Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica. / Made available in DSpace on 2012-10-23T01:18:32Z (GMT). No. of bitstreams: 1 237601.pdf: 3791632 bytes, checksum: 44698d509e82c4485679ece5d91a73af (MD5) / Neste trabalho propõe-se o estudo experimental e teórico de mini tubos de calor, fabricados a partir de fios de cobre roliços, e soldados por difusão a placas de cobre planas, por um processo de fabricação desenvolvido pelo Laboratório de Tubos de Calor (LABTUCAL) em conjunto com o Laboratório de Soldagem desta universidade. Uma revisão bibliográfica sobre o estado da arte em mini tubos de calor é apresentada. Baseado em um trabalho da literatura, foi desenvolvido um modelo matemático unidimensional para a previsão da máxima capacidade de transporte de calor do dispositivo. Os resultados dos modelos matemáticos foram comparados com resultados experimentais obtidos a partir de testes em ambiente de gravidade, conduzidos no laboratório e, em microgravidade, testados na Estação Espacial Internacional (ISS). Nos testes de laboratório, três fluidos de trabalho foram utilizados: água destilada, metanol e acetona, enquanto que na ISS, apenas água destilada foi utilizada. Este trabalho apresenta uma série de contribuições para o estado da arte em mini tubos de calor, sendo as principais: desenvolvimento de metodologia de fabricação dos dispositivos; desenvolvimento de modelo matemático que permitiu a análise da influência de parâmetros no seu desempenho térmico e resultados de testes do dispositivo em ambiente de microgravidade, inéditos no mundo. Nos mini tubos de calor desenvolvidos neste trabalho, o bombeamento do fluido de trabalho do condensador ao evaporador se dá pelo efeito de capilaridade, devido às pequenas ranhuras que se formam entre os fios e as chapas. Estudos mostraram que um dos principais desafios no presente desenvolvimento é a determinação da quantidade adequada de fluido de trabalho, necessária para a perfeita operação do mini tubo. Outro parâmetro de grande influência é o ângulo de contato entre fluido e parede (metal). Procedimentos de medição deste ângulo são também discutidos neste trabalho. Os testes em microgravidade dos mini tubos de calor foram financiados pela Agência Espacial Brasileira (AEB) e fazem parte da Missão Centenário, que culminou no lançamento da nave russa Soyuz em abril de 2006 para testes a bordo da Estação Espacial Internacional (ISS) realizados pelo Cel. Av. Marcos Pontes.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-graduação em Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2012-10-23T05:41:23Z (GMT). No. of bitstreams: 1 245604.pdf: 14269880 bytes, checksum: 0acbd005607ac6b5bd312014c05cb00a (MD5) / A dissertação apresenta um método para solução da cinemática inversa de robôs redundantes operando em ambientes confinados, baseado no método das restrições cinemáticas, no método de Davies, na teoria de helicóides e na utilização de cadeias virtuais de Assur. As cadeias cinemáticas virtuais são adicionadas convenientemente à cadeia cinemática do manipulador para obter informações do movimento relativo entre elos do manipulador ou do movimento absoluto de um elo particular, por exemplo, do efetuador do manipulador. Adicionalmente, as cadeias cinemáticas virtuais podem impor movimentos à cadeia cinemática do manipulador através da introdução de restrições cinemáticas. O conjunto formado pela cadeia cinemática do manipulador e pela cadeia cinemática virtual é denominada cadeia cinemática modificada. A aplicação do método de Davies à cadeia cinemática modificada permite estabelecer a sua equação de restrição. Esta equação de restrição relaciona as velocidades das juntas da cadeia cinemática modificada e, portanto, permite calcular as velocidades de um conjunto de juntas em função das velocidades de outro conjunto de juntas cujas velocidades são dadas. A partir do método apresentado é possível obter um enfoque unificado para calcular a cinemática diferencial direta e inversa de manipuladores seriais e paralelos, mediante um mesmo procedimento. Adicionalmente, abre-se uma nova possibilidade de enfrentar questões como o desvio ou a ultrapassagem de singularidades, a detecção e o desvio de colisões e a cinemática inversa de robôs redundantes. Utilizando o método apresentado, desenvolve-se uma metodologia de evitamento de colisão que suaviza o movimento entre a troca de sistemas de controle de movimento, evitando a geração de descontinuidades nas velocidades e nas acelerações, o que se torna fundamental para aplicações práticas do método.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2012-10-23T14:12:39Z (GMT). No. of bitstreams: 1 240098.pdf: 12717211 bytes, checksum: 025f66ecb0c9b71623a7a485e93fa76f (MD5) / Este trabalho trata do estudo teórico-experimental de um sistema hidráulico load sensing utilizado na área móbil, mais especificamente em tratores, o qual é composto basicamente por uma bomba de deslocamento variável de pistões axiais com compensação de pressão e vazão e um bloco de controle de válvulas direcionais com compensação de pressão.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica. / Made available in DSpace on 2012-10-23T15:32:25Z (GMT). No. of bitstreams: 1 245242.pdf: 3494880 bytes, checksum: 7e6f77766a4500897b8393ad80765472 (MD5) / A medição em tempo real das vazões mássicas em escoamentos bifásicos líquido-gás, sem a separação das fases, é a solução mais adequada para a redução dos custos e dos desperdícios, aumento da produtividade e melhora da qualidade da produção da tradicional indústria do petróleo e gás natural, justificando a substituição dos custosos e tradicionais separadores de fases. Nesse contexto, é proposto um sistema de medição de vazão composto de um tubo de venturi ou placa de orifício associados a um sensor de fração de vazio média, por impedância elétrica. O sensor opera no modo resistivo e é alimentado por um campo elétrico girante em quatro pares de eletrodos. Os resultados obtidos são comparados com as vazões medidas por rotâmetros instalados antes da seção em que é feita a mistura de ar e água. Apesar de não ser o objetivo principal do trabalho, foi demonstrada a capacidade de se utilizar o sensor de fração de vazio para fazer a identificação dos regimes de escoamento bifásico. Os testes foram realizados em uma bancada experimental de escoamentos bifásicos adiabáticos ar-água a pressões máximas de 3 bar e títulos inferiores a 0,011, na direção vertical ascendente e na horizontal. As vazões mássicas máximas para a água e o ar foram de 4000 kg/h e 50 kg/h, respectivamente, e os padrões de escoamento testados foram o borbulhado, o pistonado e o anular. O trabalho é dividido em duas partes: na primeira, é apresentada a calibração do sistema de medição de fração de vazio através de vávulas de fechamento rápido, sendo analisados os sinais provenientes do sistema transdutor, e, na segunda parte, é apresentado um estudo comparativo entre o venturi e a placa de orifício em sistemas bifásicos ar-água. Na última, são analisados os parâmetros bifásicos como o título, o fator de escorregamento e a vazão mássica total a partir de correlações e modelos da literatura. A comparação entre as vazões previstas por correlações e os resultados experimentais para os padrões borbulhado e pistonado indicam valores de RMS dos desvios de 6,8 % para a correlação de Chisholm (1967), com tubo de venturi na direção vertical ascendente, e de 5,5 % para a correlação de Zhang et al. (2005), com placa de orifício na mesma direção. When it comes to gas-liquid flow in the oil and gas conventional industry, the two-phase mass flow rate measurement on real time without separating them is the desirable solution in order to achieve cost reduction, avoid waste, increase production and reach excellence in the oil and gas transport. The fiscal requirement for precise measurements is the greater motivator to support research. With this purpose, a measurement system consisting of impedance void meter, a nonintrusive conductance type, applied to determine the mean void fraction and forecast method for identifying flow patterns coupled to venturi or orifice plate flow meter is employed to predict the phases flow rates. Results are compared with the flow rates measured by single-phase meters installed previously to the air-water mixture point. The measurement system was evaluated by an air-water experimental facility. Experiments included vertical upward and horizontal flow; annular, bubbly, churn and slug patterns; void fraction ranging from 2% to 95%; water flow rate ranging up to 4000 kg/h; air flow rate ranging up to 50 kg/h; and quality ranging nearly up to 1%. The work is divided into two major parts. The first one is devoted to the calibration of the void fraction measurement system by means of quick closing valves. The second one is devoted to the comparisons between venturi and orifice plate meters in air-water two-phase flow. Quality, slip ratio and overall mass flow rate analysis are performed in this second stage. The frictional root-mean-square errors (RMS) of mixture mass flow rate in vertical upward flow through venturi were 6,8 % for Chisholm (1967). In the orifice plate, the RMS errors of vertical flow were 5,5 % for Zhang et al. (2005).

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-graduação em Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2012-10-23T19:37:03Z (GMT). No. of bitstreams: 1 247096.pdf: 1046929 bytes, checksum: 47ee67609bc2fabd6447715389f6bd9d (MD5) / Em geral a escolha da estrutura cinemática de um mecanismo é baseada na experiência e na habilidade do projetista. É possível escolher a estrutura topológica através de uma forma mais sistemática: a enumeração de cadeias cinemáticas. A enumeração de cadeias cinemáticas é uma metodologia reconhecida para encontrar os melhores mecanismos que satisfazem um conjunto de especificações. Na prática, existem dificuldades para implementar essa metodologia, já que o número de cadeias cinemáticas geradas é geralmente muito grande para considerar manualmente os méritos individuais de cada cadeia. Os conceitos de redundância, conectividade e variedade podem ser usados para classificar as cadeias cinemáticas de acordo com as especificações requeridas. Esse trabalho apresenta uma nova metodologia para o cálculo dos graus de controle, conectividade, redundância e variedade de uma cadeia cinemática, permitindo a classificação das cadeias cinemáticas geradas pela metodologia de enumeração de acordo com as especificações do projeto. Para ilustrar sua utilidade, alguns exemplos de aplicação do algoritmos propostos são apresentados.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica. / Made available in DSpace on 2012-10-24T00:52:38Z (GMT). No. of bitstreams: 1 261778.pdf: 7243609 bytes, checksum: c512e693155d14f84edc661bdd901e47 (MD5) / Compressores de refrigeração são máquinas térmicas extremamente influenciadas pelo campo de temperatura de seus componentes. Em função disto, a análise criteriosa dos processos de transferência de calor no interior de um compressor pode viabilizar aumentos consideráveis de seu desempenho, principalmente da redução das ineficiências causadas pelo superaquecimento do fluido refrigerante. O presente trabalho considera o gerenciamento térmico de um compressor de refrigeração, através do desenvolvimento de modelos para a simulação e análise do seu ciclo de operação. Um desses modelos, denominado Metodologia Híbrida de Simulação Térmica, permite a solução do perfil térmico do compressor através da combinação de dados experimentais, de modelos termodinâmicos e de capacitância global para o cálculo da transferência de calor por difusão entre os componentes sólidos pelo método de volumes finitos. Além disso, um novo procedimento de simulação térmica desenvolvido, denominado de Metodologia de Fluxo Médio, resolve, via volumes finitos, o escoamento de gás refrigerante e a difusão de calor nos componentes sólidos do compressor. As duas metodologias foram avaliadas por meio da comparação com dados experimentais, permitindo identificar a Metodologia Híbrida como a mais apropriada para a análise térmica do compressor. Tal metodologia foi empregada para a análise de algumas propostas de alternativas para a melhoria do desempenho térmico do compressor sob análise. Os efeitos fenômenos físicos decorrentes da utilização destas alternativas foram analisados a partir do detalhamento de ineficiências do ciclo de compressão. Dos resultados obtidos para o caso analisado, pôde-se observar que a parcela de calor rejeitada pelos mancais tem grande importância sobre o superaquecimento do gás na linha de sucção. Além disto, pôde-se mostrar a viabilidade de uma redução significativa do perfil térmico do compressor através da atomização de líquido refrigerante no interior da câmara de compressão.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica. / Made available in DSpace on 2012-10-24T05:18:43Z (GMT). No. of bitstreams: 1 252134.pdf: 3282183 bytes, checksum: fe9095937aceb85b5f54a844a67ba721 (MD5) / Compressores lineares utilizam um atuador linear para acionar o pistão diretamente em seu movimento alternativo, eliminando vários mancais que convertem o movimento rotativo em alternativo nos compressores convencionais. Adicionalmente, a presença de cargas laterais é minimizada porque a força de compressão que atua no mecanismo está alinhada com o eixo de movimentação. Como a única superfície de deslizamento é a interface pistão cilindro, é possível utilizar o próprio refrigerante como fluido lubrificante. A separação entre o pistão e o cilindro é garantida pelo desvio de uma pequena quantidade de refrigerante a alta pressão da câmara de descarga para a folga entre o pistão e o cilindro. A vazão mássica desviada deve ser otimizada para garantir que não haja contato entre o pistão e o cilindro sem que o desempenho global do compressor seja penalizado. Um modelo matemático foi desenvolvido para analisar a dinâmica de um mancal a gás com canais de compensação. Ele inclui os efeitos da geometria pistão-cilindro, posição dos orifícios de insuflamento de refrigerante e condições de operação. Um código computacional foi desenvolvido de forma a obter a trajetória do pistão e avaliar sua estabilidade. Um compressor linear operando com R134a foi analisado e os resultados mostram que o pistão é bastante estável e que a vazão mássica perdida e a perda por fricção são muito pequenas.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológio, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2009 / Made available in DSpace on 2012-10-24T09:03:30Z (GMT). No. of bitstreams: 1 276034.pdf: 2707070 bytes, checksum: 97705ed0f71ea01418283b83c3d6a615 (MD5) / Termoacustica é um fenomeno físico no qual um gradiente de temperatura em uma parede gera uma onda sonora ressonante, ou uma onda sonora ressonante gera um gradiente de temperatura em uma parede. Este fenomeno é utilizado para se obter gradientes de temperatura da ordem dos gradientes presentes em refrigeradores dom´esticos, utilizando energia sonora. O conceito de refrigeraçao termoacustica é ecologicamente correto pois utiliza apenas gases inertes, como o helio e o argonio, como gas de trabalho. O proposito deste trabalho é apresentar uma metodologia de projeto de um refrigerador termoacustico e tamb´em compreender o efeito das suas variaveis no seu desempenho. A metodologia aplicada consiste na definiçao do gas de trabalho, seguido do projeto do atuador, que entao possibilita o dimensionamento dos parametros de projeto do refrigerador termoacustico. Para o prototipo construido foi medido um gradiente de temperatura de 19oC entre os trocadores quente e frio, com 17oC de temperatura fria, 9oC abaixo da temperatura ambiente. Contudo, os resultados obtidos nao foram muito expressivos devido as dificuldades de mediçao encontrada, como vazamentos e confiabilidade. / Thermoacoustic is a physical phenomenon witch a temperature gradient in a wall generates an acoustic resonant wave, or an acoustic resonant wave generates a temperature gradient in a wall. This phenomenon was used to obtain temperature gradients using acoustic waves, gradients the same size as those present is household refrigerators. The thermoacoustic refrigeration is a green concept because it uses only inert gases like helium and argon as working gas. The goal of this work is to present a thermoacoustic refrigerator design methodology and also to understand the effect of its variables on its performance. The applied methodology consists in the working gas definition followed by the actuator project, witch enables the thermoacoustic refrigerator parameters dimensioning. The constructed prototype reached 19oC gradient temperature between the hot and cold heat exchangers, with 17oC at the cold heat exchanger and 9oC lower than room temperature. However the results were not very expressive due to measurement difficulties, like leakages and reliability.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica. / Made available in DSpace on 2013-07-16T01:42:47Z (GMT). No. of bitstreams: 1 228799.pdf: 737184 bytes, checksum: 50254df29e6cfe059ed2d4ca3813ed82 (MD5) / Células-combustível se apresentam como alternativas promissoras para acionamento primário em sistemas de geração ou cogeração de energia. Caracterizam-se pela conversão direta da energia química do combustível em energia elétrica, o que geralmente lhes confere eficiência superior aos acionadores primários convencionais utilizados para geração termoelétrica. Dentre os diversos tipos de células-combustível existentes, as Células-Combustível do tipo Membrana de Troca de Prótons, comumente chamadas de PEMFC ou simplesmente células PEM, estão em crescente estágio de desenvolvimento. Como seu eletrólito é um polímero sólido e sua temperatura de operação é em torno de 80ºC, são adequadas para aplicação automobilística e em sistemas portáteis de geração de energia elétrica (celulares, laptops, etc). Atualmente, devido a outras características favoráveis tais como, tamanho compacto, baixo peso, partida rápida, longa vida útil dos "stacks" (blocos) e capacidade de trabalhar em regime descontínuo e com altas densidades de corrente, sua aplicabilidade foi estendida para os sistemas de geração distribuída de energia elétrica. O presente trabalho tem como objetivo avaliar experimentalmente a influência dos parâmetros de operação sobre o desempenho de uma célula-combustível tipo PEM de 15 W de potência, de fabricação brasileira e em operação no LabCET. A partir dos resultados obtidos, ações foram implementadas de forma a melhorar o desempenho desta célula-combustível. Trabalho complementar foi também realizado para avaliar a aplicabilidade dessa tecnologia como sistema compacto de geração de energia elétrica. Nesta etapa, foi realizada uma análise termoeconômica preliminar de uma célula PEM de 30 kW, comparando os resultados com valores obtidos de duas bancadas experimentais existentes no LabCET, uma constituída de uma microturbina de 28 kW e outra constituída por um motogerador de 30 kW, ambos operando com gás natural veicular.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica. / Made available in DSpace on 2013-07-16T02:52:05Z (GMT). No. of bitstreams: 1 228092.pdf: 4922512 bytes, checksum: a6ea4244bed1b16ab1a7e71a3fb1fad1 (MD5) / O objetivo deste trabalho de pesquisa é desenvolver um procedimento de análise de abaulamentos existentes em costados de reatores de coque baseando-se na falha por colapso plástico devido ao carregamento mecânico atuando na região abaulada. São desenvolvidos modelos de elementos finitos utilizando o programa ANSYS® empregando dois tipos de elementos: casca de 4 nós e sólido paramétrico de 8 nós. A simulação consiste em incrementos seqüenciais nas dimensões de um abaulamento inicial, detectado por inspeção, existente em um reator de coque em operação em uma unidade da PETROBRAS. O incremento é estimado com base em duas medidas efetuadas neste mesmo ponto do tambor em épocas diferentes, considerando-se um crescimento constante por ciclo do abaulamento. A cada nova dimensão calculada para o abaulamento são executadas simulações no ANSYS® e obtidos os valores das deformações e tensões considerando-se as cargas de pressão e peso próprio do equipamento, os valores obtidos são comparados aos dos valores considerados admissíveis em um critério de falha estabelecido. É realizada ainda uma análise com relação às condições de flambagem comparando-se com os critérios de carga máxima compressiva do ASME e a teoria de cilindros submetidos a cargas axiais. Desta forma é estimado um tamanho considerado crítico para o abaulamento. De posse da taxa de incremento, das dimensões do abaulamento existente e deste tamanho crítico calculado é possível fazer-se uma previsão do tempo de campanha admissível para o reator com relação a este critério de falha. O assunto em questão é parte de um trabalho completo sobre modos de falhas em reatores de coque desenvolvido pelo centro de pesquisas da PETROBRAS - CENPES