SOUZA, A. P. S. Desenvolvimento de células solares fotoeletroquímicas utilizando nanopartículas de TiO2 e nanotubos de titanatos fotosensibilizados pela mesoporfirina. 2014. 101 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica) – Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2014. / Submitted by Marlene Sousa (mmarlene@ufc.br) on 2015-03-05T11:35:50Z No. of bitstreams: 1 2014_dis_apssouza.pdf: 2336506 bytes, checksum: 8b07da9ebe0cfb5ee0b64d57c80b940d (MD5) / Approved for entry into archive by Marlene Sousa(mmarlene@ufc.br) on 2015-03-24T11:08:04Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2014_dis_apssouza.pdf: 2336506 bytes, checksum: 8b07da9ebe0cfb5ee0b64d57c80b940d (MD5) / Made available in DSpace on 2015-03-24T11:08:04Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2014_dis_apssouza.pdf: 2336506 bytes, checksum: 8b07da9ebe0cfb5ee0b64d57c80b940d (MD5) Previous issue date: 2014-03-24 / Since the development of the first dye sensitized solar cell in 1991, this field of research has grown considerably. TiO2 nanoparticles have been the main semiconductor on this kind of cell. With the advance in nanoscience and nanotechnology, new semiconductor structures with various morphological characteristics have been deeply studied for this sort of application. In this work, it was chosen to synthesize sodium titanate nanotubes (NTT-Na+) composed of Na2Ti3O7, by using anatase TiO2 associated with the hidrothermic method in high alkaline mean and titanate protonned nanotubes (NTT-H+) composed of H2Ti3O7 obtained by the washing of Na2Ti3O7 in 0,1mol/L HCl solution to perform the ionic trade, Na+ by H+. Both Na2Ti3O7 and H2Ti3O7 were used, as well as TiO2, on solar cell electrodes sensitized by mesoporfirin. In order to do that, some microscopy glass blades received the application of SnO2-F thin films by the use of the spray pyrolyse technique, acquiring conductive properties. After that, layers of TiO2, Na2Ti3O7 and H2Ti3O7 were deposited by using a glass stick over the conductive substrates, to work as support during the dye application. After the dye is adsorbed, the cells were closed using an electrolyte as redox pair (I3-/3I-) and conductive glass with layers of carbon in its surface, as counter electrode. The different samples of conductive glass showed electric resistance of 4,66 – 8,66 Ω/□. The layers of TiO2, Na2Ti3O7 and H2Ti3O7 over the conductive blades were analyzed through several microscopic techniques and presented, amongst others, porous characteristics with very irregular surfaces. While exposing the three photovoltaic devices to solar radiation of 1258 W/m², the following values of current and tension were verified: 13 μA and 370 mV for the cell with Na2Ti3O7 electrode; 7,6 μA and 256 mV for the cell with H2Ti3O7 electrode; 1,1 μA and 1,6 mV for the cell with TiO2 electrode. / Desde o desenvolvimento da primeira célula solar sensibilizada por corante em 1991, este campo de pesquisa vem crescendo consideravelmente. As nanopartículas de TiO2 têm sido o principal semicondutor aplicado neste tipo de célula. Porém com o advento da nanociência e nanotecnologia, novas estruturas semicondutoras com características morfológicas variadas têm sido bastante investigadas para este tipo de aplicação. Nesse trabalho foi obtido nanotubos de titanato de sódio (NTT-Na+) com composição Na2Ti3O7, a partir do TiO2 comercial, pelo método hidrotémico em meio altamente alcalino e nanotubos de titanato protonados (NTT-H+) com composição H2Ti3O7 a partir da lavagem dos Na2Ti3O7 em solução de HCl 0,1 mol/L para realização da troca iônica Na+ por H+. Utilizou-se, tanto os produtos Na2Ti3O7 e H2Ti3O7 quanto o material de partida TiO2 em fotoeletrodos de células solares sensibilizadas por mesoporfirina. Para isso, algumas lâminas de vidro para microscopia receberam a aplicação de filmes finos de SnO2-F por meio da técnica de spray pirólise, adquirindo propriedades condutoras. Após isso, as camadas de TiO2, Na2Ti3O7 e H2Ti3O7 foram depositadas com auxílio de um bastão de vidro sobre os substratos condutores para servirem como suportes durante a aplicação do corante. Após a adsorção do corante pelas camadas as células foram fechadas por meio de um eletrólito com par redox (I3-/3I-) utilizando como contra eletrodos, vidros condutores com camadas contendo carbono em suas superfícies. As diferentes amostras de vidros condutores apresentaram resistências elétricas de 4,66 – 8,66 Ω/□. As camadas de TiO2, Na2Ti3O7 e H2Ti3O7 sobre as lâminas condutores foram analisadas por diversas técnicas de microscopias e apresentaram, entre outras, características porosas com superfícies bastantes irregulares. Por fim, ao expor as três células fotovoltaicas à radiação solar de 1258 W/m2 foram verificados corrente elétrica de 13 µA e tensão de 370 mV para a célula com eletrodo de Na2Ti3O7, corrente de 7,6 µA e tensão de 256 mV para a célula com eletrodo de H2Ti3O7, corrente de 1,1 µA e tensão de 1,6 mV para a célula com eletrodo de TiO2.

AQUINO, J. F. S. Estudo do comportamento de vidros em função da temperatura para uso como substrato em aplicações fotovoltaicas e estudo teórico de um pirolisador. 2014. 103 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica) – Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2014. / Submitted by Marlene Sousa (mmarlene@ufc.br) on 2015-03-05T11:58:37Z No. of bitstreams: 1 2014_dis_jfsaquino.pdf: 2028404 bytes, checksum: a761431ab024d6fcaeff88903cf0981e (MD5) / Approved for entry into archive by Marlene Sousa(mmarlene@ufc.br) on 2015-03-24T11:24:04Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2014_dis_jfsaquino.pdf: 2028404 bytes, checksum: a761431ab024d6fcaeff88903cf0981e (MD5) / Made available in DSpace on 2015-03-24T11:24:04Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2014_dis_jfsaquino.pdf: 2028404 bytes, checksum: a761431ab024d6fcaeff88903cf0981e (MD5) Previous issue date: 2014-08-26 / The use of a glass substrate for use in photovoltaic system is very common, however, the substrates are subjected to high temperatures as in the case of obtaining glass covered with SnO2 (tin dioxide), where the operating temperature reaches values close to 600 ° C. Thus, a study of the glass expansion behavior with different thicknesses under temperature of 600 ° C was conducted in order to observe the influence of the same glass used as substrates, and thus, prevent possible defects cracks and broken glass inside the oven. Besides the study associated with the glass, a theoretical design of a pyrolyzer with these characteristics has been designed for obtaining layers of SnO2 on the glass, adding innovations such as the use of natural gas burning in porous media as heat source and the use of a pyrolyzer to replace the resistive furnaces. / O uso de substrato de vidro para ser utilizado em sistema fotovoltaico é muito comum, no entanto, os substratos são submetidos a elevadas temperaturas como no caso de obtenção de vidro recoberto com SnO2 (dióxido de estanho), onde a temperatura de operação atinge valores próximos a 600ºC. Desta forma, um estudo do comportamento da dilatação do vidro em diferentes espessuras e sob a temperatura de 600ºC foi realizado com o objetivo de observar a influência dos mesmos nos vidros utilizados como substratos e, assim, prevenir os possíveis defeitos de trinca e quebra de vidro dentro do forno. Além do estudo associado ao vidro, um projeto teórico de um pirolisador com essas características foi idealizado para a obtenção das camadas de SnO2 sobre o vidro, agregando inovações como o uso de gás natural queimando em meio poroso como fonte de calor e o uso de um pirolisador para substituir os fornos resistivos.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2016. / Made available in DSpace on 2017-06-27T04:04:08Z (GMT). No. of bitstreams: 1 347847.pdf: 4076764 bytes, checksum: b9a52f51605f134e46920cff1afdcb22 (MD5) Previous issue date: 2016 / Nos últimos anos, devido a um crescimento na conscientização em relação à redução do consumo energético e dos impactos ambientais, tecnologias alternativas de refrigeração vêm sendo investigadas. Neste contexto, a refri-geração magnética, baseada no efeito magnetocalórico (EMC), tem se mos-trado uma promissora alternativa. O principal componente de um sistema de refrigeração magnética é o regenerador magnético ativo (active magnetic regenerator, AMR), o qual, através de um ciclo termodinâmico regenerati-vo, permite transferir calor de uma fonte fria para uma fonte quente através de um trabalho magnético. Durante a operação de um AMR, ao atingir o regime permanente cíclico, um perfil de temperaturas é estabelecido ao longo do comprimento do regenerador. Portanto, com o intuito de maximi-zar o EMC ao longo de todo o regenerador, diferentes materiais magnetoca-lóricos (MMCs) com diferentes temperaturas de Curie ( ) são alinhados ao longo do comprimento do regenerador. Neste trabalho de dissertação, foram avaliados numericamente AMRs de uma a quatro camadas, por meio da variação do comprimento e do MMC constituinte de cada camada. Para isso, foram considerados os parâmetros operacionais de um aparato experi-mental já desenvolvido na Universidade de Victoria (Canadá). Propriedades magnetocalóricas obtidas experimentalmente para o gadolínio (Gd) foram utilizadas para simular outras três ligas de Gd1-xYx (gadolínio-ítrio), com = 277 K (x = 0,075), = 283 K (x = 0,050) e = 286 K (x = 0,025). A análise de AMRs multicamadas foi realizada com um modelo numérico de AMR, avaliando o desempenho dos regeneradores em termos da capacidade de refrigeração. Assim, os AMRs ótimos são encontrados quando uma de-terminada combinação de MMCs fornece o maior valor de capacidade de refrigeração, para uma dada condição de operação. Observou-se que, de um modo geral, a capacidade de refrigeração tende a aumentar com o número de camadas, especialmente para maiores diferenças de temperatura entre as fontes. O desempenho dos AMRs foi também avaliado através de três mé-tricas diretamente relacionadas com o EMC dos MMCs. A métrica denomi-nada efeito refrigerante (refrigerant capacity, ) se mostrou como um parâmetro conveniente para avaliar o desempenho dos regeneradores, sendo proposta como uma alternativa mais prática para auxiliar na determinação das configurações ótimas de AMRs do tipo multicamadas, uma vez que sua aplicação não depende do uso de um modelo numérico para ser avaliada.<br> / Abstract : In recent years, due to increased awareness regarding the reduction of ener-gy consumption and environmental impact, alternative refrigeration tech-nologies have been investigated. In this context, magnetic refrigeration, a technology based on the magnetocaloric effect (MCE), appears as a promis-ing alternative. The main component of a magnetic refrigeration system is the active magnetic regenerator (AMR) which, through a regenerative ther-modynamic cycle, allows the transfer of heat from a cold source to a hot source by means of magnetic work. During the operation of an AMR, after the cyclic steady state is reached, a temperature profile is established along the regenerator. Therefore, in order to maximize the MCE throughout the regenerator, different magnetocaloric materials (MCMs) with different Curie temperatures ( ) are positioned along the regenerator. In this disser-tation, AMRs with one to four layers were evaluated numerically as a func-tion of the length and the type of MCM in each layer. For that, the opera-tional parameters of an experimental apparatus already developed at the University of Victoria (Canada) were considered. Experimental magnetoca-loric properties of gadolinium (Gd) were employed to simulate three differ-ent Gd1-xYx alloys, with = 277 K (x = 0.075), = 283 K (x = 0.050) and = 286 K (x = 0.025). The analysis of multilayer AMR was performed using an AMR numerical model, where the performance of the regenerators was evaluated in terms of the cooling capacity. Thus, optimized AMRs are found when a given combination of MMCs provides the highest cooling capacity for a given operating condition. It has been observed that, in gen-eral, the cooling capacity tends to increase with the number of layers, espe-cially for larger temperature differences between the sources. The perfor-mance of the AMRs was also evaluated through three metrics directly relat-ed to the MCE of the MCMs. The metric called refrigerant capacity ( ) proved to be a very feasible alternative to evaluate the performance of re-generators, being proposed as a more practical alternative to assist in the determination of the optimal configurations of multilayer AMRs, since this method does not depend on the use of a numerical model to be evaluated.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2016. / Made available in DSpace on 2017-06-27T04:11:18Z (GMT). No. of bitstreams: 1 347845.pdf: 21595552 bytes, checksum: 9ad38ff82a268ab492befe69bbac80f5 (MD5) Previous issue date: 2016 / Com o avanço tecnológico das últimas décadas, a sociedade vem desenvolvendo cada vez mais atividades em áreas submersas, seja na extração de recursos naturais ou na realização de obras de engenharia. Dessa forma, tornou-se importante a caracterização desses ambientes submersos não somente com relação a sua topografia como também à configuração de seu substrato. Neste trabalho será implementado um procedimento de imageamento baseado na migração de Kirchhoff e no método da fonte imagem, que tem como objetivo gerar imagens que auxiliem na interpretação de dados de investigações acústicas em ambientes submersos multicamadas. Sinais medidos por arranjos de hidrofones passam por uma série de processamentos, descritos em detalhes no trabalho, com o objetivo de gerar uma imagem que auxilie a localização de objetos enterrados no substrato de ambientes submersos. Para gerar os dados utilizados como entrada dos algoritmos implementados, ambientes submersos foram modelados com o Método das Diferenças Finitas, sendo as diversas camadas de sedimento modeladas como fluidos equivalentes. O algoritmo implementado foi então testado para diferentes dados de entrada, obtidos com a variação de diversos parâmetros construtivos do arranjo de hidrofones.<br> / Abstract : With the technological advances of the last decades, society have been developing several activities in underwater environments, from the extraction of natural resources to the construction of engineering projects. Therefore, it has become important to charactherize underwater environments, not only on what concerns it?s bathymetry but also the configuration of it?s substrate. In the following work, an imaging process based on the image source method and the Kirchhoff migration will be implemented. This process aims to facilitate the interpretation of seismic data. Signals measured by an array of hydrophones go through a processing procedure, described in detail in the document, in order to generate a pressure map that helps locating objects buried in the substrate of underwater environments. To test the implemented algorithm, simulated data was generated using the freely distributed Finite Difference software SimSonic©. The substrate was modeled as equivalent fluid. The implemented algorithm was then tested by a parametric analysis, where several measurement?s and array?s parameters were simulated.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2016. / Made available in DSpace on 2017-06-27T04:12:11Z (GMT). No. of bitstreams: 1 347848.pdf: 6754404 bytes, checksum: 3a669473426f414fb5fc1835e8746dcb (MD5) Previous issue date: 2016 / No âmbito dos processos de soldagem, a capacidade inerente do ser humano de perceber erros e atuar para corrigi-los torna segura a adoção de processos manuais. Por outro lado, a produtividade destes processos já não é mais compatível com as exigências do mundo atual. O desenvolvimento de equipamentos com implementações que aumentem o grau de automatização e reduzam a influência do operador têm sido um requisito para a busca contínua da melhoria da produtividade. Situação diferente ocorre no Brasil, cuja indústria se caracteriza pelos elevados custos de mão de obra, decorrentes da baixa produtividade, que dificilmente alcança o nível obtido no contexto internacional. No campo da soldagem, melhorias em termos de produtividade vêm sendo conseguidas por países com grande desenvolvimento industrial que souberam elevar o nível de produção por trabalhador utilizando dois princípios básicos: o investimento em equipamentos e o estudo de novas técnicas aliadas a procedimentos de soldagem. Em vista disto, o presente trabalho tem como objetivo geral o desenvolvimento de técnicas para a realização da soldagem TIG orbital de tubos que resultem no aumento da produtividade, visando aplicações do setor de petróleo e gás. Fazem parte do trabalho não somente a definição de procedimentos de soldagem, mas também a realização de melhorias no equipamento, utilizando uma versão do processo TIG com alimentação dinâmica de arame. Neste caso, a alimentação do arame é feita automaticamente, mas de forma análoga às ações de um soldador, com a introdução de um movimento de avanço e recuo em frequência próxima de 1Hz. Para isto, foi desenvolvido um novo modelo de cabeçote alimentador capaz de sincronizar a movimentação do arame com o estágio de pulsação da corrente, um sistema de medição da velocidade de alimentação, e um dispositivo direcionador. Na etapa de caracterização do processo, ensaios comparativos entre a alimentação contínua e dinâmica de arame foram realizados, com avaliação da variação do gradiente térmico em função de diferentes frequências de oscilação. Em seguida, deu-se início aos ensaios de soldagem orbital em seções de tubos de aço ASTM-A139 Grau D, com diâmetro de 16? (406,4 mm) e espessura de 15 mm. Os procedimentos propostos enfatizaram o aumento da produtividade do passe de raiz, com a adoção de umchanfro tipo ?U?, com 3 mm de ?nariz?, maior que o utilizado usualmente, de 2 mm. Como resultado, obteve-se penetração total ao longo de 180°, com velocidade média de soldagem de 27,8 cm/min, valor este que é bastante superior aos 10 cm/min do processo TIG com alimentação contínua, e similar à verificada no MIG/MAG, cujo valor médio é de 29,5 cm/min. A dimensão média da solda (altura da área fundida) foi de 4,5 mm, também maior se comparada às dos demais processos (2,9 mm do MIG/MAG e 2,8 mm do TIG convencional). A relação de equilíbrio entre velocidade de alimentação e potência não é um requisito para a estabilidade, o que permitiu adicionar pouco material com o intuito de favorecer a penetração. Os resultados obtidos demonstraram o potencial da versão desenvolvida sob o ponto de vista de produtividade. No entanto, foi constatado o fato de que algumas juntas não cumpriram todos os critérios prescritos pelas normas internacionais de forma repetitiva. Na posição sobre cabeça (8h, 7h e 6h) identificou-se a presença de algumas descontinuidades como concavidade e mordedura. Em função disto, tendo em vista o grande potencial sob o aspecto de produtividade na aplicação de soldagem orbital, entende-se ser oportuno dar sequência ao aprimoramento do processo em outros trabalhos de pesquisa, de forma a superar as limitações observadas até o presente momento.<br> / Abstract : Regarding welding processes, human ability to detect errors and correct them enables manual process execution. On the other hand, productivity is no longer compatible to new world requirements. The development of welding equipments with higher automation level and less operator dependence have been crucial for continuous improvement of productivity. A different scenario is found in Brazil. Its industry has high labor costs due to low productivity, which rarely reaches international levels. In the welding field, productivity have been accomplished in countries with high industrial development. They have raised output per worker through two basic principles: equipments and new techniques combined with welding procedures. Because of this, the main objective of this work is to develop techniques for orbital TIG welding focused on productivity increase in the oil and gas sector. The work covers procedure specifications as well as equipment upgrade, using a TIG process with dynamic wire feeding. In this case, there is an automatic feeding that mimics welder operation, with a forward and backward movement near 1 Hz. We developed a new model of wire feeder, able to synchronize wire movement with current pulse. In the characterization phase, comparative tests were executed between continuous and dynamic wire feeding, with thermal gradient evaluation as a function of oscillation frequency. Then, orbital welding tests were performed in pipe sections of ASTM-A139 Grade D, with 16? diameter (406,4 mm) and 15 mm thickness. Productivity increase of root pass was emphasized through ?U? geometry bevel and ?nose? thickness of 3 mm, greater the usual one of 2 mm. The results show that penetration was reached over 180°, with average welding speed of 27,8 cm/min, better than 10 cm/min from TIG process with continuous feeding, and similar to MIG/MAG, which average value is 29,5 cm/min. Average weld dimension (fusion zone height) was 4,5 mm, also greater than other processes (2,9 mm from MIG/MAG and 2,8 mm from continuous feeding TIG). The balance between feed speed and power is not required for process stability, and allowed less material deposition to favor penetration. The above outcomes showed considerable potential from productivity perspective. However, we noted that some joints did not satisfy all requirements prescribed in international standards repetitively. Inoverhead position (8h, 7h e 6h), there were some discontinuities such as concavity and undercut. Therefore, taking into account the great orbital welding potential to increase productivity, is convenient to start process upgrade through new research projects to overcome present limitations.

Tese (doutorado) - École Centrale de Nantes, Nantes, França, 2016. / Made available in DSpace on 2017-07-18T04:05:58Z (GMT). No. of bitstreams: 1 346242.pdf: 6270375 bytes, checksum: a15e054d46071bfbd0367a00c688b845 (MD5) Previous issue date: 2016 / Abstract : The development of material models dedicated to the description of polymer behavior has long been and remains a subject of interest, as their use grows in many realms of application. Their microstructural features are responsible for challenges that must be addressed for accurate constitutive modeling, including thermomechanical coupling, large strain phenomena, viscosity effects and particular degradation behavior, among others.This thesis aims to tackle this problem within the framework of variationally-formulated constitutive modeling of dissipative phenomena. This type of energy-based approach allows for an efficient treatment of multiphysics coupling, while accounting for dissipation in a thermodynamically sound manner.Formulations for a wide range of thermo-viscoelasticity phenomena in finite strains are presented, with an emphasis on the coupling mechanisms and on the chosen parametrization of all dissipation sources.Similar variational approaches can be extended to the problem of degrading material properties, an essentially dissipative issue. With the microstructural features of polymers in mind, a formulation for a class of coupled thermo-viscoelastic damage is then proposed. The model hinges on hypotheses relating all physical phenomena to the same damaging function, leading to a naturally separable structure between an equivalent undamaged state where thermo-viscoelasticity is solved and a damage evolution problem.Although capable of encompassing various aspects of polymer-like material behavior, the proposed models remain subject to the limitations of local damage modeling, namely, spurious localization. The recent Thick Level Set approach to nonlocal damage, providing an efficient level-set based bridge between damage and fracture, is explored as a way to circumvent this issue.<br> / O desenvolvimento de modelos materiais dedicados ao comportamento dos polímeros tem sido um tema de interesse há décadas, na medida em que cresce seu uso em diversos ramos de aplicação. Aspectos da microestrutura dos polímeros são responsáveis por desafios que devem ser abordados para uma modelização constitutiva eficaz, incluindo acoplamento termomecânico, fenômenos de grandes deformações, efeitos viscosos e comportamento de degradação particular, entre outros.Nesta tese, propõe-se atacar este problema dentro do contexto dos modelos constitutivos variacionais para problemas dissipativos. Este tipo de abordagem energética permite um tratamento eficiente de acoplamentos multi-físicas, onde a dissipação é computada de maneira termodinamicamente coerente.Formulações para diversos fenômenos de termo-viscoelasticidade em grandes deformações são apresentadas. Os mecanismos de acoplamento e a parametrização escolhida para as fontes de dissipação são discutidos em detalhes.Abordagens variacionais similares podem ser estendidas ao problema de degradação das propriedades materiais, em sua essência dissipativo. Levando em conta as particularidades microestruturais dos polímeros, uma formulação para uma classe de dano termo-viscoelástico acoplado é proposta. O modelo depende de hipóteses relacionando todos os fenômenos físicos à mesma função de danificação, o que leva a uma estrutura naturalmente separável entre um estado não-danificado equivalente para o qual se resolve o problema de termo-viscoelascidade, e um problema de evolução de dano.Embora capazes de descrever diversos aspectos do comportamento dos polímeros, os modelos propostos permanecem sujeitos às limitações da descrição local de dano, em especial a localização espúria. O método recente Thick Level Set, baseado em funções de nível e oferecendo uma transição natural entre os modelos de dano e de fratura, é explorado como forma de contornar estas limitações.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2016. / Made available in DSpace on 2017-07-18T04:13:43Z (GMT). No. of bitstreams: 1 346017.pdf: 2871151 bytes, checksum: 6c777975c669bbe6dfbf25197ea6d938 (MD5) Previous issue date: 2016 / Em algumas aplicações de motores, como compressores herméticos de refrigeração, torque e velocidade angular são grandezas que podem oscilar significativamente durante uma revolução do eixo. A determinação dessas variações é de grande importância para assegurar eficiência ao motor e, no caso dos compressores, garantir conforto acústico ao usuário final. Quando o motor é interior a um invólucro selado, a determinação dessas grandezas por meio de instrumentação convencional é inviável e a obtenção delas a partir de variáveis externas se torna uma opção atraente. Resultados disponíveis na literatura indicam que é possível determinar o torque e a velocidade angular indiretamente em diferentes tipos de motores associados a compressores herméticos, entre eles os motores de corrente contínua sem escovas, que são alimentados por conversores eletrônicos. Neste trabalho, apresentase proposta de solução para determinação de torque e velocidade angular do motor de corrente contínua sem escovas a partir dos valores de tensão e correntes obtidas junto a tais conversores. Na proposta, baseada na modelagem matemática do motor de corrente contínua sem escovas, a tensão induzida é variável subjacente à estimação das grandezas de interesse, fazendo-se necessário obtê-la para qualquer posição angular do rotor. A avaliação dos valores estimados por meio da solução proposta demanda o desenvolvimento de uma bancada com características peculiares. Tal bancada deve possibilitar, de forma inédita, gerar e medir oscilações de torque com frequência igual à frequência rotacional, bem como medir a velocidade angular e tensão induzida do motor de corrente contínua sem escovas. A avaliação da solução proposta é feita pela comparação dos valores estimados com valores de referência obtidos em medição direta das variáveis nessa bancada. Tais testes mostraram a viabilidade da solução para todas as variáveis estimadas, com curvas de tendência de tensão induzida e velocidade angular que se assemelham às de referência.<br> / Abstract : In some electrical motors applications such as hermetic refrigeration compressors, torque and angular rate are quantities that can fluctuate significantly during an axis revolution. The determination of these variations is of great importance to ensure efficiency to the motor and, in the case of compressors, to guarantee acoustic comfort to the end user. When the motor is inside a sealed enclosure, the determination of these quantities by means of conventional instrumentation is impracticable and obtaining them from external variables becomes an attractive option. Results available in the literature indicate that it is possible to determine the torque and angular rate indirectly in different types of motors associated with hermetic compressors, among them the brushless DC motors, which are fed by electronic converters. In this work, we propose a solution for determination of torque and angular rate of the BLDC from the voltage and current values obtained with such converters. In the proposal, based on the mathematical modeling of the BLDC, the back electromotive force is variable underlying the estimation of the quantities of interest, making necessary to obtain it for any angular position of the rotor. The evaluation of the estimated values through the proposed solution demands the development of a bench with peculiar characteristics. Such a bench should enable, in a novel way, to generate and measure torque oscillations with frequency equal to the rotational frequency, as well as to measure the angular rate and induced voltage of the BLDC. The evaluation of the proposed solution is made by comparing the estimated values with reference values obtained in direct measurement of the variables in this bench. These tests showed the viability of the solution for all the estimated variables, with curves of back electromotive force and angular rate that resemble those of the reference.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2016. / Made available in DSpace on 2017-08-15T04:07:23Z (GMT). No. of bitstreams: 1 347274.pdf: 124039483 bytes, checksum: 31c50d1a5db01ce007de77c6d6dabb79 (MD5) Previous issue date: 2016 / Materiais poliméricos têm se destacado de maneira crescente na fabricação de componentes estruturais de alto desempenho. Particular ênfase tem sido dada à fabricação de próteses e implantes cirúrgicos pela indústria médica. Analisando a função mecânica desempenhada por esses materiais atualmente, faz-se necessária uma investigação mais detalhada sobre seu comportamento mecânico, tendo em vista que a falha destes componentes é extremamente indesejável, influenciando diretamente possíveis complicações na saúde de pacientes. O polietileno de ultra-alto peso molecular (UHMWPE) é, de maneira consolidada, um dos materiais mais utilizados na fabricação de implantes médicos. Apesar de sua larga utilização, o comportamento mecânico e os parâmetros associados deste polímero são de difícil acesso na literatura, por se tratar de um assunto relativamente recente. A influência de parâmetros como níveis de carregamento, temperatura, frequência e taxas de deformação no comportamento mecânico do UHMWPE tornam a avaliação deste material complexa, exigindo a obtenção de dados por meio de diferentes configurações de ensaios. O presente trabalho tem como objetivo investigar a influência dos níveis de carregamento, frequência de excitação, temperatura e taxa de deformação na resposta mecânica do UHMWPE, bem como o desenvolvimento de uma metodologia para caracterização do mesmo. Para tanto, foram realizados ensaios monotônicos de tração e ensaios cíclicos em diferentes taxas de deformação e diferentes temperaturas. Os resultados mostraram uma grande dependência do comportamento mecânico do UHMWPE em relação, principalmente, à taxa de deformação e à temperatura em que o ensaio é realizado para ambos os ensaios. O fenômeno de fluência cíclica, oriundo dos ensaios cíclicos, foi observado em todas as condições de ensaio realizadas. Este fenômeno apresentou uma forte dependência em relação aos níveis de carga em que os ensaios foram realizados.<br> / Abstract : Polymeric materials have been increasingly prominent in the manufacture of high performance structural components. Particular emphasis has been placed on the manufacture of prostheses and surgical implants by the medical industry. By analyzing the mechanical function performed by these materials today, a more detailed investigation of their mechanical behavior is necessary, since the failure of these components is extremely undesirable, directly influencing possible complications in the health of patients. Ultra-high molecular weight polyethylene (UHMWPE) is one of the most widely used materials in the manufacture of medical implants. Despite its wide use, the mechanical behavior and the associated parameters of this polymer are difficult to access in the literature, being a relatively recent subject. The influence of parameters such as loading levels, temperature, frequency and strain rates on the mechanical behavior of the UHMWPE makes the evaluation of this material complex, requiring data collection through different test configurations. The present work aims to investigate the influence of loading levels, excitation frequency, temperature and strain rate on the mechanical response of UHMWPE, as well as the development of a methodology to characterize it. For this purpose, monotonic traction tests and cyclic tests were carried out at different deformation rates and at different temperatures. The results showed a great dependence of the mechanical behavior of the UHMWPE mainly in relation to the deformation rate and to the temperature at which the test is performed for both tests. The cyclic creep phenomenon, from the cyclic tests, were observed in all test conditions. This phenomenon showed a strong dependence on the load levels at which the tests were performed.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Programa de Pós-Graduação em Engenharia e Ciências Mecânicas, Joinville, 2017. / Made available in DSpace on 2017-08-15T04:12:42Z (GMT). No. of bitstreams: 1 347262.pdf: 2232460 bytes, checksum: 02dff7ca6fdeedf75d509792e97c8079 (MD5) Previous issue date: 2017 / No fresamento de moldes e matrizes a demanda por geometrias mais atraentes tem levado ao aumento do fresamento de cavidades com geometrias complexas. Para tal aplicação, é necessária a utilização de fresas de ponta esférica para a constante tangência da ferramenta com as superfícies. Por diversas vezes o centro da fresa de ponta esférica entra em contato com a superfície do material, o que tem causado divergentes afirmativas entre os pesquisadores sobre a qualidade superficial e estabilidade do processo sob tal contato, principalmente para materiais acima de 50 HRc. A proposta deste trabalho foi determinar a influência das condições de corte no fresamento de geometrias complexas em relação ao contato do centro da ponta da fresa esférica. Para isso, foi empregado um planejamento fatorial (DOE) de 25 completo. Foram avaliados a usinagem com os aços AISI P20 (32 HRc) e AISI D6 (60 HRc), alterando a direção de corte (concordante e discordante); o sentido da trajetória (ascendente e descendente); o comprimento de balanço da ferramenta; e a condição de contato ferramenta-peça (com o centro da ferramenta atuando no corte e não atuando no corte).Os resultados mostraram para um nível de significância de 0,05 que o fator determinante na qualidade superficial foi o comprimento de balanço da ferramenta, seguido de um ponto de vista prático com um nível de significância com até 0,2, os fatores individuais de sentido e direção de corte, e pela interação dos fatores de inclinação e sentido de corte. Para um comprimento de balanço 100% maior, provocou-se um aumento superior a 90% na rugosidade, em ambos os materiais usinados. O contato do centro da ponta da fresa esférica, devido à sobreposição do esmagamento ao cisalhamento do material no centro da ponta da ferramenta e suas vizinhanças foi determinante para o detrimento da qualidade superficial em todas os casos avaliados, mostrando que o sentido de corte descendente e a direção discordante devem ser evitados nestas condições de usinagem. O estudo mostrou também que as componentes cartesianas da força de usinagem alteraram-se bruscamente com as condições avaliadas, fato que implicou diretamente na qualidade da superfície e no erro de forma.<br> / Abstract : In milling of molds and dies the demand for more attractive geometries has led to the increase of the milling of cavities with complex geometries. For such application, it is necessary to use ball-end mills for the constant tangency of the tool with the surfaces. The center of the spherical cutter has been in contact with the surface of the material several times, which has caused divergent affirmations among researchers on the surface quality and stability of the process under such contact, especially for materials above 50 HRc. The goal of the current work was to determine the influence of cutting conditions on the milling of complex geometries in relation to the contact of the center of the spherical cutter tip. Focusing on this issue, a full factorial 25 design of experiments (DOE) was used. Machining with AISI P20 (32 HRc) and AISI D6 (60 HRc) steels, altering the cutting direction (up milling and down milling) was evaluated; The direction of the trajectory (ascendant and descendant); And the tool-worpiece contact condition (with the center of the tool acting on the cut and not acting on the cut). The results showed at a significance level of 0.05 that the determining factor in the surface quality was the tool balance length, followed by a practical point of view significance level with up to 0.2, the individual factors of direction and cutting direction, and by the interaction factors of inclination and direction of cut. For a 100% longer balance length, a roughness increase of more than 90% was achieved in both machined materials.The contact of the tip center of the spherical cutter, due to the overlapping of the crushing to the shear of the material in the center of the tool tip and its surroundings, was determinant to the detriment of the superficial quality in all setups showing that the up milling direction should be avoided under these machining conditions. The study also showed that the cartesian components of the machining force changed abruptly with the conditions evaluated, a fact that directly implied surface quality and shape error.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2017. / Made available in DSpace on 2017-08-15T04:12:59Z (GMT). No. of bitstreams: 1 347276.pdf: 3480535 bytes, checksum: 7ba8759f03771d6c09a854aa91b4ad89 (MD5) Previous issue date: 2017 / Nesta tese é apresentado um novo conceito de sistema híbrido veicular. O sistema proposto é composto por um sistema hidráulico integrado a um sistema pneumático, que possibilita a transformação da energia de frenagens de veículos comerciais em energia potencial, armazenada na forma de gás comprimido. Diferentemente dos atuais sistemas híbridos-hidráulicos, que são destinados para aplicações no trânsito urbano, o conceito de veículo híbrido apresentado acrescenta a capacidade de recuperar a energia potencial liberada durante os períodos de translado em pistas descendentes de rodovias. A quantidade de energia recuperada pode exceder em mais de dez vezes à quantidade de energia atualmente armazenada nos acumuladores hidráulicos. O emprego do sistema pneumático viabiliza que esta energia seja utilizada nos dispositivos auxiliares do próprio veículo e amplia as opções de uso do ar comprimido, uma vez que a quantidade de energia que pode ser regenerada excede à requerida por estes periféricos. Para avaliar o sistema, foi desenvolvido um modelo matemático do veículo híbrido utilizando a ferramenta MATLAB®/ SIMULINK. Um aparato experimental, em escala de 1:20, foi construído como prova de conceito para obtenção de dados, análise sistêmica e validação dos modelos. Com o propósito de controlar o veículo sob diferentes condições de tráfego foi desenvolvido um sistema de supervisão e controle, a partir do qual os diversos subsistemas são controlados discreta e/ou analogicamente em cinco modos de operação. Adicionalmente, é feita a análise das condições de trabalho do sistema pneumático a fim de avaliar os principais parâmetros de projeto que influenciam na eficiência do compressor e sistema de armazenamento. Desta análise, foi gerado um procedimento que auxilia no dimensionamento do compressor baseado no ganho de energia do veículo por meio da hibridização. Os resultados mostram que é possível recuperar uma quantidade de energia acima de 10 MJ quando o veículo trafega por longas distâncias em declive. A quantidade de energia recuperada, bem com a eficiência do sistema híbrido depende de vários fatores, como a inclinação da rodovia, a distância percorrida, a velocidade e a carga do veículo. Nesse sentido, a aplicação do ar comprimido para suprir o consumo dos dispositivos auxiliares pode tornar o veículo autossuficiente neste item e ainda proporcionar uma redução do consumo de combustível, entre 3 e 5 % nas rodovias e entre 8 e 20%, no trânsito urbano.<br> / Abstract : In this thesis is presented a new concept of hybrid system for commercial vehicles. The proposed system consists of a hydraulic system integrated with a pneumatic system, which enables the energy of braking of medium and heavy vehicles to be transformed into useful potential energy stored in the form of compressed gas. Unlike current hybrid-hydraulic solutions, which are intended for applications in urban traffic, the hybrid vehicle presented herein adds the capacity to recover the energy available during the periods of courses on downhill runways. The amount of energy recovered can exceed by more than ten times the amount of energy currently stored in the hydraulic accumulators. The use of the pneumatic system allows this energy to be used in the auxiliary devices of the vehicle and extends the options of use of the compressed air, since the amount of energy that can be regenerated exceeds the required by these devices. To evaluate the system, a mathematical model of the hybrid vehicle was developed using the MATLAB®/SIMULINK platform. An experimental apparatus in scale approximately of 1:20 was built as proof of concept for data collection, systemic analysis and model validation. In order to control the vehicle under different traffic conditions, a supervisory and control system was developed, from which the various subsystems are controlled in five modes of operation. In addition, the operational conditions of the pneumatic system were analyzed to evaluate the main design parameters that influence the efficiency of the hybrid system. From this analysis, a procedure was developed in order to assist the selection of the air compressor, which is based on the expectation of energy gain by hybridization. The results show that it is possible to recover an amount of energy above 10 MJ when the vehicle travels for long distances on slope. The quantity of the recovered energy and the efficiency of the hybrid system depends on several factors, such as highway slope, distance traveled, speed and load of the vehicle. In this way, its application as a source of compressed air can make the vehicle self-sufficient in this regard and still provide a reduction in fuel consumption, between 3 and 5 % on highways and between 8 and 20 % in urban traffic.