Os atuadores hidráulicos são usados em muitas aplicações e áreas de trabalho devido à sua capacidade para manipular grandes forças com baixa inércia, pouca vibração e capacidade de trabalho por longos períodos de tempo. Entretanto, o maior problema no uso destes tipos de atuadores são as características dinâmicas tais como não-linearidade e variação de parâmetros, as quais dificultam seu controle em malha fechada. Assim, para controlar sistemas hidráulicos, é necessário o uso de modelos matemáticos não lineares e a aplicação de leis de controle complexas para obter um seguimento de trajetória com alta precisão. O objetivo principal deste trabalho é a obtenção de um sistema que siga com precisão as trajetórias de referência do tipo senoidais. Para tanto, este trabalho aborda o projeto de uma lei de controle por realimentação de estados (feedback linearization) combinada com o princípio do modelo interno para aplicar no sistema hidráulico de atuação de uma máquina de ensaios de fadiga. O princípio do modelo interno é aplicado utilizando um compensador dinâmico (que contém pólos imaginários com a mesma freqüência que o sinal de referência) num laço externo do sistema linearizado por realimentação de estados. Uma lei de controle do tipo realimentação de estados, considerando os estados do sistema linearizado e os do compensador dinâmico, é projetada para garantir estabilidade no sistema de malha fechada. A fim de avaliar a estratégia de controle proposta são discutidos e apresentados simulações do modelo experimental. / Hydraulic actuators are used in many applications due to their ability in driving large forces with low inertia and little vibration for a long period of time. However, the main problem in controlling these kinds of systems concerns their dynamics, which presents several nonlinearities and parameters variations. Thus, to control hydraulic systems, appropriated nonlinear models and complex control techniques to achieve a stable force regulation with a specified performance are necessary. The purpose of this work is the application of a feedback linearization scheme in the design of a force controller for a hydraulic actuator used in a fatigue test machine. The main control objective considered regards the achievement of sinusoidal force reference tracking. With this aim the internal model principle is applied by using a dynamic compensator (containing imaginary poles with the same frequency of the force reference) in an outer regulation loop. A state feedback control law, considering both the states of the feedback linearized hydraulic system and the ones of the dynamic compensator, is therefore designed in order to stabilize the whole closed-loop system. Experimental model identification and simulation control results are presented and discussed.

Os atuadores hidráulicos são usados em muitas aplicações e áreas de trabalho devido à sua capacidade para manipular grandes forças com baixa inércia, pouca vibração e capacidade de trabalho por longos períodos de tempo. Entretanto, o maior problema no uso destes tipos de atuadores são as características dinâmicas tais como não-linearidade e variação de parâmetros, as quais dificultam seu controle em malha fechada. Assim, para controlar sistemas hidráulicos, é necessário o uso de modelos matemáticos não lineares e a aplicação de leis de controle complexas para obter um seguimento de trajetória com alta precisão. O objetivo principal deste trabalho é a obtenção de um sistema que siga com precisão as trajetórias de referência do tipo senoidais. Para tanto, este trabalho aborda o projeto de uma lei de controle por realimentação de estados (feedback linearization) combinada com o princípio do modelo interno para aplicar no sistema hidráulico de atuação de uma máquina de ensaios de fadiga. O princípio do modelo interno é aplicado utilizando um compensador dinâmico (que contém pólos imaginários com a mesma freqüência que o sinal de referência) num laço externo do sistema linearizado por realimentação de estados. Uma lei de controle do tipo realimentação de estados, considerando os estados do sistema linearizado e os do compensador dinâmico, é projetada para garantir estabilidade no sistema de malha fechada. A fim de avaliar a estratégia de controle proposta são discutidos e apresentados simulações do modelo experimental. / Hydraulic actuators are used in many applications due to their ability in driving large forces with low inertia and little vibration for a long period of time. However, the main problem in controlling these kinds of systems concerns their dynamics, which presents several nonlinearities and parameters variations. Thus, to control hydraulic systems, appropriated nonlinear models and complex control techniques to achieve a stable force regulation with a specified performance are necessary. The purpose of this work is the application of a feedback linearization scheme in the design of a force controller for a hydraulic actuator used in a fatigue test machine. The main control objective considered regards the achievement of sinusoidal force reference tracking. With this aim the internal model principle is applied by using a dynamic compensator (containing imaginary poles with the same frequency of the force reference) in an outer regulation loop. A state feedback control law, considering both the states of the feedback linearized hydraulic system and the ones of the dynamic compensator, is therefore designed in order to stabilize the whole closed-loop system. Experimental model identification and simulation control results are presented and discussed.

Ingeniero Civil Mecánico / La Comisión Chilena de Energía Nuclear (CCHEN), en particular la planta de elementos combustibles (PEC), quiere aumentar su capacidad de diseño de elementos combustibles nucleares (ECN). La Organización Internacional de Energía Atómica (OIEA) estipula que para desarrollar nuevos diseños de ECN se debe cumplir con pruebas neutrónicas, estructurales, térmicas e hidráulicas. La CCHEN en primera instancia, desea implementar las pruebas hidráulicas con una bancada de prueba que se denomina Loop Hidráulico (LH) El objetivo general del proyecto es diseñar un LH a nivel de ingeniería de detalle, con la finalidad de caracterizar hidráulicamente ECN del reactor RECH-1. Los objetivos específicos son: i) Efectuar el diseño conceptual y la filosofía de control aplicable al LH, ii) Desarrollar el diseño básico del LH incluyendo su Layout, dotación de equipos, instrumentación y complementos para montaje, y iii) Efectuar el diseño de detalle para construcción y montaje del LH incluyendo especificaciones técnicas para adquisición, construcción y montaje del LH, y desarrollar el estimado de inversiones para materializar el proyecto. Para realizar el diseño conceptual del LH se procede a revisar proyectos de piping proporcionados por especialistas, se efectúan análisis de pérdida de carga de fluidos en ductos y se revisan papers sobre LH existentes (Pettern e IPEN). El diseño básico se desarrolla fijando las condiciones operacionales del sistema, tomando como criterio de diseño las exigentes condiciones operacionales del reactor RECH-2. Para el diseño de la zona de prueba se utiliza el código ASME VIII división 1 sección 13-7. El estanque se desarrolla según la capacidad de fluido contenido en el sistema. La bomba se selecciona mediante las pérdidas de carga del sistema, sobrestimando la carga de la bomba. Además se comparan las curvas características de la bomba con la curva característica del sistema. Se generan los planos de detalle con el software Autodesk Inventor Profesional 2014-versión estudiante. La selección de la instrumentación se efectúa con el asesoramiento de una empresa dedicada a la medición y control de actividades industriales (VETO). Los principales resultados del proyecto indican que para someter a pruebas hidráulicas a ECN RECH-1 es necesario diseñar un LH que opera en un rango de caudal de 15 a 34 m3/h, con los siguientes componentes: 01 estanque vertical estándar de 3400 L, 01 bomba centrifuga de 5,5 HP, 21 m de piping de PVC de 50 mm de diámetro, y un set de conexión entre componentes, piping, sistema de medición y control. El trabajo genera los planos necesarios para la fabricación y montaje del LH según los componentes ya seleccionados. Si bien el LH diseñado puede someter a ECN RECH-1 a caudales que ponen a prueba su estabilidad estructural, esto no representa fielmente las condiciones hidráulicas que los ECN experimentan en la piscina del reactor RECH-1. Por lo que es conveniente tener en cuenta que las mediciones que se registren en la zona de prueba solo pueden ser cercanas a las reales, sin embargo es de mayor interés someter a los ECN a caudales extremos para asegurar su integridad estructural; requerimiento que el LH diseñado satisface plenamente.

Ingeniero Civil / En el proceso de diseño de sistemas de transporte de concentrado de mineral, es primordial contar con una metodología base para el cálculo hidráulico que se ajuste al comportamiento que tendrá el sistema cuando entre en operación. En particular, el cálculo de la pérdida de carga en concentraductos impacta en la selección de equipos de bombeo, como también en la selección de espesores de la tubería y en el diseño de estaciones de disipación. Esto afecta el costo de inversión del proyecto, como también los costos operacionales que tendrá durante su vida útil. Este trabajo comienza con una revisión bibliográfica sobre los métodos de pérdida de carga friccional en mezclas sólido-líquido transportados por tuberías. Enfocándose en los supuestos que cada método utiliza en su construcción, se elige el método de Wasp como un buen punto de inicio de comparación y análisis de la dependencia que tiene sobre ciertos parámetros. La definición de estos parámetros es usualmente el principal desafío de un proyecto de ingeniería del diseño de un mineroducto y sus elementos importantes. En base a evidencia empírica correspondiente a datos operacionales de pruebas en un sistema de recirculación de concentrado de bauxita o circuito de prueba, se calcula la pérdida de carga friccional y se compara con la predicción entregada por diferentes formas del método de Wasp, entregándose finalmente una recomendación respecto del método que presente el mejor ajuste. El análisis metodológico se basa en la bibliografía disponible aplicable al cálculo de la pérdida de carga de mezclas sólido-líquido, donde es posible notar la baja cantidad de información de laboratorio o de instalaciones en faenas mineras de cobre, hierro o bauxita (presentes en la industria minera sudamericana), en claro contraste con otras actividades como dragado o extracción de crudo de cobre en diferentes lugares del mundo. Los datos de laboratorio de autores cuyos trabajos integran las bases teóricas del diseño de concentraductos están construidas sobre experiencias con materiales como mezclas de agua con arenas, grava y carbón, relave de zinc actual en compañías de ingeniería en Chile y el mundo. Esto genera la necesidad de crear factores de ajuste usualmente aplicados a través de función lineal. A la luz de lo anteriormente expuesto, nace la necesidad de, en primer lugar, evaluar el desempeño de las pruebas de datos operacionales disponibles . Luego, de acuerdo a las bandas de error obtenidas y la variabilidad de los parámetros de cada método, se ha optado por presentar un modelo semi-ajustado basado en el método de Wasp, y otro ajustado, de acuerdo a la bibliografía consultada, para posteriormente evaluar y proyectar la continuidad en futuros trabajo dirigido a modelos que representen cada vez de mejor manera este fenómeno.

Con la finalidad de disminuir los problemas de inestabilidad en la explotación de la Veta Jimena, de Compañía Minera Poderosa S.A. En el presente trabajo se desarrolla la evaluación técnica-económica de aplicación de Relleno Hidráulico en esta Veta. En el análisis técnico del proyecto se ha determinado que la distribución de tamaños de partículas necesarias para el transporte de la pulpa por gravedad debe aproximarse a la curva de Talvot. La pulpa tiene un 76% de sólidos con una granulometría máxima de 3/8 de pulgada; para su transporte se utiliza tubería SCH-80 Ø4” y polietileno PN 12.5 Ø4”. Luego de analizar tres alternativas para ubicar la planta, se concluyó que la mejor alternativa es ubicar la Planta de Relleno Hidráulico en el NV-2375, debido a que la diferencia de cotas respecto al nivel más bajo de explotación es de 586 m. Adicional a esta ventaja, se cuenta con una tolva de gruesos, la cual se puede acondicionar como tolva de los agregados para el relleno hidráulico. Considerando una densidad de pulpa de 1.90 kg/L, gravedad específica de 2.65 kg/L y tubería de conducción de Ø4”, se espera alcanzar un caudal de 45 a 55 m3/hora. En la evaluación económica se determinó que se requiere una inversión inicial de capital de $ 273 692, con costo de operación mensual de $ 27 690 y un ahorro anual por encima de $ 450 000.

Doctor en Ciencias de la Ingeniería, Mención Modelación Matemática / En este trabajo se aborda el problema de existencia de algunos tipos de soluciones para las ecuaciones de ondas en el agua así como la relación que existe entre estas soluciones y la forma de un fondo impermeable sobre la que se desliza el fluido. Empezamos por describir las ecuaciones que modelan el fenómeno físico a partir de las leyes de conservación; el modelo general de las ecuaciones de ondas en el agua, escrito para la restricción de la velocidad potencial a la superficie libre, es \begin{equation*} \left\{ \begin{aligned} &\partial_t\zeta-G(\zeta,b)\psi=0, \\ &\partial_t\psi+g\zeta+\frac{1}{2}|\nabla_X\psi|^2-\frac{1}{2(1+|\nabla_X\zeta|^2)}(G(\zeta,b)\psi+\nabla_X\zeta\cdot\nabla_X\psi)^2=0, \end{aligned} \right. \end{equation*} donde $G=G(\zeta,b)\psi$ es el operador Dirichlet-Neumann, el cual contiene la información del fondo $b$, \begin{equation*} G(\zeta,b)\psi:=-\sqrt{1+|\nabla_X\zeta|^2}\partial_n\phi|_{y=\zeta(t,X)}, \end{equation*} y \begin{equation*} \left\{ \begin{array}{rl} & \Delta\phi=0, \quad \R\times(b,\zeta), \\ & \phi|_{y=\zeta}=\psi, \quad \partial_n \phi|_{y=b(X)}=0. \end{array} \right. \end{equation*} Después de describir las condiciones para un teorema de existencia y unicidad de soluciones de las ecuaciones de ondas en el agua, en espacios de Sobolev, nos preguntamos sobre el mínimo de datos necesarios, sobre la superficie libre, para identificar el fondo de manera única. Por la relación que existe entre el operador Dirichlet-Neumann y la velocidad dentro del fluido y utilizando la propiedad de continuación única de las funciones armónicas hemos probado que basta conocer el perfil, la velocidad potencial y la velocidad normal en un instante de tiempo dado y un abierto de $\R$, aún cuando nuestro sistema es de evolución. En la segunda parte se estudia la existencia de soluciones en forma de salto hidráulico para las ecuaciones estacionarias de ondas en el agua, en dimensión dos y su relación con la velocidad aguas arriba, caracterizada por un parámetro adimensional, llamado el número de Froude, $F$, como consecuencia de la existencia de ramas de bifurcación de la solución trivial para el problema \begin{equation*} \mathcal{F}(\eta,F)=\eta+F\widetilde{\psi}_{y^{\prime }}+\frac{\epsilon}{2}(% \widetilde{\psi}_{x^{\prime }}^2+\widetilde{\psi}_{y^{\prime }}^2)-\epsilon^2\eta_x\widetilde{\psi}_{x^{\prime }}\widetilde{\psi}% _{y^{\prime }}+\frac{\epsilon^3}{2}\eta_x^2\widetilde{\psi}_{y^{\prime }}^2; \end{equation*} donde \begin{equation*} \left\{ \begin{aligned} &\Delta\widetilde{\psi}=\epsilon G, && (-L,L)\times(0,1), \\ &\widetilde{\psi}_{x'}=0, && x'=-L,L, \\ &\widetilde{\psi}=0, && y'=0, \\ &\widetilde{\psi}=-F\eta, && y'=1. \end{aligned} \right. \end{equation*}

O avanço tecnológico tem proporcionado à indústria em geral desenvolver e fabricar produtos mais sofisticados em todos os campos da ciência. Não distante dessa realidade, a indústria da mobilidade também vem incorporando, através de projetos arrojados, as novas tecnologias em seus produtos, respondendo, assim, às necessidades e expectativas de seus clientes, que exigem produtos com maior produtividade e disponibilidade para trabalho. Essas tecnologias estão relacionadas com os sistemas de transmissão de força por fluidos, através da introdução de válvulas eletro-hidráulicas e também pela redução da tolerância entre partes deslizantes e rotativas desses sistemas. A partir da introdução dessa nova tecnologia, a ênfase desse trabalho foi mostrar a importância do controle de contaminação nas fases do processo de concepção, fabricação e montagem do produto, incluindo a quebra de paradigmas relacionada ao fator humano e, em especial, o controle de contaminação do fluido de transmissão de força utilizando a tecnologia de contagem de partículas. Assim, foi evidenciado que através da determinação de limites aceitáveis de contaminação para cada tipo de sistema de transmissão de força, em função do tipo de tecnologia agregada, é possível reduzir drasticamente as falhas nos sistemas de transmissão de força por fluido durante a operação do produto no campo, mesmo sendo essa contaminação considerada um inimigo invisível. / The technological advance has proportionated to the industry in general to develop and to manufacture more sophisticated products in all the fields of science. Not distant of this reality, the industry of mobility also comes incorporating through bold projects the new technologies in its products, thus answering to the needs and expectations of its customers, who ask for products with high productivity and availability to work. These technologies are related with the power transmission systems by fluids through the introduction of electrohydraulic valves, and also by the reduction of tolerance between smooth and rotary parts of the system. From the introduction of this new technology, the emphases of this dissertation was show the importance of the contamination control in the process phases of conception, manufacturing and assembly of the product, including brake the paradigm related with human factors, and specially the fluid contamination control of the power transmission using the particle counting technology. To show that through the determination of acceptable limits of contamination for each type of power transmission system, as a function of the type of added technology, it is possible to drastically reduce the failures in the power transmission systems by fluids during the operation of the product in the field, even being this contamination considered an invisible enemy.

Este trabalho foi realizado no Laboratório de Hidráulica do Departamento de Engenharia Rural da ESALQ/USP, com o objetivo de modelar, otimizar e avaliar um carneiro hidráulico. Para isso foi desenvolvido um modelo teórico, validado no laboratório através da construção de uma eletroválvula comandada eletronicamente por computador. Através da filmagem do jato de água e utilizando método das coordenadas determinou-se a velocidade do jato de água da tubulação de alimentação do carneiro, para três alturas de alimentação e três comprimentos diferentes. Posteriormente foi construído o carneiro hidráulico em PVC, sendo utilizada a eletroválvula como válvula de escape e, por meio de um microprocessador, obtive-se diferentes tempos para o fechamento da válvula, variando entre 0,2 s e 1,6 s. Foram testados dois materiais como tubulação de alimentação, PVC 25mm de diâmetro nominal e aço galvanizado 19,05 mm de diâmetro nominal para três comprimentos e alturas de alimentação. A máxima vazão de recalque obtida foi de 224 L/h, sendo a pressão de recalque de 54 kPa, sendo a tubulação de alimentação PVC, e a altura de alimentação de 2,23 m, para um tempo de pulso da eletroválvula de 0,2 s. O maior rendimento obtido foi 62 % sendo a tubulação de alimentação de PVC, para um tempo de pulso de 0,2 s com uma pressão de 74 kPa e vazão de recalque de 112 L/h. / This work was developed in the Hydraulics Laboratory of the Department of Rural Engineering at ESALQ/USP., with the goal of modeling, optimize and to evaluate a hydraulic ram. For that was developed a theoretical model, validated in the laboratory through the construction of an electronic valve commanded by a computer. Through the filming of water jet and using method of the coordinates tot determined the speed of water jet of the alimentation piping of the ram for three different heights and lengths. It afterwards was built the hydraulic ram in PVC, being used an electronic valve as pulse valve, and by means of the microprocessor Basic Step, was obtained different times to the shutdown of the valve, varying between 0,2 s and 1,6 s. Were tried two material as alimentation piping, PVC 25mm nominal diameter and galvanized steel 19,05 mm nominal diameter for three alimentation lengths. The flow maxim obtained was 224 L/h, being the pressure of emphasizes of 54 kPa, having as alimentation piping PVC, and the height of alimentation of 2,23 m for, for a time of .shutdown of electronic valve of 0,2 s. The biggest obtained revenue was 62%, being the alimentation piping of PVC, for a time of shutdown of 0,2 s with a pressure 74 kPa and a flow of 112 L/h.

Tese de Mestrado Integrado. Engenharia Civil. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2011

Tese de mestrado integrado. Engenharia Civil (especialização em Vias de Comunicação). Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2008