Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica. / Made available in DSpace on 2012-10-21T15:22:06Z (GMT). No. of bitstreams: 1 201813.pdf: 1875516 bytes, checksum: 009c283f7429ef8ed7abd8bcde29c087 (MD5)

Este trabalho tem como objetivo propor e avaliar um novo método para controle antissurto de compressores dinâmicos. É sabido que compressores dinâmicos são sujeitos ao fenômeno de surto, o qual pode danificar gravemente os componentes do compressor e provocar distúrbios de produção. O surto pode surgir a partir da ocorrência de distúrbios (por exemplo, fechamento da válvula de descarga do compressor) os quais, sem ação antissurto, fariam com que o ponto de operação se deslocasse para uma região de baixas vazões delimitada por uma linha conhecida como linha de surto. Portanto, compressores dinâmicos sempre são equipados com mecanismos antissurto: tipicamente uma válvula de reciclo de ação rápida controlada por um controlador PI antissurto. Dado que o surto se desenvolve extremamente rápido, usualmente não se permite que o compressor opere muito próximo da linha de surto. Esse objetivo de controle (manter o compressor afastado da linha de surto) é conflitante com objetivos de eficiência energética, pois os pontos de maior eficiência estão localizados próximos a essa linha. Logo, é desejável operar o compressor utilizando a mínima margem de surto que ainda garanta que a ação antissurto seja efetiva. Este trabalho propõe um método para ativação da ação antissurto no compressor com o objetivo de atingir uma ação mais rápida que o controle PI tradicional. O método proposto se baseia no cálculo offline das aberturas necessárias para a válvula de reciclo para cada possível combinação das posições dos atuadores do sistema, considerando um conjunto discreto pré-definido de valores dentro da faixa de valores de cada atuador. Esse processo gera uma tabela auxiliar para uso online. Os valores da tabela auxiliar são utilizados para gerar valores de referência para um controlador por realimentação, o qual é responsável por garantir que a trajetória do sistema irá do estado inicial no momento da ativação do controle antissurto para o estado estacionário desejado. Diversos cenários de distúrbio são simulados para diferentes controladores por realimentação e comparados com o controle antissurto PI tradicional. Os resultados mostram que a estratégia proposta é um candidato para melhorias na prática atual de controle antissurto, mas um controle por realimentação adequado deve ser selecionado e avaliado também considerando o aspecto de robustez, o qual é brevemente considerado no escopo deste trabalho. / This work aims at proposing and evaluating a novel method for anti-surge control of dynamic compressors. Dynamic compressors are known to suffer from surge, which can severely damage compressor components and disturb production. Surge may arise by the occurrence of disturbances (e.g. compressor discharge valve closure) that would bring its operating point to a region at low flows delimited by the so called surge line. Therefore, dynamic compressors are always equipped with anti-surge mechanisms: typically a fast actuating recycle valve controlled by a PI anti-surge controller. Since surge develops extremely fast, the compressor is usually not allowed to operate too close from the surge line. This control objective (keep the compressor away from the surge line) is conflicting with energy efficiency requirements, since higher efficiency operating points are located close to the surge line. Therefore, it is desirable to operate the compressor using the smallest possible surge margin that still guarantees anti-surge action is effective. This work proposes a method for triggering the compressor anti-surge action, aiming at a faster action than traditional PI control. The proposed anti-surge control method relies on an offline computation of necessary recycle valve openings for each possible combination of the system actuators positions, considering a predefined discrete set of values from the actuators positioning ranges. This generates a look-up table for online use. The values from the look-up table are used to identify the necessary compressor flow set-point for a feedback controller, which is responsible for ensuring that the system trajectory goes from the state upon anti-surge activation to the desired steady state. Several disturbance scenarios are simulated for different feedback controllers and compared to the traditional PI anti-surge controller. Results show that the proposed strategy is a candidate for improvements in current anti-surge control practice but an adequate feedback control strategy must be chosen and evaluated also under the consideration of robustness, which is slightly considered in the scope of this work.

INTRODUÇÃO: O tratamento da fibrose cística (FC) envolve o uso de medicamentos fornecidos através de nebulizadores e seu funcionamento adequado é essencial. OBJETIVOS: Avaliar o desempenho de nebulizadores a jato utilizados por pacientes com FC e comparar dois manômetros para avaliação dos compressores. MÉTODOS: Estudo descritivo, transversal, de avaliação dos nebulizadores usados pelos pacientes com FC da Associação Mineira de Assistência a Mucoviscidose. Os pacientes trouxeram compressores (Proneb Ultra®) e nebulizadores (Pari LC plus®) para avaliação. O desempenho do compressor foi avaliado por medidas de pressão operacional através dos manômetros PARI PG101® (PARI GmbH, Starnberg, Alemanha) e FSA analógico (Famabras, Itaquaquecetuba, Brasil).As variáveis de eficiência do nebulizador foram: O débito de volume nebulizado (DVN), taxa de oferta da medicação (TOR) e volume residual (VR) foram calculados por diferenças de peso de cada nebulizador após 10 minutos de nebulização de solução salina (2,5ml). O diâmetro médio de massa da partícula (DMM) foi calculado através da equação proposta por Standaert et al. A análise estatística incluiu o pacote R (v.2.15) e MINITAB, com alfa=0,05. O coeficiente Kappa foi calculado para avaliar concordância de valores entre os equipamentos, e curva ROC construída para calcular o valor aferido no manômetro FSA com melhor sensibilidade/especificidade, utilizando o manômetro PARI PG101® como referência. A associação entre valores de pressão, DVN, TOR e VR foi calculada pela correlação de Spearman. RESULTADOS: Avaliados 146 sistemas com tempo mediano de uso de 32(12-60) meses±36 meses. Cinquenta e sete (39%) não funcionaram adequadamente, com valores pressóricos inferiores à metade da referência. Os sistemas com funcionamento inadequado comprometeram as variáveis de eficiência dos nebulizadores A concordância entre os diferentes métodos de avaliação de acordo com a classificação; com funcionamento adequado e inadequado através do coeficiente Kappa foi 0,81(IC95%- 0,65-0,97), p<0,001. Na avaliação da sensibilidade e especificidade foi observado o ponto de corte de 23,5 PSI no manômetro FSA mostrou sensibilidade=99% e especificidade=79% (p<0,001). Houve associação significativa entre DVN, VR e pressões aferidas. CONCLUSÕES: Uma proporção significativa dos sistemas de nebulização não funcionou adequadamente. As variáveis de eficiência da nebulização estavam comprometidas indicando que a pressão gerada no compressor é um aspecto crítico na eficiência do tratamento. O método alternativo da avaliação dos compressores se apresentou adequado para ser utilizado nos compressores utilizados no tratamento da FC. / INTRODUCTION: Cystic fibrosis (CF) treatment of involves the use of medications supplied through nebulizers and their proper functioning is essential. OBJECTIVES: To evaluate the performance of jet nebulizers used by CF patients and to compare two pressure gauges Compressors evaluation. METHODS: This was a descriptive, cross - sectional study of the nebulizers used by patients with CF of the Mucoviscidosis Care Association of Minas Gerais. The patients brought compressors (Proneb Ultra®) and nebulizers (Pari LC plus®) for evaluation. The performance of the compressor was evaluated by operating pressure measurements using PARI PG101® manometers (PARI GmbH, Starnberg, Germany) and analog FSA (Famabras, Itaquaquecetuba, Brazil). The variables of efficiency of nebulization under study were: nebulizer delivery volume (NDV), drug output rate (DOR), and residual volume (RV), which were calculated by weighing each nebulizer before nebulization and 10 minutes after nebulization using a saline solution (2.5 mL). The mass median diameter (MMD) was calculated using the equation proposed by Standaert et al. Statistical analysis included the package R (v.2.15) and MINITAB, with alpha = 0.05. The Kappa coefficient was calculated to evaluate agreement of values between the equipment\'s, and ROC curve constructed to calculate the value measured in the FSA manometer with better sensitivity / specificity, using the PARI PG101® manometer as reference. The association between pressure values, NDV, DOR and RV was calculated by the Spearman correlation. RESULTS: We evaluated 146 systems with a median time of use of 32 (12-60) months ± 36 months. Fifty-seven (39%) did not function properly, with pressure values lower than half the reference. The systems with inadequate functioning compromised the efficiency variables of the nebulizers. The agreement between the different evaluation methods according to the classification; with adequate and inadequate functioning through the Kappa coefficient was 0.81 (95% CI -0.65-0.97), p <0.001. In the evaluation of sensitivity and specificity, the cut-off point of 23.5 PSI on the FSA manometer showed sensitivity = 99% and specificity = 79% (p <0.001). There was a significant association between NDV, DOR, RV and measured pressures. CONCLUSIONS: A significant number of the nebulizer systems were ineffective. The variables of nebulization efficiency were compromised, which indicated that the pressure generated by the compressor was a critical aspect for treatment efficiency. The alternative method of compressors evaluation was suitable for use in CF treatment routine.

Estimativas de desempenho de compressores axiais através de métodos numéricos, entre eles o Método da Curvatura das Linhas de Corrente, são ferramentas utilizadas para reduzir o custo e o tempo de desenvolvimento de compressores axiais. A qualidade dos resultados está intimamente ligada às correlações que relacionam o escoamento à máquina, isto ée, correlações de incidência de mínima perda, de perda de pressão total e de desvio. O presente trabalho estuda as diferenças dos resultados obtidos com diferentes correlações de modo a definir a validade destas nos casos estudados e apontar as possibilidades de desenvolvimento do programa disponível no ITA. Pretende-se, desta forma, que as limitações do método, devido as simplificações necessárias, sejam totalmente exploradas. Foram simulados dois compressores: um estágio de "fan" de razão de pressão 1,35 (estágio NASA 53) e um estágio de compressor de alto desempenho construído com perfil MCA (estágio NASA 37).

Desenvolvem-se no Laboratório de Aerotermodinâmica e Hipersônica, Prof. Henry T. Nagamatsu, do Instituto de Estudos Avançados (IEAv) experimentos que envolvem a aplicação do conceito de compressão supersônica aplicável à máquinas de fluxo. Esta máquina, denominada compressor supersônico, é formada por um disco rotor envolvido por um invólucro fixo que gira em velocidades supersônicas relativas ao fluido de trabalho e possui em suas extremidades rampas de compressão que funcionam como difusores. O processo de compressão assemelha-se ao conhecido em um estato-reator. Sua configuração simples e rendimento elevado são características marcantes que fazem com que esta seja uma tecnologia de compressão mais eficiente do que as existentes atualmente. Para verificar a possibilidade de utilização desta nova tecnologia, este trabalho faz uma investigação experimental a respeito do campo de pressão que envolve um modelo de teste semelhante à rampa de compressão do compressor supersônico. Um túnel de choque hipersônico é a principal ferramenta laboratorial utilizada para a análise deste trabalho.

The objective of this work is to present a trade-off study between aircraft air conditioning systems based on conventional technology (Engine Pneumatic Bleed based) and the proposed bleedless architecture, based on the MEA (More Electric Aircraft) and Bleedless Engines concepts. The pneumatic bleed system components are thus eliminated and a dedicated compressor serves as the main power supply to the air conditioning and pressurization system. Both the conventional and the proposed ECS architecture are described and the system main parameters are calculated. The aircraft used as baseline for the study is the RJ2, a 50 seats regional jet, designed as an academic exercise during the PEE ITA/EMBRAER program. Since the aircraft' requirements - determined by the PEE coordination - were for a regional jet, operational characteristics and aspects of costs, weight, energy efficiency, maintainability and impacts on other systems of the aircraft were considered. The proposed air conditioning architecture is compared to a conventional one in terms of weight, system price and power and fuel consumptions. This work is merely academic and conceptual and does not involve any existing or in development aircraft data from EMBRAER or any other aircraft or system manufacturer.

INTRODUÇÃO: O tratamento da fibrose cística (FC) envolve o uso de medicamentos fornecidos através de nebulizadores e seu funcionamento adequado é essencial. OBJETIVOS: Avaliar o desempenho de nebulizadores a jato utilizados por pacientes com FC e comparar dois manômetros para avaliação dos compressores. MÉTODOS: Estudo descritivo, transversal, de avaliação dos nebulizadores usados pelos pacientes com FC da Associação Mineira de Assistência a Mucoviscidose. Os pacientes trouxeram compressores (Proneb Ultra®) e nebulizadores (Pari LC plus®) para avaliação. O desempenho do compressor foi avaliado por medidas de pressão operacional através dos manômetros PARI PG101® (PARI GmbH, Starnberg, Alemanha) e FSA analógico (Famabras, Itaquaquecetuba, Brasil).As variáveis de eficiência do nebulizador foram: O débito de volume nebulizado (DVN), taxa de oferta da medicação (TOR) e volume residual (VR) foram calculados por diferenças de peso de cada nebulizador após 10 minutos de nebulização de solução salina (2,5ml). O diâmetro médio de massa da partícula (DMM) foi calculado através da equação proposta por Standaert et al. A análise estatística incluiu o pacote R (v.2.15) e MINITAB, com alfa=0,05. O coeficiente Kappa foi calculado para avaliar concordância de valores entre os equipamentos, e curva ROC construída para calcular o valor aferido no manômetro FSA com melhor sensibilidade/especificidade, utilizando o manômetro PARI PG101® como referência. A associação entre valores de pressão, DVN, TOR e VR foi calculada pela correlação de Spearman. RESULTADOS: Avaliados 146 sistemas com tempo mediano de uso de 32(12-60) meses±36 meses. Cinquenta e sete (39%) não funcionaram adequadamente, com valores pressóricos inferiores à metade da referência. Os sistemas com funcionamento inadequado comprometeram as variáveis de eficiência dos nebulizadores A concordância entre os diferentes métodos de avaliação de acordo com a classificação; com funcionamento adequado e inadequado através do coeficiente Kappa foi 0,81(IC95%- 0,65-0,97), p<0,001. Na avaliação da sensibilidade e especificidade foi observado o ponto de corte de 23,5 PSI no manômetro FSA mostrou sensibilidade=99% e especificidade=79% (p<0,001). Houve associação significativa entre DVN, VR e pressões aferidas. CONCLUSÕES: Uma proporção significativa dos sistemas de nebulização não funcionou adequadamente. As variáveis de eficiência da nebulização estavam comprometidas indicando que a pressão gerada no compressor é um aspecto crítico na eficiência do tratamento. O método alternativo da avaliação dos compressores se apresentou adequado para ser utilizado nos compressores utilizados no tratamento da FC. / INTRODUCTION: Cystic fibrosis (CF) treatment of involves the use of medications supplied through nebulizers and their proper functioning is essential. OBJECTIVES: To evaluate the performance of jet nebulizers used by CF patients and to compare two pressure gauges Compressors evaluation. METHODS: This was a descriptive, cross - sectional study of the nebulizers used by patients with CF of the Mucoviscidosis Care Association of Minas Gerais. The patients brought compressors (Proneb Ultra®) and nebulizers (Pari LC plus®) for evaluation. The performance of the compressor was evaluated by operating pressure measurements using PARI PG101® manometers (PARI GmbH, Starnberg, Germany) and analog FSA (Famabras, Itaquaquecetuba, Brazil). The variables of efficiency of nebulization under study were: nebulizer delivery volume (NDV), drug output rate (DOR), and residual volume (RV), which were calculated by weighing each nebulizer before nebulization and 10 minutes after nebulization using a saline solution (2.5 mL). The mass median diameter (MMD) was calculated using the equation proposed by Standaert et al. Statistical analysis included the package R (v.2.15) and MINITAB, with alpha = 0.05. The Kappa coefficient was calculated to evaluate agreement of values between the equipment\'s, and ROC curve constructed to calculate the value measured in the FSA manometer with better sensitivity / specificity, using the PARI PG101® manometer as reference. The association between pressure values, NDV, DOR and RV was calculated by the Spearman correlation. RESULTS: We evaluated 146 systems with a median time of use of 32 (12-60) months ± 36 months. Fifty-seven (39%) did not function properly, with pressure values lower than half the reference. The systems with inadequate functioning compromised the efficiency variables of the nebulizers. The agreement between the different evaluation methods according to the classification; with adequate and inadequate functioning through the Kappa coefficient was 0.81 (95% CI -0.65-0.97), p <0.001. In the evaluation of sensitivity and specificity, the cut-off point of 23.5 PSI on the FSA manometer showed sensitivity = 99% and specificity = 79% (p <0.001). There was a significant association between NDV, DOR, RV and measured pressures. CONCLUSIONS: A significant number of the nebulizer systems were ineffective. The variables of nebulization efficiency were compromised, which indicated that the pressure generated by the compressor was a critical aspect for treatment efficiency. The alternative method of compressors evaluation was suitable for use in CF treatment routine.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2000. / Made available in DSpace on 2012-10-18T02:31:59Z (GMT). No. of bitstreams: 1 275448.pdf: 3198608 bytes, checksum: e97b875552b5d442e53d8a0f4f1cb728 (MD5) / Diversos fenômenos que ocorrem no interior dos sistemas de refrigeração dependem da interação entre o óleo lubrificante e o fluido refrigerante. Uma boa miscibilidade entre óleo e refrigerante assegura o retorno do óleo para o compressor através da redução da sua viscosidade. Dentro do compressor o lubrificante é usado principalmente para selar vazamentos, para resfriar elementos quentes e para lubrificar partes deslizantes. O desempenho e a confiabilidade dos sistemas de mancais do compressor são fortemente afetados pela presença de refrigerante dissolvido no óleo. Isto ocorre devido ao desprendimento de refrigerante provocado por variações súbitas na temperatura e na pressão, o que origina uma mistura bifásica com densidade e viscosidade distintas das do lubrificante. Um conhecimento geral do escoamento da mistura óleo e refrigerante é crucial para o desenvolvimento de modelos de lubrificação, usados na análise e simulação de problemas de mecânica dos fluidos no interior de compressores. No presente estudo o escoamento de óleo lubrificante com desprendimento de refrigerante é explorado experimentalmente. Uma mistura de óleo saturado com refrigerante é forçada a escoar ao longo de dois tubos retos horizontais de diâmetro constante. Um tubo é usado para visualização do escoamento e no outro são realizadas medições de pressão e temperatura. Na entrada dos tubos o estado líquido prevalece e, à medida que o escoamento prossegue e conseqüentemente a pressão se reduz, ocorre o desprendimento de refrigerante devido à redução da solubilidade do fluido refrigerante no óleo lubrificante. Inicialmente observa-se uma pequena quantidade de bolhas, porém a população de bolhas cresce ao longo do escoamento, de modo que ao final dos tubos atinge-se escoamento em espuma. A visualização do escoamento permite a identificação dos regimes de escoamento bifásico experimentados pela mistura. As distribuições de pressão e temperatura são medidas ao longo do escoamento e a partir delas o título e a fração de vazio são estimados. O principal objetivo deste trabalho é melhorar a compreensão deste complexo escoamento para permitir a elaboração de modelos físicos e matemáticos com o intuito de explorar a mecânica de fluidos no interior de componentes do compressor. / Several phenomena occurring inside refrigerating systems depend on the interaction between the lubrication oil and the refrigerant working fluid. Regarding the refrigeration cycle, good miscibility of oil and refrigerant assure easy return of the circulating oil to the compressor through the reduction of the oil viscosity. Inside the compressor the lubricant is mainly used for leakage sealing, cooling of hot elements and lubrication of sliding parts. In the compressor bearing systems the presence of refrigerant dissolved in the oil greatly influences the performance and reliability of the compressor due to the outgassing resulting from sudden temperature and pressure variations. This causes the formation of a two-phase mixture with density and viscosity strongly affecting the lubricant characteristics. A general understanding of the oil-refrigerant mixture flow is crucial in developing lubrication models to be used in analysis and simulation of the fluid mechanics inside the compressor. In the present work the lubrication oil flow with refrigerant outgassing is explored experimentally. A mixture of oil saturated with refrigerant is forced to flow in two straight horizontal tubes of constant diameter. One tube is used for flow visualization and the other is instrumented for pressure and temperature measurements. At the tubes inlet, liquid state prevails and as flow proceeds the pressure drop reduces the gas solubility in the oil and outgassing occurs. Initially a small amount of bubbles is observed and eventually the bubble population reaches a stage where foaming flow is observed. The flow visualization allowed identification of the two-phase flow regimes experienced by the mixture. Pressure and temperature distributions are measured along the flow and from that mixture quality and void fraction were estimated. The main motivation for this work is to improve the understanding of this complex flow to construct physical and mathematical models for exploring the fluid mechanics within the compressor parts.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnologico / Made available in DSpace on 2012-10-16T06:23:18Z (GMT). No. of bitstreams: 0Bitstream added on 2016-01-08T18:43:00Z : No. of bitstreams: 1 99099.pdf: 2697471 bytes, checksum: bab292e1c20b0c3b64462a4763ad980a (MD5) / O presente trabalho refere-se ao estudo numérico, com validação experimental, do escoamento laminar, incompressível e isotérmico de ar em difusores radiais onde o disco frontal é inclinado. Este estudo tem sua motivação no aprimoramento do modelo de laboratório de um sistema de válvula de compressores de refrigeração. No procedimento experimental apresentam-se, detalhadamente, a especificação de todos os equipamentos utilizados, a descrição da bancada, a metodologia usada durante a tomada de dados e suas reduções. As equações governantes, escritas com uma transformação de coordenadas na direção axial, são solucionadas pelo método dos volumes finitos. O acoplamento entre pressão e velocidade é resolvido pelo algoritmo SIMPLE e os esquemas convectivos QUICK e Lei de Potência são testados. A validação do modelo numérico é realizada através da comparação do perfil radial de pressão sobre o disco frontal com uma solução analítica para difusor radial com discos paralelos, e também com resultados experimentais para o próprio difusor. Resultados de distribuição de pressão, força sobre a palheta e áreas efetivas de força e escoamento são apresentados a fim de se determinar a influência do afastamento entre os discos, do número de Reynolds e da inclinação do disco frontal sobre o escoamento. Além disso, são mostradas algumas características do campo de velocidade e plotam-se alguns gráficos de campos de pressão no interior do difusor. A inclinação do disco frontal altera significativamente os campos de velocidade e pressão, porém, os parâmetros globais como força e áreas efetivas de força e escoamento não são grandemente alterados. Para deteminadas combinações do número de Reynolds, do afastamento e da inclinação entre os discos, a distribuição de pressão apresenta regiões de pressão negativa que tende a succionar o disco frontal, e também, um momento resultante que tende a deixar os discos paralelos.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina. Centro Tecnologico / Made available in DSpace on 2012-10-16T22:13:48Z (GMT). No. of bitstreams: 0Bitstream added on 2016-01-08T17:54:16Z : No. of bitstreams: 1 87102.pdf: 8197877 bytes, checksum: e033296c56e4d525a49a58b925e3b941 (MD5) / O presente trabalho refere-se ao estudo numérico, com validação experimental do escoamento laminar, incompreensível e isotérmico de ar em um difusor radial excêntrico representando o modelo de laboratório de um sistema de válvula de compressores de refrigeração. As equações governantes, escritas no sistema de coordenadas bicilíndricas, são discretizadas usando o método dos volumes finitos e solucionadas pelo algoritmo SIMPLE. O modelo numérico é validado através de soluções analíticas de vários problemas mais simples e também pela comparação do perfil radial de pressão com resultados experimentais para o próprio difusor. No procedimento experimental, apresenta-se, detalhadamente, a especificação de todos os equipamentos utilizados, assim como a metodologia usada durante a tomada de dados. São gerados resultados numéricos para averificação da influência da excentricidade sobre o perfil radial de pressão, força sobre a palheta e áreas efetivas de força e escoamento. Além disso, são mostradas algumas características do campo de velocidades e plota-se alguns gráficos do campo de pressão sobre a palheta.