Made available in DSpace on 2018-08-02T00:02:59Z (GMT). No. of bitstreams: 1 tese_11316_RAFAEL STANGE.pdf: 18863643 bytes, checksum: 7eec06a241d800e3340182b1e220712c (MD5) Previous issue date: 2017-03-20 / A medic¸ao de vazao ´e uma importante opera¸cao no escopo das aplica¸coes industriais, sendo regulamentado por diversos ´orgaos reguladores. Para satisfazer tais exigencias, a tecnologia por medi¸cao ultrassonica tem passado por grande evolu¸cao nos u´ltimos anos, muito em func¸ao de sua caracter´ıstica de baixa perda de carga associada, devido `a sua configura¸cao. Contudo, acidentes de linha causam interferencia em suas leituras, devido a altera¸coes no perfil de velocidades do escoamento. Novas pesquisas e modelos sao apresentados de forma a entender e considerar tais perturba¸coes, e adaptar as condi¸coes das instala¸coes industriais. De modo a agregar novos esfor¸cos, o presente trabalho apresenta uma aproxima¸cao do fator de perfil k atrav´es de t´ecnicas de problemas inversos. Essa abordagem busca quantificar as altera¸coes no perfil de velocidade e considerar tais efeitos no fator k. Neste trabalho foram abordadas simulac¸oes de escoamentos com Nu´mero de Reynolds entre 1⇥104 a2⇥106 sob influencia de curvas. Aproxima¸coes foram feitas com simula¸coes a 10D, 20D e 80D a` jusante da curva. Os resultados encontrados mostram-se promissores, sendo que, as diferen¸cas entre as simulac¸oes obtidas atrav´es da presente proposta para o fator k e os valores de vazao de referencia, ficaram abaixo de 2% na maioria dos casos simulados. Palavras-chave: Medidor de vazao ultrassonico, canal acu´stico, escoamentos turbulentos, problema inverso, Levemberg-Marquardt.

Made available in DSpace on 2016-08-29T15:33:03Z (GMT). No. of bitstreams: 1 tese_6920_ERIC SIMÃO MARTINS LIMA.pdf: 1134155 bytes, checksum: 13c24c3e34bc4d1bcf89e0bb7b001051 (MD5) Previous issue date: 2013-10-16 / A indústria de petróleo e gás requer medições de vazão com baixa incerteza, uma vez que são estabelecidas por lei. Contudo, curvas e outros obstáculos são comumente encontrados nesse cenário, o que pode afetar a qualidade da medição de vazão em função de perturbações no escoamento, tais como swirl e assimetrias no perfil de velocidades. Em sistemas de gás de tocha, que são comumente utilizados como sistemas de segurança e alivio em ativos produtores de hidrocarbonetos, a sua quantificação tem sido considerada por especialistas como uma condição de medição das mais desafiadoras, tendo em vista que esses escoamentos apresentam tipicamente características tais como, instalações em grandesdiâmetros, necessidade de baixos índices de manutenção, necessidade de baixa intrusividade ao processo, variações na composição química do gás, presença eventual de líquidos (condensado ou gotículas de óleo), que contribuem para que a adequação dessa medição aos requisitos da legislação seja um problema tecnológico de elevada relevância. Medidores de vazão por ultrassom de um canal acústico são frequentemente utilizados em instalações de queima de gás de tocha, apesar de serem sensíveis a tais perturbações promovidas pela presença de acidentes de instalação. À vista disso, este trabalho visa à análise experimental do efeito de curvas na medição de Gás de tocha. Sob esse aspecto, o objetivo deste trabalho é analisar experimentalmente o comportamento das leituras de um medidor ultrassônico (UFM) sob efeito de curvas em um túnel de vento atmosférico com medição de referência por tubo de Pitot. Os resultados obtidos demonstram que as leituras do UFM sofrem influência dos efeitos de curvas quando o trecho de medição é variado. Palavras chave: Medidor ultrassônico de vazão, Pitot, gás de queima

Made available in DSpace on 2018-03-22T15:51:24Z (GMT). No. of bitstreams: 1 tese_11637_FADY ABOUJAOUDE .pdf: 42298478 bytes, checksum: fa8b54eaf1878ccba2132f35dfd67c06 (MD5) Previous issue date: 2017-12-18 / A medição ultrassônica por tempo de trânsito vem sendo utilizado cada vez mais nos últimos anos, havendo, sem dúvida, a necessidade urgente de desenvolvimento de tecnologia brasileira neste campo da instrumentação. Este trabalho se dedica ao estudo de medição de vazão em óleos pesados por ultrassom com a pretensão de verificar experimentalmente a validade dos processos estatísticos utilizados visando a redução das incertezas nas leituras. Para isso o trabalho analisa experimentalmente efeitos de possíveis erros do medidor por tempo de trânsito validando-os em relação a um medidor de vazão de referência. Medidor Ultrassônico, tempo de trânsito, óleo pesado, medição de vazão

Este trabalho teve por objetivo desenvolver e caracterizar um conjunto transdutor piezelétrico de potência e pinça laparoscópica para cortes homeostáticos, o qual constitui parte fundamental do projeto do Bisturi Ultrassônico Nacional. O transdutor, do tipo Langevin, é composto por quatro cerâmicas piezelétricas que convertem energia elétrica em deslocamento mecânico. Um componente importante do transdutor é o amplificador mecânico, cuja finalidade é aumentar a amplitude do deslocamento. O transdutor e o amplificador foram desenvolvidos através de um modelo axissimétrico de elementos finitos implementado no software ANSYS e a lâmina foi desenvolvida através de um modelo tridimensional em elementos finitos. Para cada associação, entre os componentes, os resultados numéricos da resposta em frequência da impedância elétrica e do coeficiente de acoplamento eletromecânico, foram comparados com os resultados experimentais. Também foi desenvolvido um mecanismo inovador de acionamento da pinça laparoscópica. O resultado desta pesquisa proporcionou uma inovação tecnológica na área médica, contribuindo assim para o progresso tecnológico do país. / The aim of this work was to develop and characterize a high power piezoelectric transducer coupled to a laparoscopic forceps for homeostatic cuts, which is a fundamental part of the National Ultrasonic Scalpel Project. The Langevin type transducer consists of four piezoelectric ceramics that convert electrical energy into mechanical displacement. An important component of the transducer is the mechanical amplifier, which increases the amplitude of displacement. The transducer and amplifier have been developed through an axisymmetric finite element model, implemented in ANSYS, and the blade was developed using a three-dimensional finite element model. For each association between the components, the numerical results of the frequency response of the electrical impedance and electromechanical coupling coefficient were compared with the experimental results. An innovative drive mechanism was developed for the laparoscopic forceps. The result of this research provided a technological innovation in the medical field, thus contributing to the technological progress of the country.

Desde o ano 2000, o Grupo de Alta Tensão e Materiais (GATM) tem contribuído com suas pesquisas no desenvolvimento de processos para produção de novos transdutores piezoelétricos de materiais poliméricos, baseados na tecnologia dos piezoeletretos. Essa intensa investigação se justifica pelas excelentes propriedades piezoelétricas desses dispositivos, com atividade na ordem de centenas e até milhares de pC/N, ultrapassando o desempenho de algumas tradicionais cerâmicas. Destacam-se também nestes sensores, sua estrutura flexível e robusta, sua resposta na faixa de frequências ultrassônicas e seu baixo custo. Características estas que os tornam muito competitivos com os transdutores convencionais, cerâmicos e poliméricos, a exemplo do PZT e PVDF, respectivamente. Neste contexto, desenvolveu-se em 2009 no GATM um novo arranjo polimérico de múltiplos canais, em que filmes de teflon FEP foram termicamente moldados e depois expostos a um intenso campo elétrico (na ordem de kV), criando sensores com elevado coeficiente piezoelétrico. Esse novo dispositivo, batizado de Piezoeletreto de Canais Tubulares (PCT) foi construído por meio de um processo de fabricação organizado e controlado, diferentemente dos piezoeletretos vistos até então. No presente trabalho construiu-se um protótipo de hidrofone com elemento ativo dado por um filme de PCT, para aplicações de até 100 kHz e com uma eletrônica de pré-amplificação em 24 dB. O primeiro teste com o protótipo restringiu-se à obtenção da sua sensibilidade. Realizaram-se ainda testes de caracterização quanto ao padrão de diretividade e a relação sinal-ruído. A calibração foi feita em três diferentes modalidades de geração do sinal: AM, CW e Burst, todas de maneira comparativa com o auxílio de um hidrofone comercial. A sensibilidade média encontrada nas medidas foi de 0,142 mV/Pa (-196,93 dB re 1 V/&#956Pa) e, na ressonância (40 kHz) de 1,698 mV/Pa (-175,4 dB re 1 V/&#956Pa). A segunda fase de testes destinou-se a geração de imagens para diagnóstico clínico, baseada na técnica de Vibroacustografia (VA). Verificou- se a viabilidade do uso da VA com o mapeamento de dois objetos distintos, uma pequena esfera metálica de 1 mm de diâmetro e uma estrutura óssea. / Since 2000, the High-Voltage and Materials Group (GATM) has focused its research on developing new processes for manufacture piezoelectric transducers, from polymeric materials based on the piezoelectret technology. This intense research is justified by the excellent electromechanical properties of these devices, with piezoelectric coefficient in the order of hundreds up to thousands of pC/N, exceeding the performance of the most traditional ceramics. Other highlights of these sensors are the flexible and robust structure, its wide range response in ultrasonic frequencies and low cost. These characteristics make them very competitive with those conventional ceramic and polymeric transducers, such as the PZT and PVDF, respectively. In this context, in 2009 a new polymeric multiple film arrangement was laminated to create an open channel structure that after been exposed to an intense electric field (on the order of kV), produces a piezoelectric sensor with high piezoelectricity. This new device was built by an organized and controlled process, unlike the piezoelectrets seen so far. The main features inherent to tubular channels piezoelectret are the constructive uniformity, control of the resonance frequency and greater thermal stability, when compared to other piezoelectric polymers. Based on these tubular piezoelectrets, in the current study, a prototype of a 24dB preamplifier ultrasonic hydrophone was built. The first test with the prototype restricted to obtaining its sensitivity. Further tests were performed to characterize the pattern of directivity and signal-to-noise ratio. The calibration tests were conducted on three different approaches to signal generation AM, CW and Burst; all in a comparative manner with the aid of a calibration standard hydrophone. The results showed a transducer with average sensitivity of 0.142 mV/Pa (-196.93 dB re 1 V/&#956Pa), and the resonance region at 40 kHz with a sensitivity of 1,698 mV/Pa (-175.4 dB re 1 V/&#956Pa) and a unidirectional sensitive region. The feasibility of producing images by VA has been verified by mapping two distinct objects, a small metal sphere of 1 mm diameter and a bone structure.

Desde o ano 2000, o Grupo de Alta Tensão e Materiais (GATM) tem contribuído com suas pesquisas no desenvolvimento de processos para produção de novos transdutores piezoelétricos de materiais poliméricos, baseados na tecnologia dos piezoeletretos. Essa intensa investigação se justifica pelas excelentes propriedades piezoelétricas desses dispositivos, com atividade na ordem de centenas e até milhares de pC/N, ultrapassando o desempenho de algumas tradicionais cerâmicas. Destacam-se também nestes sensores, sua estrutura flexível e robusta, sua resposta na faixa de frequências ultrassônicas e seu baixo custo. Características estas que os tornam muito competitivos com os transdutores convencionais, cerâmicos e poliméricos, a exemplo do PZT e PVDF, respectivamente. Neste contexto, desenvolveu-se em 2009 no GATM um novo arranjo polimérico de múltiplos canais, em que filmes de teflon FEP foram termicamente moldados e depois expostos a um intenso campo elétrico (na ordem de kV), criando sensores com elevado coeficiente piezoelétrico. Esse novo dispositivo, batizado de Piezoeletreto de Canais Tubulares (PCT) foi construído por meio de um processo de fabricação organizado e controlado, diferentemente dos piezoeletretos vistos até então. No presente trabalho construiu-se um protótipo de hidrofone com elemento ativo dado por um filme de PCT, para aplicações de até 100 kHz e com uma eletrônica de pré-amplificação em 24 dB. O primeiro teste com o protótipo restringiu-se à obtenção da sua sensibilidade. Realizaram-se ainda testes de caracterização quanto ao padrão de diretividade e a relação sinal-ruído. A calibração foi feita em três diferentes modalidades de geração do sinal: AM, CW e Burst, todas de maneira comparativa com o auxílio de um hidrofone comercial. A sensibilidade média encontrada nas medidas foi de 0,142 mV/Pa (-196,93 dB re 1 V/&#956Pa) e, na ressonância (40 kHz) de 1,698 mV/Pa (-175,4 dB re 1 V/&#956Pa). A segunda fase de testes destinou-se a geração de imagens para diagnóstico clínico, baseada na técnica de Vibroacustografia (VA). Verificou- se a viabilidade do uso da VA com o mapeamento de dois objetos distintos, uma pequena esfera metálica de 1 mm de diâmetro e uma estrutura óssea. / Since 2000, the High-Voltage and Materials Group (GATM) has focused its research on developing new processes for manufacture piezoelectric transducers, from polymeric materials based on the piezoelectret technology. This intense research is justified by the excellent electromechanical properties of these devices, with piezoelectric coefficient in the order of hundreds up to thousands of pC/N, exceeding the performance of the most traditional ceramics. Other highlights of these sensors are the flexible and robust structure, its wide range response in ultrasonic frequencies and low cost. These characteristics make them very competitive with those conventional ceramic and polymeric transducers, such as the PZT and PVDF, respectively. In this context, in 2009 a new polymeric multiple film arrangement was laminated to create an open channel structure that after been exposed to an intense electric field (on the order of kV), produces a piezoelectric sensor with high piezoelectricity. This new device was built by an organized and controlled process, unlike the piezoelectrets seen so far. The main features inherent to tubular channels piezoelectret are the constructive uniformity, control of the resonance frequency and greater thermal stability, when compared to other piezoelectric polymers. Based on these tubular piezoelectrets, in the current study, a prototype of a 24dB preamplifier ultrasonic hydrophone was built. The first test with the prototype restricted to obtaining its sensitivity. Further tests were performed to characterize the pattern of directivity and signal-to-noise ratio. The calibration tests were conducted on three different approaches to signal generation AM, CW and Burst; all in a comparative manner with the aid of a calibration standard hydrophone. The results showed a transducer with average sensitivity of 0.142 mV/Pa (-196.93 dB re 1 V/&#956Pa), and the resonance region at 40 kHz with a sensitivity of 1,698 mV/Pa (-175.4 dB re 1 V/&#956Pa) and a unidirectional sensitive region. The feasibility of producing images by VA has been verified by mapping two distinct objects, a small metal sphere of 1 mm diameter and a bone structure.

Este trabalho teve por objetivo desenvolver e caracterizar um conjunto transdutor piezelétrico de potência e pinça laparoscópica para cortes homeostáticos, o qual constitui parte fundamental do projeto do Bisturi Ultrassônico Nacional. O transdutor, do tipo Langevin, é composto por quatro cerâmicas piezelétricas que convertem energia elétrica em deslocamento mecânico. Um componente importante do transdutor é o amplificador mecânico, cuja finalidade é aumentar a amplitude do deslocamento. O transdutor e o amplificador foram desenvolvidos através de um modelo axissimétrico de elementos finitos implementado no software ANSYS e a lâmina foi desenvolvida através de um modelo tridimensional em elementos finitos. Para cada associação, entre os componentes, os resultados numéricos da resposta em frequência da impedância elétrica e do coeficiente de acoplamento eletromecânico, foram comparados com os resultados experimentais. Também foi desenvolvido um mecanismo inovador de acionamento da pinça laparoscópica. O resultado desta pesquisa proporcionou uma inovação tecnológica na área médica, contribuindo assim para o progresso tecnológico do país. / The aim of this work was to develop and characterize a high power piezoelectric transducer coupled to a laparoscopic forceps for homeostatic cuts, which is a fundamental part of the National Ultrasonic Scalpel Project. The Langevin type transducer consists of four piezoelectric ceramics that convert electrical energy into mechanical displacement. An important component of the transducer is the mechanical amplifier, which increases the amplitude of displacement. The transducer and amplifier have been developed through an axisymmetric finite element model, implemented in ANSYS, and the blade was developed using a three-dimensional finite element model. For each association between the components, the numerical results of the frequency response of the electrical impedance and electromechanical coupling coefficient were compared with the experimental results. An innovative drive mechanism was developed for the laparoscopic forceps. The result of this research provided a technological innovation in the medical field, thus contributing to the technological progress of the country.

A operação de veículos autônomos necessita de meios para evitar colisões quando obstáculos não conhecidos previamente são interpostos em sua trajetória. Algoritmos para executar o desvio e sensores apropriados para a detecção destes obstáculos são essenciais para a operação destes veículos. Esta dissertação apresenta estudos sobre quatro algoritmos de desvio de obstáculos e tecnologia de três tipos de sensores aplicáveis à operação de veículos autônomos. Após os estudos teóricos, um dos algoritmos foi testado para a comprovação da aplicabilidade ao veículo de teste. A etapa experimental foi a realização de um programa, escrito em linguagem de programação Java, que aplicou o algoritmo Inseto 2 para o desvio de obstáculos em uma plataforma robótica (Robodeck) com o uso de sensores ultrassônicos embarcados na referida plataforma. Os experimentos foram conduzidos em ambiente fechado (indoor), bidimensional e horizontal (plano), fazendo o Robodeck executar uma trajetória. Para os testes, obstáculos foram colocados para simular situações variadas e avaliar a eficácia do algoritmo nestas configurações de caminho. O algoritmo executou o desvio dos obstáculos com sucesso e, quando havia solução para a trajetória, ela foi encontrada. Quando não havia solução, o algoritmo detectou esta situação e parou o veículo. / The operation of autonomous vehicles need means to avoid collisions when unforeseen obstacles are posed in its trajectory. Algorithms to perform the deviation and suitable sensors for detecting these obstacles are essential for the operation of such vehicles. This dissertation presents studies on four obstacle avoidance algorithms and technology of three types of sensors applicable to the operation of autonomous vehicles. After the theoretical studies, one of the algorithms has been tested for evidence of applicability to the test vehicle. The experimental phase was the implementation of a program written in Java programming language, which applied the Insect 2 algorithm for obstacle avoidance in a robotic platform (Robodeck) using ultrasonic sensors embedded in the platform. The experiments were conducted in a closed environment (indoor), two-dimensional and flat, making Robodeck perform a trajectory. For testing, obstacles were placed to simulate various situations and evaluating the algorithm efficacy for these path configurations. The algorithm successfully performed the deviation of obstacles and, when there was a solution to the trajectory, it was found. When there was no solution, the algorithm has detected this situation and stopped the vehicle.

Os equipamentos elétricos instalados em linhas de transmissão e distribuição de energia são normalmente submetidos a condições anormais e intensos campos elétricos, que, eventualmente, levam, entre outros fenômenos, as descargas parciais (DPs). Estas descargas têm sido apontadas como uma das principais causas de falhas de equipamentos e envelhecimento precoce. Portanto, detectar DPs se tornou uma questão importante na busca de uma energia elétrica eficiente e confiável. No que se refere a detecção de DPs existem vários sensores que podem ser aplicados, a exemplos: óptico, magnético ou acústico, e cada um deles apresentando vantagens particulares e limitações. Uma das desvantagens de tais sensores é o custo elevado, o que restringe o monitoramento de DPs no âmbito da distribuição de energia mais especificamente em transformadores de potência. Embora, se o foco do monitoramento é apenas detectar a ocorrência de DPs, uma nova classe de sensores acústicos implementados com piezoeletretos pode ser uma alternativa econômica viável. Deste modo, nesta dissertação, foi investigado o comportamento acústico de tais transdutores expostos a diferentes condições de DPs, onde o sensor piezoelétrico foi utilizado na detecção de DPs produzidas por uma configuração de eletrodos ponta - ponta separados por diferentes gaps de ar (único ou múltiplo) e excitado por altas tensões alternadas. As amplitudes dos sinais registrados foram correlacionadas com a distância do gap e com a amplitude da tensão aplicada. A partir dos resultados obtidos foi possível observar que a intensidade do som das DPs, capturado com o transdutor piezoelétrico, está relacionada com o tamanho do gap e da amplitude da tensão, como relatado na literatura. / Electrical equipment installed in power transmission and distribution lines are usually subjected to abnormal conditions and intense electric fields, which eventually lead, among others phenomena, to partial discharges (PDs). These discharges have been pointed as one of the main causes of equipment failures and premature aging. Therefore, detect PDs became an important issue in the prospect of efficient and reliable electric energy. Concerning PD detection there are several sensors that can be employed e.g. optical, magnetic or acoustic, and each of them presenting particular advantages and limitations. One of the drawback of such sensors is their elevated cost, which restricts the PD monitoring within the distribution of energy more specifically in power transformers. Although, if the intention of monitoring is only to detect the PD occurrence a new class of acoustic sensors implemented with piezoelectrets may be a feasible economic alternative. Therefore, in this work was investigated the acoustic behavior of such transducers exposed to different PD conditions, for instance, the piezoelectret sensor was employed on the detection of PD produced by a single or multiple point-to-point electrode setup with different air gaps excited by high AC voltages. The recorded signals amplitudes were correlated with the gap distance and voltage amplitude applied. Based on the results obtained it was observed that the intensity of the DPs sound, captured with the piezoelectric transducer, is related to the size of the gap and voltage amplitude, as reported in the literature.

A operação de veículos autônomos necessita de meios para evitar colisões quando obstáculos não conhecidos previamente são interpostos em sua trajetória. Algoritmos para executar o desvio e sensores apropriados para a detecção destes obstáculos são essenciais para a operação destes veículos. Esta dissertação apresenta estudos sobre quatro algoritmos de desvio de obstáculos e tecnologia de três tipos de sensores aplicáveis à operação de veículos autônomos. Após os estudos teóricos, um dos algoritmos foi testado para a comprovação da aplicabilidade ao veículo de teste. A etapa experimental foi a realização de um programa, escrito em linguagem de programação Java, que aplicou o algoritmo Inseto 2 para o desvio de obstáculos em uma plataforma robótica (Robodeck) com o uso de sensores ultrassônicos embarcados na referida plataforma. Os experimentos foram conduzidos em ambiente fechado (indoor), bidimensional e horizontal (plano), fazendo o Robodeck executar uma trajetória. Para os testes, obstáculos foram colocados para simular situações variadas e avaliar a eficácia do algoritmo nestas configurações de caminho. O algoritmo executou o desvio dos obstáculos com sucesso e, quando havia solução para a trajetória, ela foi encontrada. Quando não havia solução, o algoritmo detectou esta situação e parou o veículo. / The operation of autonomous vehicles need means to avoid collisions when unforeseen obstacles are posed in its trajectory. Algorithms to perform the deviation and suitable sensors for detecting these obstacles are essential for the operation of such vehicles. This dissertation presents studies on four obstacle avoidance algorithms and technology of three types of sensors applicable to the operation of autonomous vehicles. After the theoretical studies, one of the algorithms has been tested for evidence of applicability to the test vehicle. The experimental phase was the implementation of a program written in Java programming language, which applied the Insect 2 algorithm for obstacle avoidance in a robotic platform (Robodeck) using ultrasonic sensors embedded in the platform. The experiments were conducted in a closed environment (indoor), two-dimensional and flat, making Robodeck perform a trajectory. For testing, obstacles were placed to simulate various situations and evaluating the algorithm efficacy for these path configurations. The algorithm successfully performed the deviation of obstacles and, when there was a solution to the trajectory, it was found. When there was no solution, the algorithm has detected this situation and stopped the vehicle.