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Desenvolvimento de um sistema computacional para projetos de um atuador magnético biestável monobobinaAguillar, André Küll January 2007 (has links)
Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica. / Made available in DSpace on 2012-10-23T04:10:53Z (GMT). No. of bitstreams: 1
240712.pdf: 1047591 bytes, checksum: fcdd8ea3650f56ee06ea8c826ef096c2 (MD5) / RESUMO: O presente trabalho aborda o desenvolvimento e a análise de um sistema computacional para o auxílio em projetos de atuador magnético linear biestável mono-bobina. O princípio de funcionamento, de forma geral e em detalhes deste tipo de atuador é explicado. Foi realizada a construção de um protótipo no laboratório bem como uma bancada experimental para que dados teóricos e práticos fossem comparados. Foram empregadas as equações de circulação de campos e conservação de fluxo na estrutura em duas dimensões (2D) para o cálculo dos parâmetros magnéticos, os quais foram calibrados através de uma análise através do Método de Elementos Finitos. Equações elétricas, magnéticas e mecânicas foram acopladas na realização da análise do comportamento dinâmico da estrutura. Os requisitos para o projeto de atuador como: as dimensões da estrutura, características da bobina, dos ímãs, forças, entre outros, foram relacionados com os cálculos dos parâmetros eletromagnéticos e com a simulação dinâmica da estrutura com a finalidade de fornecer resultados que variam de acordo com as características exigidas no projeto.
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Projeto e análises de motores síncronos de ímãs permanentes internos com otimização do torqueSiguimoto, Celia Miwa January 2008 (has links)
Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica. / Made available in DSpace on 2012-10-23T23:05:40Z (GMT). No. of bitstreams: 1
256626.pdf: 2044278 bytes, checksum: 5157094bb71246f09ce204f01f816ca7 (MD5) / O principal objetivo deste trabalho é contribuir com o estudo de motores síncronos de ímãs permanentes internos, de alta eficiência, buscando a melhor relação de torque por corrente, aproveitando o torque de relutância, com o uso do enfraquecimento de campo, que pode ser empregado para estender a faixa de operação do motor ou incrementar o torque eletromagnético. Faz-se uso de programas de cálculo analítico e de elementos finitos como ferramentas de projeto e análises das diferentes topologias do rotor em estudo. São avaliados também limites de operação térmica do ímã e de rotação máxima do rotor. O melhor projeto é escolhido para produção de um protótipo. Testes experimentais são realizados com o protótipo, os quais confirmam o bom desempenho do motor, mostrando uma alta eficiência em uma ampla faixa de rotação. É também comprovado, o uso do enfraquecimento de campo como uma excelente alternativa para a obtenção de torques adicionais ou aumentar a faixa de operação do motor. Na segunda etapa da pesquisa, é realizado o levantamento de custo de material ativo do protótipo. Além disso, novos projetos de motores são avaliados, com o propósito de reduzir custo, mantendo ou melhorando o desempenho. Com o projeto de melhor eficiência é fabricado outro protótipo que é comparado com o primeiro e com um motor de indução. É comprovado nos resultados de testes, que os motores síncronos de ímãs permanentes internos apresentam vantagens em relação aos motores de indução, principalmente em termos de volume e eficiência.
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Propriedades estruturais e magnéticas de compostos intermetálicos Nd-Fe (Co)-Ru-B-C na fase tetragonal (P42/mmm)Valcanover, João Alberto January 2009 (has links)
Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro de Ciências Físicas e Matemáticas. Programa de Pós-graduação em Física / Made available in DSpace on 2012-10-24T19:37:50Z (GMT). No. of bitstreams: 0Bitstream added on 2013-07-16T20:29:25Z : No. of bitstreams: 1
274147.pdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Neste trabalho foi realizado um estudo das propriedades magnéticas intrínsecas e estruturais de quatro sistemas de ligas: Nd16Fe76-xRuxB8, Nd16-Co76-xRuxB8, Nd16Co76-xRuxC7B e Nd16Co72-xRuxC11B. O foco de atenção é particularmente a fase tetragonal f (2:14:1) (grupo de espaço P42/mmm). Para isto foram utilizadas as técnicas experimentais de difração de raios-X, espectroscopia Mössbauer, medidas de magnetização, termogravimetria, calorimetria diferencial de varredura e análise metalográfica. As amostras foram preparadas por fusão à arco voltaico a partir da mistura nominal dos elementos de pureza eletrolítica (99,9 %). O propósito desta investigação é observar o efeito da substituição parcial do Fe ou Co pelo Ru nas propriedades magnéticas destas ligas, além de analisar comparativamente o efeito da contribuição da sub-rede 3d com a presença de Fe ou Co, com a introdução de um elemento 4d, o Ru (isoeletrônico do Fe), nas propriedades magnéticas desses materiais. Desde o advento dos chamados supermagnetos, à base de terras raras com metais de transição, surgiu uma grande expectativa de produzir materiais magnéticos de alto desempenho e baixo custo, e um grande esforço foi empreendido para encontrar novos materiais ainda melhores. Inicialmente
grande atenção foi dada aos compostos à base de boro, os chamados
boretos. Com a descoberta de que o boro pode ser substituído pelo carbono, surgiu um grande interesse pela família dos carbetos, gerando em seguida os boro-carbetos, que apresentam coercividades muito maiores do que os boretos convencionais. Uma grande anisotropia magnetocristalina ocorre nesses sistemas, devido basicamente à contribuição da sub-rede dos terras raras. Compostos do tipo R2Fe14B e R2Fe14C têm campos cristalinos idênticos e a interação de troca 3d-4f é praticamente a mesma em ambos. A substituição de carbono por boro reduz a temperatura de Curie em cerca de 30-40 K, e o momento magnético médio diminui. Por outro lado, os custos de produção são bem menores para os carbetos, que apresentam ainda elevada magnetização de saturação e alta suscetibilidade diferencial em campos magnéticos intensos, o que ainda não é bem esclarecido. Neste sentido o presente estudo é dedicado à salientar as peculiaridades desses intermetálicos focalizando o efeito da variação da constituição química da sub-rede 3d (ao trocar Fe por Co e/ou Ru) e da concentração dos constituintes em boretos e correspondentes carbetos assim como em suas combinações (boro-carbetos). / In this work is performed a study of the structural and magnetic properties of four alloy systems: Nd16Fe76-xRuxB8, Nd16Co76-xRuxB8, Nd16Co76-x-RuxC7B and Nd16Co72-xRuxC11B. The focus of attention is particularly on the f phase (2:14:1) (space group P42/mmm). For this purpose the experimental techniques of X-ray diffraction, Mössbauer spectroscopy, magnetization measurements, thermogravimetry, differential scanning calorimetry and metalograhic analysis were used. The samples were prepared by arc melting the nominal mixtures of the elements of electrolytic purity (99.9%). The purpose of this investigation is to observe the effect of the partial substitution of Fe or Co by Ru on the magnetic properties of these alloys. Moreover to analyze comparatively the effect of the contribution of the 3d sublattice with the presence of Fe or Co, with the introduction of a 4d element, Ru (isoelectronic of Fe), on the magnetic properties of these materials. Since the advent of the so-called supermagnets, based on the rare earth with transition metals, there is a large expectation for the production of low cost and high performance magnetic materials and a great effort was devoted in obtaining even better new materials. Initially great attention was given to the compounds based on boron, the borides. With the discovery that boron can be replaced by carbon, it arises a great interest for the family of carbides, giving rise to the borocarbides, which have coercivities much larger than conventional borides. A large magnetocrystalline anisotropy occurs in these systems, basically due to the contribution of the rare earth sublattice. Compounds like R2Fe14B and R2Fe14C have identical crystalline fields and the exchange interaction 3d-4f is practically the same in both of them. The substitution of carbon for boron decreases the Curie temperature in about 30-40 K, and the average magnetic moment has a small decrease. On the other hand the production costs are much smaller for the carbides, which have a large saturation magnetization and an extraordinarily high differential susceptibility in high magnetic fields, which still is not well understood. In this sense, the present study is devoted to highlighting the peculiarities of the magnetic properties of these intermetallics focusing on the effect of the change in the chemical composition of the 3d sublattice (by changing Fe or Co by Ru) and of the concentration of constituents in the borides and corresponding carbides as well as in their combinations (boro-carbides).
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Projeto e otimização de motores BLDC de ímãs permanentes superficiaisSchmitz, Claudio January 2017 (has links)
Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2017. / Made available in DSpace on 2017-05-02T04:14:05Z (GMT). No. of bitstreams: 1
345508.pdf: 3912458 bytes, checksum: 3dd31a82f6d2f007f1230ce752b9a02b (MD5)
Previous issue date: 2017 / O presente trabalho aborda o projeto de motores síncronos com ímãs permanentes, em específico os motores de corrente contínua sem escovas (BLDC). Os motores de ímãs permanentes, se comparados aos de indução, são de melhor desempenho, o que justifica as suas utilizações. Com a preocupação de se obter um projeto competitivo no mercado, a técnica de otimização também é abordada nas etapas de projeto. É realizado o projeto de um motor de pequeno porte o qual é otimizado considerando o modelo térmico. Para verificar a eficácia do método e validar os resultados, os dados de saída da otimização são validados pelo método dos elementos finitos. Aspectos como combinação do número de ranhuras e polos, esquema de bobinagem, harmônicas, perdas, indutâncias e influência da comutação no torque também são abordados, o que permite realizar uma melhor análise do projeto para que soluções mais eficientes, econômicas e sustentáveis possam ser propostas.<br> / Abstract : This work discusses the design of permanent magnet synchronous motors, in particular the brushless direct current motors (BLDC). Permanent magnet motors when compared to induction motors present better performance justifying their use. In order to obtain a competitive design, an optimization technique is also discussed. The design of a small motor is optimized considering the thermal model. Finite Element simulations are performed to verify the effectiveness of the design methodology and validate the optimization procedure. Aspects such as combinations of slots and poles numbers, winding scheme, harmonics, losses, inductances and influence of switching in torque are also discussed allowing a better design for more efficient, economic and sustainable solutions.
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Estudo e otimização de um atuador linear com imã permanente e alta frequência de ressonância aplicado a sistemas de refrigeraçãoPompermaier, Cristófaro 24 October 2012 (has links)
Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2009 / Made available in DSpace on 2012-10-24T16:21:04Z (GMT). No. of bitstreams: 1
275393.pdf: 4002670 bytes, checksum: 469ff82b0090cfab9530bd4bd13888d7 (MD5) / Este trabalho aborda o estudo de um atuador linear para aplicação em compressores herméticos. Primeiramente, apresenta-se uma revisão básica sobre os aspectos gerais dos sistemas de refrigeração. Desenvolve-se a modelagem analítica do atuador, utilizando o modelo de relutância para cálculo do fluxo magnético e para obtenção da força eletromotriz induzida. O atuador é, então, modelado a partir das equações de Maxwell para o problema magnetostático. Essas equações são resolvidas usando-se o MEF com o auxílio de software. Devido à simetria do atuador é usada a formulação axissimétrica em potencial vetor. Em seguida, apresenta-se a metodologia de cálculo desenvolvida nesse trabalho para projetar um atuador. O trabalho também mostra a metodologia experimental e a bancada de testes utilizada durante as medições, onde se optou pelo conceito de acoplamento Back-to-Back dos motores avaliados. Além disso, métodos de otimização são estudados e o atuador proposto é otimizado com uma ferramenta de otimização baseada em algoritmos genéticos. Por fim, os resultados obtidos analítica e numericamente são comparados com os resultados obtidos em medições experimentais. A boa concordância entre os resultados permite validar a metodologia de projeto proposta nesse trabalho. / The aim of this work is to study a linear actuator for the application in hermetic compressors. Firstly, a basic review on the general aspects of refrigeration systems is presented, which is followed by the analytical modeling of the linear actuator, using the reluctance model for the magnetic flux and induced electromotive force calculations. The actuator is then modeled from Maxwell's equations for the magnetostatic problem, which are solved using the Finite Element Method supported by the software FEMM. Due to the symmetry of the actuator an axi-symmetric vector potential formulation is used. After that, the developed calculation procedure to design the actuator is presented, as well as the experimental methodology and the test bench used for the measurement of the prototypes performance, where the "Back-to-Back" coupling concept is chosen. Moreover, optimization methods are studied and the proposed actuator is optimized with an optimization tool based on genetic algorithms. Finally, the results obtained analytically and numerically are compared to the results obtained in experimental measurement. The good agreement between the results allows to validate the design methodology proposed in this work.
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Análise do funcionamento assíncrono de um motor monofásico síncrono de ímãs permanentes com partida diretaKalluf, Flávio Jorge Haddad January 2010 (has links)
Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica / Made available in DSpace on 2012-10-25T08:11:31Z (GMT). No. of bitstreams: 1
303778.pdf: 6180783 bytes, checksum: 7527e4ebce338d2a006376414c378891 (MD5) / Recentemente, nota-se um aumento crescente na preocupação com as causas ambientais. Em escala mundial, a consciência ecológica e, em particular, a aceleração do aquecimento global pela emissão de gases de usinas termoelétricas, têm aumentado cada vez mais a pressão sobre os fabricantes de máquinas elétricas no sentido de disponibilizar produtos de alta eficiência. Os motores síncronos de partida direta com ímã permanente (LSPM) podem ser considerados uma alternativa ao motor de indução convencional por oferecer alta eficiência e fator de potência elevado. Neste trabalho, é apresentada uma introdução inicial a respeito dos motores síncronos. Também são destacadas as características construtivas importantes para o projeto deste tipo de motor. O efeito da geometria do estator e rotor no funcionamento assíncrono do motor LSPM é analisada através de uma nova proposta de modelagem. O efeito do torque de freio gerado pelo magneto é estudado e aplicado à teoria do motor de indução de modo a gerar um método completo de modelagem. Finalmente, uma comparação entre os resultados das simulações e dos experimentos é apresentada, e em sequencia, são apresentadas as conclusões e sugestões para trabalhos futuros. / In recent years, there has been a significant increase in awareness of environmental issues. Worldwide concern for the environment and, in particular, the acceleration of global warming by the emission of gases from power stations is leading to growing pressure on manufacturers to produce higher efficiency electrical machines. Linestart permanent magnet (LSPM) motor is noted as an alternative to the conventional induction motor because it offers a very high efficiency and high power factor. In this work, a initial background about synchronous motors is given. Also, the important constructive characteristics are explained in order to give the reader a better idea about the challenges involved in the motor design. The effects of stator and rotor geometries on the asynchronous behavior of the LSPM motor are analyzed using a new proposed analytical modeling. The effect of the magnet braking torque was studied and applied to the current induction motor theory to generate the complete simulation method. Finally, a comparison between simulation and experimental results is presented, which is followed by the conclusions and suggestions for further studies.
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Projeto eletromagnético ótimo de gerador síncrono de imãs permanentes para aplicações com dispositivos com ondas de marCares, Cristhian Marcelo Becker January 2016 (has links)
Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2016. / Made available in DSpace on 2017-05-02T04:07:44Z (GMT). No. of bitstreams: 1
345238.pdf: 3074374 bytes, checksum: 9cbf1bee316322ad8bd16d2f96f57c88 (MD5)
Previous issue date: 2016 / Este trabalho apresenta o dimensionamento elétrico e magnético de um gerador síncrono de ímãs permanentes de fluxo magnético radial que será acoplado em um dispositivo de conversão eletromecânica de energia, cuja energia primária é proveniente do movimento das ondas do mar. Primeiramente, calcula-se a geometria do rotor e do estator a partir de especificações das induções magnéticas, da tensão tangencial do rotor, da densidade máxima de corrente nos enrolamentos, e das características elétricas do gerador na condição nominal. Em seguida, aplica-se uma técnica de otimização a fim de maximizar a potência transferida no entreferro considerando como restrição o valor máximo de densidade linear de corrente do gerador na condição nominal. A otimização permite redimensionar a geometria do estator e diminuir a massa de aço elétrico utilizado, reduzindo assim o custo do gerador. Com a geometria e os materiais definidos, realiza-se a modelagem do gerador usando o método de elementos finitos para verificar se as grandezas como induções magnéticas, força eletromotriz induzida (em vazio), tensões elétricas (com carga), e torque eletromagnético atendem as especificações do projeto. Analisando os resultados das simulações, conclui-se que as induções da máquina estão em faixas de operação aceitáveis e que não há saturação magnética no gerador na condição nominal, e que as condições de potência e torque especificadas são atendidas.<br> / Abstract : This work presents the electric and magnetic sizing of a permanent magnet synchronous generator of radial flux, which will operate coupled to an electromechanical device for energy conversion whose primary source of power are sea waves. Initially, the rotor and stator geometry is calculated based on specifications of magnetic induction, rotor tangential tension, maximum current density on windings and electrical characteristics of the generator at rated condition. Then, an optimization technique is employed to maximize the air-gap power, considering as a restriction the maximum value of current linear density of the generator at rated condition. The optimization process allows the adjustment of the stator geometry in order to reduce the weight of the magnetic core, thus reducing the cost of the generator. Once the geometry and the materials are defined, the generator is modeled through the finite element method in order to verify if the values of magnetic induction, induced voltage at no load condition, voltage under load and electromagnetic torque meet the project specifications. From the analysis of the simulation results it is concluded that the values of magnetic induction stand within acceptable operating ranges without magnetic saturation and that the specified power and torque conditions are met.
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Projeto de geradores síncronos a ímãs permanentes para aplicações em sistemas eólicosVeiga, Tiago Natan Ardaia January 2011 (has links)
Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2011 / Made available in DSpace on 2012-10-26T07:33:16Z (GMT). No. of bitstreams: 1
291292.pdf: 1967597 bytes, checksum: 7c34fcddd3290c2a41b2098a02d80bf6 (MD5) / O projeto de máquinas síncronas com ímãs permanentes é abordado nesta Dissertação. Assumem-se valores iniciais para fazer abordagens de dimensionamento. A partir das principais dimensões de um gerador eólico previamente estabelecido, usa-se o EFCAD para fazer cálculos eletromagnéticos em Elementos Finitos bidimensionais. Partindo de frentes de projeto mecânico, elétrico, magnético e térmico, faz-se uma avaliação de engenharia para buscar fontes de informações para obter a melhor comparação entre cálculos analíticos e simulações. No decorrer deste trabalho, todos os cálculos são feitos visando à construção de um protótipo de 3 kW/220 V. Trata-se de um gerador eólico cujo acompanhamento fez parte das rotinas deste trabalho e em conjunto com questões de fabricação, procurou-se alinhar ou pelo menos se buscou a melhor aproximação entre as possíveis medições físicas e os resultados analíticos e das simulações. Ao final, três apêndices são mostrados para complementar parte dos fundamentos teóricos eventualmente necessários para melhor compreensão de aspectos de modelagem. Visualizações tridimensionais também estão disponíveis. / Taking part in mechanical design, electrical, magnetic and thermal loadability, it is an engineering evaluation interesting to take sources of information and obtain the best comparison between analytical calculations and simulations. In this work, most calculations are made for the construction of a 3 kW/220V prototype. This is a wind generator which was part of routine monitoring of this work and in conjunction with manufacturing concerns, sought to align or at least sought the best possible rapprochement between the physical measurements and analytical results and simulations. Finally, three appendices are completing some aspects of theoretical foundations that may be needed for better understanding modeling aspects. Tridimensional views are also available.
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Projeto e otimização de geradores síncronos a ímãs permanentes e introdução a otimização de gamasResmini, Filipe Nunes January 2013 (has links)
Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2013. / Made available in DSpace on 2014-08-06T17:29:02Z (GMT). No. of bitstreams: 1
322572.pdf: 5317607 bytes, checksum: 48e8d99a52f11a206728d52ad4ace4ef (MD5)
Previous issue date: 2013 / O método clássico de projeto de máquinas elétricas é geralmente baseado apenas em equações analíticas e hipóteses, e é aprimorado com o auxílio de métodos numéricos. Devido a estes fatores este processo pode ser lento e muito dependente da experiência do projetista. Este trabalho traz uma metodologia de projeto de geradores síncronos a ímãs permanentes que, além das equações, utiliza redes de relutâncias e algoritmos de otimização, de modo a obter projetos de alta qualidade de maneira mais eficiente. Este método é apresentado com o desenvolvimento de dois geradores síncronos simultaneamente, onde a cada etapa é aplicado o Método de Elementos Finitos para avaliação dos resultados e validação dos modelos. A última seção do texto introduz o conceito de Otimização de Gamas, uma teoria que tem por objetivo encontrar a solução ótima para uma série de máquinas diferentes ao invés de otimizar cada máquina individualmente.<br>
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[pt] ONDAS ULTRASSÔNICAS DE CISALHAMENTO HORIZONTAL GUIADAS EM DUTOS COM CAMADA DE REVESTIMENTO E SUA APLICAÇÃO NA DETECÇÃO DE DEFEITOS / [en] SHEAR HORIZONTAL GUIDED WAVES IN COATED PIPES AND ITS APPLICATION IN DEFECT DETECTIONCHRISTIANO MOREIRA DO NASCIMENTO 08 February 2024 (has links)
[pt] Ondas ultrassônicas guiadas de cisalhamento horizontal (do inglês, shear
horizontal SH) são comumente usadas para avaliação não destrutiva de placas
e tubos. Em dutos de aço, uma camada de revestimento é frequentemente
aplicada à superfície externa dos mesmos para evitar a corrosão. O material
do revestimento apresenta impedância acústica consideravelmente menor que
a do material principal dos dutos, a saber aço; todavia, sua presença pode
alterar significativamente as características de propagação dos modos de onda SH
guiada, haja vista que se trata de um problema de propagação em guia de onda
multicamadas. Devido às propriedades viscoelásticas do material do revestimento,
comumente utilizado, os modos de onda guiada que conhecidamente se propagam
de maneira adequada em um duto cru, podem se tornar uma escolha inadequada em
um duto revestido devido à alta atenuação, impossibilitando inspeções corriqueiras.
Nesta dissertação, investiga-se quais modos SH são mais adequados para uma
inspeção circunferencial de um tubo revestido de interesse, a saber, um duto de aço
de espessura de 6.35 mm com revestimento de polietileno de espessuras variáveis.
Um modelo semi-analítico foi utilizado para calcular as curvas de dispersão e
atenuação e um modelo numérico de elementos finitos foi explorado para investigar
os modos de propagação em um guia de onda revestidos e sob a presença de
defeitos. Resultados mostram que, no regime de espessura de alta frequência, o
modo quasi-SH0 no comprimento de onda 10 mm é a escolha mais adequada para
uma primeira avaliação, sem conhecimento prévio do espécime. No entanto, com o
conhecimento das características do espécimen avaliado, pode-se selecionar outros
modos que possam ter menor atenuação. Conclui-se que, uma seleção cuidadosa
do modo de operação mais adequado é fundamental para inspecionar defeitos em
dutos revestidos de interesse. Para os casos analisados, a saber, SH0 e SH1 com
comprimentos de onda de 25 mm, 20 mm, 15 mm e 10 mm, os modos de mais
adequados são SH1 em 25mm - 285 kHz, SH0 em 20 mm - 160 kHz, SH0 em 15
mm - 210 kHz, SH1 em 15 mm - 330 kHz, SH0 em 10 mm - 310 kHz e SH1 em
10 mm - 400 kHz, apresentando atenuação aproximada de 21 dB/m, 3 dB/m, 15
dB/m, 13 dB/m, 4 dB/m e 17 dB/m, respectivamente, e clara identificação do
defeito através de sua refletividade. Portanto, o presente estudo é útil no projeto
de um setup experimental confiável ao analisar um duto cujo revestimento possui
propriedades viscoelásticas. / [en] Shear horizontal (SH) ultrasonic guided waves are commonly used for
non-destructive evaluation of plates and pipes. In steel pipes, a coating layer
is often applied to the outer surface in order to prevent it from corrosion. The
applied coating layer presents considerably lower acoustic impedance than the
pipe main material, namely, steel, nevertheless, its presence significantly affects
the propagation characteristics of SH guided wave modes, since one deals with
a multilayered waveguide problem. Due to the viscoelastic properties of the
coating layer, ultrasonic guided wave modes that adequately propagate in an
equivalent bare pipe can become an unsuitable choice in a coated pipe, due to high
attenuation, rendering pipe inspection unfeasible. In this thesis, it was investigated
which SH guided wave modes are more adequate for circumferential inspections of
a coated pipe of interest, namely, a 6.35 mm thick steel pipe and a polyethylene
coating whose thicknesses varies. A semi-analytical model was used to calculate
the dispersion and attenuation curves and a finite element numerical model was
further exploited to investigate the propagating modes in coated waveguided
under the presence of defects. Results show that, in the analyzed cases, at the
high-frequency-thickness regime, the quasi-SH0 mode at 10 mm wavelength is the
most suitable choice for an evaluation with no previous knowledge of the specimen.
However, with knowledge of the characteristics of the evaluated specimen, it is
possible to select other modes that can have a lower attenuation. Therefore, a
careful selection of the most suitable operating mode is paramount in order to
inspect a defect with ultrasonic guided waves in pipes with coating. Considering
the studied cases, namely, SH0 and SH1 at of 25 mm, 20 mm, 15 mm, and 10 mm
wavelength, the most suitable SH guided wave modes are SH1 at 25mm - 285 kHz,
SH0 at 20 mm - 160 kHz, SH0 at 15 mm - 210 kHz, SH1 at 15 mm - 330 kHz,
SH0 at 10 mm - 310 kHz and SH1 at 10 mm - 400 kHz, showing approximated
attenuation of 21 dB/m, 3 dB/m, 15 dB/m, 13 dB/m, 4 dB/m and 17 dB/m,
respectively, and clear defect identification by mean of its reflectivity. Therefore,
the present study is useful in order to design a reliable experimental setup when
analyzing a pipe whose coating has viscoelastic properties.
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