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 Metrologia Científica e Industrial, Florianópolis, 2010 / Made available in DSpace on 2012-10-25T09:52:12Z (GMT). No. of bitstreams: 0

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2011 / Made available in DSpace on 2012-10-26T00:06:24Z (GMT). No. of bitstreams: 1 290140.pdf: 6184015 bytes, checksum: fd460dd48e859ce9c4b275c50d9c8bac (MD5) / Nos últimos anos com o crescimento das grandes cidades observa-se a tendência de pessoas morando em lugares cada vez menores. Nessas situações, o ruído gerado por refrigeradores domésticos passa a exercer maior impacto sobre o conforto e mesmo sobre a saúde dos indivíduos. Posto isto, o objetivo deste trabalho é avaliar o potencial da modificação do movimento de abertura da válvula de sucção a fim de reduzir o nível de ruído de um compressor hermético usado em sistemas de refrigeração doméstica. A pulsação do fuido na câmara de sucção, a qual está diretamente relacionada ao movimento da válvula de sucção, excita a cavidade e esta excita a carcaça, a qual irradia ondas sonoras para o ambiente externo. Assim, a estratégia deste trabalho é modificar o movimento de abertura da válvula de sucção com o intuito de alterar a pulsação na câmara de sucção e reduzir o nível de ruído proveniente deste caminho. Para atingir estes objetivos, o compressor é simulado utilizando o programa de simulação RECIP. Diferentes movimentos são impostos sobre a abertura da válvula de sucção. Num passo seguinte é desenvolvido um sistema de controle para geração destes movimentos. Ao fim, os resultados da simulação do compressor considerando o sistema de controle do movimento da válvula de sucção são obtidos e avaliados. Atenuações da ordem de 10 dB foram observadas na pressão na câmara de sucção e na pressão externa com a utilização de curvas modificadas sobre o movimento da válvula de sucção.

No presente trabalho foram investigadas as propriedades estruturais, magnéticas e magnetorresistivas de multicamadas magnéticas ultrafinas de Co/Pt acopladas ao IrMn, depositadas por desbastamento iônico tipo magnetron. As técnicas de caracterização utilizadas foram Difratometria e Reflectometria de Raios X, Microscopia de força. Atômica, Magnetometria por Gradiente de Força Alternada e Magnetorresist8ncia. O comportamento da magnetização foi simulado usando o modelo de rotação coerente. A análise dos resultados obtidos por magnetometria e magnetorresistencia mostraram que a anisotropia magnética das amostras de Co/Pt acopladas ao IrMn é córnea. O ângulo do cone foi determinado a partir da simulação dos resultados das curvas de magnetização com campo magnético aplicado no piano do filme, usando-se o modelo de rotação coerente. Para as válvulas de spin, foi observado que a camada semente tem forte influencia sobre as propriedades magnéticas e sobre a magnetorresistência gigante. / In the present work, the structural, magnetic and magnetoresistive properties of ultrathin magnetic Co/Pt multilayers, exchange-coupled to IrMn, deposited by magnetron sputtering, have been investigated. The characterization techniques used were X-ray diffraction and reflectometry, atomic force microscopy, Alternating Gradient-Force Magnetometry and Magnetoresistance. The magnetic behavior was simulated using a coherent rotation model. The magnetometry and magnetoresistance results showed that the magnetic anisotropy of the Co/Pt coupled to IrMn samples is a cone anisotropy. The cone angle was determined from the simulations of the magnetization curves with applied magnetic field at the films' plane, using a coherent rotation model. For the spin valves, it has been observed that the seed layer has a strong influence on the magnetic and giant magnetoresistance properties.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Metrologia Científica e Industrial, Florianópolis, 2009. / Made available in DSpace on 2012-10-24T07:27:07Z (GMT). No. of bitstreams: 1 273179.pdf: 4882596 bytes, checksum: 33b3c269ebf2d99d5dbfbf7d5a9501b2 (MD5) / Compressores de refrigeração são projetados para apresentar alta eficiência termodinâmica, alta confiabilidade e baixos níveis de ruído. Essas características são fortemente dependentes do comportamento das válvulas de sucção e descarga. Devido às elevadas cargas mecânicas aplicadas às válvulas, seu projeto exige especial atenção. Entre os possíveis modos de falha, a fadiga de impacto - caracterizada por repetidos impactos da válvula contra o seu assento - é a mais crítica no que concerne à ocorrência e à dificuldade de prevenção. Desenvolveu-se no presente trabalho uma bancada integralmente automatizada de ensaio de fadiga por impacto de válvulas de sucção, que controla a intensidade do impacto e a freqüência do movimento, permitindo a quebra da válvula sob condições controladas. O número de ciclos suportados é utilizado como indicativo da resistência à fadiga de impacto da válvula analisada. Resultou um recurso experimental passível de ser utilizado na determinação das propriedades de resistência à fadiga de impacto, que permite a realização de ensaios de conformidade e comparações entre diferentes modelos de válvulas. O sistema desenvolvido gerou uma importante ferramenta de auxílio à pesquisa e desenvolvimento de novos projetos de válvulas para compressores de refrigeração, suprindo uma significativa carência do setor. Este trabalho representa uma inovação tecnológica, por não existirem no mercado sistemas que possibilitem a realização de ensaios de válvulas utilizadas em compressores de refrigeração.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2014 / Made available in DSpace on 2015-02-05T20:29:27Z (GMT). No. of bitstreams: 1 329619.pdf: 8361919 bytes, checksum: fc6018b07abc393b4b0e5b3b254902f5 (MD5) Previous issue date: 2014 / Em condições ideais, válvulas automáticas de sucção e descarga devem abrir ou fechar, de forma instantânea, no momento em que a pressão no interior do cilindro de compressão se iguala às pressões nas respectivas câmaras de sucção e descarga. Entretanto, na realidade, isto não acontece devido a efeitos como a inércia das válvulas, perdas viscosas e à existência de uma força de adesão provocada pela presença de uma película de óleo entre a válvula e o assento.A força de adesão é provocada pela deformação do filme de óleo que ingressa principalmente pela folga pistão cilindro e se deposita entre a válvula e o assento. A presença do óleo provoca um atraso na abertura das válvulas, tendo em vista que uma maior diferença de pressão é necessária entre o cilindro e as câmaras de sucção e descarga, reduzindo as eficiências volumétrica e isentrópica do compressor.Neste trabalho, é proposto um modelo matemático para investigar fenômenos de adesão provocados por um filme de óleo entre superfícies sólidas de geometrias planas e esféricas. O modelo foi aplicado para quantificar a força de adesão em válvulas de compressores e sua influência no comportamento dinâmico das válvulas durante a abertura. Parâmetros necessários para o fechamento do modelo, como o ângulo de contato entre a película de óleo e a superfície (com e sem a dissolução de fluido refrigerante no óleo) e a tensão interfacial foram obtidos por meio de experimentos em bancadas construídas especificamente para este estudo.De acordo com os resultados experimentais, a tensão interfacial óleo-refrigerante diminui com o aumento da solubilidade, gerando uma redução dos efeitos da força de capilaridade no fenômeno de adesão. Por outro lado, o ângulo de contato, independentemente da rugosidade das superfícies, do tipo de configuração geométrica utilizada e da solubilidade da mistura, apresenta um alto grau de molhabilidade na superfície, o que traz como resultado a intensificação dos efeitos das forças de tensão superficial.Por último, os resultados numéricos demonstraram que o sistema de sucção é mais sensível aos efeitos de adesão gerados pela presença da película de óleo entre a válvula e o assento.<br> / Abstract: At ideal conditions, suction and discharge valves open and close instantaneously when the cylinder pressure becomes equal to the pressures in the suction and discharge chambers. However, in real systems, it does not occur because of viscous losses, valve inertia effects and due to an adhesion effect that is caused by the presence of an oil film between the valve and the seat. The adhesion force is caused by the deformation of the lubricating oil film that reaches the space between the valve and the film through the piston-cylinder gap. This causes a delay in the valve opening, since a larger pressure difference between the cylinder and the suction and discharge chambers is necessary to overcome the adhesion force. As a result, both the isentropic and the volumetric efficiencies of the compressor are reduced. In this work, a mathematical model is developed to investigate adhesion phenomena due to the presence of an oil film between solid surfaces of flat and spherical geometries. The model was applied to investigate the adhesion force in compressor valves and its influence on the dynamic behaviour of valves during the opening process. Input parameters needed to develop the model, such as the contact angle between the oil film and the surface (with and without considering refrigerant absorption in the oil) and the interfacial tension, have been determined via experimental apparatuses designed and built specifically for this purpose. According to the experimental results, the oil-refrigerant mixture interfacial tension decreases with the refrigerant solubility, which leads to a reduction of capillary effects and film adhesion. On the other hand, the contact angle measurements indicate a significant wettability of the surface, which was seen to be independent of surface roughness, geometric configuration and solubility. This increases the contribution of interfacial tension effects. Finally, the numerical results showed that suction systems are more sensitive to oil film adhesion phenomena than discharge systems.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnologico / Made available in DSpace on 2016-01-08T20:25:57Z (GMT). No. of bitstreams: 1 106533.pdf: 2456418 bytes, checksum: 9f6326b71083b480c4f6c302f4e56545 (MD5) Previous issue date: 1996 / Desenvolvimento de uma metodologia para a análise numérica do comportamento dinâmico de válvulas tipo palheta, utilizando um modelo de um grau de liberdade e resolvendo, de forma acoplada e pelo método dos volumes finitos, o escoamento laminar, compressível, adiabático e em regime transiente periódico em difusores radiais concêntricos. Teve-se como motivação o aprimoramento de modelos matemáticos que visam o conhecimento dos fenômenos físicos envolvidos no funcionamento de compressores de refrigeração.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica. / Made available in DSpace on 2012-10-26T09:20:40Z (GMT). No. of bitstreams: 1 302119.pdf: 4004622 bytes, checksum: bf8996894da6398fe42c5c9624cf2149 (MD5) / Válvulas do tipo palheta são comumente utilizadas em compressores alternativos devido a sua simplicidade e baixo custo. A principal característica desse tipo de válvula é que seu movimento é governado pela diferença de pressão entre a câmara de compressão e as câmaras de sucção e descarga. Além da importância para as eficiências isentrópica e volumétrica do compressor, o projeto adequado dessas válvulas é também crucial para a confiabilidade do compressor, uma vez que válvulas estão sujeitas a tensões de flexão e impacto. Esta dissertação apresenta um procedimento de otimização da geometria de válvulas do tipo palheta que considera eficiência e confiabilidade. A fim de avaliar o desempenho de diferentes válvulas e seus níveis de tensão, um modelo de simulação de compressores é usado em conjunto com um modelo em elementos finitos para simular a dinâmica da válvula. Ambos os modelos são acoplados e um algoritmo genético é empregado para identificar diferentes geometrias de válvula que proporcionam o melhor compromisso entre desempenho e confiabilidade. Como exemplo, o procedimento é aplicado na otimização da válvula de sucção de um compressor alternativo utilizado para refrigeração doméstica. Como resultado do procedimento, diferentes geometrias ótimas são identificadas e os seus resultados de desempenho verificados experimentalmente. Além disso, uma das geometrias tem sua dinâmica prevista através de um modelo fluido-estrutura. Tanto os resultados experimentais quanto os obtidos através do modelo fluido-estrutura mostram resultados similares aos previstos pelo procedimento de otimização. O novo procedimento apresenta-se como uma importante ferramenta para a fase inicial de projeto de compressores, na qual se deseja obter um primeiro esboço das geometrias das válvulas em um curto período de tempo. / Reed type valves are commonly adopted in small reciprocating compressors due to their simplicity and low cost. In addition to the importance to the compressor volumetric and isentropic efficiencies, their suitable design is also crucial for reliability, since valves may be subjected to severe bending and impact stresses. The present work reports an optimization procedure for reed type valves considering efficiency and bending fatigue, which is attained by coupling a thermodynamic model for the compression cycle and a finite element model for the valve dynamics. Both models are coupled and a genetic algorithm is adopted to find different valve geometries that give the best compromise between efficiency and reliability. As an example, the method is applied to optimize the suction valve of a small reciprocating compressor. The optimal geometries found by the aforementioned procedure are prototyped and their performances verified through measurements in a compressor test bench. The dynamics and bending stress associated with one of the optimal geometries are predicted via a fluid-structure numerical simulation. Both the numerical and experimental results for the valve performance are found to be in good agreement with predictions obtained with the optimization procedure. The new procedure can be seen as an important tool in the initial phase of compressor design, when a first sketch of the valve geometry has to be found in a short period of time.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2013-06-25T20:52:30Z (GMT). No. of bitstreams: 1 311387.pdf: 4144049 bytes, checksum: f1f8af115aeec06d8d8297fda0f571bc (MD5) / Válvulas do tipo palheta adotadas em compressores estão sujeitas a falhas estruturais devido à fadiga por flexão e por impacto. A falha por flexão consiste em um problema bastante conhecido e controlável, mas o mesmo não pode ser dito sobre a falha por fadiga de impacto. Atualmente, o critério que determina se uma válvula irá falhar ou não na presença de impactos repetitivos está relacionado unicamente à velocidade de impacto, definida por fornecedores do material, e pela experiência acumulada de fabricantes de compressores. A presente dissertação contempla uma investigação fundamental das tensões geradas pelo impacto de válvulas, com o intuito de identificar os parâmetros mais influentes sobre o fenômeno e contribuir para o esclarecimento de alguns aspectos que podem dar início à falha. Através de um modelo numérico, procede-se uma análise de sensibilidade a fim de avaliar a influência combinada de aspectos geométricos da válvula e do assento, bem como da condição de velocidade inicial do impacto. A partir de uma análise dimensional do fenômeno, parâmetros adimensionais são gerados e, a partir dos mesmos, uma correlação é proposta para a estimativa das máximas tensões de impacto em diferentes condições. / Reed type valves of compressors are subject to structural failure due to bending and impact fatigues. The failure by bending is a well-known and manageable problem, although the same cannot be said about the impact fatigue. Currently, the criteria which determines if a valve will fail or not, in the presence of repetitive impacts, is either the impact velocity, defined by material suppliers, or derived from the experience of compressor manufactures. This dissertation addresses a basic study about impact stresses, with the aim of identifying the most influential parameters of the phenomenon and their relation with valve failure. Through a numerical model, a sensitivity analysis was carried out to evaluate the influences of geometry and the initial velocity condition. From a dimensional analysis of the problem, dimensionless numbers are obtained and a correlation is proposed for estimates the maximum impact stresses in different conditions.

No presente trabalho foram investigadas as propriedades estruturais, magnéticas e magnetorresistivas de multicamadas magnéticas ultrafinas de Co/Pt acopladas ao IrMn, depositadas por desbastamento iônico tipo magnetron. As técnicas de caracterização utilizadas foram Difratometria e Reflectometria de Raios X, Microscopia de força. Atômica, Magnetometria por Gradiente de Força Alternada e Magnetorresist8ncia. O comportamento da magnetização foi simulado usando o modelo de rotação coerente. A análise dos resultados obtidos por magnetometria e magnetorresistencia mostraram que a anisotropia magnética das amostras de Co/Pt acopladas ao IrMn é córnea. O ângulo do cone foi determinado a partir da simulação dos resultados das curvas de magnetização com campo magnético aplicado no piano do filme, usando-se o modelo de rotação coerente. Para as válvulas de spin, foi observado que a camada semente tem forte influencia sobre as propriedades magnéticas e sobre a magnetorresistência gigante. / In the present work, the structural, magnetic and magnetoresistive properties of ultrathin magnetic Co/Pt multilayers, exchange-coupled to IrMn, deposited by magnetron sputtering, have been investigated. The characterization techniques used were X-ray diffraction and reflectometry, atomic force microscopy, Alternating Gradient-Force Magnetometry and Magnetoresistance. The magnetic behavior was simulated using a coherent rotation model. The magnetometry and magnetoresistance results showed that the magnetic anisotropy of the Co/Pt coupled to IrMn samples is a cone anisotropy. The cone angle was determined from the simulations of the magnetization curves with applied magnetic field at the films' plane, using a coherent rotation model. For the spin valves, it has been observed that the seed layer has a strong influence on the magnetic and giant magnetoresistance properties.