Orientador: João Carlos de Menezes / Dissertação (mestrado profissional) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação e Instituto de Química / Made available in DSpace on 2018-08-16T19:47:41Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Nahas_LeandroLafiandre_M.pdf: 2528374 bytes, checksum: 557f889189fdbae7ea36996fe0893714 (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: Este projeto originou-se quando a família de motores objeto deste estudo foi introduzida no mercado e já os primeiros lotes de motores produzidos apresentaram esta falha, vulgarmente conhecida como degola da camisa. Esta falha compreende a trinca e propagação por todo o perímetro da camisa de cilindro e consequentemente a descida da camisa para a parte inferior do bloco do motor. Durante a descida, a camisa choca-se com elementos girantes do motor e vem por sua vez colapsar por completo. Este trabalho tem como base a extrapolação dos limites especificados em projeto da camisa de cilindro do tipo seca. Veremos que mínimas variações dimensionais no projeto da camisa de cilindro podem ter consequências gravíssimas para o conjunto. Analisaremos um caso real onde a mínima variação no projeto foi fatal para o componente e suas conseqüências, catastróficas para o motor. Para a determinação da causa raiz e consequentemente a solução do problema, foi utilizada a metodologia ¿Six Sigma¿. / Abstract: This project has been started as a consequence of repeated failures reported by users of a family of diesel engines introduced in the Brazilian market. The reported imperfections were investigated and in all cases a failure of the engine sleeve could be observed as the main cause of the engines breakdown. Cracks propagations have been in the region of the flange of cylinder sleeves. As the cracks propagate at the inner region of the flanged of the sleeve, where high stresses can be anticipated, a rupture of the flange, separating this part from the sleeve, used to occur. This occurrence is vulgarly named as the "decapitation of the sleeve". As a consequence of this phenomenon, the sleeve descends to the lower part of the engine block crashing against the moving parts of the engine, causing a complete collapse of the internal parts of the engine. The present work reports all phases of the investigation which revealed the main cause of the failures. In order to accomplish this research, the "Six Sigma" method has been employed as a supporting methodology. / Mestrado / Dinâmica / Mestre em Engenharia Automobilistica

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: Robson Pederiva / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas. Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-03T19:46:26Z (GMT). No. of bitstreams: 1 LamimFilho_PauloCezarMonteiro_M.pdf: 4283116 bytes, checksum: a3c905465cac2b72c2dc0a96c979a9eb (MD5) Previous issue date: 2003 / Resumo: Um programa de manutenção preditiva deve englobar várias técnicas de monitoramento da condição do motor elétrico. Dentre elas, pode-se citar como clássicas, a análise de corrente elétrica e análise de vibrações. Entretanto, existe um grande número de dificuldades associadas com estas técnicas e, conseqüentemente, com suas aplicações práticas. Isto devido à abrangência de detecção de defeitos tais como: falhas de barras rotativas do rotor; falhas no estator; desbalanceamento de tensão e curto circuito (entre fase e entre espiras). O diagnóstico de defeitos a partir da análise de fluxo magnético tem sido proposto por fabricantes de equipamentos da área de monitoramento de máquinas. Entretanto, esta técnica não tem sido explorada com profundidade para aplicação num programa de manutenção. Este trabalho propõe a implementação de um transdutor (bobina de fluxo) sensível às ondas eletromagnéticas dentro dos motores de indução trifásicos, identificando as freqüências determinísticas relacionadas aos defeitos comuns a estes tipos de máquinas. Os espectros coletados com este novo sensor são comparados com um sensor comercial, mostrando sua eficiência. Este estudo é uma contribuição importante, uma vez que o sensor implementado chega a ter um custo centenas de vezes menores que o sensor comercial. Outra vantagem á a possibilidade deste novo sensor ser compartilhado com qualquer analisador de sinais encontrado no mercado. / Abstract: A predictive maintenance program must include several techniques of monitoring of the electric motor's conditions. Among then, can relate techniques based on electric current analysis and vibration analysis. On the other hand there is a great number of difficulties associated with these techniques and consequently with its practical applications. For example, the ability to diagnosis some defects such as broken rotor bars, fault in the stator, unbalancing of electric tension and short circuit. The diagnosis of these excitations through the magnetic flux analysis has been proposed by the device's manufactures in the field of machinery monitoring. However, this technique has not been explored with depth for application in a maintenance program. This work considers the implementation of special sensor (flux coil) inside the three-phase induction motors which is sensitive to electromagnetic waves and permit to identify the deterministic frequencies related with these excitations. The spectra acquired with the special sensor are compared with commercial sensor showing its efficiency. These special sensor has a low cost (hundred times lower than the commercial sensor) and also can be used with every commercial signals Analyzer. / Mestrado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: Katia Maria Lucchesi Cavalca / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-04T03:12:40Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Mastaler_Alexandre_M.pdf: 8070977 bytes, checksum: 67729451cedeb65f0b15eb1a17a3fead (MD5) Previous issue date: 2004 / Resumo: O comando de válvulas é um sistema utilizado em motores à combustão, que tem como função controlar a abertura e fechamento de válvulas de circulação dos gases envolvidos na combustão. Ele é composto por diversos subsistemas; Um desses subsistemas é o contato balancim/pivô, onde o comando aciona o balancim para que esse acione a válvula e utilize o pivô como elemento de suporte. O conhecimento desse subsistema é importante para a avaliação de desgastes e ruídos provenientes desse contato, assim como, avaliações do atrito para otimização geral do comando. Para que haja a redução de desgaste, o pivô deve girar em relação ao balancim, mas existem certas aplicações em que o giro do pivô não é possível. Baseando-se na equação de Reynolds, o filme de óleo ao redor do pivô será avaliado e calculado com relação à distribuição de pressão. Com o conhecimento da distribuição de pressão, poderemos saber quais as forças envolvidas no subsistema. Considerando-se o atrito e os momentos gerados pelo balancim no pivô, chegamos às condições de equilíbrio do sistema. Com essas avaliações observaremos as condições que permitam a rotação do pivô em relação ao balancim / Abstract: The Valve Train System used in combustion engines have the ability to command the opening and closure of gas circulation valves control that takes part in combustion. It is formed by many sub-systems. One of these systems is the finger follower/pivot contact, where the command starts the finger follower for valve starts and uses the pivot as a support element. The knowledge of this sub-system is important to ware and noise evaluation that came ftom this contact, as well as, ftiction evaluation for the command general optimization. To reduce wear, the pivot must turn in finger follower relation, but in some applications the pivot tum is not possible. The oil film around the pivot is ca1culated in relation of its pressure distribution as Reynolds Equation. Through the knowledge of pressure distribution, the forces in the sub-system are known. Considering the ftiction and the moments generated by the balancing in the pivot, we carne to balance conditions in the system. With these evaluations we noticed the condition that allows the pivot rotation in relation to the balancing / Mestrado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Mestre em Engenharia Mecânica

La gran cantidad de problemas ambientales existentes hoy en día, ha provocado en la población una toma de conciencia y una nueva actitud de los actores sociales frente al cuidado del medio ambiente. Es por esto que los gobiernos están cada vez más preocupados del cuidado de la energía, impulsando programas de eficiencia energética dirigidos tanto al consumo residencial como al industrial. Por otro lado, la creciente inestabilidad de precios de la energía, ha obligado a la industria a buscar nuevas formas de disminuir la demanda. Es en este punto en el cual aparecen los equipos energéticamente eficientes, y entre ellos, los motores eléctricos. Dichas ideas sirven como motivación a esta memoria, a la cual se le ha planteado como objetivo, estudiar tanto las diferencias de operación, como las posibles ventajas económicas de este tipo de motores con respecto a los motores tradicionales, pretendiendo usar datos fidedignos y actualizar algunos estudios e ideas ya obsoletas con respecto a la materia. Para lograr este objetivo se recabó la información que imparten los fabricantes de motores, para realizar una comparación entre el comportamiento de los motores eficientes versus los motores de más baja eficiencia. Se programó un software que permite estimar los parámetros de motores eléctricos de inducción de baja tensión, con el fin realizar modelos más acabados y poder obtener mas información respecto de su operación. También se hizo un análisis de las ofertas de mercado disponibles, calculando los indicadores económicos más importantes con respecto a la aplicación de este tipo de motores, permitiendo de esta forma, clarificar el proceso de decisión de la compra de un motor de alta eficiencia versus otro de más baja. Dentro de este mismo punto, se aplicaron estos conceptos a un proyecto real de explotación minera, logrando tener una idea más clara de los beneficios de estos motores. Una vez finalizada la investigación, se pudo concluir que en general los motores de mas alta eficiencia se comportan de manera muy similar a los de menor eficiencia. Tanto con los datos de fabricantes como por la modelación se detectaron dos diferencias: La velocidad de giro y corrientes de partida superiores para los motores eficientes. Dichas diferencias podrían tener alguna repercusión en casos particulares mencionados con mayor detalle en el documento. Al término del análisis económico se pudo concluir que la conveniencia económica en la inversión en este tipo de motores depende fuertemente del precio de la energía. En general, para la mayoría de las potencias y marcas, cuando se tiene un porcentaje de uso alto y el precio se mantiene igual al de la actualidad (0.1 USD/kWh) o superior, es rentable invertir en este tipo de motores. Cuando el precio de la energía es bajo, se recomienda realizar un análisis más detallado.

En el presente trabajo de tesis se ha investigado acerca de la utilidad del circuito equivalente de un motor eléctrico asíncrono de inducción en el dimensionamiento del capacitor adecuado para la compensación individual de su factor de potencia. A partir de la configuración del circuito equivalente de un motor dado, utilizando Matlab, se ha procedido a graficar todas las curvas características del motor, en especial las curvas del factor de potencia y de la potencia reactiva consumida en el rango de carga normal de la máquina. Después de un análisis gráfico, dadas las características del comportamiento de la potencia reactiva inductiva que consume el motor, se ha determinado que la potencia reactiva del capacitor trifásico necesario para la compensación individual puede ser de un valor fijo y que el valor de esa potencia reactiva se puede calcular a partir de la potencia aparente que consume el motor durante su marcha en vacío. De igual manera, una vez determinado el tamaño del capacitor, se ha investigado sobre la incidencia que tiene su ubicación dentro de su circuito derivado de alimentación en la necesidad de corregir el dimensionamiento de la protección y del cableado; encontrándose que para instalaciones existentes lo más recomendable es su colocación aguas arriba del dispositivo de protección del motor.

El presente documento expone una metodología para estudiar el proceso de la combustión a través de la señal de presión al interior de un cilindro (pcil), procesada digitalmente, registrada en un motor Diesel - de aplicación industrial - instalado en un banco de pruebas. La señal de presión se obtuvo a través de un sensor piezoeléctrico que registró varios ciclos termodinámicos para cada ensayo realizado a distintos regímenes de giro y diferentes grados de carga (desde la condición de vacío hasta plena carga) identificando los puntos de funcionamiento más estables y más inestables del motor bajo ensayo. En el documento se mencionan las consideraciones necesarias, propuestas por otros investigadores, para la adecuada medición de la señal de pcil y su respectivo procesamiento. Basados en los distintos estudios, se propone una metodología para el procesamiento de la señal de pcil con la finalidad de eliminar el error aleatorio y sistemático presente en la señal de presión; este objetivo se logró a través del promediado y filtrado de una muestra definida de ciclos termodinámicos. Para la etapa del promediado se aplicaron conceptos de estadística inferencial para definir la precisión de la muestra de los datos adquiridos. La etapa del filtrado redujo el ruido alojado en alta frecuencia obteniendo como resultado una menor variabilidad en la señal de pcil. La principal motivación del presente trabajo experimental consistió en obtener la caracterización del fenómeno de la combustión a través de la evolución de la curva de tasa del calor liberado. Los resultados del procesamiento de la señal muestran consistencia con los estudios experimentales de otros autores y proyecta la posibilidad futura de emplearse para el análisis de la combustión y de los parámetros indicados utilizando combustibles alternativos, con el fin de emplear diversas estrategias de control para evaluar el rendimiento térmico del motor y la generación de productos de la combustión al medio ambiente a distintas condiciones de operación. / The present document introduces a methodology for the combustion analysis through the in-cylinder pressure (pcyl), digitally processed, acquired from an industrial application diesel engine mounted in a test bench. The pressure signal was acquired through a piezoelectric sensor that recorded several thermodynamic cycles for each test performed at a different speed and load engine (from no-load to full load condition) identifying the most stable and the most unstable engine operation conditions. The document indicates the necessary considerations proposed by other researchers for the adequate measurement of pcyl and its respective processing. Based on the different papers, a methodology for the pcyl signal processing is proposed in order to eliminate the random and systematic error present in the pressure signal. This was achieved through the averaged and filtered of a defined sample of thermodynamic cycles. For the averaging stage, inferential statistics concepts were applied to define the sample accuracy of the acquired data. The filtering stage contributes to obtaining a high-quality of the net heat released rate curve (NHRR) that allowed identify the different combustion phases. The digital processing of the signal reduced the noise located in high frequency and provide a lower variability in the calculations related to NHRR. The main motivation of the present experimental paper was to obtain the characterization of the combustion phenomenon through the evolution of the heat released rate calculated from the filtered signal of the indicated pressure acquired by a piezoelectric sensor. The results of the signal processing show consistency with the experimental studies of other authors and projects the future possibility of being used for the indicated parameters analysis using alternative fuels, in order to applied different combustion control strategies to evaluate the thermal performance of the engine and combustion emission products release to the environment at different engine operation conditions.

En estos últimos años, se ha incrementado la búsqueda de nuevas alternativas energéticas para hacer frente a la demanda de combustible, en generación eléctrica y demás aplicaciones. Por tal motivo, se vienen estudiando distintos tipos de combustibles alternativos, y a su vez, las diferentes formas de su uso en motores de combustión interna. En el presente trabajo de tesis, se evaluó los efectos de la sustitución parcial del combustible diesel por el gas natural sobre el rendimiento y emisiones contaminantes de un motor Diesel aplicado a la generación eléctrica. Para ello se implementó un banco de pruebas capaz de registrar las variables asociadas al funcionamiento del grupo electrógeno y se realizaron algunas modificaciones en el motor para suministrar gas natural en la línea de admisión del aire. Además, se diseñó un banco resistivo para variar la carga impuesta al motor. La metodología de las pruebas experimentales consistió en evaluar 6 niveles de carga y en cada una de ellos se analizó el funcionamiento en el modo Diesel original y en el modo diesel/gas natural. Para este último se definió 4 distintos niveles de consumo de gas natural. Luego de las pruebas realizadas se encontró que para todos los niveles de carga, se logró reemplazar más del 80% del consumo de diesel por gas natural; en estos niveles de sustitución y en cargas altas el rendimiento del grupo electrógeno permaneció prácticamente constante. Por otra parte, las emisiones de NOx se redujeron para todos los niveles de carga cuando se alcanzaron los máximos niveles de sustitución de diesel por gas natural; sin embargo existe un aumento en las emisiones de HC y CO, especialmente cuando se aplicaron bajos niveles de carga eléctrica.

En la actualidad, el biodiesel constituye una alternativa y un complemento al diesel para reducir la contaminación ambiental y la escasez de combustibles fósiles, siendo un medio de energía renovable menos contaminante que el diesel convencional. Las características de este combustible lo hacen apropiado para funcionar en motores de encendido por compresión, sin tener que realizar cambios importantes al diseño del motor. En el presente trabajo se realizó una evaluación experimental del efecto de la utilización de 3 mezclas de diesel y biodiesel en porcentajes volumétricos de 5%, 7,5% y 10% (DB5, DB7,5 y DB10) sobre los parámetros relacionados al consumo de combustible y las emisiones contaminantes. Las pruebas experimentales se realizaron en un motor Cummins de encendido por compresión, 6 cilindros, 6.7 litros, turbo cargado; instalado en un banco de pruebas dinamométrico en el Laboratorio de Energía de la Pontificia Universidad Católica del Perú. Las pruebas experimentales consideraron 4 regímenes de giro (1000, 1300, 1600 y 2000 rpm) y 4 niveles de carga: 9.4, 18.8, 28.2 y 37.5 kPa, en términos de presión media efectiva. Ambas variables fueron establecidas como datos de entrada para cada ensayo y a partir de estas se midieron y calcularon los parámetros requeridos. En términos de desempeño del motor, se calculó la potencia efectiva, el consumo específico de combustible y el rendimiento efectivo para las 3 mezclas de diesel y biodiesel utilizadas. Los resultados indicaron que la potencia efectiva aumentó conforme se incrementó la velocidad de giro y carga del motor, pero se mantuvo constante para las tres mezclas. El consumo específico de combustible aumentó conforme se incrementó el porcentaje de biodiesel en la mezcla. El rendimiento efectivo presentó un aumento conforme se incrementó la carga en los ensayos, pero disminuyó al utilizarse más biodiesel en la mezcla. Respecto a los contaminantes gaseosos, se midieron el monóxido de carbono (CO), dióxido de carbono (CO2) y óxidos de nitrógeno (NOx). A partir de los valores registrados, se obtuvieron las variaciones porcentuales más significativas entre las emisiones encontradas para las 3 mezclas empleadas. Las emisiones de CO y CO2 disminuyeron a medida que se aumentó el contenido de biodiesel en las mezclas, presentando el CO las variaciones más significativas. Por otro lado, las emisiones de NOx aumentaron conforme se incrementó el porcentaje de biodiesel en la mezcla. Los aumentos porcentuales más altos se encontraron a mayores cargas y velocidades más altas.

Las máquinas industriales son accionadas en su mayoría mediante motores eléctricos. La velocidad a la que giran fundamentalmente depende de la magnitud y frecuencia de la fuente de energía eléctrica, del número de polos del motor y del torque de la carga acoplada, los cuales no se puede modificar de manera simple. Por otra parte, dependiendo de los procesos que ejecuta la máquina, se requiere operaciones a una misma velocidad o a distintas velocidades, y en muchos casos, con valores de velocidad precisos. Por ello, para lograr la regulación de la velocidad de los motores de forma precisa, se emplea el denominado “variador de velocidad electrónico” (conocido también como “variador” o “drive” en inglés). Existen varios tipos de motores empleados en las industrias, sin embargo, el motor trifásico de inducción es el más usado. Los dos principales métodos de control de un variador electrónico de velocidad para a un motor de inducción son los denominados: control escalar y control vectorial. El objetivo principal de la tesis es implementar una tarjeta de control de la velocidad de un motor asíncrono trifásico mediante Control Clásico, para ser empleado en las prácticas del laboratorio de electrónica de potencia, en la PUCP. Con la implementación de los algoritmos del control escalar y vectorial en lazo cerrado, se estudió y comparó los valores del motor en estado transitorio mediante una simulación del comportamiento del motor a distintas velocidades y a distintos tipos de cargas, con la finalidad de determinar las ventajas y desventajas del comportamiento del motor en estado transitorio con cada tipo de control, considerando criterios técnicos definidos por la norma IEC 61800-2, tales como: precisión, sobre-impulso, tiempo de establecimiento y perturbación ante cambio de carga, en donde se pudo demostrar que el control vectorial tiene mejor respuesta en estado transitorio y en estado estable que el control escalar. Asimismo, se pudo mostrar el funcionamiento del control desacoplado del flujo magnético y torque mediante el método vectorial denominado “orientación indirecta del flujo del rotor”.