As válvulas de controle são os elementos finais da grande maioria das malhas de controle existentes na indústria. Além disso, sabe-se que o atrito pode causar variabilidade na malha em questão, o que geralmente é indesejável para o desempenho do processo. Ademais, cerca de 20 a 30% das oscilações nas malhas de controle são causadas por atrito ou histerese. Outro ponto relevante é que muitas vezes não é possível realizar a manutenção da válvula que esteja apresentando uma variabilidade considerável, já que muitas vezes não é desejado e nem possível parar o processo em questão para o reparo da válvula. Dessa forma, o estudo de métodos de compensação de atrito se faz necessário como uma maneira de melhorar o desempenho da malha de controle nesta situação até que seja feita a manutenção da planta industrial. Este trabalho apresenta controladores com compensação de atrito e analisa seu desempenho comparado com outros compensadores já conhecidos e amplamente utilizados, através de ensaios na Planta Piloto de Vazão da Escola Politécnica da Universidade de São Paulo. / The control valves are the final elements of most of the control loops in industry. Besides, the friction can cause variability in the process, which is an undesirable situation. Furthermore, about 20% to 30% of the oscillations in control loops are caused by friction or hysteresis. Another relevant fact is that much times it is not possible to make the maintenance of the valve that is under a considerable variability, because it is not desirable nor possible to stop the process to make the maintenance of the control valve. Thereby, studying friction compensation methods is necessary as a way to improve the control loop performance in this situation until the industrial plant maintenance is made. This dissertation presents controllers with friction compensation and analyzes its performances compared with other known and widely used compensators through experiments made at the Flow Pilot Plant of Polytechnic School of University of São Paulo.

O elemento final de controle mais usado nas malhas de processo na indústria é a válvula de controle. Portanto, é necessário assegurar que ela possua o melhor desempenho possível, a fim de assegurar um funcionamento satisfatório da malha de controle. Devido ao desgaste natural das partes móveis e o ressecamento das gaxetas, as válvulas apresentam atrito que insere oscilações na abertura da válvula e devido a seu comportamento não linear que diminui a eficiência do controle. A presença de oscilações nas malhas de controle aumenta a variabilidade das variáveis de processo, o desgaste dos componentes e o consumo de energia, além de provocar o desperdício de materiais. Por isto, no presente trabalho são estudados e implementados diferentes compensadores de atrito existentes na literatura, visando reduzir o efeito do atrito nas válvulas e, por sua vez as oscilações na variável do processo. Estes métodos são aplicados na Planta Piloto de Neutralização de pH do Laboratório de Controle de Processos Industriais (LCPI). O processo de neutralização de pH é não-linear e apresenta características variantes no tempo, as quais tornam mais complexo o controle do processo. Inicialmente foi feita a implementação dos compensadores em um software acadêmico (MATLAB®), devido à familiaridade que se tem com ele, o que facilitou um melhor entendimento dos métodos de compensação junto com o controlador PID no processo. Em uma segunda etapa, a fim de trazer os estudos a um ambiente mais prático, foram implementados os algoritmos de compensação de atrito em um sistema de controle industrial (ABB®). Nos dois casos se realizaram testes em modo servo e regulatório e se avaliaram os resultados obtidos usando o índice ITAE (Integral Time Absolute Error). Os resultados evidenciam que os compensadores conseguem diminuir a variabilidade na válvula de controle, sendo que o compensador CR2 apresentou o melhor desempenho para o modo servo e regulatório. / The most used final control element in process loops in the industry is the control valve. It must ensure that it has the best possible performance in order to guarantee a satisfactory operation of the control loop. Due of the natural wear of moving parts and drying gaskets, valves exhibit friction. This friction inserts oscillations in the valve opening and due to its non-linear behavior; this causes the efficiency to decrease. The presence of oscillations in the control loop increases the variability of the process variables, the component wear, energy consumption and cause a waste of materials. Therefore, in this work we studied and implemented different friction compensation methods that exist in literature, in order to reduce the effect of friction on the valves and in turn the oscillations in the process variable. These methods are applied in the Pilot Plant Neutralization pH of Industrial Process Control Laboratory (LCPI), the pH neutralization process is nonlinear and presents time-varying characteristics, these characteristics become the control process more complex. Initially, it was made the implementation of compensation methods in academic software (MATLAB®), due to the familiarity that already exist with it, which facilitated a better comprehension of the compensation methods with the PID controller in the process. In a second step, in order to bring the study to a more practical environment, the friction compensation algorithms were implemented in an industrial control system (ABB®). In both cases were performed tests inn servo and regulatory mode, and evaluated the results using the ITAE index (Integral Time Absolute Error). The results show that in general terms that the compensating methods showing a very satisfactory performance, with the compensator CR2 showed the best performance for the servo and regulatory mode.

As medidas de atrito interno tem sido muito usadas para o estudo de relaxações anelásticas devido à intersticiais em metais ou ligas metálicas. Estudou-se o comportamento de ligas de Nb-Zr dopadas com Oxigênio e ligas de Nb-Ti dopadas com Oxigênio e Nitrogênio, através de medidas simultâneas de atrito interno (energia dissipada por oscilação do Pêndulo de Torção) e da dispersão dos valores reativos da constante elástica apropriada. No sistema Nb-Zr-O, o multi espectro de relaxação em função da temperatura foi analisado e foram encontrados processos de relaxação devido à reorientação induzida por tensão de um, dois e três átomos de Oxigênio em torno de um átomo de Nióbio e um átomo de Oxigênio em torno de um átomo de Zircônio. No sistema NB-Ti-O-N, foram encontrados processos de relaxação devido à reorientação induzida por tensão de um e dois átomos de Oxigênio em torno de um átomo de Nióbio e um átomo de Titânio, respectivamente; um átomo de Nitrogênio em torno de um átomo de Nióbio e um átomo de Titânio, respectivamente. Com a ajuda das relações desenvolvidas por Kramers-Krönig, foi possível prever e checar com precisão cada intensidade de relaxação através das medidas da variação relativa da constante elástica apropriada (dispersão). / Internal friction measurements have been very often used for anelastic relaxation investigation in order to detect the existence of the interstitials in metal or metal alloys. The behavior of the Nb-Zr alloys doped with oxygen and the Nb-Ti alloys doped with oxygen and nitrogen have been studied using internal friction and relative elastic constants measurements obtained simultaneously. For Nb-Zr-O system, the multi-relaxation spectrum has been analyzed and relaxation processes due to the stress-induced ordenaring of one, two or three oxygen atoms around one niobium atom and also one oxygen atom around one zirconium atom went found. For Nb-Ti-O-N system, the multi-relaxation spectrum has been analyzed and relaxation processes due to the stress-induced ordenaring of one and two oxygen atoms around one niobium and titanium atoms respectively and one nitrogem atom around one niobium and titanium atoms respectively. With aid of Kramers-Krönig relations, it was possible to preview and check with good accuracy each of relaxation measurements.

Não disponível / Not available

Desde a descoberta dos supercondutores com alta temperatura crítica, muitos estudos têm sido realizados em tomo de suas propriedades fisicas, tentando associá-Ias à supercondutividade. Átomos de oxigênio dissolvidos intersticialmente têm um papel importante na supercondutividade destes materiais, pois são capazes de mover-se com facilidade dentro da rede além de contribuírem na criação de buracos nos planos de CUO2. As medidas de atrito interno são ferramentas sensíveis ao estudo de defeitos em sólidos, em particular a mobilidade de oxigênio intersticial. Neste trabalho, foram analisadas amostras de Bi2Sr2CaCu2O8+δ da maneira como foram recebidas, recozidas e dopadas com diferentes concentrações de oxigênio não estequiométrico. Foram efetuadas medidas de espectroscopia anelástica utilizando um pêndulo de torção invertido tipo Kê, operando com freqüência de oscilação de 11 a 30 Hz, num intervalo de temperatura compreendido entre 88 e 700 K, com taxa de aquecimento de 1 K/min e vácuo em tomo de 10-5 Torr. Foram observadas estruturas de relaxação complexas para as amostras recozidas, que são reversíveis apenas com novos tratamentos de recozimento, atribuídas a possíveis transições de fase estruturais. Para as amostras dopadas com oxigênio, foram observadas estruturas de relaxação que foram atribuídas ao movimento de átomos intersticiais de oxigênio nos planos de BiO. Foi observada também uma relação entre a intensidade dos processos de relaxação e a concentração dos intersticiais presentes nestas amostras. / Since the discovery of the high critical temperature superconductors many studies have been carried out intending to associate their physical properties to the superconductivity mechanisms. The oxygen atoms interstitially dissolved in its structure have an important role in the superconductivity of these materiaIs since they have high mobility capable to move through the net contributing to the generation of holes along the CUO2 plans. The internal friction measurements are a sensitive tool to the study of defects in solids, in particular the mobility of interstitial oxygen. In this work, it had been analyzed samples of Bi2Sr2CaCu2O8+δ in the as received condition, annealed and doped with different concentrations of not stoichiometric oxygen. The anelastic spectroscopy measurements were made using a torsional inverted pendulum of the Kê type, operating with oscillation frequency between 11 and 30 Hz, the applied temperatures are in the range between 88 and 700 K, with heating rate about 1 K/min and vacuum better than 10-5 Torr. Complex structures of relaxation had been observed for the annealed samples, they are reversible only with new annealing treatments. These structures were attributed to possible structural phase transitions. For the oxygen doped samples, the relaxation structures had been attributed to the mobility of interstitial oxygen atoms in the plans of BiO. On these measurements was also observed a relation between the intensity of the relaxation processes and the concentration ofthe interstitial oxygen in these samples.

The present study has the objective of evaluating the effect of lubricant features on the friction coefficient by using three different lubricants (two synthetics and one mineral), which are used in automotive transmissions. In order to perform experiments, it was used a ball-on-disc system. The disc was manufactured with the same mechanical properties as transmission gears and the ball was made of 52100 SAE steel. The test parameters were defined based on a dynamic analysis conducted using \"ISOCAD\" which takes into account the geometry of the gear and vehicle dynamics (applied force and speed) during the tribological experiments. In order to set the temperature parameter, the lubricant testing temperature of a standard fuel economy was used. Experiments were conducted in two different lubrication conditions: i (starved) and ii (fully flooded). After the parameters were defined, it was possible to calculate the oil film thickness and, thus define the lubrication regime reached in each condition. Mixed and/or boundary lubrication was obtained in all the tests. Results showed the relationship between the speed and the specific oil film using a Khonsari and Masjedi formulation (2014), which takes into account the effect of surface roughness and, it is based on Downson and Higginson\'s (1981) formulation. The chemical analysis of the lubricant showed a relationship between friction coefficient and the additives used in lubricants. These results also showed the oil performance under different temperatures, speeds and loads. The best results were obtained for a synthetic lubricant. / O presente estudo tem o objetivo de avaliar o efeito de propriedades dos lubrificantes sobre o coeficiente de atrito. Para tanto foram testados três lubrificantes diferentes (dois sintéticos e um mineral), que são utilizados em transmissões automotivas. Os experimentos foram conduzidos utilizando um sistema tribológico denominado \"ball-on-disc\". Os discos foram fabricados com as mesmas propriedades mecânicas das engrenagens de transmissão, já as esferas foram fabricadas com aço SAE 52100. Os parâmetros de teste foram definidos com base na análise dinâmica conduzida utilizando o software \"ISOCAD\", que leva em conta a geometria da engrenagem e a dinâmica do veículo (força aplicada e velocidade) durante os ensaios tribológicos. Para definir os parâmetros de temperatura, foram utilizadas as mesmas temperaturas encontradas durante o ensaio de economia de combustível padronizado. Experimentos foram realizados em duas condições de lubrificação diferentes: i) fornecimento limitado de lubrificante, ou \"Starved\" e ii) condição de lubrificação imersa, ou \"Fully flooded\". Depois dos parâmetros definidos, foi possível calcular a espessura de filme de óleo, de forma a definir o regime de lubrificação alcançado em cada condição. Lubrificação mista e limítrofe foi obtida todas as condições de testes. Os resultados mostraram a relação entre a velocidade e o filme de óleo específico usando uma formulação de Khonsari e Masjedi (2014), que leva em conta o efeito da rugosidade da superfície e baseia-se na formulação de Downson e Higginson (1981). A análise química do lubrificante mostrou que existe uma relação entre o coeficiente de atrito e os aditivos utilizados nos lubrificantes. Estes resultados também mostram o desempenho dos lubrificantes em diferentes temperaturas, velocidades e cargas. Os melhores resultados foram obtidos para um lubrificante sintético.

Atualmente é bem conhecido que o uso de dispositivos passivos de dissipação de energia, tais como amortecedores por atrito, reduzem consideravelmente a resposta dinâmica de estruturas. Entretanto, os melhores parâmetros de cada amortecedor e também a melhor posição para instalá-los dentro da estrutura permanecem difíceis de serem estabelecidas. Assim, a otimização de amortecedores é uma área que vem sendo estudada de forma crescente nos últimos anos, tendo grande impacto no projeto ótimo de dispositivos para o controle de vibrações de estruturas, possibilitando obter soluções seguras e ao mesmo tempo econômicas. Contudo, apesar dos amortecedores de vibração por atrito possuírem algumas vantagens em relação a outros dispositivos passivos, poucos trabalhos são encontrados sobre a otimização de seus parâmetros ou sobre a sua melhor posição dentro de uma estrutura, devido à maior dificuldade de se calcular sistemas que envolvem atrito, por este ser não-linear. Entretanto, é interessante se levar em conta as incertezas presentes nas propriedades estruturais e/ou na excitação dinâmica no processo de otimização, o que leva a um problema de otimização sob incerteza, como otimização robusta e otimização baseada em confiabilidade. Assim, nesta Tese é proposta uma metodologia para a otimização simultânea dos parâmetros e das posições de amortecedores de vibração por atrito a serem instalados em edifícios submetidos à excitação sísmica levando em conta as incertezas presentes tanto nas propriedades estruturais quanto no carregamento sísmico, assim como nas forças de atrito dos amortecedores. A fim de ilustrar a metodologia, dois exemplos de aplicação são apresentados, sendo o primeiro sobre otimização robusta e o segundo sobre otimização baseada em confiabilidade. Os resultados mostraram, em ambos os exemplos, que o método proposto obteve sucesso, melhorando consideravelmente o comportamento dinâmico dos edifícios estudados, mesmo para um número limitado de dispositivos instalados. Portanto, acredita-se que a metodologia de otimização desenvolvida constitui uma ferramenta eficaz para o projeto ótimo de amortecedores por atrito. / Nowadays it is well known that the use of passive energy dissipation devices, such as friction dampers, considerably reduces the dynamic response of structures. However, the best parameters of each damper and also the best position to install them within the structure remain difficult to be determined. Thus, optimization of dampers is an area that has been increasingly studied in recent years, having a big impact in the optimal design of devices for the vibration control of structures, allowing to obtain safe and at the same time economic solutions. However, although friction dampers have some advantages over other passive devices, few contributions are found on optimization of their parameters or on their optimal position within a structure. This fact can be explained due to the greater difficulty in determining the response of systems involving friction, because their nonlinear behavior. In addition to the lack of studies on optimization of friction dampers, the few studies found in the literature consider the problem in a deterministic way. However, the uncertainties present in the structural properties and/or in the dynamic excitation can alter the optimal solution. Thus, it is important to take into account these uncertainties in the optimization process, which leads to an optimization problem under uncertainty, such as robust optimization and reliability-based optimization. Thus, in this Thesis, a methodology is proposed for the simultaneous optimization of parameters and positions of friction dampers to be installed in buildings subjected to seismic excitation taking into account uncertainties present in both the structural properties and the seismic load, as well as in the friction forces of the dampers. In order to illustrate the approach, two examples are presented, the first one on robust optimization and the second on reliabilitybased optimization. The results show, in both examples, that the proposed method considerably improves the dynamic behavior of the studied buildings, even for a limited number of installed devices. Therefore, it was shown that the proposed procedure is an effective tool for the optimum design of friction dampers.

O presente trabalho tem por finalidade apresentar e discutir os resultados encontrados para o coeficiente de atrito de três tipos de diferentes chapas utilizadas em processos de estampagem na indústria automotiva. O método adotado para determinação do coeficiente de atrito foi o dobramento sob tensão, método este que tem por finalidade simular as condições de uma operação de embutimento. Os resultados apresentados demonstram que diferentes chapas em aço NBR 5915 EM e EMS ME 1508 EM, com ou sem proteção galvânica, apresentam diferentes condições tribológicas determinadas através do ensaio. Coeficientes de atrito que variam desde 0,103 até 0,151 foram determinados, considerando condições de lubrificação e de ferramenta constantes. A influência do coeficiente de atrito no processo é exemplificada através do cálculo da força máxima de estampagem, sendo que para as mesmas condições de propriedades mecânicas a variação do coeficiente de atrito provocou um aumento de 7,6% na força máxima. Através do cálculo determinou-se também a influência do coeficiente de atrito nas forças de atrito do processo. Para as condições apresentadas, a influência do coeficiente de atrito no prensa chapas na força máxima de estampagem é 20x menor em relação à influência do coeficiente de atrito no raio da matriz. / This research aims to show and discuss the friction coefficient of three different kinds of sheet metal used in sheet metal forming processes of automotive industry. The methodology for the determination of the coefficient of friction was the bending under tension, that purpose to simulate the deep drawing conditions. The results show different kinds of sheets metals, as NBR 5915 EM and EMS ME 1508 EM, with or not galvanized protection, show different tribological conditions by the tests. Friction coefficients from 0,103 to 0,151 were founded, considering invariable lubrication and tool conditions. The influence of friction coefficient in the stamping process is exemplified by the maximum stamping strength. For these tests conditions, the coefficient of friction caused an increase of 7.6% in the maximum stamping strength. The influence of the friction coefficient on the friction strengths of the process was determined. For these conditions, the influence of the friction coefficient in the friction strength of the blank holder is 20x smaller than in the friction strength of die's radius.

O presente trabalho trata da modelagem matemática de um atuador pneumático responsável pelo acionamento de uma bancada para ensaios de estruturas mecânicas, a qual será utilizada no projeto de título “Concurso de Pórticos” (processo CNPq nº409998/2013-3, Chamada nº 18/2013 MCTI/CNPq/Secretaria de Políticas da Mulher-PR/Petrobras - Meninas e Jovens Fazendo Ciências Exatas, Engenharias e Computação). As contribuições principais deste trabalho são a modelagem e identificação das características não lineares do atrito no atuador utilizado para a aplicação de forças, bem como a sistematização do modelo matemático completo, sua simulação computacional e validação experimental. Os atuadores pneumáticos são utilizados na maioria das instalações industriais e nos campos da automação e da robótica pelas diversas vantagens que o caracterizam. Dentre estas vantagens considera-se uma tecnologia de baixo custo, manutenção fácil, boa relação peso/potência, rapidez de resposta e principalmente uma tecnologia limpa, que não polui o meio ambiente. Porém, para atuadores pneumáticos a modelagem matemática é complexa quando comparada a outros tipos de acionamentos, pois apresentam limitações no controle decorrente das características não lineares inerentes ao sistema. Estas características não lineares resultam da alta compressibilidade do ar e das não linearidades presentes em sistemas pneumáticos, tais como o comportamento não linear da vazão mássica nos orifícios da válvula e sua zona morta, além do atrito nas vedações do cilindro linear. A modelagem matemática é muito importante para entendimento e previsão do comportamento dinâmico de atuadores pneumáticos e pode contribuir para a adequada aplicação e desempenho em sistemas automáticos, principalmente na definição de estratégias de controle. Neste trabalho, desenvolveu-se a formulação de um modelo matemático não linear completo de 5ª ordem que representa o comportamento dinâmico do atuador pneumático. Com o objetivo de comparação com o modelo desenvolvido, apresenta-se também um modelo matemático não linear de 3ª ordem, validados experimentalmente. Por fim, foram realizados testes de controle de força em malha aberta variando-se a pressão de suprimento do sistema. Os resultados obtidos ilustram as características do modelo matemático desenvolvido. / 94 f.

Os administradores dos aeroportos rotineiramente promovem avaliações em suas pistas para verificar a situação do pavimento em condições de pista molhada. Este trabalho concentra resultados de 52 (cinqüenta e dois) aeroportos brasileiros que tiveram suas pistas de pouso e decolagem avaliados quanto ao atrito pneu-pavimento. Associou-se aos valores numéricos dos ensaios de atrito à variação sazonal (precipitação e temperatura) para compreender a variação de atrito de uma mesma pista em dias diferentes. Nos aeroportos de São Paulo e Mato Grosso do Sul foram coletados dados de ocorrência de acidentes e associados aos valores de atrito encontrados e concluiu-se que o valor = 0.50, estipulado para identificar o momento de fazer uma intervenção na pista, não pode ser o resultado direto gerado pelo equipamento pontualmente. Deve-se analisar sob que condições climáticas o ensaio foi realizado, se a pista estava limpa ou com excesso de agentes contaminantes como poeira e borracha dos pneus. A realização do ensaio deveria ser programada em função da ocorrência de precipitação, que foi a informação que provocou de forma mais significativa melhoria dos resultados de medição de atrito.