Mancais magnéticos com controle uniaxial são mancais híbridos que combinam um mancal radial por imãs permanentes e um mancal axial eletromagnético com controle ativo. Estes mancais, a despeito das vantagens com relação a outras modalidades de mancais magnéticos, têm como principal deficiência a ausência de capacidade de amortecimento de vibrações radiais do rotor. De modo a eliminar tal deficiência, esta tese propõe um novo mancal magnético híbrido que conjuga um mancal com controle uniaxial a um mancal eletrodinâmico. Esta tese tem como objetivo investigar e demonstrar a eficácia desta solução. O objetivo final é apresentar um mancal magnético de elevado desempenho, de arquitetura simples e robusta, com possibilidades de aplicação em máquinas rotativas de alta velocidade. O mancal aqui proposto tem como base um mancal de controle uniaxial cuja arquitetura é definida de modo a apresentar elevada rigidez radial, elevada folga mecânica na porção rotativa, reduzida inércia no rotor, assim como simplicidade na construção e funcionamento. Para tanto, aqui se emprega mancais radiais com imãs disposto em camadas, operando em repulsão. Na direção axial, são usados atuadores eletromagnéticos compatíveis com a elevada rigidez gerada pelos mancais radiais. A estes mancais são associados mancais eletrodinâmicos homopolares de dois tipos, de fluxo magnético axial e de fluxo radial. Definido conceitualmente o novo mancal, protótipos foram desenvolvidos e foram realizados ensaios de validação do conceito do novo mancal, assim como de verificação do desempenho do protótipo. Com relação ao mancal proposto, foi verificada uma levitação estável do rotor e, obtida uma rigidez radial de 44 N/mm mediante uma folga de 2,5 mm. São valores que superam quaisquer resultados encontrados em literatura sobre mancais similares. Em seguida, demonstrou-se, ao menos até uma rotação de 35 Hz (2.100 rpm), a eficácia do mancal eletrodinâmicos de fluxo axial no amortecimento de movimentos assíncronos do rotor. / Single axis controlled magnetic bearings are hybrid bearings that combine a radial bearing based on permanent magnets and an electromagnetic bearing with active control. Such bearings, despite advantages with respect to other modalities of magnetic bearings, present an important problem of absence of vibration damping capability in the radial directions of the rotor. In order to solve this problem, this thesis proposes a new hybrid magnetic bearing that conjugates a single axis controlled bearing with an electrodynamic bearing. This thesis aims investigate and demonstrate the efficiency of the proposed solution. The final goal is to present a magnetic bearing with high capabilities, of simple architecture and robust, with possibilities for applications in high speed rotary machines. The presented bearing has, as the base, a single axis controlled bearing with an architecture suitable for achieving high radial stiffness, large gap in the rotary portion, low rotor inertia, as well as simplicity in its construction and operation. For this, the bearing employs radial bearings based on magnets arranged in layers operating in repulsion mode. In the axial direction, it uses electromagnetic actuators compatible with the high radial stiffness generated by radial bearings. These bearings are associated with electrodynamic homopolar bearings of two types: one of axial magnetic flux and other with radial flux. Once, the new bearing is defined conceptually, tests are conducted to validate the principle of the new bearing, as well, tests to evaluation of the efficiency of the prototype. With respect to the proposed bearing, a stable levitation of the rotor is obtained. Also, a radial stiffness of 44 N/mm is achieved with a gap of 2.5 mm. These values are higher than any results presented in literatures related to similar bearings. Finally, it is demonstrated that at rotations speeds of until 35 Hz (2,100 rpm), the electrodynamic of axial flux is efficient to attenuate asynchronous motions of the rotor.

Este trabalho versa sobre a análise teórica do desempenho da regulação sincronizada aplicada na redução de vibrações de rotores utilizando mancais magnéticos. Originalmente apresentado na dissertação \\Regulação sincronizada de distúrbios senoidais\", de Vaydia I. C. Segura, o regulador teve o seu módulo de regulação modificado para trabalhar com múltiplas entradas e saídas, além de permitir a estimação em tempo real da matriz de influência. O desempenho e a robustez do regulador foram analisados em função de seus parâmetros. A regulação sincronizada foi aplicada a um modelo teórico de rotor desenvolvido pelo método dos elementos finitos e simulado em computador. / This work discusses about the theoretical analysis of the performance of synchronized regulation applied in reduction of rotor vibrations using magnetic bearings. Originally presented in the dissertation \\Synchronized regulation of sinoidal disturbing\", of Vaydia I. C. Segura, the regulator had its regulation module changed to work with multiple inputs and outputs, in addition to enabling real-time estimation of the influence matrix. The performance and robustness of the regulator were analyzed as a function of the parameters. The synchronized regulation was applied to the theoretical model developed by the finite elements method and simulated in a computer.

Este trabalho apresenta uma discussão sobre o estudo dos efeitos térmicos e elásticos decorrentes da pressão de sustentação presentes nos mancais. Para tanto, propõe-se um modelo matemático baseado nas equações para mancais curtos considerando a região de cavitação e utilizando o princípio da continuidade de massa. Com isto, deduzem-se as equações para o mancal a partir das equações de Reynolds e da energia, aplicando uma solução modificada para a solução de Ocvirk, sendo as equações resolvidas numericamente pelo Método das Diferenças Finitas. Somado o tratamento de mecânica dos fluidos, o trabalho discute dois modelos térmicos de previsão de temperatura média do fluido e sua influência no campo de pressão, apresentando gráficos representativos do campo de pressão e de temperatura, assim como as diferenças e implicações das diferenças. Para o cálculo de deformação da estrutura, utiliza-se um Modelo de Elementos Finitos para uma dada geometria, fazendo-se uma avaliação da variação do campo de pressão e o quanto essa diferença afeta as demais propriedades do fluido. Por fim, com o modelo completo, calcula-se o quanto esse modelamento para mancais curtos se aproxima de soluções para mancais finitos, com base em resultados da literatura, chegando a desvios quase oito vezes menores que os previstos pela literatura. Além disso, pode-se estabelecer a abrangência do modelo, ou seja, prever as condições em que suas propriedades são válidas e podem ser utilizadas para estudos iniciais. / This work presents a study on thermal and elastic effects resulting from support bearings. It proposes a mathematical model based on short bearing equations within the cavitation region, using the principle of mass continuity. Then, the used equations are deduced from Reynolds and energy equations applying a modified solution for the Ocvirks solution. All the equations are numerically solved by the Backward Finite Difference Method. In addition to the treatment of fluid mechanics, this work discusses two thermal models to predict the average temperature of the fluid and its influence on the pressure field; it also presents the representative charts for pressure and temperature fields, as well as the differences and implications of these ones. To calculate the deformation of the structure, a Finite Element Model is used, considering a specific geometry and an evaluation of the variation of the pressure field is conducted to determinate how this difference affects other properties of the fluid. Finally, the full model is applied to analyse how this modeling for short bearing solutions can be used as an approach for finite bearings. Analysis reaches deviations nearly eight times smaller than predicted by literature data. Furthermore, it was possible to establish the range of the model in which its properties are valid and can be used for initial studies.

Orientador: Kátia Lucchesi Cavalca Dedini / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-17T15:01:37Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Machado_TiagoHenrique_M.pdf: 6488903 bytes, checksum: f0285c2b84eaaa9effae0b3cce163537 (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo:Mancais hidrodinâmicos são amplamente utilizados em máquinas rotativas, sendo o elemento responsável pela interação entre o rotor e a estrutura de fundação. Portanto, a fim de descrever o comportamento dinâmico dos eixos em rotação, é necessário conhecer as características desses mancais. Por esta razão, a proposta deste trabalho é analisar as características dinâmicas e operacionais de diferentes configurações de mancais radiais hidrodinâmicos. O objetivo deste projeto é desenvolver e implementar uma representação consistente para o modelo matemático que descreve o comportamento do mancal hidrodinâmico, através da equação de Reynolds e, assim, obter a distribuição da pressão no mancal, bem como os coeficientes dinâmicos, a fim de avaliar o desempenho de diferentes geometrias em condições severas, altas velocidades de rotação e alta carga aplicada. Um modelo numérico para a solução da equação de Reynolds, com a ajuda da equação de Bernoulli, obtém o campo de pressão gerado dentro do filme de óleo. Os coeficientes dinâmicos são obtidos a partir de um conceito semelhante ao de um sistema mola-amortecedor, a fim de representar a flexibilidade e o amortecimento inerentes ao filme de óleo. A abordagem numérica utilizada neste estudo é feita através do método dos volumes finitos. A escolha deste método foi feita devido à sua ampla utilização na simulação numérica dos fenômenos da dinâmica dos fluidos e transferência de calor. O trabalho apresenta uma análise para três diferentes geometrias de mancais: um cilíndrico, um elíptico e um trilobular. Além das diferentes geometrias, o projeto também propõe um estudo sobre o efeito de algumas descontinuidades geométricas no comportamento dos mancais. As descontinuidades foram introduzidas na forma de ranhuras axiais, e seu efeito é então comparado com o desempenho dos mancais sem a introdução destas descontinuidades / Abstract: Hydrodynamic bearings are widely used in rotating machines, being the element responsible for the interaction between the rotor and the supporting structure. Therefore, in order to describe the dynamic behavior of the rotating shafts, it is necessary to know the journal bearings characteristics. For this reason, the purpose of this work is to analyze the dynamic and operational characteristics of different configurations of radial hydrodynamic bearings. The objective of this project is to develop and implement a consistent mathematical representation for the model of the hydrodynamic bearing through the Reynolds equation and thereby obtain the pressure distribution in the bearing, as well as the dynamic coefficients, in order to evaluate the performance of different geometries in severe conditions, high speeds and high-applied load. A numerical model for the solution of Reynolds equation, with help from the Bernoulli equation, obtains the pressure field generated inside the oil film. For the dynamic coefficients, they are obtained from a similar concept to the spring-damper, in order to represent the inherent flexibility and damping of the oil film. The numerical approach used in this study is done using the finite volume method. The choice of this method was made due to their widespread use in the numerical simulation of phenomena of fluid dynamics and heat transfer. The work presents an analysis for three different geometries of bearings: a cylindrical, an elliptical and a three-lobe. In addition to the different geometries, the project also proposes a study on the effect of some geometric discontinuities in the behavior of the bearings. The discontinuities were introduced in the form of axial grooves, and its effect is then compared with the performance of bearings without these grooves / Mestrado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: Kátia Lucchesi Cavalca Dedini / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-17T14:52:53Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Vieira_LeonardoCarpinetti_M.pdf: 3383681 bytes, checksum: 7b1d6a8f8eb035c38aaa391c784305bb (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: A geração de pressão no fluido lubrificante presente na folga entre um mancal axial e o colar do eixo em rotação é de fundamental importância para evitar contato entre partes sólidas com movimento relativo. Qualquer contato existente poderá causar fricção, desgaste e, consequentemente, falha dos elementos de máquinas rotativas. Sendo assim, no projeto de um mancal eficaz, é importante conhecer o mecanismo pelo qual a pressão é gerada no filme de óleo e a magnitude da carga axial a ser transmitida do colar para o mancal através do fluido. Para isso, é necessário resolver a Equação de Reynolds, obtendo-se a distribuição de pressão no óleo. A partir disso, diversos parâmetros operacionais, tais como capacidade de carga, fluxos de fluido, posição do pico de pressão entre outros, podem ser obtidos. De maneira a avaliar o problema de lubrificação hidrodinâmica proposto, é obtida uma solução utilizando o Método dos Volumes Finitos em coordenadas polares. Utiliza-se este método para resolver o balanço de fluxo em cada volume de controle com auxílio da Equação de Bernoulli, permitindo a análise de descontinuidades do filme de óleo. Segmentos individuais e mancais compostos, incluindo as suas ranhuras, são analisados. A influência da gama de parâmetros envolvidos, como a área plana ao fim de cada segmento de mancal, espessura de fluido e viscosidade do fluido foi analisada, buscando-se valores ótimos destes parâmetros. Finalmente, foram calculados e analisados o coeficiente de rigidez e o coeficiente de amortecimento para este tipo de mancal / Abstract: The pressure generation within the lubricant fluid present in the clearance between a thrust bearing and the collar attached to the shaft has a fundamental importance to avoid contact between solid parts with axial relative motion. Any existing contact can lead to friction, wear and, as a consequence, failure of elements on a rotating machine. Therefore, in order to design an effective bearing, it is important to know how the pressure is generated in the oil film and the magnitude of the load capacity transmitted from the collar to the bearing throughout the fluid. Thus, it is necessary to solve the Reynolds' Equation to obtain the pressure distribution on the sections under Hydrodynamic Lubrication. Afterwards, several operational parameters can be obtained, such as the total load capacity, lubricant fluid flow, position of the maximum pressure and so on. In order to evaluate this hydrodynamic lubrication problem, the solution of the Reynolds Equation by using the Finite Volume Method in polar coordinates is obtained. This method is used to solve the balance of fluid flow in each control volume with help from the Bernoulli Equation, allowing the analysis of the film thickness discontinuities. Individual pads and complete axial bearings, including its grooves, are analyzed. The influence of the set of parameters involved, such as area of the flat part of the pad, film thickness and viscosity of the fluid, on the results of the distribution of pressure and the calculated load capacity was evaluated, as well as the evaluation of the optimum dimensions for bearings. Finally, the stiffness and damping coefficients for such type of bearings were obtained and the obtained results were analyzed / Mestrado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: Katia Lucchesi Cavalca / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-06T20:31:32Z (GMT). No. of bitstreams: 1 GandaraNeto_Irineu_M.pdf: 5409150 bytes, checksum: 6e56e75e660311a97e894ef966472cd1 (MD5) Previous issue date: 2006 / Resumo: Neste trabalho foi desenvolvido um modelo matemático para mancais hidrodinâmicos com movimento oscilatório. Ao contrário dos mancais convencionais, o eixo não desenvolve um movimento completo de rotação dentro do mancal e passa a pertencer a uma nova classe definida como mancais hidrodinâmicos de movimento oscilatório. A motivação do trabalho veio da tribologia dos motores de combustão interna, na qual procurou-se estudar o problema de lubrificação do mancal que estabelece a conexão entre pistão e biela. Para análise do problema, assumiu-se o escoamento de um fluido viscoso com inércia desprezível dentro de uma folga inclinada formada pelas superfícies do eixo e mancal. A superfície interior é fixa enquanto a superfície exterior desenvolve um movimento oscilatório que resulta num escoamento combinado de Couette e Poiseuille. Usando a mesma abordagem da teoria da lubrificação de Reynolds e a solução na forma complexa conforme sugere o 2º problema de Stokes, as equações de conservação da massa e quantidade de movimento foram integradas analiticamente e forneceram os campos de velocidade, pressão e as forças hidrodinâmicas. Como resultado, pôde-se determinar a espessura do filme de óleo em função do tempo e da freqüência de oscilação que permitiu avaliar as condições de lubrificação do sistema / Abstract: In this work was developed a mathematical model for the hydrodynamic lubrication problem applied to bearings with oscillating motion. In contrast with common bearings, this type of bearing does not perform a complete rotation, belonging to a newly defined class: the bearings with oscillatory movement. The motivation lies in the tribology of internal combustion engines, specifically the lubrication problem at the bearing existing between the connecting rod and the piston pin. For the analysis of lubrication, a viscous fluid flow with negligible inertia inside a narrow gap formed by two surfaces was considered. The surfaces can be considered flat and are inclined to each other. The inner surface is fixed whereas the outer one performs an oscillating motion which generates a combined Couette-Poiseuille flow inside the gap. Using the same assumptions as in classical Reynolds' lubrication equation, the simplified mass and momentum conservation equations were analytically solved to determine the velocity and pressure distributions and hydrodynamic forces. As result it was possible to determine the oil film thickness as function of time and oscillating frequency that allowed to evaluate the lubrication conditions of the system / Mestrado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: Hans Ingo Weber / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-07-22T19:15:46Z (GMT). No. of bitstreams: 1 BritoJunior_GeraldoCarvalho_M.pdf: 39029128 bytes, checksum: 98700968edab665ec7a129400e43c840 (MD5) Previous issue date: 1996 / Resumo: Este trabalho é dividido em duas partes, uma teórica e outra experimental. Na primeira parte é apresentado um procedimento, estabelecido com base em um estudo analítico da Equação de Reynolds, para determinar os coeficientes de rigidez e de amortecimento do filme lubrificante de mancais de guia de grandes hidrogeradores. Ele é aplicado aos mancais de guia superiores das unidades geradoras da Usina Hidrelétrica de Itaipu e os coeficientes resultantes são comparados àqueles obtidos com o uso de um programa que emprega o Método das Diferenças Finitas para solucionar a Equação de Reynolds. A parte experimental é baseada na análise de diversas falhas ocorridas em hidrogeradores, nos resultados de alguns ensaios especiais e no monitoramento das temperaturas dos mancais e da oscilação do eixo das dezoito unidades geradoras de Itaipu, desenvolvido ao longo de um período de cinco de anos. Ela mostra que os modelos matemáticos de hidrogeradores, utilizados para prever o comportamento dinâmico destas máquinas na fase de projeto ou como um ferramenta de manutenção preditiva na fase de operação, precisam incluir os efeitos das forças de rigidez e de amortecimento do filme lubrificante dos mancais de guia. Finalmente, são analisadas as conseqüências de diversos fenômenos que ocorrem em hidrogeradores, tais como deformação dos mancais, variações sazonais nas folgas dos mancais e outros, nos coeficientes dinâmicos do filme lubrificante / Abstract: This work is divided in two parts, one theoretical and other experimental. In the first part is presented a procedure, established from an analytical study of the Reynolds equation, to determine the oil film stiffness and damping coefficients of large hydro units guide bearings. It is applied to the upper guide bearings of the Itaipu Power Plant generating units and the resulting coefficients are compared to those achieved using a program which employs the Finite Difference Method to solve the Reynolds equation. The experimental part is based on an analysis of several failures occurred in hydrogenerators, on the results of some special tests and on the monitoring of bearings temperatures and shaft vibration of the eighteen Itaipu generating units, made on a period of five years. It shows that the mathematical models of hydrogenerators, used to preview their dynamic behavior at the design phase or as a predictive maintenance tool at the operation phase, must include the effects of the guide bearings oil film stiffness and damping forces. Finally, are analyzed the consequences of several phenomenons which occurs in those machines, such as bearing deformations, seasonal changes in bearings clearances and others, in the oil film dynamic coefficients / Mestrado / Mecanica dos Corpos Solidos / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: Katia Lucchesi Cavalca / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-12T19:28:08Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Daniel_GregoryBregion_M.pdf: 2663262 bytes, checksum: f7c1b338ec3a0dad168c82dc8c8d2fc2 (MD5) Previous issue date: 2008 / Resumo: Este trabalho visa analisar o comportamento dinâmico do sistema pino pistão. Por esse motivo, foi desenvolvido um modelo matemático para o mecanismo biela-manivela, considerando a influência do mancal hidrodinâmico da junção biela-pistão. As análises dinâmicas desse sistema foram realizadas utilizando dois modelos distintos. O primeiro modelo foi usado para representar o sistema quando o pino pistão está em contato com a superfície do mancal, assumindo, nesta condição, um comportamento similar aos mancais rígidos (sem folga). O segundo modelo foi empregado para representar o sistema quando o pino pistão está em lubrificação hidrodinâmica. Nesta condição, o pino pistão tem um movimento relativo à biela, o que torna este sistema um problema de múltiplos graus de liberdade. Diante disso, o primeiro modelo foi desenvolvido através da Equação de Movimento de Eksergian, sendo o segundo modelo, desenvolvido a partir do método de Lagrange. O modelo matemático de lubrificação hidrodinâmica foi introduzido com o intuito de obter resultados mais realísticos sobre o comportamento dinâmico do sistema. Este modelo de lubrificação considera as mesmas suposições básicas da teoria de lubrificação de Reynolds. A partir do modelo desenvolvido neste trabalho foram obtidas as orbitas do pino pistão, as distribuições de pressão e as velocidades e acelerações do mecanismo biela-manivela, o que permitiu realizar uma análise preliminar do comportamento dinâmico desse sistema. / Abstract: This work aims to analyze the dynamic behavior of the piston pin system. For this reason, a mathematical model for the slider-crank mechanism was developed, considering the influence of the hydrodynamic bearing of the piston-connecting rod joint. The dynamic analyses of the system applied two distinct models. The first represented the system when the piston pin was in contact with the bearing surface, assuming, in this condition, a similar behavior of rigid bearings (without clearance). The second model represented the system when the piston pin was in hydrodynamic lubrication. Under this condition, the piston pin presented a relative motion to the conrod, what turns this system into a multidegrees of freedom problem. Therefore, the first model was developed by Eksergian's Equation of Motion and the second model was developed by Lagrange method. The mathematical model of hydrodynamic lubrication was introduced to obtain more realistic results under the system's dynamic behavior. This lubrication model considers one of the basic assumptions of the Reynolds lubrication theory. From the model developed in this work were obtained the orbits of the piston pin, the pressure distributions and the velocities and accelerations of the slider-crank mechanism, what allows a preliminary analysis of the dynamic behavior of this system. / Mestrado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: Katia Lucchesi Cavalca / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-14T04:10:09Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Ferreira_RafaelBittencourt_M.pdf: 2098484 bytes, checksum: e3c06e9d3444778c194664385fd94c5a (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: Desde os primeiros estudos numéricos sobre lubrificação em mancais hidrodinâmicos até a atualidade, existiram relativamente poucos trabalhos abordando o problema através do método dos volumes finitos. Na verdade, a maioria dos estudos, na área de lubrificação, utiliza a equação de Reynolds e o método das diferenças finitas para estabelecer o campo de pressão gerado no filme de óleo, mesmo sendo este tipo de abordagem inviável em certos casos, pois para geometrias mais complexas, ou com certas condições dinâmicas do sistema, a qualidade da discretização e a consistência dos resultados gerados pela equação de Reynolds se mostram insuficientes. Sendo assim, este trabalho trata da análise do campo de pressão em um filme gerado através do efeito hidrodinâmico em um mancal radial cilíndrico plano. Para tanto, o fluido de lubrificação é colocado em condição isotérmica e em regime de escoamento laminar. Para avaliar o campo de pressão é desenvolvido um algoritmo que determina a solução através do método dos volumes finitos para a equação simplificada de Reynolds em um domínio com duas dimensões, e segue com as seguintes etapas: construção da malha, integração das equações dentro dos volumes, definição das equações discretizadas, estabelecimento de condições iniciais e de contorno e avaliação do campo de pressão no domínio de cálculo. Outro ponto analisado é a influência de ranhuras nos mancais, as quais trazem novos elementos para o comportamento do mancal, tais como a redução da pressão no filme de óleo e a maior retenção do fluido entre o eixo e o mancal. Ao final, é possível concluir que a grande importância desta abordagem está na similaridade do método dos volumes finitos com a tradicional representação diferencial do escoamento em volumes de controle, tornando mais claros os conceitos físicos envolvidos, outro ponto abordado é a comparação com o método das diferenças finitas e a solução analítica de Ocvirk, com esses resultados é possível avaliar as principais características e vantagens de cada método. Com respeito ao campo de pressão, também é possível chegar aos valores das forças de sustentação do eixo e ainda avaliar os coeficientes de rigidez do mancal, que são fundamentais no estudo da dinâmica de máquinas rotativas. / Abstract: Since the first studies on hydrodynamic journal bearings using numerical methods until today, there has been relatively few studies addressing the problem through the Finite Volume Method. Indeed, the majority of studies in the area of lubrication use the equation of Reynolds and method of finite differences to establish the field of pressure generated in the oil film, even if this type of approach is not viable in certain cases, specially for complex geometries or for certain dynamic conditions of the system. Thus, this work deals with the analysis of the pressure distribution in a film generated by the hydrodynamic effect in a radial radial journal bearing. Wherefore, the fluid lubrication is placed in isotherm condition and laminar flow. To evaluate the pressure distribution an algorithm is developed to determine the solution through the Finite Volume Method for the simplified Reynolds equation in a field with two dimensions, and follows with the steps: construction of the mesh, integration of equations within the volumes, the definition of discrete equations, establishment of initial conditions and boundary conditions and finally the evaluation of pressure distribution in the calculation domain. Another point analyzed is the influence of grooves in the bearings, these grooves bring new elements for the performance of journal bearings, such as to reduce the pressure in the oil film and the greater retention of the fluid between rotor and bearing, this study is highlight also the behavior of the stiffness of the oil film in certain conditions of operation, and this dynamic parameter has high importance in studies of rotative machines response. At the end, it is possible to conclude that the great importance of this approach is the similarity of the Finite Volume Method with the traditional differential representation in studies with fluid mechanics, making clearer the physical concepts involved, another point raised is the comparison with the Ocvirk's analytical solution, allowing to evaluate the main characteristics and the results quality for this numerical method. / Mestrado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: Paulo Roberto Gardel Kurka / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-14T09:04:50Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Izuka_JaimeHideo_M.pdf: 3067570 bytes, checksum: 82a84bf138484b1bf94c984320ee5486 (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: O objetivo do presente trabalho é a modelagem dinâmica e a simulação das cargas e dos deslocamentos correntes nos mancais de um compressor alternativo. O modelo de mancal, integrado à cinética do conjunto, permite avaliar de forma precisa a influência dos pequenos movimentos dos suportes hidrodinâmicos no comportamento global do compressor. Soluções numéricas do problema de lubrificação hidrodinâmica são pesquisadas com o uso dos métodos de diferenças finitas, volumes finitos e elementos finitos. Resultados das soluções analíticas de mancal curto e longo são comparados com as soluções dos modelos numéricos de mancal. Escolhe-se assim a implementação e uso do modelo de elementos finitos para a simulação dos mancais hidrodinâmicos utilizados no compressor. O método de Newton-Euler é utilizado para a obtenção das equações diferenciais que representam o modelo de movimento do sistema dinâmico do conjunto eixo/biela/pistão. A implementação da solução numérica de mancal hidrodinâmico integrada à cinética do sistema exige um grande esforço computacional, demandando a utilização de técnicas de processamento paralelo. Assim, apresenta-se e compara-se com a literatura, os resultados de simulação de cargas e órbitas de mancais, na operação de um compressor alternativo de refrigeração. / Abstract: The present works simulates the loads and displacements of the bearings of a reciprocating compressor. The bearing model, which is integrated to the kinetics of the system, allows a precise evaluation of the influence of small movements of the hydrodynamic supports into the global behavior of the compressor Numerical solutions of the problem of hydrodynamic lubrication are studied using the methods of finite differences, finite volumes and finite elements. Results of analytical solutions for short and long bearing are compared with the numerical models of bearings. The finite element model of hydrodynamic bearings is used in the simulation of the compressor. The Newton-Euler method is used to obtain the differential equations representing the model of motion of the crankshaft/conrod/piston dynamic system. Implementation of the integrated numerical solution for the hydrodynamic bearing and the kinetics of the system requires a large computational effort, demanding the use of parallel processing techniques. The results of simulation of orbits and bearing loads in the operation of an alternative refrigeration compressor is thus presented and compared with the literature. / Mestrado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Mestre em Engenharia Mecânica