Dissertação apresentada para obtenção do grau de Doutor em Ciências de Engenharia, na Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto, sob a orientação dos Professores António Manuel Antunes Fiúza e Margarida Maria de Brito Loebe Guimarães

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2011 / Made available in DSpace on 2012-10-26T06:17:40Z (GMT). No. of bitstreams: 1 295365.pdf: 16526207 bytes, checksum: 64788183be3bea675cde3630533678e9 (MD5) / Os contatores são amplamente empregados na indústria para manobra dos mais diversos tipos de equipamentos elétricos, onde servem de interface entre o equipamento de controle e as cargas comandadas. Entretanto, durante eventos transientes na tensão de alimentação, os contatores são identificados como os pontos fracos em muitos processos industriais, chegando muitas vezes a causar a interrupção do sistema. Para prover um funcionamento seguro, um acessório de retenção é comumente acoplado ao contator. Através de um mecanismo de retenção mecânica, este dispositivo eletromecânico mantém o contator em sua posição "ligado" na ausência de tensão de comando e através de um atuador magnético, permite o comando de desarme à distância, liberando o contator que retorna à sua posição "desligado". O presente trabalho trata da modelagem e simulação dinâmica do funcionamento do dispositivo eletromecânico que compõe o acessório para contatores comercialmente chamado de Módulo de Retenção Mecânica, embasado pela apresentação das fases iniciais do processo de desenvolvimento. Apresentam-se o resumo do benchmarking de produtos da concorrência e os requisitos de projeto elencados, além de algumas considerações da fase do projeto informacional e preliminar. Apresentam-se a modelagem e a simulação da força eletromagnética do atuador de desarme empregado, que é validada através de medições. Empregando o resultado anterior, realiza-se também a simulação dinâmica do modelo desenvolvido para o mecanismo de retenção. São apresentados também os leiautes preliminares e o leiaute funcional desse mecanismo. A fim de melhor representar a situação real, um modelo simplificado de contator também desenvolvido no presente trabalho é acoplado ao modelo do mecanismo durante a simulação dinâmica. Na etapa de desenvolvimento, alguns passos sistemáticos foram seguidos, conforme sugerido nas bibliografias de projeto integrado de produtos, e que resultaram na definição de requisitos de projeto mais completos. Na sequencia, tais requisitos foram confrontados com os resultados da simulação, o que permite concluir que o acessório de retenção mecânica desenvolvido cumpre os requisitos de projeto elencados e atende os objetivos iniciais do trabalho. Apesar desse relativo sucesso, identificam-se possibilidades de aperfeiçoamento através do emprego de métodos sistemáticos durante a etapa de geração de leiautes alternativos da concepção. Espera-se que tais métodos sistemáticos quando aplicados também na fase de projeto preliminar, contribuam no processo e sejam efetivos, principalmente quando a complexidade e o número de peças do mecanismo desenvolvido sejam superiores em relação ao apresentado no presente trabalho. As práticas adotadas no presente trabalho, principalmente relativas à parte de projeto informacional, contribuíram significativamente para a empresa, e foram prontamente absorvidas às práticas correntes de desenvolvimento. Atualmente elaboram-se as especificações de projeto e desenvolvem-se os produtos com base em decisões conjuntas de um grupo de apoio e atenta-se para a necessidade de aplicar a metodologia de projeto nas demais fases do processo de desenvolvimento de produtos. / Contactors are widely used in industry for switching of various types of electrical equipment, where they serve as an interface between control equipment and the loads to be switched. However, during transient events in the supply voltage, contactors are identified as the drawback in many industrial processes, often causing the system interruption. To provide reliable operation, a latching accessory is commonly used in combination with the contactor. Due to its mechanical latching mechanism, this electromechanical device keeps the contactor in its "on" position in the absence of control voltage and, due to a magnetic actuator, allows the remote control of the ensemble, switching the contactor that returns to its "off" position. This text focus on a modeling and dynamic simulation work for the mechanical latch block for contactors, which is grounded by the presentation of the initial phases of the product development process. It presents the product benchmarking and the design requirements listed, in addition to present some considerations taken in the informational and embodiment phases. It presents the modeling and simulation of the electromagnetic force of the actuator and the measurements to validate the results. Using the previous result, the dynamic behavior of the model developed for the latch mechanism is simulated. It's also presented the preliminary lay-outs that were done and helped to obtain the functional lay-out for this mechanism. In order to obtain a better representation, a simplified contactor model has also been developed and then coupled to the latch mechanism in the dynamic simulation. In the development phase, some systematic steps were followed, as suggested in the references of methodology for process project, which resulted in the definition of more complete project requirements. These requirements were compared with simulation results, which showed that the mechanical latch accessory developed meets the design requirements listed, which means the initial targets were accomplished. Besides of these accomplishments, it's identified opportunities for improvement if more systematic methods were applied for the phase of generating alternative lay-outs for the concept. It is expected that such systematic project methods, when applied to the embodiment phase, can contribute in the process and can be effective, especially when the complexity and number of parts of the developed mechanism is larger than the one presented in this work. The practices adopted in this work, mainly on the informational phase of the process project, have brought a significant contribution to the company and were readily absorbed into the current development practicing. Currently, the company develops design specifications and develops products based on a common decision of a support group and identifies the need to implement the project methodology in other phases of product development.

Submitted by Reginaldo Soares de Freitas (reginaldo.freitas@ufv.br) on 2016-11-07T16:04:20Z No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 2484754 bytes, checksum: 0c8cf2606167f5c53e348322da1cdeae (MD5) / Made available in DSpace on 2016-11-07T16:04:20Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 2484754 bytes, checksum: 0c8cf2606167f5c53e348322da1cdeae (MD5) Previous issue date: 2004-04-23 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / As agroindústrias de pequeno porte tem sido promovidas como uma opção viável para agricultores familiares ameçados de exclusão dos mercados atuais como conseqüencia da globalização. A agroindustrialização possibilita a agregação de valor ao produto primário, gerando e aumentando receitas para os pequenos produtores. O governo brasileiro tem consciência de que é dever das políticas públicas estimular agroindústrias de pequena escala como pode ser observado no Programa Nacional de Fortalecimento da Agricultura Familiar. No entanto, a experiência tem mostrado a fragilidade destas pequenas empresas face a um ambiente extremamente competitivo num economia aberta. As dificuldades enfrentadas por estes negócios são de diferentes naturezas: tecnológica, institucional e gerencial. A inspeção sanitária é somente uma entre outras limitações do ambiente institucional devido às pesadas exigências em termos de estrutura física. e os procedimentos de registro que constituem uma séria barreira para a formalização de agroindústrias de pequena escala. Em suma, existe uma série de considerações a serem feitas para se avaliar os fatores críticos de sucesso para a sustentabillidade econômica destes empreendimentos. Os objetivos desta pesquisa foi examinar as questões de sustentabilidade financeira sob uma abordagem sistêmica, no sentido de promover uma taxa maior de sobrevivência de agroindústrias beneficiadas por programas promotores de agroindústrias. Como abordagem metodológica, foram usados conceitos e procedimentos da área de dinâmica de sistemas (SD) originalmente desenvolvida no MIT nos anos 50’s. Esta metodologia implica num enfoque multidisciplinar na compreensão e modelagem da estrutura do sistema e sua dinâmica, permitindo a análise de políticas e estratégias que impactam sua performance. A clássica conceitualização de sistema agroindustrial foi utilizada considerando os sub- sistemas de fornecimento, processamento e distribuição e suas relações com o ambiente institucional e competitivo. Uma ampla análise de um seleto grupo de programas destinados à promoção de agroindústrias de pequena escala no Brasil foi feita para elaborar diagramas de influência. Onze programas foram identificados, e dentre estes cinco eram estaduais ou distrital, e seis municipais ou regionais. Uma rapid appraisal foi conduzida através de entrevistas semi- estruturadas com pequenos agricultores de 35 agroindústrias promovidas por estes programas. Também foram entrevistados 27 especialistas, executivos, políticos e técnicos de ONGs envolvidos na promoção de agroindústrias. Estes procedimentos permitiram capturar o modelo mental relevante trazendo à tona a diversidade de ambientes institucionais em torno de cada caso particular, demonstrando como estas experiências de promoção agroindustrial no Brasil estão sendo reproduzidas em várias regiões. Uma extensa descrição e discussão sobre estes programas e seus recursos foi feita no intuito de auxiliar formuladores de políticas no estabelecimento de novas intervenções governamentais. A construção de um modelo de Simulação Dinâmica de Sistema (SD) com o software “POWERSIM” permitiu considerar a iteração entre as variáveis identificadas e o ambiente competitivo. Especial consideração foi dada aos mecanismos de retroalimentação de informação (feedback) e defasagens de tempo (delays) como resultados de ações políticas e suas relações com os sistemas de fornecimento e de distribuição. Também foram examinados os mecanismos relacionados com operações internas (escolhas tecnológicas, procedimentos operacionais, etc.). O modelo foi baseado em sub-sistemas os quais foram construídos independentemente para investigar os gargalos como “custo de qualidade”, “diversificação da produção” e “influência do Sistema Voizin” (uma técnica de produção orgânica) dentre outros. O modelo foi utilizado para simular o comportamento de três unidades agroindustriais em cenários alternativos, revelando muitos insights sobre a sustentabilidade de cada um dos empreendimentos de pequeno porte selecionados e provando ser uma ferramenta potencial para formuladores de políticas na elaboração de estratégias e programas nesta área de atividades. / Rural Non Farm Employment (RNFE) has been promoted as a possible option for family farmers threatened to be excluded from current markets as a consequence of globalization. Indeed, agrioindustrialization can be seen as a way to aggregate value to a primary product, generating increased revenues to small farmers. The Brazilian government realized that there is a role for economic policies in stimulating small-scale agro-industries and these concerns can be noticed in programs such as PRONAF (National Program for Family Agriculture). However, experience has shown the fragility of these small firms in face of an extremely competitive environment in an open economy. The difficulties faced by these businesses are of different natures: technological, institutional and managerial. The conventional sanitary legislation is only one between others limitations of the institutional environment, because of its strict requirements in terms of physical structure. The organizational model of inspection services and the registration procedures constitute a serious barrier to the formalization of small-scale agroindustries. In short, there is a series of considerations to be made in order to assess more precisely the critical success factors for the economic sustainability of small-scale agro-industrial firms. The objectives of this study was to examine the issue of financial sustainability of small scale agroindustry under a system approach, in order to promote more a successful survival rate for the programs designed to promote these enterprises. As a methodological approach, concepts and procedures from the area of system dynamics (SD) originally developed at MIT in the 50’s were used. This means following a multidisciplinary focus in order to understand and model the structure of a system and its dynamics, allowing the analysis of policies and strategies that impact its performance. A classical agroindustrial system conceptualization was followed, considering the sub-systems of supply, processing and distribution and their relation to the competitive and institutional environment. A broad analysis of selected programs designed to promote small-scale agro-industries in Brazil was made in order to draw the influence diagrams. Eleven programs were identified and between them 5 were state or district sponsored, and 6 were municipal or regional. A rapid appraisal was conducted, applying structured interviews to small farm owners of 35 food plants promoted in those programs. Additionally, 27 specialists, even as executives, policy makers and NGO staff engaged in RNFE promotion were also interviewed. These procedures allowed capturing the relevant “mental models”. It also brought out the diversity of the institutional environment around each particular case, showing how the conceptual model of RNFE experienced in Brazil is being reproduced in many regions. One extensive description and discussion about these programs and their funding was done, in order to convey information for policy makers, and also encouraging new interventions. A System Dynamic Simulation was built with the “POWERSIM” software. This allowed taking under consideration the interaction between the identified variables and the competitive environment. Especial consideration was given to the mechanisms of feedback and delay (time gaps) as results of policy actions and this relation with the supply and distributive systems. Also examined were the mechanisms related to internal operations (technological choices; operational procedures etc.). The model was based in sub-systems and they were built independently to investigate bottlenecks as “cost of quality”, “diversification”, “influence of “Voizin” system (an organic production technique)” and so on. The model was used to simulate the behavior of 3 agroindustries firms under alternative policies. This procedure followed allowed insights about the sustainability of each selected small-scale agroindustry and proved to be a potential tool for decision makers when formulating new strategies and program in this area of activities.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:56:29Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DissRCT.pdf: 1458533 bytes, checksum: 6c1138afcca0a441294e37a2f4feaffb (MD5) Previous issue date: 2007-08-08 / Sugar cane can be considered one of the main crop in the state of São Paulo, both for its contribution to the gross profits of the entire state harvest and the extent of the agricultural land it occupies. Recent figures show that the Brazilian sugar and alcohol industry park has 304 active industries, in addition to 40 new ones in implementation phase. The enlargement of that sector and its growing interest in new technologies represent a favorable context in developing and studying processes related with sugar and alcohol production among universities. This study focuses on the main stage in the sugar production process, the crystallization stage, in an attempt to better understand the deficiencies associated to the equipment where such stage is processed, known as crystallizer (or batch vacuum pan). In addition, more effective control strategies are also sought. A dynamic model of an industrial batch crystallizer was designed using the mass balance classical approach. The open-loop dynamic model simulation results were compared to real data taken from the supervisory system and laboratorial analysis, both information got in an industry located in the middle west of São Paulo state, the Usina Barra Grande. The model comprised a non-linear system of differential-algebraic equations. The mass balance that was adopted, in spite using severe hypotheses, generated good predictions for the equipment s state variables. The analysis of the data from the mentioned industry has shown that the operational stability of the equipment is affected by the crystallizer s automatic control routines. Besides the model, a control software was also build, aiming initially closedloop dynamic model simulation and the firsts adjusts in the new control strategies. After that, the control software had its behavior assessed in real operation time, replacing the more problematic controls in the equipment s programmable logical controller. The control software was encoded in VISUAL BASIC and comprised two control modes: a proportional-integral (PI) mode and a fuzzy mode. The crystallization stage was followed up by means of a graphical interface, where the main process informations were visually available. The informations were stored during the crystallization stage and, in the end, were saved in a text file, to guarantee future analysis. The fuzzy algorithm was created on MATLAB and it was compiled in a dynamic linked library format, which allowed its access by the control software. The tests with the control software were developed in two periods of time. The first period tests were made with the proportional-integral control mode and the second period tests were made with the fuzzy control mode. Both control modes generated extremely satisfying results. There were savings in the batch times, a reduction in the oscillation of the manipulated variables and a decrease in the error between the main controlled variable and its setpoint, when the tests results were compared with data from the actual control. / A cana-de-açúcar pode ser considerada uma das principais culturas do estado de São Paulo, devido à sua contribuição para o valor bruto da produção agrícola e também para a ocupação da área de plantio. Dados recentes informam que o parque sucroalcooleiro nacional é formado por 304 indústrias em atividade e mais 40 novas indústrias em fase de implantação. A expansão do setor e o interesse crescente do mesmo por novas tecnologias são fatores que contribuem para o desenvolvimento e o estudo de processos relacionados com a produção de açúcar e álcool dentro das universidades. Este trabalho faz um estudo sobre a principal etapa do processo de produção de açúcar, a etapa de cristalização, na busca do entendimento das deficiências relacionadas à operação do equipamento onde se dá a mesma, o cristalizador (ou cozedor a vácuo), e também na busca de estratégias de controle mais eficazes. Um modelo dinâmico de cristalizador industrial batelada foi concebido usando a abordagem clássica de balanço de massa. Os resultados da simulação do modelo em malha aberta foram comparados com dados reais retirados do sistema de supervisão e com análises laboratoriais de amostras, ambas as informações obtidas em uma indústria do interior do estado de São Paulo, a Usina Barra Grande. O modelo era formado por um sistema não-linear de equações algébrico-diferenciais. O balanço de massa adotado, apesar de utilizar hipóteses severas, conseguiu gerar boas predições para as variáveis de estado do equipamento. A análise dos dados da indústria indicou que a estabilidade operacional estava sendo prejudicada pelas rotinas de controle automático do cristalizador. Além do modelo, desenvolveu-se também um programa de controle que possibilitou, inicialmente, simulações do modelo dinâmico em malha fechada e ajustes iniciais nas novas estratégias de controle. Depois, o programa de controle teve seu desempenho testado em tempo real de operação, substituindo parte dos controles existentes no controlador lógico-programável do equipamento. O programa de controle foi codificado no aplicativo VISUAL BASIC e consistiu de dois modos de controle: modo proporcional-integral (PI) e modo fuzzy. O acompanhamento da etapa de cristalização foi feito pela interface gráfica do programa, onde as principais informações do processo estavam visualmente disponíveis. As informações eram armazenadas ao longo da etapa e, ao final, eram salvas num arquivo texto para permitir análise posterior. O algoritmo fuzzy foi criado no MATLAB e compilado em forma de biblioteca de ligação dinâmica, o que possibilitou seu acesso pelo programa de controle. Os testes com o programa de controle foram realizados em dois períodos. Os testes do primeiro período foram feitos com o modo de controle proporcional-integral e os testes do segundo período foram feitos com o modo de controle fuzzy. Ambos os modos do programa de controle apresentaram resultados bastante satisfatórios. Houve encurtamento dos tempos de ciclo, redução da oscilação da variável manipulada e diminuição do erro entre a principal variável controlada e seu setpoint, quando os resultados dos testes são comparados com dados do controle atual.

O propósito desta Tese é realizar o estudo da implementação do controle avançado do tipo controle preditivo baseado em modelo (MPC) e otimização em tempo real (RTO) em uma unidade de processo industrial usando como ferramentas softwares comerciais de simulação e otimização de processos. As soluções propostas podem ser consideradas como estratégias de integração entre RTO e MPC de uma e duas camadas. Na estratégia de duas camadas, a camada superior que considera um modelo rigoroso não linear do processo computa e envia targets otimizantes à camada dinâmica do MPC, que computa as ações de controle necessárias para alcançar esses targets e estabilizar o processo. Na estratégia de uma camada, mais conhecida como MPC econômico, temos a inclusão do gradiente da função econômica na função custo do controlador preditivo. Ambas as estratégias foram estudadas e suas implementações na coluna de destilação de propeno/propano com integração energética da unidade de produção de propeno da refinaria de Capuava da Petrobras foram simuladas. Este estudo foi realizado em varias etapas. Primeiro, uma simulação dinâmica do processo foi realizada usando o simulador dinâmico SimSci Dynsim® para ser usada como uma planta virtual que também foi usada para a identificação dos modelos usados nos controladores preditivos. Segundo, os algoritmos de controle avançado foram desenvolvidos em Matlab® baseados no controlador preditivo de horizonte infinito (IHMPC), no controlador preditivo robusto (RIHMPC) e no MPC econômico. Terceiro, o algoritmo de RTO foi desenvolvido no pacote de otimização em tempo real Simsci ROMeo®, onde o modelo rigoroso não linear do processo foi implantado incluindo as etapas de simulação, reconciliação de dados e otimização. Quarto, modificações e adaptações dos algoritmos e rotinas desenvolvidas foram feitas para permitir a comunicação de dados em tempo real usando o protocolo de transferência de dados OPC entre Matlab®, Simsci Dynsim® e Simsci ROMeo ®. Finalmente, foram desenvolvidos o sequenciamento e automação dos algoritmos tanto para leitura e escritura de dados, assim como, para a rotina do RTO. Para todas as estratégias propostas nesta Tese, foram incluídos exemplos de simulação representativos onde se pode evidenciar a estabilidade e convergência das estratégias propostas, chegando-se à conclusão que as estruturas propostas de RTO/MPC podem ser implementadas no sistema real. / The aim of this Thesis is to study the implementation of advanced control, specifically, Model Predictive Control (MPC) and real time optimization (RTO) in an industrial process system using tools such as commercial software for process simulation and optimization. The proposed solutions can be considered as integration strategies of RTO and MPC with one and two layers. In the two layer approach, the upper layer that considers a rigorous non-linear steady-state model of the process computes optimizing targets that are sent to the dynamic layer that are based on the MPC, which computes the necessary control actions to reach those targets and stabilize the process system. In the one layer strategy, also called as Economic MPC, the gradient of the economic function is included in the cost function of the predictive controller. Both strategies were studied and their implementation in the energy-recovery propylene/propane splitter system of the propylene production unit at the Capuava Refinery of Petrobras was simulated. In order to accomplish this objective, the work was developed in several steps. Firstly, a dynamic simulation of the process was built in the dynamic simulator Simsci Dynsim® so that it could be used as a virtual plant in which the model identification could also be performed. Secondly, the advanced control algorithms were developed in Matlab® based on the Infinite Horizon Model Predictive Control (IHMPC), the robust predictive controller (RIHMPC) and the Economic MPC. Thirdly, the RTO algorithm was developed in the real-time optimization package Simsci ROMeo®, where the non-linear rigorous model of the process was built including the stages of simulation, data reconciliation and optimization. Fourthly, modifications and adaptation of the developed algorithms and routines were included to allow the real-time data communication considering the OPC data transfer protocol between Matlab®, Dynsim® and ROMeo ®. Finally, a sequence of algorithms was developed and automated for data reading and writing, as well as, for the RTO sequence. For all the strategies developed in this Thesis, representative simulation examples were presented in order to show the closed-loop stability and convergence of the proposed approaches, leading to the conclusion that the proposed RTO/MPC structures can be implemented in the real system.

Este estudo propõe uma metodologia para a simulação dinâmica da cadeia de produção mineral. A metodologia proposta permite que modelos complexos sejam construídos rapidamente e com precisão, reduzindo os custos de estudos nas fases de projeto e possibilitando reduções mais expressivas nos custos de implantação e operação do empreendimento. A metodologia proposta abrange todas as etapas de estudo desde a formulação do problema a ser analisado até a implementação dos resultados e foi aplicada em um projeto, durante as fases de FEL 2 e 3 (Projeto Conceitual e Básico). O projeto estudado consiste da produção de produtos de minério de ferro de uma empresa de mineração em Corumbá/MS, incluindo lavra, beneficiamento e transporte do minério beneficiado por ferrovia até o porto de Santos/SP. São apresentadas as premissas, dados de entrada e conceitos para criação de um modelo que integre Pátio de Estocagem da Usina de Beneficiamento, Ferrovia e Porto, além dos dados de saídas do modelo necessários para avaliação e suas análises. Com base nos resultados obtidos foram identificados as ações que podem ser tomadas para o aumento da eficiência do trabalho de modelagem. A aplicação da metodologia proposta permitiu comprovar que um modelo integrado de simulação, envolvendo as diferentes atividades da cadeira de produção mineral, oferece uma visão global dos processos envolvidos e facilita a tomada de decisão. / This study proposes a methodology for dynamic simulation of the mineral supply chain. The proposed methodology allows complex models to be built quickly and accurately, reducing the costs of studies in the design phases and enabling more substantial reductions in the costs of implementation and operation of the enterprise. The proposed methodology covers all stages of study since the problem formulation to be analyzed until the results implementation and was applied in a project, during the phases of FEL 2 and 3 (Pre-Feasibility and Feasibility Study). The project studied consists of the production of iron ore products from a mining company in Corumbá/MS, including mining, beneficiation and transportation of the processed ore by rail to the port of Santos/SP. Assumptions, input data and concepts to create a model that integrates the Stockyard of the Beneficiation Plant, Rail and Port are presented, beyond the outputs data of the model necessary for the assessment and analysis. Based on the results obtained were identified actions that can be taken to increase the efficiency of modeling work. The application of the proposed methodology allowed to demonstrate that an integrated simulation model, involving different activities of the mineral supply chain, provides an overview of the involved process and facilitates decision making.

A pasteurização é um processo térmico para inativar micro-organismos patogênicos e deterioradores em alimentos líquidos. O controle do processo é fundamental para a manutenção da temperatura de pasteurização, de forma que a modelagem dinâmica se torna útil no desenvolvimento, nos testes de controladores e nos procedimentos de operação. O objetivo deste trabalho foi o desenvolvimento e a validação experimental da modelagem dinâmica de um pasteurizador a placas com três seções de troca térmica para estudar sua operação em regime transiente. A modelagem consiste em balanços diferenciais de energia entre canais e placas do trocador, perda de calor para o ambiente do tubo de retenção e conexões e as respectivas condições iniciais e de contorno. Os coeficientes de troca térmica do equipamento foram determinados experimentalmente. Na simulação foram adotados métodos de diferenças finitas e a resolução matemática foi realizada através do software gPROMS. O modelo foi aplicado para representar o comportamento de um pasteurizador a placas de escala laboratorial (Armfield FT43A), operando em duas condições: sem e com a influência da incrustação na seção de aquecimento do trocador. Para a validação do modelo foram realizados ensaios experimentais da partida e de perturbação das vazões de alimentação do processo. Foram inseridos termopares em diversos pontos do equipamento e as temperaturas foram registradas com um sistema de aquisição de dados. Para estudar a influência da incrustação na pasteurização, foram realizados ensaios experimentais com dois tipos de leite para se ter alta e baixa incrustação. As placas do trocador foram pesadas e fotografadas antes e depois dos ensaios de incrustação para avaliar o depósito formado. Foram utilizados modelos genéricos de incrustação para a simulação desse efeito sobre o processo de pasteurização. Através da comparação dos resultados experimentais e simulados foi verificada que a modelagem matemática para a operação transiente do processo de pasteurização analisado foi muito satisfatória. / Pasteurization is a thermal process used to inactivate pathogenic and deteriorative microorganisms in liquid foods. Process control is essential for the temperature maintenance of pasteurization, so that the dynamic model is an important tool in the development, controller tests, and also in the procedure of operation. The aim of this work was the development and experimental validation of the dynamic model of a plate pasteurizer with three sections of heat exchange studying the transient state operation. The model consists of differential equations of thermal energy balance between channels and plates of heat exchanger, heat loss to the environment of the holding tube and connections and their respective initial and boundary conditions. The heat transfer coefficients of plate heat exchanger and tubes were determined experimentally. In the simulation, finite difference methods were adopted and the math solving was performed using the gPROMS software. The model was applied to represent the behavior of a plate pasteurizer in laboratory scale (Armfield FT43A), operating in two conditions: free of fouling and with fouling influence on the heating section of the heat exchanger. Experimental tests of the start-up and of disturbances in flow rates of the process were performed for the model validation. Thermocouples were inserted at various points of the equipment and the temperatures were recorded with a data acquisition system. In order to study the influence of the fouling, experimental tests were performed with two kinds of milk to obtain high and low fouling. Plates of the heat exchanger were weighed and photographed before and after of the fouling tests for evaluate the deposit formed. Generic models of fouling were used to simulate the effect of fouling on the pasteurization process. Through the comparison of experimental and simulated results, it was verified that the mathematical modeling for the transient operation of the pasteurization process was very satisfactory.

A obra não apresenta página de rosto / Tese de mestrado integrado. Engenharia Electrotécnica e de Computadores. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2010

Este trabalho apresenta uma análise multicorpos de combinação veicular de carga com chassi de semirreboque flexível, para avaliação de dinâmica lateral. O contexto é dado por um breve panorama do transporte rodoviário de cargas no Brasil. No intuito de melhorar seus produtos, os fabricantes de implementos rodoviários têm utilizado metodologias de desenvolvimento baseadas em simulação virtual. Nessas circunstâncias, análises dinâmicas são realizadas, geralmente levando-se em conta a hipótese de corpos rígidos (não deformáveis). Subjetivamente, é sabido que a inclusão da flexibilidade em um modelo numérico o aproxima do fenômeno real, mas são raros os trabalhos que analisam quantitativamente essa diferença. Assim, neste estudo é proposta uma abordagem para consideração da flexibilidade estrutural do chassi de um semirreboque em simulações de tráfego. Procede-se a discretização do quadro do implemento em elementos finitos, para realização de análise de vibração livre, na qual são determinados os modos (autovetores) e as frequências naturais (autovalores) da estrutura. Utilizando metodologia de superposição modal, os modos de vibração são classificados para compor, por combinação linear, a flexibilidade da estrutura nas análises dinâmicas em ferramenta comercial de MBS (sistemas multicorpos). São realizadas, então, simulações de manobras representativas da dinâmica lateral de combinações veiculares, com ênfase à estabilidade em rolagem. Os efeitos globais da inserção de flexibilidade modal no chassi do semirreboque são avaliados por meio de métricas específicas, baseadas em normas ISO de dinâmica lateral para veículos pesados. Os resultados das simulações, apresentados em forma gráfica e tabelas, mostram a grande influência da flexibilidade estrutural do chassi no desempenho dinâmico da combinação veicular analisada. Grandezas relevantes como aceleração lateral (no domínio do tempo e da frequência), ângulo de rolagem e força atuante nos pneus, além de fenômenos físicos como a transferência lateral de carga em curvas, são fortemente afetados pela flexibilidade do quadro. Agrega-se ao trabalho desenvolvido uma forma simplificada de equacionar analiticamente a rolagem de um semirreboque flexível. É realizada também uma análise de sensibilidade da rigidez torcional do chassi quanto ao número de travessas. / This work presents a lateral dynamics multibody analysis of a heavy articulated vehicle with a flexible frame for the semi-trailer. The context is given by a short perspective of the load carrying transportation scenery in Brazil. In order to build better products, the trailer manufacturers have been using development methodologies based on virtual simulation. In these circumstances, dynamic analyses are carried out, considering the hypothesis of rigid (non-deformable) bodies. Subjectively, it is known that the inclusion of flexibility in a numerical model brings it closer to reality, but very few studies work on giving numbers to this difference. Thus, this study presents an approach for taking into account the frame structural flexibility of a semi-trailer in traffic simulations. The frame of the semi-trailer is represented by a finite element model, and a free vibration analysis of this structure is carried out. The mode shapes (eigenvectors) and natural frequencies (eigenvalues) are determined. With a mode superposition method, the vibration modes are classified, for the purpose of building the structural flexibility (by linear combination) of the chassis in the dynamic analyses of the MBS software. Typical maneuvers of lateral dynamics are simulated, testing the roll stability of the combined vehicle model. The global effects for considering the mode flexibility in the semitrailer frame are evaluated through specific metrics, based on ISO standards for heavy vehicles lateral dynamics. The strong influence of the frame structural flexibility, when analyzing the articulated vehicle transient behavior, is showed by simulation results, which are presented in graphics and tables. Important measurements, such as lateral acceleration (in time and frequency domains), roll angle and vertical force on tires, besides physical phenomenon like lateral load transfer, are significantly modified by the flexibility of the frame. A simplified approach for writing the analytical equations of the flexible semi-trailer roll dynamics is added to the study. A torsional stiffness sensitivity analysis is also performed, regarding the number of transversal members in the semi-trailer chassis.

NUNES, Rubens Fernandes. Usando vibrações naturais na descrição e no controle de locomoções fisicamente simuladas de personagens articuladas arbitrários. 2012. 160 f. Tese (Doutorado em ciência da computação)- Universidade Federal do Ceará, Fortaleza-CE, 2012. / Submitted by Elineudson Ribeiro (elineudsonr@gmail.com) on 2016-07-20T13:09:03Z No. of bitstreams: 1 2012_tese_rfnunes.pdf: 9159878 bytes, checksum: 3d0cde019d846958a99bcc7e93559c30 (MD5) / Approved for entry into archive by Rocilda Sales (rocilda@ufc.br) on 2016-07-25T12:15:18Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2012_tese_rfnunes.pdf: 9159878 bytes, checksum: 3d0cde019d846958a99bcc7e93559c30 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-07-25T12:15:18Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2012_tese_rfnunes.pdf: 9159878 bytes, checksum: 3d0cde019d846958a99bcc7e93559c30 (MD5) Previous issue date: 2012 / A animação de personagens virtuais é uma das áreas mais fascinantes em computação gráfica pelo fato de estar diretamente relacionada à manifestação de vida em um ambiente virtual. Entretanto, mesmo envolvendo pesquisa em diferentes áreas, tais como biomecânica, robótica, dinâmica, inteligência artificial e otimização, e sendo bastante incentivada pelas indústrias cinematográficas e pelas indústrias de jogos, gerar ferramentas de animação capazes de produzir locomoções realistas para personagens arbitrários, de maneira automática, é extremamente difícil, e muita pesquisa ainda é necessária. Simular a física presente no mundo real e entender como animais utilizam seus próprios aspectos físicos para se locomover é de fundamental importância para animar tais personagens arbitrários de maneira natural, já que capturar movimentos nem sempre é possível. Particularmente, esse problema se destaca ainda mais quando se deseja gerar locomoção para animais extintos ou completamente fictícios. De fato, é intuitivo que existe alguma relação entre a forma de um animal e a maneira como ele se locomove. Por outro lado, gerar locomoção usando abordagens dinâmicas é bastante desafiador porque a qualidade visual e o estilo da locomoção estão integralmente associados ao papel básico do controlador em fazê-la funcionar. Este trabalho propõe um método de descrição e de controle de locomoções, baseado na hipótese que animais reais exploram suas estruturas elásticas passivas através de excitações internas correspondentes às suas vibrações naturais de mais baixas frequências, para se locomover de maneira energeticamente eficiente. Disponibilizando uma paleta composta pelos modos naturais de vibração do próprio personagem simulado, uma interface visual permite que o animador guie a locomoção final através da seleção e da combinação interativa dessas vibrações. A partir do esboço da locomoção fornecido pelo animador, uma otimização baseada em simulação é realizada sobre os parâmetros do controlador a fim de produzir automaticamente uma locomoção cíclica e fisicamente correta, considerando o efeito da gravidade e a influência do chão. Essa decomposição modal da dinâmica do personagem permite que a locomoção seja definida em um espaço de controle reduzido e dinamicamente independente, o que facilita o processo de otimização. Como resultado, o sistema de animação proposto consiste em uma ferramenta útil de controle, capaz de produzir uma grande variedade de estilos de locomoção para personagens articulados arbitrários, com diferentes morfologias.