O presente trabalho apresenta a identificação de parâmetros de motor de indução linear tubular para a extração de petróleo, denominado de MATÆOS -- Motor Assíncrono Tubular para Aplicação na Extração de Óleo Subterrâneo. O primeiro passo para a identificação de parâmetros do motor foi a implementação da bancada de testes com o seu sistema de controle e supervisório. O modelo adotado corresponde à situação de operação em regime estacionário e consiste no circuito contendo resistores e indutores tradicionalmente utilizado para representar motores de indução. A identificação dos parâmetros foi realizada por meio de um procedimento de otimização tomando por base o balanço de potência do motor. Para isso, em função dos parâmetros do modelo, definiu-se e minimizou-se uma medida de erro entre as potências medidas e as calculadas pelo modelo para um conjunto pré-fixado de escorregamentos. A solução desse problema de otimização foi obtida por meio de uma busca exaustiva, uma vez que o número de variáveis independentes do problema é pequeno e uma região contendo o ponto de mínimo é conhecida com razoável confiança. Os resultados obtidos indicam que os valores dos parâmetros nominais a quente apresentam algumas diferenças em relação àqueles produzidos pelo método de identificação. Essas diferenças se devem possivelmente a variações nas características térmicas do motor e a erros introduzidos pelos instrumentos de medida. O modelo identificado apresentou uma menor disponibilidade de força e um pior rendimento quando comparado com os valores de projeto do modelo nominal a quente. Apesar disto, verificou-se uma boa proximidade entre a curva característica do modelo e as obtidas experimentalmente. / This work presents the identification of parameters of the tubular linear induction motor for the extraction of oil, called MATÆOS - which is the Portuguese acronym for Asynchronous Tubular Motor for Application to Subterranean Oil Extraction. The first step to the identification of the motor parameters was the implementation of the supervisory and control system for the test bench. The model, which is the usual one containing resistors and inductors, represents the motor operating in steady-state. The parameter identification problem was written as an optimization problem based on the motor power balance. An error between the measured power and the one given by the model was defined and minimized with respect to the model parameters in correspondence to a given set of slipping frequencies. The numerical solution to this problem was obtained by an exhaustive search algorithm. This choice was made because the number of independent variables is small and a region containing the solution is known with a significant degree of confidence. The results obtained show that the nominal values of the model parameters differ slightly from those produced by the identification method. Possibly, such differences are due to the variations in the model caused by temperature changes and to the measurement errors. The identified model presented both a lower available force and a worst efficiency when compared to the nominal design values for the warm motor. Despite this the characteristic curve of the model was quite close to the nominal design one.

Os biopolímeros surgem como materiais alternativos no atendimento aos requisitos de desempenho que a área médica tem exigido para implantes ósseos. Nesse contexto o polímero poliuretano derivado de óleo de mamona (Ricinus communis) tem obtido lugar de destaque. Mesmo assim, esse material, considerado um biopolímero regenerador ósseo, ainda necessita de investigação mecânica consistente para uma aplicação de forma confiável. No entanto, há uma grande dificuldade em se prever o comportamento mecânico das estruturas fabricadas por biopolímeros. Diante desse fato, o presente projeto de pesquisa visa através de ensaios experimentais em amostras padronizadas para ensaios de tração e compressão, bem como, ensaios normalizados para próteses de quadril, adquirir propriedades de material adequadas para a implementação dos modelos computacionais, assim como dados de comportamento mecânico sob solicitação. De posse desses dados, através do método dos elementos finitos, são realizadas simulações computacionais com o objetivo de verificar a capacidade do modelo de material de Drucker-Prager representar o comportamento mecânico do biopolímero. Este modelo é aplicado inicialmente na simulação dos ensaios de tração e compressão e posteriormente nas simulações das próteses em biopolímero, onde carregamentos mais complexos estão presentes. Os resultados obtidos nas simulações são analisados e discutidos para fins de validação do uso deste modelo de material em estruturas fabricadas com o biopolímero. / Biopolymers have been widely used as alternative materials to attend the performance requirements that medical area has demanded to bone implants. In this way, the Castor Oil Polyurethane (Ricinus communis) has taken a distinct place. Nevertheless, this material, considered bone constructive, still needs a consisting mechanical investigation for a reliable application, despite the great difficulty to predict the mechanical behavior of biopolymer structures. Face this fact, this work intends through experiments in normalized specimens for tensile and compressive tests, as well as normalized tests for hip implants, to obtain material properties and mechanical behavior data required to implement computational models of the hip prosthesis. Using the finite element method, computational simulations are carried out to verify the capability of Drucker-Prager material model to represent the biopolymer mechanical behavior. This model is first applied in tensile and compressive tests simulations, and further in prosthesis biopolymer simulations, where more complex loadings are present. The results of these simulations are analyzed and discussed in order to validate the use of this material model in biopolymers structures.

É descrita a modelagem, para controle, da dinâmica de uma plataforma semisubmersível com seis graus de liberdade. O modelo inclui os efeitos dos tanques de lastro como forças e momentos, assim como a dinâmica da plataforma. Os parâmetros do sistema foram obtidos das características da plataforma e de resultados experimentais obtidos com uma plataforma semisubmersível de dimensões reduzidas. O desenvolvimento de uma metodologia e de um software capazes de determinar o volume submerso e o centro de empuxo de uma estrutura com geometria complexa foram pontos determinantes nessa Dissertação, tendo em vista a complexidade do processo e as importâncias desses parâmetros para o desenvolvimento do modelo. A linearização do modelo permitiu a elaboração de uma estratégia de controle capaz de estabilizar a plataforma mesmo em condições iniciais distantes do equilíbrio. As equações que descrevem o movimento da plataforma nos graus de liberdade vertical, jogo e arfagem foram desenvolvidas. A realocação dos polos e um observador de estado foram utilizados com o objetivo de melhorar o controle do sistema. / A six degrees of freedom dynamic model for the development of ballast control systems for semisubmersible platforms is described. The model includes the effects os the ballast tanks such as weights, moments ans inertias as well as the platform dynamic. System parameters are computed from physical characteristics of the platform and from experimental results obtained with a small semisubmersible platform. The development of a methodology and software capable of determining the immersed volume and center of buoyancy of a structure with complex geometry are points, wich in this M. Sc. Dissertation, in view of the complexity of the process and importance of these parameters for model development. The linearization of the model allowed the development of a control strategy capable of stabilizing the semisubmersible platform in initial conditions far from the balance. The equations describing the motion of the platform in the vertical, roll and pitch degrees of freedom have been developed. The relocation of the poles and an observer of state were used in order to improve the control system.

É descrita a modelagem, para controle, da dinâmica de uma plataforma semisubmersível com seis graus de liberdade. O modelo inclui os efeitos dos tanques de lastro como forças e momentos, assim como a dinâmica da plataforma. Os parâmetros do sistema foram obtidos das características da plataforma e de resultados experimentais obtidos com uma plataforma semisubmersível de dimensões reduzidas. O desenvolvimento de uma metodologia e de um software capazes de determinar o volume submerso e o centro de empuxo de uma estrutura com geometria complexa foram pontos determinantes nessa Dissertação, tendo em vista a complexidade do processo e as importâncias desses parâmetros para o desenvolvimento do modelo. A linearização do modelo permitiu a elaboração de uma estratégia de controle capaz de estabilizar a plataforma mesmo em condições iniciais distantes do equilíbrio. As equações que descrevem o movimento da plataforma nos graus de liberdade vertical, jogo e arfagem foram desenvolvidas. A realocação dos polos e um observador de estado foram utilizados com o objetivo de melhorar o controle do sistema. / A six degrees of freedom dynamic model for the development of ballast control systems for semisubmersible platforms is described. The model includes the effects os the ballast tanks such as weights, moments ans inertias as well as the platform dynamic. System parameters are computed from physical characteristics of the platform and from experimental results obtained with a small semisubmersible platform. The development of a methodology and software capable of determining the immersed volume and center of buoyancy of a structure with complex geometry are points, wich in this M. Sc. Dissertation, in view of the complexity of the process and importance of these parameters for model development. The linearization of the model allowed the development of a control strategy capable of stabilizing the semisubmersible platform in initial conditions far from the balance. The equations describing the motion of the platform in the vertical, roll and pitch degrees of freedom have been developed. The relocation of the poles and an observer of state were used in order to improve the control system.

O presente trabalho apresenta a identificação de parâmetros de motor de indução linear tubular para a extração de petróleo, denominado de MATÆOS -- Motor Assíncrono Tubular para Aplicação na Extração de Óleo Subterrâneo. O primeiro passo para a identificação de parâmetros do motor foi a implementação da bancada de testes com o seu sistema de controle e supervisório. O modelo adotado corresponde à situação de operação em regime estacionário e consiste no circuito contendo resistores e indutores tradicionalmente utilizado para representar motores de indução. A identificação dos parâmetros foi realizada por meio de um procedimento de otimização tomando por base o balanço de potência do motor. Para isso, em função dos parâmetros do modelo, definiu-se e minimizou-se uma medida de erro entre as potências medidas e as calculadas pelo modelo para um conjunto pré-fixado de escorregamentos. A solução desse problema de otimização foi obtida por meio de uma busca exaustiva, uma vez que o número de variáveis independentes do problema é pequeno e uma região contendo o ponto de mínimo é conhecida com razoável confiança. Os resultados obtidos indicam que os valores dos parâmetros nominais a quente apresentam algumas diferenças em relação àqueles produzidos pelo método de identificação. Essas diferenças se devem possivelmente a variações nas características térmicas do motor e a erros introduzidos pelos instrumentos de medida. O modelo identificado apresentou uma menor disponibilidade de força e um pior rendimento quando comparado com os valores de projeto do modelo nominal a quente. Apesar disto, verificou-se uma boa proximidade entre a curva característica do modelo e as obtidas experimentalmente. / This work presents the identification of parameters of the tubular linear induction motor for the extraction of oil, called MATÆOS - which is the Portuguese acronym for Asynchronous Tubular Motor for Application to Subterranean Oil Extraction. The first step to the identification of the motor parameters was the implementation of the supervisory and control system for the test bench. The model, which is the usual one containing resistors and inductors, represents the motor operating in steady-state. The parameter identification problem was written as an optimization problem based on the motor power balance. An error between the measured power and the one given by the model was defined and minimized with respect to the model parameters in correspondence to a given set of slipping frequencies. The numerical solution to this problem was obtained by an exhaustive search algorithm. This choice was made because the number of independent variables is small and a region containing the solution is known with a significant degree of confidence. The results obtained show that the nominal values of the model parameters differ slightly from those produced by the identification method. Possibly, such differences are due to the variations in the model caused by temperature changes and to the measurement errors. The identified model presented both a lower available force and a worst efficiency when compared to the nominal design values for the warm motor. Despite this the characteristic curve of the model was quite close to the nominal design one.

Os biopolímeros surgem como materiais alternativos no atendimento aos requisitos de desempenho que a área médica tem exigido para implantes ósseos. Nesse contexto o polímero poliuretano derivado de óleo de mamona (Ricinus communis) tem obtido lugar de destaque. Mesmo assim, esse material, considerado um biopolímero regenerador ósseo, ainda necessita de investigação mecânica consistente para uma aplicação de forma confiável. No entanto, há uma grande dificuldade em se prever o comportamento mecânico das estruturas fabricadas por biopolímeros. Diante desse fato, o presente projeto de pesquisa visa através de ensaios experimentais em amostras padronizadas para ensaios de tração e compressão, bem como, ensaios normalizados para próteses de quadril, adquirir propriedades de material adequadas para a implementação dos modelos computacionais, assim como dados de comportamento mecânico sob solicitação. De posse desses dados, através do método dos elementos finitos, são realizadas simulações computacionais com o objetivo de verificar a capacidade do modelo de material de Drucker-Prager representar o comportamento mecânico do biopolímero. Este modelo é aplicado inicialmente na simulação dos ensaios de tração e compressão e posteriormente nas simulações das próteses em biopolímero, onde carregamentos mais complexos estão presentes. Os resultados obtidos nas simulações são analisados e discutidos para fins de validação do uso deste modelo de material em estruturas fabricadas com o biopolímero. / Biopolymers have been widely used as alternative materials to attend the performance requirements that medical area has demanded to bone implants. In this way, the Castor Oil Polyurethane (Ricinus communis) has taken a distinct place. Nevertheless, this material, considered bone constructive, still needs a consisting mechanical investigation for a reliable application, despite the great difficulty to predict the mechanical behavior of biopolymer structures. Face this fact, this work intends through experiments in normalized specimens for tensile and compressive tests, as well as normalized tests for hip implants, to obtain material properties and mechanical behavior data required to implement computational models of the hip prosthesis. Using the finite element method, computational simulations are carried out to verify the capability of Drucker-Prager material model to represent the biopolymer mechanical behavior. This model is first applied in tensile and compressive tests simulations, and further in prosthesis biopolymer simulations, where more complex loadings are present. The results of these simulations are analyzed and discussed in order to validate the use of this material model in biopolymers structures.