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Depuis la création des moteurs à combustion interne, les recherches sur les moteurs essence et diesel se sont développées indépendamment. Afin de réduire les temps et les coûts de développement d’un moteur, une approche unifiée de conception serait intéressante. Dans ce cadre, le contrôle et la mise au point des moteurs à combustion interne pourrait être elle aussi unifiée. Bien évidemment, ce contrôle doit être stable, robuste vis-à-vis des disparités de fabrication, comme de fonctionnement. Cette thèse porte alors sur une démarche unifiée, pour les moteurs essence comme pour les moteurs diesel, afin d’obtenir un contrôle robuste de la chaîne d’air du moteur. La chaîne d’air du moteur contient les éléments permettant de contrôler la quantité et les proportions d’air et de gaz neutres dans le cylindre (Recirculation des gaz d’échappement, papillon d’admission, turbocompresseur). Cette démarche unifiée de commande, permettant de contrôler les systèmes monovariables, tout comme multivariables non carrés (nombre d’entrées différent du nombre de sorties), contient plusieurs étapes : identification d’un modèle du système, analyse du système permettant d’en déduire une structure de contrôle, synthèse d’un contrôleur autour d’un nominal, vérification de la robustesse en stabilité, tests du contrôle. Le couplage des entrées vers les sorties, les non linéarités sont pris en compte lors de la synthèse du contrôleur. Cette méthode de conception a été validée sur plusieurs applications dont un moteur essence et un moteur diesel. Des résultats expérimentaux sur un banc moteur diesel haute dynamique ont montrés que la commande multivariable permettait de réduire les émissions d’oxydes d’azote. / Since the creation of internal combustion engines, research on gasoline and diesel engines were developed independently. To reduce the time and cost of developing an engine, a unified design approach would be interesting. In this context, control and development of internal combustion engines could also be unified. Obviously, this control must be stable, robust with respect to manufacturing disparities and operating points. This thesis then focuses on a unified approach for gasoline engines as well as diesel engines, to achieve a robust of the air path. The engine air path contains the information needed to control the amount and proportions of air and neutral gases in the cylinder (exhaust gas recirculation, throttle valve, turbocharger). This unified approach to control monovariable systems, as well as non-square multivariable systems (number of inputs different from the number of outputs), consists of several steps: identification of a model of the system, system analysis to deduce a control structure, synthesis of a controller around a nominal model, check robust stability, control tests. The coupling inputs to outputs and nonlinearities are taken into account during the synthesis of the controller. This design method has been validated in several applications including a gasoline engine and a diesel engine. Experimental results on a diesel engine high dynamics test bench have shown that the multivariable control results in lower emissions of nitrogen oxides.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:35:40Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2006-04Bitstream added on 2014-06-13T18:47:03Z : No. of bitstreams: 1 reis_ja_dr_guara.pdf: 3822491 bytes, checksum: c9fd5a88d775153288d737de07be90be (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Este trabalho desenvolve o projeto, aqui entendido como a seleção das unidades que atendam às exigências de obtenção de eletricidade, calor e frio, e a montagem de um sistema de cogeração que usa um motor de pequeno porte associado a uma máquina de absorção e trocadores de calor que satisfarão tais exigências de uma maneira a mais econômica possível, isto é, otimizado em termos de custos. Aplicando-se um método de obtenção dos custos associados à exergia, cria-se um quadro de custos exergéticos para a obtenção de cada produto, e a soma de cada custo constitui o que chama-se de custo de manufatura exergética. O estudo demonstra que é possível aplicar esse método e identificar os pontos de deficiência de um sistema térmico como o mostrado e ,com isso, tomar medidas que venham a melhorar seu desempenho. Essa otimização física não se utiliza de conhecidos algoritmos de otimização matemática, utilizando-se de dados físicos e termodinâmicos medidos, O método permite identificar a forma operacional (basicamente a rotação do motor) que apresente os menores custos. A compreensão dos aspectos gerais da cogeração, das tecnologias envolvidas, com suas vantagens e desvantagens, torna possível aplicar a avaliação exergética associada a conceitos econômicos,e, com essa análise, tomar-se medidas que melhorem o desempenho do sistema em estudo. / This work develop the design of a cogeneration system with a small internal combustion engine coupled with an absorption refrigeration unit utilised in the production of a refrigeration effect, heating effect and electrical power generation with the utilization of exhaust waste heat, in a most possible economic way, i.e., optimized within limits of costs. By developing a method of costs associated to exergy, raises an exergetic costs for each unit, and the total costs is called manufacture exergetic cost. This study demonstrate that the appliance of this method identify the failures in the system and indicate where applies measures that improves its performance. This optimization do not utilizes mathematical algorithms, it is a physical optimization that use thermodynamics and physical data. The objective of this method is to identify the operational form that introduces the smaller cost. This compact cogeneration system have an internal combustion engine coupled with two heat exchangers and an absorption engine. The comprehension of general aspects of cogeneration technologies, its advantages and disadvantages turn possible to apply the exergetic evaluation associated with economic concepts to improve the performance of the system.

Resumo: Este trabalho desenvolve o projeto, aqui entendido como a seleção das unidades que atendam às exigências de obtenção de eletricidade, calor e frio, e a montagem de um sistema de cogeração que usa um motor de pequeno porte associado a uma máquina de absorção e trocadores de calor que satisfarão tais exigências de uma maneira a mais econômica possível, isto é, otimizado em termos de custos. Aplicando-se um método de obtenção dos custos associados à exergia, cria-se um quadro de custos exergéticos para a obtenção de cada produto, e a soma de cada custo constitui o que chama-se de custo de manufatura exergética. O estudo demonstra que é possível aplicar esse método e identificar os pontos de deficiência de um sistema térmico como o mostrado e ,com isso, tomar medidas que venham a melhorar seu desempenho. Essa otimização física não se utiliza de conhecidos algoritmos de otimização matemática, utilizando-se de dados físicos e termodinâmicos medidos, O método permite identificar a forma operacional (basicamente a rotação do motor) que apresente os menores custos. A compreensão dos aspectos gerais da cogeração, das tecnologias envolvidas, com suas vantagens e desvantagens, torna possível aplicar a avaliação exergética associada a conceitos econômicos,e, com essa análise, tomar-se medidas que melhorem o desempenho do sistema em estudo. / Abstract: This work develop the design of a cogeneration system with a small internal combustion engine coupled with an absorption refrigeration unit utilised in the production of a refrigeration effect, heating effect and electrical power generation with the utilization of exhaust waste heat, in a most possible economic way, i.e., optimized within limits of costs. By developing a method of costs associated to exergy, raises an exergetic costs for each unit, and the total costs is called manufacture exergetic cost. This study demonstrate that the appliance of this method identify the failures in the system and indicate where applies measures that improves its performance. This optimization do not utilizes mathematical algorithms, it is a physical optimization that use thermodynamics and physical data. The objective of this method is to identify the operational form that introduces the smaller cost. This compact cogeneration system have an internal combustion engine coupled with two heat exchangers and an absorption engine. The comprehension of general aspects of cogeneration technologies, its advantages and disadvantages turn possible to apply the exergetic evaluation associated with economic concepts to improve the performance of the system. / Orientador: José Luz Silveira / Coorientador: Edson Bazzo / Banca: Pedro Magalhães Sobrinho / Banca: Julio Santana Antunes / Banca: Jose Rui Camargo / Banca: Newton Galvão de Campos Leite / Doutor

Submitted by Kilvya Braga (kilvyabraga@hotmail.com) on 2018-04-27T12:26:50Z No. of bitstreams: 1 DÉBORA VERÔNICA SOARES DA SILVA - DISSERTAÇÃO (PPGEM) 2016.pdf: 2745165 bytes, checksum: dc06b85aa4e599aca0f2669880e12954 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-04-27T12:26:50Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DÉBORA VERÔNICA SOARES DA SILVA - DISSERTAÇÃO (PPGEM) 2016.pdf: 2745165 bytes, checksum: dc06b85aa4e599aca0f2669880e12954 (MD5) Previous issue date: 2016-02-29 / CNPq / A crise energética em 2001 evidenciou a necessidade de expansão dos investimentos no Setor Elétrico Brasileiro. Em função da crise hidráulica, ocorreu um incentivo governamental para a geração elétrica a partir do acionamento das Termelétricas. Em 2013, o setor elétrico brasileiro emitiu cerca de 115 kg de CO2 para produzir 1 MWh. No Brasil, atualmente cerca de 41 Termelétricas utilizam óleo combustível e 2122 utilizam óleo diesel. Os combustíveis utilizados no motor da Termelétrica em estudo são do tipo: diesel e óleo combustível que contém baixo teor de enxofre. Neste sentido, o objetivo desta pesquisa é analisar as emissões em uma Termelétrica para compostos formados na combustão dos motores: CO, CO2, SO2, NO, NOx tendo como elemento de comparação as emissões do O2 residual da combustão. Experimentos foram realizados em escala de potências crescente e decrescente no motor com capacidade de geração de 8,45 MW com intervalos de 1 MW. Os dados das emissões dos gases no motor foram coletados através do equipamento analisador de gases de exaustão e serão comparados com dados das condições do motor em operação através do sistema de monitoramento da UTE que possibilita armazena os dados e a visualização dos sistemas que compõe o motor em tempo real. O estudo comparativo com a Tese de Costa (2007) em um motor de 150 KW instalado no laboratório de Termogeração da UFCG mostra que elevação do consumo de diesel com elevação da potência de acordo com a literatura. Apontando a tendência da redução do consumo de combustível poluente, diesel, por um combustível de fonte mais limpa, o gás natural, em motores de 8,45 MW de uma Termelétrica, visando a redução das emissões dos poluentes primários da combustão devido à utilização do modo dual, operando com diesel e gás natural nos motores da Termelétrica, mantendo as características originais do motor, o bom desempenho e elevando a eficiência energética. / The energy crisis in 2001 highlighted the need for expansion of investments in the Brazilian power sector. Depending on the hydraulic crisis, there was a government incentive for electricity generation from the drive of Thermoelectric. In 2013, the Brazilian electricity sector issued about 115 kg of CO2 to produce 1 MWh. In Brazil, currently about 41 thermoelectric plants use fuel oil and diesel oil use in 2122. The fuel used in the thermoelectric engine studied are like, diesel and fuel oil containing low-sulfur. In this sense, the objective of this research is to analyze the issues in a Thermal Power Plant to compounds formed in combustion engines: CO, CO2, SO2, NO, NOx having as comparator emissions from residual O2 combustion. Experiments were performed on a scale of increasing and decreasing the engine power 8.45 MW of generating capacity of 1 MW ranges. The data of emissions of gases in the engine were collected through the analyzer of exhaust gas equipment and will be compared with data from the engine conditions in operation through the UTE monitoring system that enables stores data and visualization systems that make up the engine in real time. The comparative study with the Thesis Costa (2007) in a 150 kW engine installed on Thermogeneration UFCG laboratory shows that rising diesel consumption with power lift according to the literature. Pointing the trend of reducing polluting fuel consumption, diesel by a cleaner fuel source, natural gas in engines of 8.45 MW of thermoelectric aimed at reducing emissions of primary pollutants from combustion due to the use of dual mode, operating with diesel and natural gas in the thermoelectric engines, maintaining the original characteristics of the engine, good performance and increasing energy efficiency.

Orientador: Caio Glauco Sanchez / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica. / Made available in DSpace on 2018-08-05T06:34:56Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Almeida_AlexandreAmaralde_M.pdf: 1803116 bytes, checksum: 09df9f4fd3968f1e76a55f1642fcfa37 (MD5) Previous issue date: 2005 / Resumo: Os motores de combustão interna têm sido a principal fonte geradora de trabalho mecânico, especialmente em veículos automotores e sua quantidade tem se expandido de forma exponencial desde sua invenção, no século XIX. Os efeitos deste crescimento podem ser observados pelo aumento do consumo mundial de petróleo e da concentração de gases tóxicos na atmosfera, principalmente nas grandes cidades. Por este motivo, foi desenvolvido o presente trabalho, que tem por objetivo quantificar as melhorias no desempenho e economia de combustível obtidas em um motor automobilístico através do uso de um sistema de ignição dupla. Os ensaios foram realizados usando um motor VW refrigerado a ar e com dupla carburação (1.6 l de cilindrada e taxa de compressão 7,2:1) alimentado com álcool etílico hidratado. Foram feitas análises comparativas com ensaios em plena carga e em cargas parciais (0,8 e 0,9 atm de pressão absoluta no coletor de admissão) a 2000, 3000 and 4000 rpm de forma a evidenciar as vantagens e desvantagens do sistema com ignição dupla. O sistema de ignição dupla foi projetado de modo que as centelhas nas duas velas de cada cilindro ocorressem simultaneamente e que fosse possível o controle dos tempos de ignição. Os resultados obtidos indicam uma melhoria no desempenho para todas as condições de operação, com regimes de carga parcial em que os ganhos superaram os 20% em torque e potência e 15% no consumo específico de combustível / Abstract: Internal combustion engines have been the major source of mechanical work, especially in automotive vehicles, and their amount has expanded exponentially since their invention, in the 19th century. The effects of this growth can be observed in the increasing world petrol demand and concentration of toxic gases in the atmosphere, especially in major cities. For this reason, the present work was developed with the objective to quantify the performance and the specific fuel consumption improvement of an automotive engine operating with a dual ignition system. The tests were made using an air-cooled VW engine with two carburetors (1.6 l displacement and with a 7.2:1 compression ratio) using hidrated ethanol. Comparative analysis were made with data gathered in the tests at WOT (wide open throttle) and partial loads (admission pressures of 0,8 and 0,9 atm) at 2000, 3000 and 4000 rpm in order to evidence advantages and disadvantages of the dual ignition system. The ignition system was designed to generate two simultaneous sparks in each cylinder allowing its timing control. The results indicate a trend of improvement in the performance for all the conditions tested, with profits that surpassed 20% in torque and power and 15% in the specific fuel consumption in partial load operation conditions / Mestrado / Termica e Fluidos / Mestre em Engenharia Mecânica

Submitted by Pedro Silva Filho (pfsilva@ipen.br) on 2017-11-17T17:51:24Z No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2017-11-17T17:51:24Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Atualmente, uns dos grandes desafios para a indústria automobilística é aumentar o desempenho do conjunto mecânico responsável por selar a câmara de combustão interna de motores automotivos e também reduzir os seus custos de obtenção. O objetivo deste trabalho foi o de tratar termicamente insertos de assentos de válvulas (do inglês valve seat insert, VSI) obtidos pela rota de metalurgia do pó. Esta técnica possibilitou a substituição do cobalto e do chumbo, devido ao seu elevado custo e efeito toxicológico, respectivamente. Ao longo do trabalho foram avaliados VSI obtidos com três misturas de pós diferentes, sendo que os elementos comuns nestas três misturas foram os pós de ferro, sulfeto de manganês, carboneto de nióbio, grafite, estearato de zinco e cobre. Em cada uma destas misturas variou-se apenas os tipos de pós de aços rápidos e aço ferramenta utilizado, sendo estes o aço rápido AISI M3:2 (Mistura 1), aço rápido AISI M2 (Mistura 2) e aço ferramenta AISI D2 (Mistura 3). Os tratamentos térmicos aplicados aos VSI consistiram em têmpera ao ar e têmpera ao óleo, ambas seguidas de duplo revenimento em sete temperaturas equidistantemente diferentes, variando de 100 °C a 700 °C. Os ciclos dos tratamentos térmicos foram determinados por meio da utilização de termopares do tipo k acoplados à um sistema de aquisição de dados. As propriedades físicas e mecânicas dos VSI foram determinadas através da dureza aparente, densidade aparente e resistência à ruptura radial. A caracterização microestrutural foi realizada utilizando-se a microscopia óptica e microscopia eletrônica de varredura. A composição química foi determinada por meio da análise elementar e por espectrometria de fluorescência de energia dispersiva de raios X. Os melhores resultados em relação às propriedades mecânicas dos VSI foram obtidas para os insertos temperados ao ar e duplamente revenido a 600 °C para a Mistura 1 e Mistura 2, e a 500 °C para Mistura 3. Já para a têmpera ao óleo, as melhores respostas foram para os VSI obtidos com a Mistura 1 duplamente revenida a 400 °C e a, 300 °C para os componentes obtidos com a Mistura 2 e Mistura 3. / Dissertação (Mestrado em Tecnologia Nuclear) / IPEN/D / Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

Orientador: Marco Lucio Bittencourt / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-14T01:38:11Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Alegre_GuilhermeHenriqueMayer_M.pdf: 18594368 bytes, checksum: a22730b477e886d2870d148716ff563c (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: Legislações mais severas em relação ao consumo de combustível e a redução na emissão de gases estão fazendo com que os motores de combustão interna operem com pressões de combustão cada vez mais elevadas. Como consequencia destas restrições, os mancais são afetados diretamente. Este trabalho tem como principal objetivo estudar a viabilidade do uso de mancais ativos para o aumento do desempenho dos mancais de motores de combustão interna, principalmente na redução de atrito e desgaste. Um conjunto de simulações numéricas em mancais hidrodinâmicos foi realizada para avaliar a influencia no comportamento do filme de oleo a partir da variação da pressão de injeção de lubrificante e sua posição angular em relação ao mancal. Um segundo conjunto de simulações avaliou a influencia no comportamento do filme de oleo de uma descontinuidade e sua posição angular. Essa descontinuidade pode ser considerada um perfilamento na superficie do alojamento do mancal. Uma terceira e quarta series de simulações avaliaram a influencia da magnitude do carregamento e o seu modo, dinamico ou estatico, no comportamento do filme de oleo de mancais com descontinuidade em seu alojamento. Por fim, a partir dos dados gerados nas simulações e nos princípios sobre mancais ativos, foi possível avaliar a viabilidade técnica do uso destes tipos de mancais em motores de combustão interna, propondo-se uma configuração básica de um novo mancal ativo. / Abstract: Severe legislative requirements on fuel consumption and reduction of exhaust emissions require that the internal combustion engines operate with higher combustion pressures. As a result of these restrictions, the bearings are directly affected. The main objective of this work is the feasibility study on using active bearings to increase the performance of internal combustion engines bearings, primarily to reduce friction and wear. Numerical simulations of a hydrodynamic bearing were performed to evaluate the behavior of the oil film due to the variation of the oil pressure injection and its angular position in relation to the bearing. A second set of simulations evaluated the behavior of the oil film due to a discontinuity on the bearing shell and its angular position. This discontinuity can be considered a profile on the bearing shell surface. A third and fourth series of simulations evaluated the behavior of the oil film on a bearing shell with discontinuity, influenced by the magnitude of the load and its dynamic or static mode. Finally, from the data generated in simulations and on active bearing principles, it was possible to evaluate the technical feasibility of using these types of bearings in internal combustion engines. A basic configuration for a new active bearing was proposed. / Mestrado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Mestre em Engenharia Mecânica

Os motores de combustão interna (MCI) têm sido usados pela humanidade há mais de 100 anos e ainda continuarão por muito tempo em virtude da sua alta confiabilidade e baixo custo de produção. No entanto, eles apresentam grande impacto ambiental em relação à emissão de \'CO IND.2\'. Atualmente, diversos trabalhos têm sido realizados com o objetivo de reduzir o consumo de combustíveis, o que conseqüentemente resulta em redução de emissões. Esses trabalhos englobam melhoramentos de projeto, desenvolvimento de novos materiais e lubrificantes de maior desempenho. No presente trabalho desenvolveu-se um lubrificante que contém partículas magnéticas constituídas de Compostos Intermetálicos Lubrificantes (CIL), que foi avaliado em tribômetro do tipo quatro esferas. Este lubrificante foi testado nas temperaturas de 60 ºC, 100 ºC e 150 ºC, sob perfil de carga específico e rotação de 1.500 rpm. Comparado com outro óleo de mesmo grau SAE de viscosidade, apresentou desempenho friccional superior, exceto para a temperatura de 150 ºC. Constatou-se que as partículas de CIL atuavam através da combinação da atividade superficial e atração magnética provocada pelo processo friccional das superfícies. Também se realizou um estudo de simulação computacional, com o objetivo de avaliar os efeitos da presença de CIL sobre o desempenho global de um motor de combustão interna, variando-se as viscosidades dos lubrificantes comparados, dentro do mesmo grau SAE. A conclusão é que um motor operando com o óleo formulado com CIL apresentou melhor desempenho do que quando operava com óleo comercial. Ainda se constatou, teoricamente, que dentro de um mesmo grau de viscosidade, o óleo de viscosidade menor pode oferecer ganhos de potência superiores a um motor que opere com outro óleo de viscosidade maior, com uma boa capacidade de proteção contra o desgaste, em virtude da presença das partículas de CIL. / The internal combustion engines have been used for 100 years and they will continue being used for many years, especially because of high reliability and low costs of production. Nevertheless, they produce a lot of \'CO IND.2\' emissions. Nowadays, worldwide, several projects are being performed in order to save fuels and reduce the emissions and for that, new materials and high performance lubricants are being developed. In this work it was developed a lubricant that contained magnetic particles, called lubricant intermetalic compound (CIL) and it was evaluated in a four ball tribometer, under 60 ºC, 100 ºC and 150 ºC, using a specific load profile and a speed of 1.500 rpm. When the magnetic oil was compared with commercial oil, in the same SAE viscosity grade, it presented a better frictional performance, except for 150 ºC. It was verified that the mechanism of the magnetic lubricant was a combination of particles superficial activity and attraction magnetic obtained by frictional process of the surfaces. Also, it was carried out a computational simulation for an internal combustion engine, in order to compare the performance of the magnetic lubricant with commercial oil, and evaluating the effect of the viscosities. The lubricant prepared with CIL presented a power increase, when compared to commercial oil, and for the same grade viscosity, the lower viscosity oil presented a better performance, besides of offering a good protection against wear.

O controle de emissões em veículos pesados está em foco desde a década de 90, com a criação de regulamentações nacionais e internacionais que impõe limites cada vez mais rígidos para as concentrações de poluentes emitidos por estes veículos. O desenvolvimento de novas tecnologias possui papel fundamental neste processo, buscando redução nos níveis de emissões com mínimo impacto negativo no desempenho e no consumo do veículo. Para tanto, o presente trabalho visa avaliar a influência da posição dos dutos de admissão de ar de cabeçotes de motores a combustão interna, especificamente em motores de ignição por compressão (MIC) de 4 válvulas, no escoamento de ar dentro do cilindro. O escoamento do ar e o movimento de swirl são fatores importantes para a mistura e distribuição do combustível injetado, e quando otimizados para uma queima melhor distribuída, contribuem para redução nos níveis de emissões. Procura-se investigar quais direções características dos dutos são determinantes para o escoamento e para o comportamento de swirl do motor através de simulações em fluidodinâmica computacional (Computational Fluid Dynamics - CFD) utilizando o programa CD-adapco STAR-CCM+®. Os resultados de alguns dos cenários simulados são comparados a resultados de testes experimentais realizados em bancada de medição de swirl, no âmbito de outro trabalho sendo desenvolvido no mesmo grupo de projeto. / The emissions control in heavy-duty vehicles has been in focus since the 1990\'s, with the creation of national and international regulations which impose strict limits for pollutant concentrations released by these vehicles. The development of new technologies has a fundamental role in this process, aiming the reduction of emission levels with minimum impact on the performance and fuel consumption of the vehicle. Therefore, the present study aims to evaluate the influence of the position of intake ports in cylinder heads from internal combustion engines, specifically 4-valves compression-ignition (CI) engines, in the in-cylinder air flow. The air flow and swirl motion are important factors for the mixture and distribution of injected fuel, and when optimized for a better distributed combustion, contribute for the reduction of emission levels. This study investigates the characteristic directions of ports which are determinant for the air flow and swirl behaviour of the engine through Computational Fluid Dynamics (CFD) simulations using CD-adapco software STAR-CCM+®. The results from a group of simulated cases are compared to experimental test results from another project, developed on the same project group, performed in a swirl meter test rig.