Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2015. / Made available in DSpace on 2016-04-19T04:03:55Z (GMT). No. of bitstreams: 1 337901.pdf: 4128416 bytes, checksum: 245c701c1210915adc942f1d49ce5278 (MD5) Previous issue date: 2015 / Os sistemas hidráulicos vêm evoluindo tecnologicamente em função da integração com dispositivos eletro-eletrônicos e melhoria nos processos de fabricação. Porém, ainda são controlados normalmente pela abertura e fechamento de orifícios de passagem de fluido tornando-os extremamente dissipativos e, portanto, com baixa eficiência. Com a crescente conscientização na obtenção de sistemas que tenham um gasto energético otimizado, a hidráulica digital surge como uma alternativa mais eficiente aos sistemas hidráulicos convencionais. Motivado pela obtenção de novas concepções de posicionadores hidráulicos, o presente trabalho estuda a aplicação de um sistema hidráulico digital de chaveamento rápido do tipo step-down em um sistema de controle de posição aplicado a uma bancada de ensaios para turbinas eólicas. A partir do modelo em regime permanente apresentado neste trabalho, foi possível a realização do dimensionamento do sistema, tubo de inertância e frequência de chaveamento da válvula. Os dados obtidos foram utilizados no modelo a em regime transiente de controle de posição com o intuito de verificar as características comportamentais do sistema. Para a validação do modelo em regime transiente, experimentos foram realizados na Bancada de Controle de Ângulo de Passo existente no Laboratório de Sistemas Hidráulicos e Pneumáticos da Universidade Federal de Santa Catarina. Com as conclusões deste trabalho, têm-se os principais elementos para a correta seleção das dimensões do tubo de inertância e frequência de chaveamento da válvula juntamente com as principais vantagens e desvantagens na utilização de um sistema de posicionamento hidráulico digital em comparação aos sistemas hidráulicos convencionais.<br> / Abstract : In recent years there has been a considerable development in hydraulic systems technology. The technological improvement has been a function of the integration of electronic devices and improvement of the manufacturing processes. However, the hydraulic systems are still normally controlled by the opening and closing the fluid passages making them extremely dissipative and, therefore, with low efficiency. With the increasing awareness to obtain systems which have optimized energy consumption, the digital hydraulics emerges as a more efficient alternative to conventional hydraulic systems. Aiming to achieve new designs of hydraulic positioning systems, this master?s thesis studies the application of a digital hydraulic system in position control applied in a test bench for wind turbines. From the steady state model presented in this master?s thesis, the optimization of the inertance tube and valve switching frequency was possible. The data obtained were used in the transient model of the pitch angle control system in order to check the behavioral characteristics of the system. To validate the dynamic model, experiments were carried out in the Pitch Angle Control Bench that is located in the Laboratory of Pneumatic and Hydraulic Systems of the Federal University of Santa Catarina. The results of this study address the key elements for the correct selection of the inertance tube dimensions and valve switching frequency and also the main advantages and disad-vantages of using a digital hydraulic system compared to a conventional hydraulic system.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2012 / Made available in DSpace on 2013-06-26T00:13:43Z (GMT). No. of bitstreams: 1 315359.pdf: 2535849 bytes, checksum: 4fd6ae6c396e1f7012bf90be32bda24c (MD5) / A presente dissertação apresenta um estudo acerca do projeto e análise do comportamento de uma transmissão hidrostática a ser incorporada a um aerogerador de eixo horizontal. Na busca de uma maior eficiência na geração de energia elétrica a partir do vento, os aerogeradores têm experimentado um amplo crescimento nas diversas áreas relativas ao seu projeto e operação. Deste modo, o aumento na eficiência global do aerogerador constitui um dos requisitos mais importantes para o desenvolvimento destas máquinas. Uma transmissão hidrostática mostra-se como uma alternativa promissora para a transmissão da potência extraída pelo rotor da turbina até o gerador elétrico e para a regulação da velocidade do rotor. Na operação de aerogeradores de eixo horizontal, a variação na velocidade de rotação do rotor permite maximizar a captura da energia do vento. Por outro lado, geradores elétricos síncronos necessitam de conversores de frequência para operarem com velocidade variável, causando uma queda na eficiência global do sistema. Um modo de contornar este efeito é conectando o gerador elétrico diretamente à rede elétrica, pela qual o gerador necessita operar continuamente com velocidade de rotação síncrona a fim de manter a frequência da energia elétrica produzida dentro dos padrões exigidos pela rede elétrica. Uma transmissão hidrostática é capaz de solucionar este problema, pois possibilita desacoplar a velocidade do rotor da velocidade do gerador elétrico. Isto permite que o rotor opere com uma maior eficiência enquanto mantém a qualidade da energia fornecida pelo gerador. Outra implicação favorável à utilização de uma transmissão hidrostática é a possibilidade de instalar a maior parte dos componentes presentes em um aerogerador ao nível do solo. Isto reduz o peso da torre e da nacele do aerogerador, o que reduz as cargas dinâmicas sobre a estrutura da mesma, além dos custos de construção. Neste trabalho é apresentado um modelo computacional através do qual foi possível analisar as diversas características operacionais de tal sistema. Este trabalho pretende contribuir na área de projeto de sistemas de transmissão de potência para aerogeradores, proporcionando informações que permitam avaliar o desempenho da transmissão hidrostática e fornecer uma solução alternativa visando sua futura aplicação em aerogeradores de eixo horizontal.<br> / Abstract : The present dissertation presents a study on the design and the analysis of the behavior of a hydrostatic transmission to be incorporated into a horizontal axis wind turbine. In the pursuit for larger efficiency on wind energy extraction, wind turbines have seen a broad growth among different areas regarding its design and operation. Thus the growth in the overall efficiency of the wind turbine constitutes one of the most important requirements for the development of these machines. A hydrostatic transmission appears as a promising alternative for the transmission of the power extracted from the turbine#s rotor to the electric generator and for the regulation of the rotor speed. During the operation of horizontal axis wind turbines, the variation of the rotor speed allows for maximization of energy capture from the wind. On the other hand, synchronous electric generators require frequency converters to be able to operate with variable speed, causing a drop on the system´s overall efficiency. A way to get around this outcome consists of connecting the electric generator directly to the electrical grid, whereby the generator is required to continuously operate with synchronous speed in order to maintain the frequency of generated electric energy within the standards of the electrical grid. A hydrostatic transmission is able to solve this problem, because it allows the decoupling of the rotor speed from the electric generator speed. This enables the rotor to operate with a greater efficiency while maintaining the power quality supplied by the generator. Another favorable outcome from the use of a hydrostatic transmission is the possibility of installing most of the components of the wind turbine on the ground level. This reduces the weight of the tower and the nacelle of the wind turbine, which in turn reduces dynamic tensions over the wind turbine´s structure, along with construction costs. This dissertation presents a computational model through which it has been possible to analyze the various operational characteristics of the system. This study intends to contribute with the design of power transmission systems for wind turbines, providing information that allows for evaluation of the performance of the hydrostatic transmission and to present an alternative solution in order for future use in horizontal axis wind turbines.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica. / Made available in DSpace on 2012-10-20T14:11:20Z (GMT). No. of bitstreams: 1 197183.pdf: 1238559 bytes, checksum: 1d0695f4e7fe233b93091d119d5bbd23 (MD5) / O presente trabalho tem como objetivo apresentar uma modelagem matemática mais completa para a descrição da vazão em válvulas direcionais proporcionais. O modelo matemático da vazão em uma válvula direcional proporcional é fundamental para o estudo dos sistemas hidráulicos, principalmente àqueles ligados ao controle de posição, força e velocidade de atuadores hidráulicos. Estas formas de controle são bastante empregadas na robótica, siderurgia, indústria, aviação, marinha entre outras. Atualmente, dispõe-se de modelos linearizados que incorporam os efeitos de vazamentos internos, mas não incluem o fator quadrático da pressão, o que traz resultados muito afastados da realidade quando a válvula opera distante do seu ponto central. Nos modelos não lineares, está presente o fator quadrático da pressão mas, por sua vez, não são contemplados os vazamentos internos das válvulas, provocando erros significativos quando o sistema hidráulico está sujeito a cargas maiores. O modelo não linear proposto no presente trabalho é baseado na composição da vazão nos diversos orifícios de controle da válvula, acrescentando os efeitos de vazamentos internos e, para a definição dos parâmetros presentes no modelo, são propostos procedimentos de teste e a correlação com os dados de catálogos técnicos. Assim sendo, apresenta-se uma modelagem matemática não linear mais completa e que permite uma representação mais aproximada dos fenômenos físicos nos projetos hidráulicos.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica. / Made available in DSpace on 2012-10-20T15:01:53Z (GMT). No. of bitstreams: 1 194633.pdf: 5738069 bytes, checksum: 0fff607d18fc05ceac44e6b8af6b130c (MD5) / O objetivo desta tese é apresentar o desenvolvimento de um sistema especialista para sistematização do conhecimento relativo ao projeto de sistemas hidráulicos que facilite o processo de projeto para a confiabilidade e mantenabilidade destes sistemas. O conhecimento sistematizado para confiabilidade e mantenabilidade envolve modelagem confiabilística, análise dos modos de falha e seus efeitos que irão auxiliar no estabelecimento de tarefas de manutenção eficientes e baixo custo para cada componente, conforme a estratégia Manutenção Centrada na Confiabilidade. A sistematização desse conhecimento é baseada no processo de desenvolvimento de um sistema especialista, focando as quatro primeiras etapas: estudo de viabilidade, aquisição do conhecimento, representação do conhecimento e projeto. Este trabalho de tese apresenta, entre outras contribuições, uma ferramenta computacional desenvolvida para inferir manutenções controladas (preditivas), preventivas e corretivas para cada componente nas fases iniciais de projeto de sistemas hidráulicos (mais precisamente para reguladores de velocidade de turbinas hidrelétricas), no processo de aquisição do conhecimento para modelagem confiabilística visando indicação dos principais componentes para execução da função principal do sistema hidráulico e no uso da análise de modos de falha e seus efeitos para indicação de manutenções em componentes com modos de falha críticos que comprometem a função principal, segurança pessoal e ambiental. A tese também apresenta algumas observações referentes a avaliação dos especialistas durante processo de validação do sistema especialista protótipo. Além de avaliar a aplicação do protótipo, estas opiniões contribuem também para sugerir novas perspectivas de estudos na área de mantenabilidade e confiabilidade.

Para algumas categorias de produtos, insumos como embalagem podem ter um peso significativo na composição do custo do produto final. No caso de vários produtos embalados em frascos plásticos este é um cenário comum que tem como conseqüência uma exigência de aumento de desempenho das máquinas sopradoras que produzem tais frascos. Com o objetivo de cumprir tal exigência, este trabalho realiza uma análise do sistema hidráulico de uma sopradora para redução do tempo de posicionamento nos principais movimentos executados por alguns dispositivos vitais, os quais possuem comandos eletrohidráulicos de controle de posição e velocidade constituídos de válvulas hidráulicas de controle de vazão, válvulas direcionais proporcionais e atuadores lineares. A forma desta análise é conduzida inicialmente através da modelagem dos componentes hidráulicos envolvidos nos movimentos destes dispositivos e, posteriormente, de um ensaio através do registro das grandezas físicas de interesse como pressões e velocidades de posicionamento utilizando como bancada de testes uma sopradora existente. O desempenho atual do equipamento em questão, registrado através do ensaio, pode ser então comparado com os resultados obtidos na modelagem para uma análise final com o objetivo de tornar a sopradora mais rápida e produtiva além de validar o modelo estabelecido para a realização de projetos futuros. / Many times, for some products classes, inputs as packaging may have an expressive weight in the final product cost structure. In the case of products packaged into plastic containers, this is an usual scenario that has as result, the increase of performance requirements of the blow mold machines that produce such containers. A point to be studied in the blow mold machines to fulfill such requirement is an analysis of its hydraulic system in a way to reduce the positioning time in the most significant movements performed by its main devices. Such devices have electro-hydraulic position and speed controls composed by flow control and proportional valves and linear actuators. So, it is presented in this work the description of blow mold machine, modeling of hydraulic components involved with the main equipment\'s movements and an experience to record physical values as pressures and positioning speeds using an existent blow mold machine as testing bench. The tested registers can be confronted against the results obtained in the modeling analysis as a target to make the blow mold machine more productive besides of validate the model to the future projects.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica. / Made available in DSpace on 2012-10-24T15:16:23Z (GMT). No. of bitstreams: 0Bitstream added on 2013-07-16T20:27:08Z : No. of bitstreams: 1 264625.pdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Os sistemas automáticos caracterizam-se por incorporarem diferentes tecnologias e desempenharem múltiplas funções independentes. Esses sistemas são dotados de componentes mecânicos, elétricos, eletrônicos e de software. Tais características são estabelecidas durante o processo de projeto e documentadas por meio de modelos estruturais, funcionais e comportamentais. O processo de projeto de sistemas automáticos é revestido de dificuldades e requer, normalmente, profissionais com conhecimento específico em cada uma das tecnologias presentes nos mesmos. Por isso a análise do atributo confiabilidade dos sistemas automáticos, considerando todas as suas particularidades, pode se tornar uma tarefa complexa. Além disso, no caso dos sistemas hidráulicos e pneumáticos, deve-se considerar o grande número de componentes e a necessidade de troca de informações entre diferentes áreas tecnológicas. Este trabalho apresenta uma metodologia que resulta na geração dos modelos de confiabilidade e o cálculo da estimativa de confiabilidade de sistemas automáticos durante o processo de projeto, com o intuito de incorporar a estes sistemas maior competitividade em mercados que requerem precisão na atuação de dispositivos, garantia de funcionamento e facilidade de manutenção. Desta forma, o desenvolvimento deste trabalho se dá no espaço de projeto de sistemas automáticos, focado principalmente em sistemas hidráulicos e pneumáticos, com avaliação da confiabilidade na fase conceitual do processo de projeto. A metodologia proposta permite capturar informações dos modelos estruturais, funcionais e comportamentais, ainda nas fases iniciais do processo de projeto de sistemas automáticos. A Metodologia para Análise de Confiabilidade de Sistemas Automáticos (MACSA) considera a interação das diferentes áreas tecnológicas dos sistemas automáticos assim como as diferentes configurações operacionais definidas no sistema durante sua vida útil. A MACSA foi estruturada de forma sistemática e inserida na metodologia de projeto integrado de produto. Para a avaliação da MACSA foram analisados dois sistemas, uma unidade de potência e condicionamento hidráulico e uma bancada didática de dimensionamento de circuitos pneumáticos, ambos tomados como estudo de caso. Para implementar a metodologia foram utilizadas ferramentas de modelagem de sistemas automáticos e de análise de confiabilidade, tais como, Rede Canal/Agência, Grafcet, Rede de Petri, Árvore de Falha e Árvore de Sucesso. Os resultados obtidos na análise do estudo de caso demonstraram que o cálculo proposto pela MACSA considera situações mais realistas para a estimativa de confiabilidade de sistemas automáticos. Com isso demonstra-se que a aplicação da metodologia efetivamente contribui para melhorar a análise da confiabilidade de sistemas automáticos. Isso auxilia os agentes de projeto nas tomadas de decisões, sobre a melhor concepção para o seu projeto final, tornando os sistemas automáticos mais confiáveis, com menor tempo e custo de desenvolvimento. Automatic systems have as features the use of different technologies and the execution of multiple independent functions. These systems comprise mechanical, electric, electronic components and software as well. Such features are established during the design process and documented through structural, functional, behavioral models. An automatic system design process presents inherent difficulties and usually demands specialized professionals for each technology involved. Therefore, their reliability analysis, considering all the particularities involved, may become a complex task. Also, especially when it comes to hydraulic and pneumatic systems, the great number of components and the need for information exchange between different technological areas should be considered. This thesis present a methodology that results in the generation of the reliability model and the calculation of the reliability index of automatic systems during the design process, in order to improve the system#s competitiveness in markets demanding precision in the performance of devices, assured functioning and easy maintenance. In this fashion, this thesis is developed within the bounds of the design process of automatic systems, mainly focused on hydraulic and pneumatic systems, since it evaluates reliability during the conceptual phase of design process. The proposed methodology allows gathering information from structural, functional and behavioral models during the early phases of the design process. The Methodology for Analysis of Automatic Systems# Reliability (MACSA) which takes into account the interactions of different technological areas of automatic systems, as well as different functional arrangements defined in the system during its useful life. MACSA was structured in a systematic form and inserted in an integrated product design methodology. The proposed methodology was evaluated on two case studies: a hydraulic power and conditioning unit and a didactic pneumatic test bench applied for the sizing of general pneumatic systems. In order to implement the proposed methodology modeling and reliability analysis tools, such as Channel/Instance Net, Grafcet, Petri Nets, Fault Tree and Success Tree, were used. The case studies# practical results demonstrated that MACSA considers more realistic situations for automatic systems reliability evaluation. By so, the adoption of the presented methodology contributes for an improvement of reliability evaluation during the automatic systems# design process. These aid designers in making decisions about the best conception for their final design, making the resulting automatic systems more reliable, and yielding a faster and cheaper design process.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2009. / Made available in DSpace on 2012-10-24T22:16:17Z (GMT). No. of bitstreams: 1 271613.pdf: 2997526 bytes, checksum: f0473ac282f98d73f89b35140376abc4 (MD5) / Este trabalho trata da detecção e diagnóstico de falhas em válvulas de controle contínuo eletricamente moduladas através da avaliação das forças internas da válvula. Estas forças são estimadas por um modelo comportamental de uma válvula saudável, e então comparadas com a força aplicada pelo solenóide ao carretel da válvula através da comparação entre a corrente imposta ao solenóide e estimativas das correntes máxima e mínima que devem ser aplicadas à uma válvula saudável sob determinada condição de operação. Para tanto são apresentadas noções sobre o diagnóstico automatizado de falhas e sobre válvulas de controle contínuo eletricamente moduladas, mais especificamente as válvulas de carretel deslizante servoproporcionais. Em adição, foram apresentadas as falhas mais comuns em válvulas hidráulicas, juntamente com suas causas. Experimentos em uma bancada de ensaios em concordância com a norma ISO 10770-1 (ISO, 1998) foram realizados para a caracterização da válvula utilizada para a elaboração deste trabalho e posteriormente um modelo para estimar a corrente no solenóide da mesma foi elaborado com base nos resultados destes experimentos e nas noções sobre diagnóstico e válvulas apresentadas. Na seqüência o modelo foi avaliado em paralelo com a válvula que serviu de base para sua elaboração, sendo que a válvula foi utilizada em três condições: saudável, contaminada e desgastada. Tal artifício foi utilizado para validar o modelo e avaliar sua sensibilidade às falhas que se pretende detectar e diagnosticar. Sugestões para a utilização deste modelo e de outras informações extraídas da válvula e do circuito hidráulico onde a mesma está instalada para detectar e diagnosticar falhas são então apresentadas com base nas observações feitas durante os ensaios de validação. / This work regards the fault detection and diagnosis in electrically modulated flow control valves. The detection and diagnosis is done through the evaluation of the valve's internal forces. These forces are estimated by a behavioral model of a healthy valve, and then compared to the force that is actually applied on the valve by the solenoid through the comparison between the current imposed to the solenoid by the controller and estimated maximum and minimum currents that should be applied to a healthy valve under certain operation conditions. In order to so, notions about automated diagnosis and about electrically modulated control valves are presented. Spool servoproportional valves are presented in detail. Also, the most common faults and its causes are reviewed. Experiments on a test bench in accordance with ISO 10770-1 (ISO, 1998) were made to characterize the valve used in this work, and based on the results of these experiments and on the notions presented, a model of the current on the valve's solenoid was developed. This model was evaluated against the valve used on the experiments under three conditions: healthy, contaminated and wear degraded. The objective is to validate the model and evaluate its usefulness to detect and diagnose the faults inflicted on the valve. Recommendations on how the information provided by the model should be used, along with other variables measured on the valve and on the hydraulic circuit, to detect and diagnose faults are then presented, based on the findings made on the validation experiments.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica. / Made available in DSpace on 2012-10-25T19:57:23Z (GMT). No. of bitstreams: 1 300075.pdf: 2463215 bytes, checksum: ee97c7574ddd2e572f4a6ea8f58a6156 (MD5) / Este trabalho apresenta o projeto de uma furadeira hidráulica. Esta ferramenta hidráulica, fornecida pela empresa MEDAL Metalúrgica Dalla Lana Ltda, tem seu uso focado no campo, acoplado as unidades hidráulicas de tratores e os itens que o compõem basicamente são um motor hidráulico e uma válvula divisora de vazão, que controla a rotação do motor, sendo esta válvula o principal objeto de estudo do presente trabalho. Baseado em métodos fundamentados pela metodologia de projeto PRODIP desenvolvida pelo NEDIP - UFSC definem-se concepções de circuito hidráulico e de características relativas à construção das válvulas que possam atender as especificações de projeto levantadas. De posse das concepções de soluções, realizam-se simulações a partir de modelos matemáticos desenvolvidos no software AMESim (Advanced Modeling Environment for performing Simulations), em que os modelos são alimentados por dados experimentais, obtidos por meio de ensaios realizados na bancada de testes com a furadeira hidráulica já existente. Assim, os resultados obtidos para cada concepção de solução são comparados entre si, e então, tem-se a escolha da concepção de solução que melhor se adéqua as especificações de projeto. Desta forma, a partir da escolha da concepção é realizada uma melhoria desta solução por meio de uma análise de sensibilidade dos parâmetros geométricos, no qual parâmetros geométricos são modificados e analisados tendo como base critérios obtidos a partir das especificações de projeto. As análises são realizadas por meio do software AMESim, assim como dos softwares ANSYS-CFX e SolidWorks. Os softwares são usados para o dimensionamento do protótipo da furadeira hidráulica, estudo do escoamento interno na válvula e para a realização do projeto do protótipo da solução adotada, sendo este fabricado e testado. Assim, os resultados teóricos são comparados com os resultados obtidos experimentalmente do protótipo desenvolvido baseado na concepção selecionada, no qual se percebe que houve uma redução do consumo de energia se comparado com o modelo original. Também se observou uma considerável redução nas forças de escoamento que agem diretamente no seu acionamento, facilitando o uso da furadeira hidráulica e estando de acordo com os resultados obtidos por simulação

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica. / Made available in DSpace on 2012-10-26T12:12:12Z (GMT). No. of bitstreams: 1 302564.pdf: 7991962 bytes, checksum: 9f4fec0e527eaf45512130966832fcfa (MD5) / O transporte aéreo vem crescendo fortemente no Brasil nos últimos anos e um dos principais aspectos do conforto é o ruído no interior das aeronaves. As fontes de ruído podem ser dividias em fontes primárias e secundárias. As fontes secundárias (e.g. ar-condicionado e sistemas hidráulicos) são caracterizadas pelo nível de ruído gerado relativamente baixo em comparação às fontes primárias (e.g. motores, propulsores, turbinas e camada limite turbulenta). Entretanto, por geralmente representarem fontes tonais (frequências bem definidas), podem causar bastante desconforto para os passageiros e tripulação quando não devidamente tratadas. Conforme as pesquisas na redução do ruído de fontes primárias se intensificaram nos últimos anos, a parcela gerada por sistemas hidráulicos começa a ter maior representatividade em termos de geração de ruído em aeronaves. O ruído gerado por sistemas hidráulicos pode ainda ser subdividido em ruído aéreo, estrutural e via fluido. Através de medidas mitigadoras de ruído na própria bomba do circuito hidráulico, o ruído aéreo e estrutural pode ser substancialmente reduzido. Porém, o ruído propagado via fluido ainda se mostra um desafio para a indústria aeronáutica, pois a propagação da flutuação de pressão pelo fluido hidráulico excita as tubulações, gerando acoplamento entre fluido e estrutura. A vibração das linhas hidráulicas tende a excitar boa parte da estrutura da aeronave, irradiando desta forma ruído para o interior da cabine. Visando reduzir o ruído do sistema hidráulico em aeronaves, o presente trabalho estuda formas de redução da flutuação de pressão pelo fluido. Estudos experimentais foram realizados em um sistema hidráulico simplificado montado no Laboratório de Vibrações e Acústica. As flutuações de pressão geradas pela bomba foram comparadas aos resultados de um modelo numérico desenvolvido com o auxílio do software comercial AMESim. É feita também a comparação entre resultados numéricos e experimentais de atenuadores de linha do tipo câmara de expansão, ressonador de Helmholtz e tubo lateral. / Civil aviation has been growing strongly in Brazil in recent years, and internal noise control has become one of the main aspects regarding personal comfort. The main sources of aircraft interior noise can be classified into two categories: primary sources and secondary sources. Secondary sources (e.g. air conditioning and hydraulic systems) are responsible for generating lower noise levels compared to primary sources (e.g. engines, propellers, turbines and turbulent boundary layer). However, secondary sources usually represent tonal sources (narrow-band noise) causing discomfort to passengers and crew when not properly treated. As the research on noise reduction of primary sources has intensified in recent years, reducing hydraulic systems related noise became more important than before. Noise energy from hydraulic systems can be subdivided into air-borne noise (ABN), structure-borne noise (SBN) and fluid-borne noise (FBN). Through the application of specific devices directly on the hydraulic pump, the ABN and SBN can be substantially reduced. However, the FBN still represents a problem for the aviation industry, because the propagation of pressure ripple generally excites hydraulic pipes, which causes fluid-structure coupling. The vibration of hydraulic pipes tends to excite the aircraft structure, thus radiating noise into the cabin. Aiming the reduction of noise related to hydraulic systems, this work examines ways to reduce the FBN. Experimental measurements were performed on a simplified hydraulic system designed and assembled in the Laboratory of Acoustics and Vibration. The measured pressure ripple generated by the pump is compared with a numerical model, which was created using a commercial software called AMESim. Finally, it is performed a comparison between numerical and experimental results of three types of attenuators: expansion chamber, Helmholtz resonator and side-branch resonator.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2013-06-25T20:51:54Z (GMT). No. of bitstreams: 1 308827.pdf: 5918959 bytes, checksum: 3c0fa749b7939450da7cd8861e57c7ae (MD5) / Esta dissertação apresenta um estudo dos esforços a que são submetidos os sistemas de variação do ângulo de passo em turbinas eólicas e o desenvolvimento de um sistema experimental de emulação de forças para teste de sistemas de controle do ângulo de passo. Na busca de uma maior e mais eficiente extração da energia do vento , as turbinas eólicas experimentam um crescente desenvolvimento em todas as áreas tecnológicas envolvidas no seu projeto e construção. Com o aumento da potência das turbinas, o aumento na eficiência da conversão do recurso eólico para fonte de energia elétrica mostra-se com o um dos requisitos de projeto mais importantes. É neste cenário que o papel dos sistemas de orientação de ângulo de passo e a complexidade das estratégias de controle vêm mostrando um considerável crescimento nos últimos anos. No controle de turbinas eólicas de eixo horizontal, a variação de ângulo de passo permite maximizar a captura de energia, reduz ir as cargas dinâmicas na estrutura da turbina e manter a qualidade da potência gerada dentro dos padrões exigidos. Atuadores dos tipos eletromecânicos e hidráulicos são os comumente encontrados na indústria eólica, porém, independentemente do tipo de atuador, o estudo e reprodução de condições de operação representa um desafio para o seu desenvolvimento teórico experimental devido a fatores como a característica dinâmica do vento incidente, as grandes massas a serem movimentadas e os esforços não lineares decorrentes da aerodinâmica das pás. Neste contexto, apresenta-se neste trabalho a determinação dos esforços de carregamento e a aplicação da técnica de simulação via hardware in the loop (HIL) para a análise de sistemas e estratégias de controle de ângulo de passo. No sistema experimental as forças de atrito, as forças devido aos efeitos inerciais e as forças dinâmicas decorrentes do vento são determinadas analiticamente e depois emuladas pelo sistema de carregamento. Este sistema emulador consiste em um cilindro hidráulico cujas pressões nas câmaras são controladas por válvulas proporcionais redutoras de pressão. Este trabalho pretende contribuir na área de projeto de sistemas de controle para turbinas eólicas, proporcionando informações e métodos para estimar requisitos de operação dos elementos de atuação para regulação do ângulo de passo. Além disto, proporciona uma ferramenta para o trabalho experimental na área de controle e operação de turbinas eólicas e sistemas hidráulicos. / This master#s thesis presents the study of the forces submitted to pitch control systems of wind turbines as well as the development of a experimental load emulator system to test pitch control systems. Looking for a larger and more efficient wind energy capture, wind turbines experience a growing development in all the technological areas involved in their design and construction. With the increasing power of the turbines, the optimization of the conversion of the wind resource into a source of electric energy is presented as on e of the most important design requirements. It is in this scenery that the role of the pitch drive systems and the complexity of the pitch control strategies has shown a considerable growth in the last years. In the contr ol of horizontal axis wind turbines, the pitch angle variation makes possible to optimize the energy capture, to reduce the dynamic loads in the turbine structure, and to maintain the quality of the generated power according to the standard requirements. Electromechanic and hydraulic actuato rs are commonly found in the wind industry, however, independently of the kind of actuator, the study and the reproduction of operational conditions represent a challenge for its theoretical and experimental deve lopment due to factors like the dynamic characteristic of the incident wind, the big masses to be moved and the non linear forces of the aerody namics of the blades In this context, the determination of loading force s and the application of the hardware in the loop simulation technique (H IL) are presented in this study for the analysis of the pitch control systems and strategies. In the experimental system, the friction forces, the forces due to the inertial effects and the dynamic forces of the wind are analytically determined and then emulated by the loading system. This emulator system consists of a hydraulic cylinder and its pressures in the chambers are controlled by proportional pressure reducing valves. This stud y pretends to contribute to the area of the design of pitch control systems of wind turbines, providing information and methods to estimate operational requirements of the actuating elements for the regulation of pitch control. Moreover, the study provides a tool for the experimental works in the area of control and operation of wind turbines and hydraulic systems.