Esta tese propõe avaliar a integridade estrutural de projetos de válvulas do tipo esfera trunnion e/ou gaveta. Por meio desta pesquisa, são avaliados os principais modos de falhas e parâmetros funcionais. Os estudos foram realizados utilizando a técnica dos elementos finitos e permitiram a construção de modelos para avaliar os seguintes modos de falha. (i) colapso estrutural dos principais componentes; (ii) vazamento na interface esfera/sede; (iii) travamento do sistema de acionamento devido à influência da vazão de escoamento do fluido. A avaliação da integridade estrutural é de fundamental importância para mitigar e/ou evitar erros, durante a fase de desenvolvimento de válvulas. Os modelos desenvolvidos também possibilitam o aprimoramento de novos projetos de válvulas e o aperfeiçoamento de projetos já desenvolvidos. O estudo proposto pode ser utilizado como indicador da qualidade de projeto de válvulas, auxiliando a equipe de desenvolvimento no dimensionamento de novos produtos, permitindo assim a avaliação dos requisitos funcionais e a avaliação da possível melhoria do projeto. Os resultados mostraram que o uso do método dos elementos finitos durante as fases iniciais do processo de desenvolvimento de válvulas é extremamente útil na concepção de novos produtos, permitindo a elaboração de produtos otimizados, sendo que por meio de um conhecimento multidisciplinar falhas prematuras podem ser detectadas nas fases iniciais do processo de desenvolvimento de projeto de válvulas, possibilitando com isso o desenvolvimento de um projeto mais racional com melhoria significativa de qualidade, confiabilidade, desempenho e competividade. O uso do método dos elementos finitos também possibilita uma redução do número de ensaios com protótipos físicos, o tempo de desenvolvimento e consequentemente o custo final do produto. / This thesis proposes to evaluate the structural integrity of the trunnion ball valves and/or gate. By means of this research, are evaluated main failure modes and functional parameters. The studies were conducted using the finite elements technique and allowed the construction of models to evaluate the following modes of failure. (i) structural collapse of the main components; (ii) leakage in the ball/seat interface; (iii) torque and/or locking of drive system due the influence of fluid flow rate. The evaluation of the integrity structural is of fundamental importance to mitigate and/or avoid errors, during the valve development phase. The models developed also enable the improvement de new valves design and the upgrade the valves design already developed. The proposed study can be used as an indicator the quality of valves design, assisting the development team in the design of new products, thus enabling the assessment of the functional requirements and evaluation of possible improvements in the design. The results showed that the use of finite element method during the early stage of valve development process is extremely useful in the conception the new products, allow to develop products optimized, and by means of a multidisciplinary knowledge premature failures can be detected in the early stages of the product design, besides enable the development of a design more rational with significant improvement in quality, reliability, performance and competitiveness. The use of finite element method also allows reduction the number of with physical prototype tests, time of development and the final cost of the product.

As linhas de transmissão são usadas para transmitir energia elétrica por longas distâncias e estão naturalmente expostas a condições climáticas severas e à ocorrência de faltas, especialmente as linhas aéreas. Estatísticas mostram que entre 70% - 90% das faltas em linhas de transmissão aéreas são momentâneas (ou transitórias) e apresentam formação de arco elétrico. O arco elétrico é a principal característica de uma falta de alta impedância e resulta do pobre contato entre um condutor energizado e a superfície envolvida. Esta tese aborda o problema de localização de faltas de alta impedância em linhas de transmissão curtas. Propõese uma nova técnica de localização de faltas de alta impedância baseada na impedância aparente, desenvolvida no domínio da frequência e que utiliza componentes de fase. A estimativa da distância da falta é obtida a partir da solução de um sistema sobredeterminado de equações lineares, obtida pela aplicação do método de mínimos quadrados. A abordagem proposta permite estimar a distância de faltas de alta impedância momentâneas e permanentes, em linhas de transmissão curtas simples e paralelas, transpostas ou não. O desempenho da técnica de localização de faltas proposta é avaliado mediante estudos de casos simulados no Alternative Transients Program (ATP) considerando análises de sensibilidade e comparativa, bem como casos reais de faltas. Os resultados obtidos, considerando faltas de alta impedância simuladas e reais, indicam claramente que a abordagem proposta possui validade como técnica de localização de faltas em linhas de transmissão curtas em decorrência do desempenho demonstrado e, também, por características tais como: formulação simplificada no domínio da frequência, simplicidade e facilidade de implementação em dispositivos reais e aplicabilidade a casos reais. / Transmission lines are used to transmit electric power over long distances and are naturally exposed to severe weather conditions, especially overhead lines. Such conditions are highly favorable to the occurrence of faults. Statistics show that between 70% - 90% of faults on overhead lines are nonpermanent (or transient), and present arcing. Arcing is the main characteristic of a nonlinear high impedance fault and is the result of poor contact between an energized conductor and the ground or a grounded object. This thesis approaches the high impedance fault location on short transmission lines problem. It is proposed an impedancebased nonlinear high impedance fault location formulation developed in frequency domain and phase components. The formulation uses the least square method and synchronized phasors, measured by, for example, digital fault recorders installed at both line terminals. The proposed approach allows to estimate the distance of high impedance momentary and permanent faults on short transposed or untransposed transmission lines. The performance of the proposed fault location approach is evaluated through analysis of simulated cases in the Alternative Transients Program (ATP) considering sensitivity and comparative analyzes, and actual cases of high impedance faults. The results, considering simulations of high impedance faults and actual cases, indicate clearly that the proposed approach is valid as fault location technique in short transmission lines due to the demonstrated performance.

Relés de distância são muito utilizados para proteger linhas de transmissão. Porém, há baixa precisão dos limites de sua zona de proteção devido a fenômenos de subalcance e sobrealcance. Assim, nesta dissertação de mestrado é proposto um algoritmo com compensação da resistência de falta, baseado em coordenadas de fase, objetivando aumentar a precisão dos limites da zona de proteção. A formulação proposta utiliza uma estimativa da corrente de falta para estimar a resistência de falta e compensar a impedância aparente calculada. Foram realizados o equacionamento e desenvolvimento do algoritmo para faltas tipo fase. Simulações e testes numéricos comparativos com formulações estado-da-arte verificaram a eficiência do método proposto. / Distance Relays are widely used to protect transmission lines. However, due to underreaching and overreaching phenomena, there is a low precision in protection zone limits of distance relays. Thus, in this dissertation, a new algorithm based in phase coordinates is proposed to increase the precision in zone protection limits. The proposed method uses the fault corrent to estimate the fault resistance and compensate the apparent impedance calculated. The equation development was done for phase type faults. Comparative tests with state-of-the-art formulations verified the efficiency of the proposed method.

A alvenaria estrutural vem ganhando um grande impulso no Brasil ao longo das últimas décadas, sendo cada vez mais utilizada, principalmente em empreendimentos habitacionais de interesse social. No caso específico do Estado do Rio Grande do Sul, nos últimos dois anos, a maioria dos empreendimentos habitacionais de baixa renda foram executados com esse processo construtivo. Por exigência dos órgãos financiadores destes tipos de empreendimentos, as empresas construtoras dos mesmos devem ser possuidoras de certificação do seu sistema de gestão da qualidade. Entretanto, apesar desta certificação, tem-se observado a presença de manifestações patológicas, com predominância de fissuras, nos empreendimentos de baixa renda, por elas executadas. As causas das manifestações patológicas em empreendimentos construídos em alvenaria estrutural têm sido objeto de estudo de diversas pesquisas. Porém, não se fez até então um estudo das possíveis causas destas manifestações do ponto de vista multicausal, envolvendo as várias etapas do processo construtivo. Neste sentido, a presente pesquisa teve como objetivo principal analisar as relações de causa e efeito entre as fissuras dos empreendimentos construídos em alvenaria estrutural e as suas causas, utilizando-se de ferramentas de melhorias da qualidade que adotam uma visão multi-casual, muito utilizadas em outras indústrias Para este estudo foram utilizados relatórios de monitoramento de execução de empreendimentos que pertencem aos modos de provisão habitacional do Programa de Arrendamento Residencial (PAR) e Imóvel na Planta (IP), no Estado do Rio Grande do Sul, ambos gerenciados pela Caixa Econômica Federal. A pesquisa consistiu em: (a) revisão bibliográfica; (b) levantamento e análise dos dados provenientes dos relatórios, identificando falhas, recomendações técnicas e boas práticas adotadas pelas empresas construtoras; (c) aplicação de um método de análise de relações de causa e efeito composto por ferramentas da qualidade; e (d) geração de mapas de relações de causa e efeito, recomendações para tratamento das principais causas e listagem de algumas boas práticas construtivas. Através desta pesquisa foi possível verificar as principais falhas ao longo do processo construtivo em vários níveis de análise e analisar as relações de causa e efeito entre eles e propor uma priorização de melhorias da qualidade. Com base nesta priorização foi sistematizado um conjunto de recomendações técnicas e de boas práticas que podem ser disseminadas entre as empresas construtoras tendo em vista a melhoria da qualidade dos empreendimentos em estudo. / Structural masonry has had a substantial development in Brazil in the last few decades, becoming increasingly important, especially in social interest housing projects. In the specific case of Rio Grande do Sul, in the last two years, most low cost housing projects have been built using this construction process. Due to the demand of the funding organizations, the construction companies that build those projects must have a certified quality management system. However, despite this certification, a large number of building pathologies have been observed in those projects, especially cracks. In fact, the causes of building pathologies in structural masonry buildings have been the focus of several research studies. However, very little has been investigated on the causes of those pathologies from a multi-causal perspective, considering several stages of the construction process. The main objective of this research work is to analyze the cause-effect relationships between cracks in structural masonry buildings and their causes, using quality improvement tools that provide such multi-causal perspective, widely used in other industries. This study was based on quality monitoring reports of projects from two housing programs, the Residential Leasing Program (PAR) and the Blue-print Program (IP), in the State of Rio Grande do Sul. Both programs are managed by the National Savings Bank. The research study consisted of: (a) a literature review; (b) data collection and analysis using those reports, with the aim of identifying building failures, necessary improvements, and good practices adopted by construction companies; (c) application of a method for analyzing the cause-effect relationships which combined a set of quality tools; (d) development of cause-effect relationship maps, proposition of a set of improvements and a production of a list of good practices. Based on this study, it was possible to identify failures in the construction process, as well as to analyze the cause-effect relationships and propose some priorities in terms of improvements measures. Based on those priorities, a set of technical recommendations was established, as well as a list of good practices that should be disseminated among construction companies, in order to improve the quality of low-cost housing projects.

As linhas de transmissão são usadas para transmitir energia elétrica por longas distâncias e estão naturalmente expostas a condições climáticas severas e à ocorrência de faltas, especialmente as linhas aéreas. Estatísticas mostram que entre 70% - 90% das faltas em linhas de transmissão aéreas são momentâneas (ou transitórias) e apresentam formação de arco elétrico. O arco elétrico é a principal característica de uma falta de alta impedância e resulta do pobre contato entre um condutor energizado e a superfície envolvida. Esta tese aborda o problema de localização de faltas de alta impedância em linhas de transmissão curtas. Propõese uma nova técnica de localização de faltas de alta impedância baseada na impedância aparente, desenvolvida no domínio da frequência e que utiliza componentes de fase. A estimativa da distância da falta é obtida a partir da solução de um sistema sobredeterminado de equações lineares, obtida pela aplicação do método de mínimos quadrados. A abordagem proposta permite estimar a distância de faltas de alta impedância momentâneas e permanentes, em linhas de transmissão curtas simples e paralelas, transpostas ou não. O desempenho da técnica de localização de faltas proposta é avaliado mediante estudos de casos simulados no Alternative Transients Program (ATP) considerando análises de sensibilidade e comparativa, bem como casos reais de faltas. Os resultados obtidos, considerando faltas de alta impedância simuladas e reais, indicam claramente que a abordagem proposta possui validade como técnica de localização de faltas em linhas de transmissão curtas em decorrência do desempenho demonstrado e, também, por características tais como: formulação simplificada no domínio da frequência, simplicidade e facilidade de implementação em dispositivos reais e aplicabilidade a casos reais. / Transmission lines are used to transmit electric power over long distances and are naturally exposed to severe weather conditions, especially overhead lines. Such conditions are highly favorable to the occurrence of faults. Statistics show that between 70% - 90% of faults on overhead lines are nonpermanent (or transient), and present arcing. Arcing is the main characteristic of a nonlinear high impedance fault and is the result of poor contact between an energized conductor and the ground or a grounded object. This thesis approaches the high impedance fault location on short transmission lines problem. It is proposed an impedancebased nonlinear high impedance fault location formulation developed in frequency domain and phase components. The formulation uses the least square method and synchronized phasors, measured by, for example, digital fault recorders installed at both line terminals. The proposed approach allows to estimate the distance of high impedance momentary and permanent faults on short transposed or untransposed transmission lines. The performance of the proposed fault location approach is evaluated through analysis of simulated cases in the Alternative Transients Program (ATP) considering sensitivity and comparative analyzes, and actual cases of high impedance faults. The results, considering simulations of high impedance faults and actual cases, indicate clearly that the proposed approach is valid as fault location technique in short transmission lines due to the demonstrated performance.

É notável que o Sistema Elétrico de Potência (SEP) está constantemente exposto a adversidades ocasionadas por forças da natureza ou desgastes naturais de seus componentes. A localização com certa exatidão de uma falta no Sistema de Transmissão de Energia Elétrica (STEE), ocasionada por uma destas adversidades, contribui para a confiabilidade e segurança da operação do SEP. Neste contexto, este trabalho apresenta um método computacional de Localização de Faltas (LDF), desenvolvido em ambiente MATLAB®, baseado na Impedância Aparente (IA), utilizando dados de apenas um terminal, sendo o equacionamento desenvolvido em componentes simétricas. Este método tem como dados de entrada as componentes fundamentais de tensão e corrente do terminal local e a Potência de Curto Circuito (SCC) do sistema equivalente conectado ao terminal remoto. Para validar o método proposto foram realizadas diversas simulações para todos os tipos de faltas shunt, contemplando inúmeras condições destas, utilizando para isso, o programa computacional ATP-EMTP, alimentado com dados de parâmetros reais de um sistema de transmissão. Objetivando analisar a eficiência deste método, realizou-se a comparação de seus resultados com os resultados obtidos por um método estado-da-arte. A partir de análises e comparações, os resultados alcançados pertencentes ao método de LDF proposto, apresentam-se promissores para a LDF em sistemas de transmissão. / Electric Power Systems (EPS) are constantly exposed to adversities caused by forces of nature and components lifetime. The precise fault location in the Transmission System (TEPS), caused by these adversities, contributes to the reliability and safety the operation of the EPS. In this context, this work presents a computational method for fault location (FL), developed in MATLAB ® environment, based on the Apparent Impedance (AI) of the transmission line. The proposed method uses only one terminal data and is developed in symmetrical components equations. This method has as input data the fundamental components of voltage and current of the local terminal and the short circuit power (SCP) of the equivalent system connected to the remote terminal. The proposed method is validated through several simulations for all fault types, covering many fault conditions, making use of the software ATP-EMTP, fed with data from the actual parameters of a real life transmission system. Aiming to analyze the efficiency of this method, a comparison was made against the an state-of-the-art method. From analysis and comparison of the results obtained, is observed that the proposed scheme is capable to obtain precise fault location estimations and presents as promising method for the FL in transmission systems.

Submitted by Rosa Assis (rosa_assis@yahoo.com.br) on 2017-04-10T12:03:21Z No. of bitstreams: 2 Guilherme Bruno Barroso Bonfitto.pdf: 4296266 bytes, checksum: 5092519d6b5bf1138c9d85efce8d53c4 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Approved for entry into archive by Paola Damato (repositorio@mackenzie.br) on 2017-04-20T15:36:43Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Guilherme Bruno Barroso Bonfitto.pdf: 4296266 bytes, checksum: 5092519d6b5bf1138c9d85efce8d53c4 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Made available in DSpace on 2017-04-20T15:36:43Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Guilherme Bruno Barroso Bonfitto.pdf: 4296266 bytes, checksum: 5092519d6b5bf1138c9d85efce8d53c4 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Previous issue date: 2016-08-09 / The possibility of increase use of aluminum in place of ferrous materials and wood in automotive industry, mainly in manufacturing of bus and truck structure, corrosion resistance, high ratio resistance and weight due low density and cost are the main reasons for this study. The alloy 6005A without any heat treatment appears disadvantageous compared to other alloys of aluminum and ferrous materials, however, with appropriate heat treatment, the mechanical properties are improved considerably, which is the case of this study. After comparisons in 36 different conditions of temperature of solubilization and temperature and time of artificial aging, the temperatures of 545ºC (30 minutes followed by water cooling) and 185°C (4 hours) solubilizing and artificial aging, respectively, showed the best growth of hardness alloy 63HRF to 85HRF. The metallography alloy after quenching was performed by optical microscopy showed in the microstructure equiaxed grains with homogeneous distribution. When compared the microstructures with different oven time and temperature, it was not showed the difference that relates the difference in hardness. It was realized the tensile test and the tensile strength limit values (σt) 279,21MPa and yield strength (σe) 257,33 MPa are among the average values for the alloy 6005A T6. The study of fatigue alloy was realized in a rotating bending testing machine (R=-1) at ambient temperature and the data was analyzed in a S-N curve. When applied stress less than 117,42 MPa, the specimen supported more than 1,0x107 cycles before breaking down. The fracture surfaces of the specimens with many tensile were analyzed by optical microscopy and by SEM and indicated the presence of ratchet marks, stretch marks, and integranular and transgranular cracks. / A possibilidade de crescimento da utilização do alumínio em substituição aos materiais ferrosos e de madeira no ramo automobilístico, principalmente na fabricação de carrocerias de ônibus e caminhão, resistência à corrosão, elevada razão resistência e peso devido a baixa massa específica e custo são as principais justificativas para este estudo. A liga 6005A sem nenhum tratamento térmico se apresenta desvantajosa em relação às demais ligas de alumínio e materiais ferrosos, porém, com o tratamento térmico adequado, suas propriedades mecânicas são aperfeiçoadas consideravelmente, que é o caso deste estudo. Após comparações em 36 condições distintas de temperatura de solubilização e temperatura e tempo em forno de envelhecimento artificial, as temperaturas de 545ºC (30 minutos seguido de resfriamento em água) e 185ºC e (4 horas) de solubilização e envelhecimento, respectivamente, foram as que apresentaram melhor incremento de dureza da liga de 63HRF para 85HRF. A metalografia da liga após têmpera foi realizada por microscopia óptica e apresentou na microestrutura grãos equiaixiais com distribuição homogênea. Quando comparada as microestruturas com tempos e temperatura distintas em forno, não foi visto nenhuma diferença que relacionasse a diferença da dureza. Realizado o ensaio de tração e os valores de limite resistência a tração (σt) de 279,21MPa, limite escoamento (σe) de 257,33 MPa estão entre os valores médios para a liga 6005A T6. O estudo de fadiga da liga foi realizado em uma máquina fadiga flexo-rotativa de ciclo reverso tensão-compressão (R=-1) à temperatura ambiente e os dados analisados em uma curva S-N. Com tensão de até 117,42 MPa, o corpo de prova suportou número de ciclos maior que 1,0x107 ciclos antes de romper. As superfícies de fratura dos corpos de prova com cargas variadas foram analisados através de microscopia ótica e pelo MEV e indicaram presença de marcas de catraca, estrias, clivagem e trincas integranulares e transgranulares.

Simulation is a virtual tool that assists in the prediction of equipment behavior and it has been currently used for solving mechanical problems even before a physical prototype is tested .Together with the simulation , failure analysis is considered a tool for design optimization . Mechanics fracture, in turn, is a science that seeks to indicate whether a pre-existing crack type defect in the material can lead the component to a catastrophic fracture for normal operating strain. The aim of this work was to analyze numerical simulation importance as a tool for solving failure analysis and fracture mechanics problems in order to obtain quantitative results in response to geometric shapes and complex boundary conditions. Four cases of component failures once made were taken on this work and a complement with numerical simulation was carried out. The obtained results showed that numerical simulation is important in quantitative estimates of in service imposed stresses in the case of complex shape and boundary conditions. / A simulação é uma ferramenta virtual que auxilia na previsão do comportamento dos equipamentos sendo atualmente utilizada para resolução de problemas mecânicos antes mesmo que algum protótipo físico seja testado. Juntamente com a simulação, a análise de falhas é considerada uma ferramenta de otimização de projetos. A mecânica da fratura, por sua vez, é uma ciência que busca indicar se um defeito tipo trinca previamente existente no material pode levar o componente à fratura catastrófica para tensões normais de serviço. O objetivo deste estudo foi analisar a importância da simulação numérica como ferramenta para resolução de problemas de análise de falha e mecânica da fratura, a fim de se obter resultados quantitativos em resposta a formas geométricas e condições de contorno complexas. Foram tomados quatro estudos de casos de falhas de componentes outrora realizados e a partir estes foi realizado o complemento com a simulação numérica. Os resultados obtidos mostraram que a simulação numérica é importante na previsão quantitativa das tensões impostas em serviço para o caso de peças de forma e condições de contorno complexas.

O estudo das condições de operação de um motor de indução em um ambiente industrial é indispensável, tendo em vista que eventuais problemas podem contribuir para um prejuízo na produção, ou ainda para custos adicionais relacionados à falta de manutenção dos equipamentos. Uma das principais falhas que podem ocorrer em um motor de indução do tipo gaiola de esquilo durante sua operação é o rompimento de uma ou mais barras que compõem o seu rotor. Apresenta-se neste trabalho um novo método para auxiliar na detecção de barras quebradas em um rotor tipo gaiola de esquilo, para um motor de grande porte, durante sua operação em regime permanente. A partir de um modelo matemático foi possível avaliar o rompimento de barras do rotor, detectando em uma posição específica, a variação da densidade de fluxo magnético resultante, produzida pela contribuição do fluxo de dispersão de cada barra do rotor, bem como pelo fluxo criado pelas correntes do estator. Um sensor de efeito Hall é instalado entre duas bobinas do estator, a fim de representar a posição onde é realizado o cálculo da densidade de fluxo magnético resultante pela modelagem matemática proposta. O sinal gerado pelo sensor a partir de uma falha é comparado com aquele obtido a partir do rotor saudável, para posterior análise. O trabalho sugere ainda a aplicação do método de detecção da falha em conjunto com uma técnica de inteligência artificial baseada nas redes neurais artificiais, a fim de contribuir para o diagnóstico da falha e estimativa do número de barras rompidas. Os resultados obtidos da simulação, bem como os dados obtidos durante o ensaio são apresentados e usados na validação do modelo matemático desenvolvido. / The study of operational conditions of an induction motor in an industrial environment is indispensable, once eventual problems can contribute for production losses, or still for additional costs related to the lack of equipments maintenance. Among the principal faults, in a squirrel cage induction motor can occur the breaking of one or more rotor bars. This work presents a new method in aid of detection of broken bars in a large squirrel cage induction motor during its operation in steady-state. A mathematical model is used to evaluate the broken rotor bars, detecting in a specific point, the resulting magnetic flux density produced by the leakage flux created by the rotor and stator currents. The Hall effect sensor is installed between two stator coils, in order to represent the position where the resulting magnetic flux density is calculated by the proposed mathematical model. The signal detected in the sensor during a fault, is compared to the obtained result of the magnetic flux density from a healthy rotor for analysis. The work still suggests the application of the artificial intelligence technique, based on artificial neural networks in the mathematical model, in order to aid on the fault detection and estimate of the number of broken bars. The simulation and experimental results are presented in order to validate the developed mathematical model.

Metodologias de prognóstico de falhas têm atraído a atenção da indústria aeronáutica devido à necessidade de aperfeiçoar o planejamento da manutenção, maximizar a vida útil em operação dos equipamentos, aumentar a disponibilidade e a segurança, minimizar os custos de operação e manutenção ao longo da vida útil do sistema. O presente trabalho tem por objetivo propor uma metodologia de prognóstico de falhas baseada em modelo para o sistema de atuação do leme da aeronave EMBRAER 190. Esta metodologia consiste em modelar, simular, extrair características e analisar a condição real do sistema, com o intuito de realizar previsões acerca do tempo de vida remanescente do atuador do sistema. Os resultados são avaliados através da inserção de falhas incipientes em modelos simulados de um atuador para o sistema de leme da aeronave EMBRAER 190. Assim, uma estimativa do instante da falha é obtida com um grau de confiança associado.