Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2013-06-26T01:04:13Z (GMT). No. of bitstreams: 1 307711.pdf: 2294819 bytes, checksum: 5f5032af579c51b1d37580bf4b0aaf0c (MD5) / Em máquinas e equipamentos, podem ser encontrados vários casos em seus acionamentos onde a dependência apresentada entre o torque e a velocidade angular dos motores elétricos é um fator influente nos resultados obtidos. Na usinagem, esta dependência é uma das responsáveis, por exemplo, pela presença de vibrações nos processos de remoção de material. Na robótica, especificamente nos manipuladores seriais, este fator é um dos responsáveis pela geração de erros de trajetória de posição e força, devido à impossibilidade de se controlar a força e a velocidade de maneira independente. Assim, emerge a necessidade de um sistema que permita o controle independente do torque e da velocidade angular. Neste trabalho, propõe-se uma metodologia baseada no Método de Davies que permite analisar o comportamento cinetoestático de um mecanismo qualquer, determinando as características necessárias para atingir a um número de graus de liberdade adequado, obtendo o controle de forma independente do torque e da velocidade angular entregues pelo mecanismo, com relação ao comportamento dos seus atuadores. Esta metodologia foi avaliada mediante sua aplicação em estudos de caso, onde foram procurados mecanismos que, cumprindo com determinadas características, permitem obter a independência das variáveis de torque e velocidade angular. São apresentados neste trabalho, a fundamentação teórica para desenvolvimento dos modelos matemáticos e de mecanismos e uma comparação dos resultados teóricos (resultantes da aplicação da metodologia) da dependência das variáveis do sistema e do seu comportamento, com resultados obtidos mediante simulações feitas em software de prototipagem matemática. / In machinery and equipment, can be found several cases in their drives, where the presented dependency between the torque and the angular velocity of the electric motors is an influential factor in results obtained. In machining, this dependency is one of the responsible, for instance, for the presence of vibrations within the material process removal. In robotics, specifically in serial manipulators, this factor is responsible for the generation of error regarding the force trajectory, due to the inability to control force and angular velocity independently. Thus, the need for a system allowing independent control of the torque and angular velocity comes out as a problematic issue. In this paper, it is proposed a methodology based on Davies' Method that permit to analyze the kinetostatic behavior of any one mechanism, determining the necessary characteristics to achieve a number of degrees of freedom appropriate, gaining control independently of the torque and angular velocity delivered by the mechanism with respect to the conduct of its actuators. This methodology was evaluated through its application in studies case, where was looking for mechanisms, carried out with specific characteristics, in order to achieve the independence of torque and angular velocity variables. This paper sets forth the theoretical bases for the development of mathematical models and mechanisms, and a comparison of theoretical results (outcome from the application of the methodology) from a dependency of the system variables and their behavior, with results obtained from simulations on prototyping mathematics softwares.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2013. / Made available in DSpace on 2014-08-06T17:12:41Z (GMT). No. of bitstreams: 1 325194.pdf: 2687528 bytes, checksum: e0248f75e29f0715da86727cbe68ff87 (MD5) Previous issue date: 2013 / Esta dissertação apresenta a otimização multidisciplinar e multiobjetivo da geometria dos canais axiais de ventilação de um motor de indução trifásico de 4.000 cv de potência por meio da aplicação do método de elementos finitos e algoritmo genético combinado com a metodologia de superfícies de resposta. É apresentado o equacionamento dos circuitos magnético e elétrico do motor e após é desenvolvido um modelo de otimização que engloba análise eletromagnética (desempenho) e térmica (elevação de temperatura) de maneira conjunta. A primeira é feita através do método de elementos finitos e resolução de circuito equivalente; a segunda é realizada por meio de um cálculo térmico. Os objetivos definidos são minimizar a elevação de temperatura do motor e maximizar o cos?(??) (fator de potência), e ainda são impostas restrições de projeto para garantir que as soluções encontradas sejam viáveis. Para acelerar o processo de otimização, visto as análises pelo método de elementos finitos exigirem elevado esforço computacional, é utilizada em conjunto com o algoritmo genético a metodologia de superfícies de resposta que são construídas para mapear o comportamento das funções de estudo e estimar através de interpolação os valores das variáveis de saída. <br> / Abstract : This dissertation presents a multidisciplinary and multiobjective optimization of the geometry of the axial ventilation holes of a 4000 hp three phase induction motor by applying the finite element method and genetic algorithm combined with response surface methodology. It presents the equation of magnetic and electric motor circuits. An optimization model, which includes electromagnetic analysis (performance) and thermal (temperature rise) jointly is developed. The first is performed using the finite element method and equivalent circuit resolution. The second is performed by a thermal calculation. The objectives are to minimize the temperature rise of the motor and maximize cos (f) (power factor). Design constraints are still imposed to ensure that the solutions are feasible. To speed up the optimization process, since the analysis by finite element method require high computational effort, the response surface methodology is employed to map the behavior of the study functions in order to estimate by interpolation the output variable values.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2013. / Made available in DSpace on 2014-08-06T17:24:31Z (GMT). No. of bitstreams: 1 322210.pdf: 7948540 bytes, checksum: 6cad810fc9704edbf02b8bd7f7cd9ac4 (MD5) Previous issue date: 2013 / Este estudo envolve o projeto e o desenvolvimento de um dispositivo eletromagnético trifásico para análise de perdas magnéticas em estatores de máquinas elétricas girantes. O trabalho foi amparado por uma revisão bibliográfica que motivou a confecção de uma bancada experimental, desenvolvida pelo GRUCAD em conjunto com a empresa WEG Equipamentos Elétricos. Durante o trabalho são avaliadas principalmente as perdas magnéticas nas chapas de aço para fins elétricos no formato de um estator de um motor elétrico de indução trifásico. São avaliados três fornecedores de um mesmo tipo de chapa de aço, para fins de comparação entre os resultados obtidos por três métodos experimentais diferentes, a saber: quadro de Epstein, ensaio em motores elétricos de indução trifásicos completos e bancada experimental desenvolvida. <br> / Abstract : This study approaches the design and development of a three-phaseelectromagnetic device for analysis of magnetic losses in the stators ofrotating electric machines. It was supported by a literature review thatled to the construction of an experimental bench that was developed byGRUCAD and WEG Electric Equipments company. The proposedmethod allows a faithful evaluation of the magnetic losses taking placein the stator core of a three phase induction motor. For comparativepurposes, three suppliers of the same type of electrical steel sheets areevaluated using three different experimental methods, namely: theEpstein frame test, the no-load test with complete three phase inductionmotor, and the proposed electromagnetic device.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Produção / Made available in DSpace on 2012-10-20T16:51:23Z (GMT). No. of bitstreams: 1 227168.pdf: 3823379 bytes, checksum: 812f936ac4ca5df72dab920feddcc645 (MD5) / Este trabalho propõe-se a avaliar o impacto dos Drives Moduladores de Energia (controle eletrônico de energia) em termos de eficiência energética, os correspondentes efeitos econômico-financeiros da sua adoção, associados aos motores elétricos de indução em um processo produtivo. A energia foi inicialmente abordada sob a óptica da física clássica, passando-se às dimensões sociais e político-econômicas, quando se constatou que, no sistema produtivo nacional, o motor elétrico de indução é considerado o maior consumidor. Teorias que relacionam a importância e a necessidade de se poupar energia elétrica foram levantadas, bem como as tecnologias, o estado da arte, que visam tornar os sistemas de conversão eletromecânica mais eficientes, dentre essas, a mais recente, o Drive Modulador de Energia. Para a análise da eficiência do desse equipamento, desenvolveu-se um modelo que permitiu quantificar a possível energia poupada em kWh, a qual é transposta para valores percentuais, monetários e indicadores de desempenho: Valor Líquido Presente, Taxa Interna de Retorno, Payback e Relação Benefício/Custo. Com a realização de um ensaio na empresa Cimentos Davi, os resultados foram confrontados com o modelo e demarcada a sua validade. O Drive mostrou eficiência energética com ressalvas, pois esta se dá para o motor operando a baixos carregamentos, em média inferior a 50%, valor normalizado, do montante de horas de trabalho (próximo ou superior a 8.000 horas por ano), do momento do levantamento dos custos, uma vez que tanto o equipamento como a energia variam no tempo e, de algum modo, estão vinculados ao câmbio e outros. This work intends to identify necessary operational aspects for the use of Drive Modulator of Energy, in the productive situations, to get reduction of the electric power consumption, that takes and guarantee technical and economical advantages. To beginning with Classic physical vision about energy, passing by social and political-economical panorama until the importance of the motor induction, actually considered the largest electric power consumer. Theories have been described and related the importance and the needed to save electric power. Getting up the state of the art and the technologies that seek to turn the conversion systems more efficient eletromecanic like the recent Drive Modulator of Energy. Was grow up, for the analysis of the efficiency of Modular Drive of Energy, a model that allowed to quantify the possible energy saved in kWh, and after it was exchanged by values percentile, monetary and acting indicators as the Present Liquid Value, to Rate Interns of Return, Payback and Relationship between Benefit/Cost. With the accomplishment of the test in the company Cimentos Davi and it's comparation with model, the efficiency of Drive Modulator of Energy was detected. In the end it's economical viability become variable in agreement with the conditions of work of the motor, mainly with relationship to the regime of load of the motor (on average inferior to 50%), working hours near or superior to 8000 hours per year, and other. It's important considering the rising moment, because it is dependent from the exchange rate, as soon as in the equipment costs as in the energy costs.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica. / Made available in DSpace on 2012-10-21T09:25:01Z (GMT). No. of bitstreams: 1 206600.pdf: 6794436 bytes, checksum: 834a16f816f34057ae469770964d9a11 (MD5) / A análise e a previsão dos pulsos de tensão sobre os terminais dos motores de indução alimentados por inversores de freqüência, utilizando o método de modelagem por linhas de transmissão # TLM, são os assuntos desta dissertação. Inicialmente, são discutidos os fatores que contribuem para a geração de pulsos de tensão nos terminais dos motores alimentados por inversores de freqüência em aplicações com velocidade variável. A seguir, apresentam-se a teoria de linhas de transmissão, os métodos numéricos para modelagem de fenômenos, o princípio do método TLM e sua aplicação em problemas 1D. No desenvolvimento experimental, são apresentados os procedimentos para determinação dos parâmetros do sistema formado pelo inversor (fonte), o cabo (linha) e o motor (carga) e os valores medidos para esses parâmetros. Também são apresentados resultados de medições dos pulsos de tensão nos terminais do motor para instalações com 1 m, 30 m e 100 m de cabo de ligação entre inversor e motor. Finalmente são discutidos os resultados obtidos com o algoritmo computacional, comparando-os com valores medidos na prática.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica. / Made available in DSpace on 2012-10-19T19:05:53Z (GMT). No. of bitstreams: 1 197448.pdf: 2647949 bytes, checksum: 7167cf4297e09d0adbea18c63086bafc (MD5) / Atualmente a metodologia utilizada para manutenção em chaves seccionadoras, por período de tempo tem promovido muitos casos de executar a referida manutenção sem ter a real necessidade, o que acarreta não somente a possibilidade de inserção de defeitos durante esta manutenção que o equipamento não possuía, como gastos desnecessários, além de tornar estes equipamentos indisponíveis durante suas manutenções. Outro aspecto importante é encontrar uma forma de determinar se ao fechar, a seccionadora completou o curso plenamente, ou seja se cumpriu todos os requisitos para garantir uma boa condução nos contatos agora fechados. Este ponto tem sido um gargalo para o telecontrole e a automação das SE's que necessitam supervisão local. Nas chaves seccionadoras têm sido encontrados problemas que mostram que na sua maioria são provenientes de esforços mecânicos que poderiam ser traduzidos em torque e conseqüentemente em variação de corrente elétrica do motor. Nesta proposta de trabalho tem-se como objetivo o desenvolvimento de uma metodologia que possa dar suporte para a determinação de quando efetuar manutenção numa chave seccionadora de alta tensão, fazendo análise das curvas da corrente do motor de acionamento verificando suas variações em função dos problemas que possam ocorrer, determinando se esta análise poderá trazer informações importantes para a manutenção da mesma. O desenvolvimento dessa metodologia está ancorado em instrumentação digital, ferramentas matemáticas para o processamento e análise de sinais. Por fim, apresentam-se alguns registros e análises de resultados dos dados coletados no campo.

Orientador : Prof. Dr. Gideon Villar Leandro / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica. Defesa: Curitiba,30/08/2013 / Bibliografia: fls. 151-155 / Resumo: O grande desafio da sociedade contemporânea na busca da sustentabilidade dos processos de industrialização será o equacionamento ideal entre desenvolvimento industrial, consumo energético e conservação ambiental. Atualmente existe uma grande preocupação com a redução dos custos de produção e aumento de produtividade no setor industrial e, visando atender esta nova tendência, muitas empresas têm buscado aumentar a confiabilidade de seu processo produtivo por meio de novas técnicas de manutenção. Diante da necessidade de melhoria da eficiência dos processos produtivos é urgente a necessidade de aliar conceitos de avaliação de eficiência energética aos de aplicação de técnicas preditivas de manutenção dos motores de indução (MI), máquina elétrica responsável pelo consumo de mais de 50% da energia elétrica disponível para os processos industriais. Na busca de uma relação entre eficiência energética e as técnicas preditivas, cabe ressaltar a contribuição do trabalho quanto ao lançamento de uma abordagem simplista, em relação à grandeza chamada Condutância Trifásica (Gabc). O valor de Gabc é determinado e comparado com um valor de referência e tem um alto potencial de identificação das alterações de características de funcionamento do MI. A abrangência da técnica de análise da potência elétrica total, por meio também dos efeitos em Gabc, foram testados com a proposição de um sistema de detecção de defeitos em motores de indução utilizando a Lógica Fuzzy (LF). A partir das regras de inferência ou base de conhecimento, é possível a melhoria contínua no processo global de monitoramento de condição de funcionamento do MI. O Sistema de Diagnóstico de Defeitos Fuzzy (DDF) proposto foi testado por meio da inserção de perturbações de origem elétrica, térmica e mecânica. Os resultados obtidos com a utilização do DDF para as perturbações inseridas neste trabalho foram considerados adequados para o monitoramento da condição de funcionamento do MI. O grande desafio da sociedade contemporânea na busca da sustentabilidade dos processos de industrialização será o equacionamento ideal entre desenvolvimento industrial, consumo energético e conservação ambiental. Atualmente existe uma grande preocupação com a redução dos custos de produção e aumento de produtividade no setor industrial e, visando atender esta nova tendência, muitas empresas têm buscado aumentar a confiabilidade de seu processo produtivo por meio de novas técnicas de manutenção. Diante da necessidade de melhoria da eficiência dos processos produtivos é urgente a necessidade de aliar conceitos de avaliação de eficiência energética aos de aplicação de técnicas preditivas de manutenção dos motores de indução (MI), máquina elétrica responsável pelo consumo de mais de 50% da energia elétrica disponível para os processos industriais. Na busca de uma relação entre eficiência energética e as técnicas preditivas, cabe ressaltar a contribuição do trabalho quanto ao lançamento de uma abordagem simplista, em relação à grandeza chamada Condutância Trifásica (Gabc). O valor de Gabc é determinado e comparado com um valor de referência e tem um alto potencial de identificação das alterações de características de funcionamento do MI. A abrangência da técnica de análise da potência elétrica total, por meio também dos efeitos em Gabc, foram testados com a proposição de um sistema de detecção de defeitos em motores de indução utilizando a Lógica Fuzzy (LF). A partir das regras de inferência ou base de conhecimento, é possível a melhoria contínua no processo global de monitoramento de condição de funcionamento do MI. O Sistema de Diagnóstico de Defeitos Fuzzy (DDF) proposto foi testado por meio da inserção de perturbações de origem elétrica, térmica e mecânica. Os resultados obtidos com a utilização do DDF para as perturbações inseridas neste trabalho foram considerados adequados para o monitoramento da condição de funcionamento do MI. / Abstract: The biggest challenge of the contemporary society in its sustainability search for industrialization process will be the ideal balance among industrial development, energy consumption, and environment preservation. Today there has been a great concern to reduce the production costs along with the increase of productivity in the industrial sector; seeking to meet this new trend, several companies have looked for increase the reliability of the production process by means of new maintenance techniques. Due to the need of better efficiency of the production processes, the need of combining concepts of energy efficiency evaluation with maintenance predictive techniques of induction motors (IM) - electrical machine responsible for consuming above 50% of electrical energy available for industrial processes - is urgent. In a search for a relation between energetic efficiency and predictive techniques, it is emphasized the contribution of this work by defining a simple approach in relation to a quantity called Three-phase Conductance (Gabc). The Gabc's value is determined and compared with a reference value and has a high potential for the identification of changes in the operating characteristics of MI. The scope of the technique of total electric power analysis, also by means of Gabc's effects, was tested by proposing a defect detection system in induction motors using Fuzzy Logic (FL). From inference rules or knowledge basis, it is possible to continuous global process improvement of monitoring the working conditions of IM. The proposed Fuzzy-based defect diagnosis system (FDD) was tested by means of inserting electrical, thermal, and mechanic perturbations. The results obtained using the FDD for the disturbances used in this work were considered suitable for monitoring the operating condition of MI.

Resumo: Esta Tese apresenta um modelo computacional genérico para motores de ignição por compressão (ICO) que usam como combustível diesel, biodiesel e/ou gás natural (biogás) produzidos de microalgas. Um modelo matemático simplificado para operação do motor em regime transiente e em regime permanente, o qual combina princípios da termodinâmica clássica e transferência de calor, foi desenvolvido para o espaço de trabalho do motor (cilindro do motor) com objetivo de fornecer respostas rápidas durante o projeto de sistemas. O modelo é baseado em parâmetros geométricos e de operação do motor (rpm, diâmetros do pistão e do cilindro, curso do pistão, temperatura de operação do motor, relação de compressão do motor, relação ar/combustível) e é capaz de calcular a pressão, a temperatura e a composição da mistura gasosa dento do cilindro como função do tempo (ou do ângulo de giro do virabrequim), tornando possível avaliar, na operação do motor, a pressão média indicada, a potência e o torque indicados em função da velocidade angular. As perdas por atrito são quantificadas com base em correlações empíricas para motores ICO de injeção direta de combustível, de forma que a potência e o torque efetivos podem ser obtidos. O ajuste e validação experimental do modelo proposto foram realizados por comparação direta de resultados obtidos com dados experimentais previamente publicados e catálogos com curvas características de motores. O modelo foi então utilizado para conduzir uma análise paramétrica de forma que os parâmetros que mais afetassem a performance do motor fossem identificados, objetivando melhorar o projeto de motores e futuros estudos de otimização. Os resultados numéricos obtidos demonstram que se pode esperar que o modelo seja uma ferramenta simples, mas importante para o projeto, controle e otimização de motores ICO alimentados por misturas combustíveis de diesel, biodiesel, e gás natural combinando precisão com baixo tempo computacional. O modelo prova ainda que há possibilidade de usar biogás em misturas com diesel e biodiesel com consumo médio, até 13,6% menor em relação ao uso de diesel, quando é usado somente biogás e que na mesma situação o consumo médio de biodiesel é até 12,4% maior. Nessas situações, a perda de potência resultou em 2,3% em média usando somente biogás e 1,1% em média usando somente biodiesel.

Orientador: Luiz Roberto Carrocci / Banca: João Andrade de Carvalho Junior / banca: Edson Luiz Zaparoli / Resumo: O Brasil é um país que segue, como padrão de referência para emissões, as normas européias que diferem das norte americanas em função dos limites e dos ciclos de teste. Com a globalização e comunização de componentes, objetiva-se desenvolver um único produto que possa ser empregado em diversas partes do mnndo e que apresente uma condição adequada e suficiente para uma aplicação que possa variar das altas atitudes e clima frio do Chile, até as altas temperaturas dos desertos da Arábia Saudita. Muitos desenvolvimentos de motores devem ser acompanhados da evolução da qualidade do combustível, o qual influencia diretamente no desempenho e durabilidade dos motores. Logo uma avaliação das emissões de um motor, o qual o princípio empregado para redução de emissões, está previsto para ínicio de comercialização no Brasil a partir de 2008, torna-se uma ferramenta importante para o desenvolvimento de veículos ecologicamente corretos. Paralelamente está previsto também uma melhora na composição do combustível; pode-se então dizer que, se as emissões com o atual combustível no Brasil forem inferiores aos limites programados para o ano de 2008, isto indicará que teremos um motor que irá emitir menos, quando considerada a qualidade do combustível otimizado. Concluindo, o presente trabalho possui grande importância tecnológica e estratégica para o desenvolvimento de motores Diesel além de sistemas e agregados para se reduzir emissões dentro do grupo mundial DaimlerChrysler. / Abstract: The Brazil is a country, which follows the same European emissions standard for thelimits and tests, however the current legislation in Europe will come to Brazil one step later. It means about 4 years later. With globalization, the industries are looking for costs reducing and one necessary way to get it is to have one product or, in this case one vehicle, that could be sold in different countries, foruse in high altitude and cold wheter like in chile and in high temperatures as in the Arabic deserts. Many engine developements should be made at the same time with fuel quality improvement, which has directly influence about performance and durability of the engine components. Because of it, the correct exhaust gas emissions evaluation of the high technology engine in Brazil is a very important factor to signalize the strategy for the next emissions legislation. The principal focus of this monograph is the analysis of the engine for 2008 in Brazil, now in 2003 and receive the information to prepare the Brazilian scenaio for the next years. The subject of this case is the testing of the current different kinds of Diesel fuel in Brazil determining the emissions values freom the engine EPA 2004 and with these values comparing them to the standard emission limits and explain about the comparability of results. To sum up, the current monograph has great technological and strategical importance to the Diesel engine development and also the development of aggregates and systems for emissions reducing into Daimler-Chrysler worldwide group. / Mestre

Orientador: Pedro Magalhães Sobrinho / Banca: Júlio Santana Antunes / Banca: José Rui Camargo / Resumo: Na atualidade a eficiência energética é um dos assuntos mais citados nas indústrias, pois as empresas que investem em projetos de eficiência energética conseguem economizar recursos, ganhar competitividade e ajudar a amenizar a pressão sobre o aumento da oferta de energia. Postergar parte do investimento no aumento da oferta de energia permite ao governo e ao empresário liberarem recursos para outras prioridades, sem perda de qualidade, segurança no abastecimento e com ganhos sociais e ambientais. Este estudo apresenta critérios de aplicação da metodologia da eficiência energética em uma indústria siderúrgica onde são avaliadas três áreas dentro desta usina, tais como sistemas motrizes, sistemas térmicos e sistemas de iluminação, onde pode-se obter ganhos significativos implementando a metodologia da eficiência energética / Abstract: At present energy efficiency is one of the issues most frequently cited in industries, as companies that invest in energy efficiency projects can save resources, improve competitiveness and helps ease the pressure on increasing the supply of energy. Postpone part of the investment in increasing energy supply allows the government and the business owner to release resources for other priorities, without loss of quality, security of supply and social and environmental gains. This study presents application criteria of energy efficiency methodology in a steel industry which are evaluated in three areas of a steel mill, such as drive systems, thermal systems and lighting systems, where can be made significant gains by implementing the methodology of energy efficiency / Mestre