema. Este trabalho apresenta também experimentos computacionais comparando as formulações antiga e revisada, avaliações dos impactos ocasionados pela geração de planos de cortes no tempo de resolução e algortimos de linearização por partes de funções não lineares, baseados em programação dinâmica. / The design and real-time scheduling of lift-gas compressors in oil fields entails solving a mixed-integer nonlinear problem that generalizes the facility location problem. This work presents a revised formulation that represents the constraints on compressor discharge pressure as a family of linear inequalities, which is shown to be tighter than a previous formulation (CAMPONOGARA; CASTRO; PLUCENIO, 2007). The problem is approximates solved by piecewise-linearizing the nonlinear functions, using binary variables and specially ordered set of variables. Valid inequalities will be proposed during the course of the work for the compressor capacity, seeking computational gains on resolution of the problem. The work also presents computational experiments comparing the formulations, evaluating the impact of cutting-plane generation on solution speed and piecewise-linearization algorithms for nonlinear functions based on dynamic programming.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2011 / Made available in DSpace on 2012-10-26T04:02:19Z (GMT). No. of bitstreams: 1 294045.pdf: 3387124 bytes, checksum: ed0568fb402341d004f785b04531063a (MD5) / A eficiência de compressores alternativos de refrigeração é afetada de forma significativa pelo superaquecimento do gás através do sistema de sucção e, posteriormente, em sua entrada no cilindro. Dentro deste contexto, estimar corretamente o fluxo de calor que ocorre entre as paredes do cilindro e o fluido é crucial na determinação das eficiências volumétrica e isentrópica e, assim, para a otimização do desempenho de compressores. A presente dissertação apresenta o estudo numérico da transferência de calor transiente em cilindros de compressores alternativos de refrigeração doméstica, considerando os processos de compressão, descarga, expansão e sucção. A modelagem computacional do problema, envolvendo formulações bidimensionais e tridimensionais, utiliza o método de volumes finitos e os modelos de turbulência SST, RNG k-e e k-e Realizável na solução do escoamento turbulento e compressível, na presença de transferência de calor. A dinâmica das válvulas é descrita com um modelo de um grau de liberdade. Os resultados mostram que o escoamento de alta velocidade que ocorre nos momentos iniciais de abertura das válvulas de sucção e descarga produz taxas elevadas de transferência de calor no cilindro. Efeitos tridimensionais sobre o fluxo de calor no cilindro foram investigados a partir de geometrias de orifício de sucção com três diferentes ângulos de inclinação. Constatou-se que a inclinação do orifício produz uma variação da distribuição do fluxo de calor na lateral do cilindro, mas não altera de forma significativa o calor total trocado no cilindro ao longo de um ciclo. Observou-se que estimativas de fluxo de calor obtidas de correlações disponíveis na literatura apresentam pouca concordância em relação aos resultados obtidos no presente estudo. Uma nova correlação de transferência de calor é proposta e avaliada para diferentes condições de operação do compressor, produzindo resultados satisfatórios. / The efficiency of reciprocating compressors adopted for refrigeration purpose is significantly affected by gas superheating that takes place as the refrigerant flows through the suction system and enters the cylinder. Therefore, it is quite important to correctly predict heat transfer between the cylinder walls and the refrigerant in order to optimize the compressor performance, by increasing its volumetric and isentropic efficiencies. This dissertation considers the numerical modeling of the heat transfer process within the cylinder of reciprocating compressors used for household refrigeration, taking into account contributions of the compression, discharge, expansion and suction processes. The mode is tested for two-dimensional and three-dimensional formulations and numerically solved via the finite volume method. Three different turbulence models (SST, Realizable k-å and RNG k-å) have been adopted to solve the associated compressible, turbulent flow in the presence of heat transfer. The dynamics of both valves is described with a single degree-of-freedom model. The results show that high-speed flow that occurs in the initial opening stages of the suction and discharge valves gives rise to high rates of heat transfer in the cylinder. On the other hand, the analysis reveals that the inclination of the suction orifice, commonly adopted in actual compressors, affects the heat flux distribution on the cylinder lateral wall. Nevertheless, the overall heat transfer over a complete cycle is virtually insensitive to such geometric feature. It was also observed that estimates for in-cylinder heat flux given by correlations available in the literature are not in agreement with the numerical results obtained in the present study. A new correlation is proposed and tested for different compressor operating conditions, showing satisfactory results.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológio. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica. / Made available in DSpace on 2012-10-22T17:55:52Z (GMT). No. of bitstreams: 1 227254.pdf: 7812961 bytes, checksum: e6529ac6bde7ea60c83189cf01da7d70 (MD5)

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Gradução em Engenharia Mecânica. / Made available in DSpace on 2012-10-22T22:34:00Z (GMT). No. of bitstreams: 1 237031.pdf: 14512398 bytes, checksum: 9f328c449a344b356f573fe4aed4a01f (MD5) / O presente trabalho tem por objetivo o desenvolvimento de uma bancada experimental utilizada para avaliar o comportamento de mancais radiais lubrificados hidrodinamicamente quando submetidos a carregamentos estáticos, dinâmicos e a desalinhamentos de montagem. Em carregamento estático, é dada atenção à pressão hidrodinâmica gerada no filme de lubrificante bem como à região de cavitação e comparações com resultados teóricos são apresentadas. Uma metodologia de volumes finitos é utilizada para a integração da equação de Reynolds que governa o problema de lubrificação. Adicionalmente, visualizações foram realizadas para que os fenômenos físicos associados a região de cavitação pudessem ser melhor compreendidos. Em carregamento dinâmico, a órbita do mancal foi monitorada e comparada com resultados numéricos obtidos pela utilização de uma metodologia de elementos finitos para a integração da equação de Reynolds. Adicionalmente, as evidências experimentais permitiram que alterações na equação de Reynolds fossem sugeridas para que a região de cavitação em carregamento dinâmico fosse melhor caracterizada. Por fim, uma metodologia numérica é apresentada para a simulação acoplada do mecanismo de compressão de um compressor hermético de refrigeração. Nesta formulação, todos os mancais hidrodinâmicos são modelados em carregamento dinâmico e os desalinhamentos são considerados. Resultados experimentais são apresentados para a potência consumida e para a órbita do eixo.