Dissertação (Mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. / Made available in DSpace on 2012-10-16T00:38:07Z (GMT). No. of bitstreams: 0Bitstream added on 2016-01-08T15:48:27Z : No. of bitstreams: 1 147476.pdf: 2557901 bytes, checksum: 09eebabfe23d1364fc944ae63d486607 (MD5)

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica. / Made available in DSpace on 2012-10-18T10:37:52Z (GMT). No. of bitstreams: 0Bitstream added on 2014-09-26T00:03:29Z : No. of bitstreams: 1 182631.pdf: 32932175 bytes, checksum: 835cadd1d2345a0ce3b2ef8575075e0a (MD5) / Este trabalho trata da sistematização do dimensionamento e análise de componentes hidráulicos em circuitos previamente concebidos, estabelecendo-se formalmente as ações do projetista e a base do conhecimento necessária à realização desta tarefa. Propõe-se uma metodologia voltada à integração das equipes de projeto, fundamentada nos conceitos de engenharia de produto, projeto de sistemas automáticos, modelagem dinâmica de sistemas hidráulicos e teoria de controle, cujo objetivo é unificar as informações e proporcionar ao projetista maior segurança na seleção de componentes. Tal metodologia está alicerçada em estudos de casos reais e envolve análise estática e dinâmica do comportamento de circuitos hidráulicos. Define-se um conjunto de tarefas para a fase de projeto preliminar incluindo modelagem, aquisição de dados de catálogos, simulação e análise dos resultados. Neste contexto, aplica-se a metodologia proposta para a análise de dois circuitos hidráulicos de controle de posição de servomotores (cilindros hidráulicos) que compõem o sistema de controle de velocidade de turbinas em centrais hidrelétricas. No primeiro caso modela-se detalhadamente um circuito composto por válvula direcional proporcional e válvula distribuidora empregado em uma turbina Francis. No segundo, faz-se a análise fundamentada em condições operacionais reais obtidas em campo para um circuito de válvula direcional proporcional, válvula distribuidora e servomotor, utilizado neste caso em uma turbina Kaplan. Com os resultados obtidos, alcança-se um melhor conhecimento do circuito de controle de posição antes da construção e partida dos equipamentos.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:28:35Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2006-12Bitstream added on 2014-06-13T20:37:39Z : No. of bitstreams: 1 carvalho_rf_me_guara.pdf: 1480284 bytes, checksum: c7e8cc63c757c4ed4fc23810d1bdaa7c (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Projetar e construir máquinas de pistões axiais são atividades desenvolvidas por poucas empresas no mundo. No Brasil, não se conhece nenhum projeto sobre este tipo de máquina até agora, isto é, um projeto totalmente nacional, apenas são manufaturadas utilizando mão de obra brasileira. Este tipo de máquina tem grande aplicação na área industrial, móbile e aeronáutica. Desenvolver este trabalho é o grande desafio, tendo em vista conquistar tecnologia sobre este produto e, conseqüentemente, livrar-se da dependência tecnológica de outros países. Sendo assim este trabalho procura ir mais longe, pois pretende substituir diretamente os motores comerciais em funcionamento numa etapa muito próxima e subseqüente. Calcular e desenhar uma máquina não são etapas suficientes para que ela funcione e ocupe lugar no mercado. Portanto, um estudo minucioso sobre como cada peça deveria ser usinada foi elaborado, e posteriormente discutido com operadores de máquinas. Esta etapa precisa ser considerada tão importante quanto necessária. Este trabalho além de apresentar um histórico da evolução da hidrostática, também mostra com figuras o funcionamento dos motores de pistões axiais. Um roteiro de cálculos relata como as dimensões da máquina foram determinadas, com a finalidade de se obter o desenho de conjunto. / Designing and manufacturing axial piston Swashplate machines are activities that few companies have developed around the world. So far, nothing has been known related to this kind of machine when the focus is on a true national design. In addition, Swashplate machines are fully utilized in industrial, mobile and aeronautical area. Developing this work is the challenge, looking forward to conquer technology in order to manufacture such a product and, consequently, be free from paying royalties to other countries. In this way, the present work goes beyond when one intends to directly substitute those commercial machines in a well next time, it means, just after this work has finished. Calculating and drawing are not sufficient steps to have a machine running. So, a well detailed study was set up in order to know how the parts would be machined and treating and discussing with machine operators was necessary. One should remind that this is a step as important as well necessary. This work presents the history of hydrostatic machines and an explanation relating how the Swashplate motor works. Some calculations are also presented in order to have the assembled view drawing of this machine accomplished.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:34:58Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2009-02-19Bitstream added on 2014-06-13T20:05:59Z : No. of bitstreams: 1 azevedo_gjr_dr_guara.pdf: 2654088 bytes, checksum: e45f5184f1ee57d617f3314eb07c30ba (MD5) / O desenvolvimento do projeto e a manufatura das máquinas de pistões axiais de vazão variável são atividades desenvolvidas por poucas empresas no mundo. Uma pesquisa para obter informações sobre o projeto deste tipo de equipamento, revelou pouquíssimas informações técnicas sobre este assunto. Talvez pela falta de uma literatura específica sobre o projeto e o funcionamento deste tipo de equipamento, as empresas brasileiras ainda não conseguiram desenvolver um projeto totalmente nacional. Este tipo de máquina tem grande aplicação na área industrial, móbile e aeronáutica. A importância do desenvolvimento deste trabalho justifica-se pela conquista de uma tecnologia dominada apenas por empresas estrangeiras, causando nas indústrias brasileiras que utilizam esta máquina, uma dependência tecnológica. Sendo assim, este trabalho visa oferecer às empresas brasileiras especializadas em bombas hidráulicas, informações sobre o funcionamento e também uma metodologia detalhada sobre o dimensionamento desta máquina. Calcular e desenhar uma determinada máquina não garante o seu perfeito funcionamento e também não assegura um sucesso sob o ponto de vista mercadológico. Portanto, foi realizado um estudo minucioso, além de uma discussão sobre o assunto com técnicos e engenheiros sobre a melhor forma de usinagem e montagem. Esta etapa precisa ser considerada tão importante quanto necessária. No desenvolvimento deste trabalho há uma apresentação sobre as bombas hidrostáticas disponíveis no mercado. Após a fundamentação teórica sobre o funcionamento da máquina swashplate, descrevendo detalhadamente cada um dos seus componentes, é apresentada uma metodologia para o dimensionamento dos principais parâmetros deste equipamento. Apresenta-se finalmente uma aplicação do método desenvolvido com um exemplo prático, discutindo os resultados alcançados. / Designing and manufacturing of axial piston swashplate machines are activities that few companies have developed around the world. A research in order to obtain information about the design of this kind of machine has revealed only a small amount of technical bulletins. Maybe because of the lacking of a specific literature about designing and how this kind of machine works, brazilian industries have not yet developed a true national design. This machine has many application in the industrial, mobile and aeronautical area. How important this work is justified by the conquering of technology in a world where only foreign industries have it. In this way the present work offers to the brazilian industries that deals with hydraulics, information about how these machines run and a methodology teaching the way how to calculate the machine elements.. Calculating and drawing are not sufficient steps to have a machine running and are not a guarantee of success in the market too. That is why a detailed study, besides a discussing with machine operators and industry engineers was conducted in order to obtain better machining and assembling processes. This step must be considered as important as necessary. Therefore in the way to have this work accomplished, at first, the pumps available in the market are described. The work itself presents the theory related to this kind of machine, a way to explain how it works and describes in detail each part together with a methodology to calculate the machine main parameters. Finally an example of the application of the method is developed.

A análise de transientes hidráulicos em sistemas de bombeamento deve ser realizada já nos estudos de concepção, mesmo que simplificadamente, para assegurar a viabilidade técnica e econômica dos sistemas nas etapas posteriores dos estudos, com maior nível de detalhe. A magnitude dos transientes hidráulicos depende das características do sistema, dentre as quais se destaca o material dos condutos. Conhecendo-se as pressões extremas ao longo do conduto, este poderá ser dimensionado com segurança para resistir aos esforços gerados pelos transientes ou poderão ser utilizados dispositivos de proteção, reduzindo os efeitos dos transientes. A melhor escolha deverá, portanto, se basear em critérios técnicos e econômicos. Essa dissertação tem como objetivo contribuir para o estabelecimento de parâmetros e critérios que auxiliem a escolha do material dos condutos forçados em sistemas de bombeamento, ao nível de estudo de concepção, considerando-se aspectos relativos aos transientes hidráulicos e econômicos. Para tanto, foram realizadas simulações computacionais com o software Allievi. Assim, foram apresentados gráficos com as envoltórias de cargas extremas, possibilitando-se estimar o comportamento dos transientes hidráulicos em sistemas similares aos estudados. Ainda, foram realizadas análises de sensibilidade quanto ao momento de inércia do conjunto motor-bomba, comprimento e diâmetro da adutora e se discutiu como cada uma dessas características influenciou os transientes hidráulicos. Os valores de oscilação de cargas ao longo das diferentes adutoras foram relacionados com parâmetros frequentemente utilizados em estudos de sistemas de geração de energia hidrelétrica para indicar a necessidade de proteção contra transientes. Verificou-se a aplicabilidade desses parâmetros como indicadores da necessidade de proteção também em sistemas de bombeamento e, com base nesses parâmetros, propôs-se uma metodologia para estimar as envoltórias de cargas piezométricas extremas ao longo da adutora. Após, foram feitas novas simulações com os dispositivos de proteção, permitindo-se elencar soluções tecnicamente viáveis para os sistemas estudados. Ao final, para estabelecer critérios técnicos e econômicos, foram geradas curvas de custos para as adutoras de diferentes materiais e dispositivos de proteção e foram elencadas as melhores alternativas para os sistemas. Concluiu-se que o uso de dispositivos de proteção apresenta grande potencial de aplicação com vistas à redução dos custos de implantação de sistemas de bombeamento. / It is essential to analyze hydraulic transients in pumping systems already in concept design stage, even in a simplified way, to ensure its technical and economic feasibility throughout the next project stages, when there is a higher level of detailing. Hydraulic transient magnitude depends on the characteristics of the system, among which the material of the pipes stands out. By knowing the extremes pressures along the pipe, it can be safely design to withstand the stresses generated in the transient flow or protection devices may be used, reducing the effects of the transients. The best option should therefore to be based on technical and economic criteria. This dissertation aims to contribute on the establishment of parameters and criteria to support the pipe material selection in pumping systems concept design by considering aspects related to hydraulic transients and economic analysis. So, for the characterization of the unsteady flow pressure profile it has been done unsteady flow simulations by using the Allievi software. There was presented graphics with extrema head profiles to make possible to estimate the hydraulic transient behavior in pumping systems. Additionally, it has been done sensitivity analysis of the combined polar moment of inertia of motor and pump and of the pipe diameter and length. Thus, it was discussed how each of these information influenced hydraulic transient. The head oscillation values along different pipes were associated to parameters frequently used in studies of hydropower generation systems to indicate the need for protection against transients. It was verified that these parameters can be used to indicate the need of protection also in pumping systems studies and based on this it had been proposed a new simplified method to estimate extrema head profiles along the pipe. After that, new simulations were made with protection devices allowing the identification of technically feasible solutions for both studied systems. In order to establish technical and economic criteria, cost curves were generated for different pipe materials and protection devices and the best alternatives for each system were listed based on these criteria. So, it has been concluded that the use of a protection device presents a great potential to reducing pumping systems implantation costs.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina. Centro Tecnologico / Made available in DSpace on 2012-10-16T02:57:45Z (GMT). No. of bitstreams: 0Bitstream added on 2016-01-08T16:50:00Z : No. of bitstreams: 1 79160.pdf: 1783551 bytes, checksum: ad621f7be2057929abfc862c439d0db6 (MD5) / O presente trabalho descreve suscintamente e modela física e matematicamente a utilização de um sistema de controle de posição eletro-hidráulico, analógico-digital, no processo de laminação a frio. Partindo do equipamento estabelecemos os modelos físicos e em função destes, realizamos o equacionamento matemático obtendo o modelo linear. Analisamos o sistema no domínio da freqüência e montamos as equações dinâmicas para simulação em computador. O levantamento dos valores dos parâmetros físicos necessários ao desenvolvimento da análise e simulação exigiram medições e testes de laboratório que foram levados a efeito durante a execução dos trabalhos.

O Conduto Forçado Álvaro Chaves (CFAC), grande obra de drenagem urbana realizada na cidade de Porto Alegre (Brasil) e implantado entre 2005 e 2008, para amenizar alagamentos em ruas e avenidas de uma região altamente populosa, com cerca de 2,8km2. A concepção e dimensionamento do CFAC chamam atenção por alguns aspectos pouco usuais: um reservatório de detenção e um conduto forçado combinados na mesma estrutura e seção transversal retangular, diminuindo de montante para jusante. Além disso, também apresenta contrações verticais e horizontais sem concordâncias apropriadas, desnível geométrico abrupto e mudança de direção em ângulos vivos com diminuição da seção transversal. Esse sistema de drenagem deságua no Rio Guaíba. Em fevereiro de 2013, o CFAC ganhou notoriedade, devido ao colapso de parte de sua estrutura durante um forte evento chuvoso. A cobertura de concreto armado do CFAC foi deslocada e o solo removido, causando o afundamento do pavimento. Para investigar o CFAC, um modelo de detalhe em escala reduzida foi construído no Pavilhão Fluvial do Instituto de Pesquisas Hidráulicas da Universidade Federal do Rio Grande do Sul. A escala de redução geométrica adotada é de 1:15, resultando em um modelo de 30 m de comprimento, com alturas (16 – 42 cm) e larguras variáveis (20 – 50 cm). O modelo reproduz o reservatório de detenção, suas duas entradas e parte do conduto forçado à jusante do reservatório de detenção. O procedimento experimental baseia-se na propagação de um hidrograma no interior do conduto. As variáveis experimentais são a vazão afluente inicial, a configuração de abertura dos registros de jusante (essas duas variáveis condicionam o nível d’água inicial) e o tempo de abertura dos registros de montante. Os principais dados, gerados nos ensaios, são imagens obtidas em vídeo (câmeras normais e câmera rápida) e registros de vazão. A minuciosa análise das imagens permitiu o estabelecimento de três padrões de enchimento do conduto, apresentados a seguir. Padrão A – Enchimento do conduto sem aprisionamento de bolsões de ar e pressurização quasi-steady: observado em ensaios em que as condições de drenagem são mais favoráveis, resultando nos menores níveis iniciais de água no interior do conduto, dada uma vazão afluente. Esse padrão representa situações em que o nível do Rio Guaíba está mais baixo, permitindo maior capacidade de drenagem do sistema. Padrão B – Enchimento do conduto com aprisionamento de bolsões de ar e pressurização quasi-steady: estabelece-se, mediante condições de drenagem um pouco mais restritivas do que no Padrão A, resultando em maiores níveis iniciais para as mesmas vazões afluentes. Situações em que o nível do Rio Guaíba encontra-se mais elevado podem ser associadas a esse padrão. Padrão C – Enchimento do conduto com aprisionamento de bolsões de ar e pressurização unsteady: as condições de drenagem mais adversas condicionam o estabelecimento do Padrão C e resultam em altos níveis iniciais, mesmo para vazões iniciais bastante baixas. Esse padrão representa as condições mais extremas ensaiadas, seja em relação aos níveis do Rio Guaíba associados, seja em relação à severidade das consequências observadas. Além disso, inúmeros fenômenos e instabilidades hidráulicas foram observados: transição entre o escoamento à superfície livre e pressurizado, ressaltos hidráulicos móveis, aprisionamento e movimentação de bolsões de ar, ondas oscilatórias e ondas de translação. De uma maneira geral, o modelo do CFAC permite o estudo do escoamento, em regime não permanente, em um sistema de drenagem urbana que apresenta diversas singularidades, como curvas, contrações horizontais e verticais sem concordância e mudanças de direção com redução da seção transversal em ângulos vivos. / The Álvaro Chaves Penstock System (ACP) is the greater storm sewer device of Porto Alegre (Brazil), it was built between 2005 and 2008 and aims to overcome recurrent floods in main avenues located in a highly populated region of 2,8km2. The conception and design of ACP highlight some unusual aspects: the combination of an on-line detention reservoir and a penstock and the reduction of its rectangular cross-sectional area to downstream direction. Moreover, there are abrupt sharp edges contractions (horizontal and vertical), 90° bend with a reduction of rectangular cross-sectional and abrupt geometrical drop. In February 2013, the ACP became notorious because of its structural collapse during a rainstorm event. The precast concrete cover was displaced, soil was removed and the pavement descended. In order to investigate the ACP system, a partial physical model was built in the Instituto de Pesquisas Hidráulicas of the Universidade Federal do Rio Grande do Sul. The geometric scale factor is 1:15, resulting in a 30 m length, variable height (16cm - 42cm) and width (20cm - 50cm). The model reproduces the detention reservoir, its entrances and the short portion of the penstock located downstream of the detention reservoir. The experimental procedure is based is on the propagation of a hydrograph in the conduit. The experimental variables are affluent initial discharge, the overture settings of the downstream discharge valves (both variables affect initial water level in the conduct) and the opening periods of the upstream valves. The data generated during the tests are video images (general camera and high-speed camera) and discharge records. A comprehensive analysis of the images led the identification of tree basic patterns of pipe filling. Pattern A – Filling without air entrapment in quasi-steady state: observed during tests with most favorable drainage conditions, resulting in lower initial water levels in the conduct, given an initial discharge. This pattern represents situations where the Guaíba River level is lower, allowing better drainage capacity. Pattern B – Filling with air entrapment in quasi-steady state: established considering drainage conditions a little bit more restrictives than in Pattern A, resulting in higher initial levels in the conduct for the same affluent discharges. Situations of higher levels in the Guaiba River may be associated with this pattern. Pattern C – Filling with air entrapment in unsteady state: established under the most adverse drainage conditions, resulting in higher initial water level even for very low initial affluent discharges. This pattern represents the most extreme conditions tested, whether in relation to the associated levels of the Guaiba River and in relation to the severity of the observed effects. Furthermore, numerous phenomena and hydraulic instabilities were observed: transition between free surface and pressurized flow, moving hydraulic jumps, entrapment of air pockets, oscillatory waves and translational waves. In general, the ACP model allows the study of the flow in a storm sewer system under unsteady state, considering its singularities: bends, horizontal and vertical contraction without alignment and direction changes with reduction of the cross section sharp angles.

A análise de transientes hidráulicos em sistemas de bombeamento deve ser realizada já nos estudos de concepção, mesmo que simplificadamente, para assegurar a viabilidade técnica e econômica dos sistemas nas etapas posteriores dos estudos, com maior nível de detalhe. A magnitude dos transientes hidráulicos depende das características do sistema, dentre as quais se destaca o material dos condutos. Conhecendo-se as pressões extremas ao longo do conduto, este poderá ser dimensionado com segurança para resistir aos esforços gerados pelos transientes ou poderão ser utilizados dispositivos de proteção, reduzindo os efeitos dos transientes. A melhor escolha deverá, portanto, se basear em critérios técnicos e econômicos. Essa dissertação tem como objetivo contribuir para o estabelecimento de parâmetros e critérios que auxiliem a escolha do material dos condutos forçados em sistemas de bombeamento, ao nível de estudo de concepção, considerando-se aspectos relativos aos transientes hidráulicos e econômicos. Para tanto, foram realizadas simulações computacionais com o software Allievi. Assim, foram apresentados gráficos com as envoltórias de cargas extremas, possibilitando-se estimar o comportamento dos transientes hidráulicos em sistemas similares aos estudados. Ainda, foram realizadas análises de sensibilidade quanto ao momento de inércia do conjunto motor-bomba, comprimento e diâmetro da adutora e se discutiu como cada uma dessas características influenciou os transientes hidráulicos. Os valores de oscilação de cargas ao longo das diferentes adutoras foram relacionados com parâmetros frequentemente utilizados em estudos de sistemas de geração de energia hidrelétrica para indicar a necessidade de proteção contra transientes. Verificou-se a aplicabilidade desses parâmetros como indicadores da necessidade de proteção também em sistemas de bombeamento e, com base nesses parâmetros, propôs-se uma metodologia para estimar as envoltórias de cargas piezométricas extremas ao longo da adutora. Após, foram feitas novas simulações com os dispositivos de proteção, permitindo-se elencar soluções tecnicamente viáveis para os sistemas estudados. Ao final, para estabelecer critérios técnicos e econômicos, foram geradas curvas de custos para as adutoras de diferentes materiais e dispositivos de proteção e foram elencadas as melhores alternativas para os sistemas. Concluiu-se que o uso de dispositivos de proteção apresenta grande potencial de aplicação com vistas à redução dos custos de implantação de sistemas de bombeamento. / It is essential to analyze hydraulic transients in pumping systems already in concept design stage, even in a simplified way, to ensure its technical and economic feasibility throughout the next project stages, when there is a higher level of detailing. Hydraulic transient magnitude depends on the characteristics of the system, among which the material of the pipes stands out. By knowing the extremes pressures along the pipe, it can be safely design to withstand the stresses generated in the transient flow or protection devices may be used, reducing the effects of the transients. The best option should therefore to be based on technical and economic criteria. This dissertation aims to contribute on the establishment of parameters and criteria to support the pipe material selection in pumping systems concept design by considering aspects related to hydraulic transients and economic analysis. So, for the characterization of the unsteady flow pressure profile it has been done unsteady flow simulations by using the Allievi software. There was presented graphics with extrema head profiles to make possible to estimate the hydraulic transient behavior in pumping systems. Additionally, it has been done sensitivity analysis of the combined polar moment of inertia of motor and pump and of the pipe diameter and length. Thus, it was discussed how each of these information influenced hydraulic transient. The head oscillation values along different pipes were associated to parameters frequently used in studies of hydropower generation systems to indicate the need for protection against transients. It was verified that these parameters can be used to indicate the need of protection also in pumping systems studies and based on this it had been proposed a new simplified method to estimate extrema head profiles along the pipe. After that, new simulations were made with protection devices allowing the identification of technically feasible solutions for both studied systems. In order to establish technical and economic criteria, cost curves were generated for different pipe materials and protection devices and the best alternatives for each system were listed based on these criteria. So, it has been concluded that the use of a protection device presents a great potential to reducing pumping systems implantation costs.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnologico / Made available in DSpace on 2016-01-08T21:19:24Z (GMT). No. of bitstreams: 1 103914.pdf: 5453233 bytes, checksum: add395b150d67bca4e4d82a5ab6bd2fe (MD5) Previous issue date: 1996 / Proposição de modelos para análise e projeto de sistemas automatizados e de sistemas mecatrônicos visando a integração das tecnologias envolvidas. Discussão de conceitos das áreas de sistemas, metrologia, mecatrônica e informática culminando no emprego de perspectivas estrutural, funcional e comportamental para a representação dos sistemas. Estabelecimento de diretrizes para o projeto de sistemas automáticos, resultante da comparação entre a engenharia de produtos industriais e a engenharia de software. Obtenção de modelos diagramáticos para concepção de bancos de testes de componentes hidráulicos segundo especificações da ISO.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica. / Made available in DSpace on 2012-10-21T14:33:37Z (GMT). No. of bitstreams: 1 207180.pdf: 3272854 bytes, checksum: 86ed0d1e3fed0cf3b2d4871c979d3030 (MD5)