Orientador: Denis José Schiozer / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica e Instituto de Geonciências / Made available in DSpace on 2018-08-25T02:58:58Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Barreto_CarlosEduardoAndradeGomes_D.pdf: 32862139 bytes, checksum: a675c53341d5c762ef1540a698f013c6 (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: O posicionamento de válvulas de controle ao longo de poços de petróleo é baseado na viabilidade econômica de sua instalação para melhorar o desempenho da produção considerando o controle do escoamento do reservatório para o poço. Para tomar a decisão de instalar essas válvulas, frequentemente, a simulação de reservatórios é utilizada para representar a operação do sistema produtivo e auxiliar a estimativa dos benefícios econômicos e a avaliação de risco de fazer os investimentos requeridos. Entretanto, para casos específicos, o elevado número de variáveis envolvidos na solução deste problema e a relação entre os recursos computacionais disponíveis e o tempo necessário para avaliação fazem com que métodos tradicionais de otimização e seleção demandem muito esforço computacional sendo até inviáveis para algumas aplicações. Este trabalho propõe um método de otimização que utiliza dados técnicos e econômicos gerados na previsão do comportamento do reservatório para auxiliar na otimização e seleção de válvulas de controle em poços produtores. O principal objetivo do método é reduzir o número de variáveis do problema e o espaço de busca das variáveis delimitando regiões com maiores potenciais para serem analisadas. Selecionam-se quais regiões dos poços tem maior potencial de avaliação a partir do uso de indicadores de produção e econômicos. Com esta análise, a otimização é realizada por partes, privilegiando inicialmente as análises nas regiões com maior potencial e seguindo na direção das regiões com menor potencial até não ser mais encontrada a viabilidade de aplicação de válvulas. Cada região é otimizada de forma isolada. Isto evita a análise de regiões com menor potencial mesmo antes de avaliações em regiões potencialmente viáveis. Para avaliar a eficiência do método, os resultados encontrados são comparados com resultados gerados por um algoritmo evolucionário. A metodologia é aplicada em casos simples para avaliar o desempenho do método e melhor comparar com as repostas do algoritmo evolucionário e é aplicada em casos mais complexos para avaliar o desempenho do método em condições mais próximos aos reais. Os resultados para o caso simples mostraram que o método proposto atingiu soluções similares aos encontrados pelo algoritmo evolucionário, mas com um número de simulações reduzido. Já para o caso mais complexo, os resultados apresentados pelo método proposto foram superiores e o algoritmo evolucionário apresentou dificuldade em solucionar o problema com o número máximo de simulações permitidas. O uso de dados técnicos e econômicos auxiliou de forma relevante na evolução do método de otimização, uma vez que reduziram o número de variáveis e o espaço de busca. Em cada caso, as os indicadores das alternativas testadas se mantiveram próximas aos da solução otimizada desde o início da simulação e não houve uma dispersão significativa, comparando com as soluções testadas pelo algoritmo evolucionário. Além disso, as avaliações mostram que o valor presente líquido de um projeto pode aumentar significativamente com a inclusão de válvulas de controle. Observa-se também uma influência significativa do cenário econômico no resultado das otimizações. Portanto, o método proposto pode ser utilizado em problemas reais com relevantes restrições computacionais e de tempo ao invés do uso de métodos tradicionais de otimização. Conclui-se que o método de otimização proposto atingiu os objetivos de ser eficiente na busca da solução ótima com um número reduzido de simulações de reservatórios. O uso de indicadores para guiar o método de otimização reduz o espaço de busca e evita a avaliação de alternativas com baixo potencial de aplicação. A otimização por partes é um instrumento que pode ser utilizado na otimização de válvulas de controle e auxilia na melhoria do desempenho do processo como um todo e, se bem utilizado, não interfere negativamente na obtenção de soluções próximas à ótima. Além disso, o uso de válvulas de controle se mostra viável em casos específicos, principalmente em casos em que existe uma restrição na vazão da plataforma. As válvulas de controle também são eficientes no aumento da produção total de óleo e na redução da vazão de água nos anos logo após a chegada de água, apesar de a produção total de água possa ser maior / Abstract: The selection of number and position of inflow control valves in petroleum wells is complex and involves a high number of analyses to determine their viability of installation. Reservoir simulation can be used to represent valve operation and forecast production to evaluate the benefits in long terms. However, in specific cases, the high number of variables involved in this type of problem associated with the usual time-consuming of a single reservoir simulation made traditional optimization methods inefficient to solve the problem within an adequate time frame. This work proposes a dynamic optimization process that uses economic and technical indicators to speed up the process. The main ideia is to improve the exploration efficiency of the search space by selecting more potential well regions to start the process and to use an optimization workflow that splits the whole optimization in some suboptimization processes to evaluate each region at time. To assess the effectiveness of the proposed method, its results are checked by comparing them with those of an evolutionary algorithm using a simple example. The methodology is also applied in a more complex example with different geological scenarios. The results show that the proposed method achieves good results when compared with the evolutionary algorithm results. The design optimization in the complex example shows that the dynamic process is able to significantly increase the Net Present Value of the field with an acceptable number of simulation runs. It is also shown that the use of economic and technical indicators can be applied to reduce the number of variables of the problem, to define suitable constraints for each variable and to help the initial guess of seeds for the optimization method. It is concluded that the proposed methodology can be efficiently used to optimize inflow control valve design in cases in which computational resources and available time are limited. The use of indicators to better explore the search space is a viable way to selected more potential alternatives to be analyzed. The division of the whole optimization process in smaller pieces is an alternative to reduce the number of variables and to make faster evaluation, whitout loosing precision. In addition, the application of valves can improve total oil production, to retard water breakthrough and to reduce the water flow rate in the begginig of the water production, even with an increase in the total water production / Doutorado / Reservatórios e Gestão / Doutor em Ciências e Engenharia de Petróleo

Orientador: Robson Pederiva / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-25T19:18:34Z (GMT). No. of bitstreams: 1 RubensGoncalvesSalsaJunior_M.pdf: 19298740 bytes, checksum: e9f9763c1d9d97af499156bb958078e0 (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: O objetivo deste trabalho é apresentar uma forma computacional eficaz de manipular a curva que representa o perfil dos camos, objetivando a sua aplicação em simulações computacionais e rotinas de otimização de um trem de válvulas. Ao longo dos anos, os motores de combustão interna têm sido pesquisados e aprimorados, seja na busca de maior potência, seja na busca de menor consumo de combustível. Um subsistema automotivo que afeta diretamente o desempenho dos motores é o sistema de acionamento de válvulas, que permite controlar a entrada e saída dos gases da câmara de combustão. Diversos pesquisadores têm estudado a cinemática e dinâmica do sistema de acionamento de válvulas para melhorar o desempenho do motor, focando nas características construtivas do perfil dos camos: ele tem ação preponderante sobre a dinâmica do sistema. Neste trabalho foi aplicado o método de otimização da evolução diferencial de modo a otimizar a resposta dinâmica da válvula de exaustão de um motor Diesel, modelada por um sistema de cinco graus de liberdade, utilizando o perfil do camo como variável de projeto. Em um dos estudos de caso obteve-se redução de aproximadamente 60% nos picos de aceleração no fechamento da válvula. Em outro estudo de caso a área sob a curva de aceleração foi maximizada, aumentando aproximadamente 9%. Também Foi demonstrado um artifício matemático para que fossem considerados dois objetivos na otimização, já que os esforços para maximizar a área sob a curva de aceleração e minimizar a aceleração mostraram-se antagônicos. Por fim, mostrou-se que o perfil ótimo do camo varia com a rotação do motor / Abstract: The objective of this work is to present an efficient computational way to manipulate the curve representing the cam profile, aiming their application in computer simulations and optimization routines for a valvetrain. Over the years internal combustion engines have been researched and improved, be it in the search for more power or be it in the search for lower fuel consumption. An automotive subsystem that directly affects the performance of the engine is the valvetrain system. This system allows the control of the admittance and release of gases from the combustion chamber. Several researchers have studied the kinematics and dynamics of the valve actuation system to improve engine performance focusing in the design characteristics of the profile of the cams: it has a predominant action on the dynamics of the system. In this work the optimization method of differential evolution was applied to optimize a Diesel engine exhaust valve's dynamic response using the cam profile as a design variable. In one case of study the acceleration peak had a 60% reduction. In another case of study the area under the valve's displacement curve was increased by 9%. A mathematical scheme was demonstrated to consider tow objectives for the parameters acceleration and area showed to be ambivalent. In addition, it was also demonstrated that the optimal cam profile varies with the engine speed / Mestrado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Mestre em Engenharia Mecânica

Made available in DSpace on 2014-06-12T18:07:44Z (GMT). No. of bitstreams: 2 arquivo7979_1.pdf: 1162128 bytes, checksum: e48cdf9eab0eaa4de2840f161367280d (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2003 / Nesta dissertação investigamos propriedades dinâmicas de válvulas de spin e mecanismos de relaxação em filmes de Permalloy. Foi utilizada a técnica de ressonância ferromagnética operando na banda X de microondas, à temperatura ambiente. As estruturas de válvulas de spin foram depositadas por sputtering dc e possuem composição do tipo Si(001)/NiO(900Å)/Py(100Å)/Cu(tcu)/Py(100Å)/Cu(45Å). Analisamos as propriedades de ressonância ferromagnética para quatro amostras com diferentes espessuras da camada espaçadora de Cobre. Mostramos que existe uma competição entre o acoplamento indireto entre as camadas de Py, mediado pela camada de Cobre, com o acoplamento direto entre a camada presa de Py e a camada de NiO. Os resultados experimentais obtidos para estas estruturas foram interpretados através de um modelo fenomenológico que leva em conta a energia livre magnética do sistema. Com o objetivo de estudar os processos de relaxação em filmes de ferromagnéticos, foram preparadas amostras de Permalloy com camadas adjacentes de materiais diversos. Verificamos que a dependência da largura de linha de FMR apresenta comportamentos que dependem do material adjacente. Filmes de Permalloy depositados diretamente sobre substratos de Si apresentam uma dependência com a espessura do Py do tipo 1/t2. Filmes de Py sanduichados por camadas de Paládio apresentam uma dependência do tipo 1/t. Concluímos que diferentes mecanismos de relaxação atuam nas amostras. Fizemos uma conexão dos nossos resultados com as teorias fenomenológicas existentes

Esta dissertação apresenta um estudo desenvolvido com o intuito de consolidar uma metodologia para a otimização de projeto de porta-sedes de uma válvula de esfera trunnion. Este trabalho está dividido em dois artigos. Primeiramente, é apresentado um estudo comparativo entre diferentes modelos de porta-sedes, realizado com o apoio do método dos elementos finitos (FEA). O porta-sede de melhor desempenho foi determinado utilizando a Função de Perda Quadrática Multivariada. O objetivo principal deste primeiro artigo é identificar os principais parâmetros da geometria de um porta-sede, que possam garantir o desempenho funcional da válvula e correspondente atendimento dos requisitos de qualidade. O segundo artigo descreve uma aplicação da metodologia de Projeto de Experimentos (DOE), conduzida com o intuito de identificar a configuração geométrica da válvula que conduza a condição ótima de funcionamento, fornecendo, desta forma, subsídio para a área de Desenvolvimento de Produtos na elaboração de válvulas mais robustas. Uma das principais contribuições deste trabalho é a constatação que os quatro fatores controláveis incluídos no estudo exercem efeito significativos sobre as variáveis de resposta utilizadas (pressão de contato e força de reação). Excetuando-se o fator “pressão de operação da válvula”, que caracteriza a condição operação, mas não é um parâmetro de projeto, o fator que revelou efeito mais pronunciado sobre as variáveis resposta foi a “área da pista de vedação”. / This thesis presents a study conducted in order to consolidate a methodology for seat-retainer design optimization of a trunnion ball valve. This work is divided in two papers. Initially a comparative study between different seat-retainer models, developed with the support of the finite element analysis (FEA), is presented. The best performance seat-retainer was determined using the Multivariate Quadratic Loss Function. The main purpose of this first article is to identify the main parameters of the seat-retainer geometry, which could ensure the functional performance of the valve and corresponding quality requirements. The second paper describes an application of Design of Experiments (DOE) methodology, conducted in order to identify the geometric configuration of the valve that leads to the optimal operating condition, providing thereby, contribution to the Product Development area in designing more robust valves. The main contribution of this work is the finding that the four control factors included in the study exert significant effect on the response variables used (contact pressure and reaction force). Except for the factor "valve operating pressure" that characterizes the operation condition, but is not a design parameter, the factor that showed more pronounced effect on the response variables was the “seat sealing area”.

El fenómeno de un transitorio en oleoductos Ante un cambio en el régimen de operación en la instalación se generan ondas de presión, las cuales pueden originar la rotura de las cañerías del sistema y el consecuente derrame del fluido, causando perjuicios económicos y daño ecológico, posiblemente irreversible. El trabajo aquí desarrollado es de aplicación directa en estaciones de bombeo, oleoductos y acueductos, de características físicas variables. Se estudia en particular el efecto causado por el funcionamiento defectuoso o la operación incorrecta de válvulas, o bien la parada simultánea de una o más bombas de la estación de bombeo, durante el transporte a granel de petróleo crudo desde una estación marítima hacia el buque tanque. La utilización de métodos numéricos permite modelar la instalación física y simular el funcionamiento de las estaciones de embarque en su conjunto, encontrando, en forma aproximada, cuales serían los medios físicos a aplicar, o las condiciones de operación a observar, para evitar la rotura en alguna sección o tramo de la tubería de embarque, como así también la protección de los elementos contra posibles daños o roturas de las bombas o sistemas de control. En el trabajo se incluyen las ecuaciones simplificadas de Michaud y Joukowsky acopladas a las de Saint Venant, y las condiciones de estabilidad numérica, implementándose el Método de las Características para la solución del sistema de las ecuaciones hiperbólicas. Se simula el efecto de un transitorio en las bombas, determinando la incidencia de la inercia de las masas en rotación y los efectos de la rugosidad en el flujo del fluido, así como el rozamiento entre el fluido y la tubería para diferentes condiciones físicas. Como complemento, se modela una válvula del tipo de ruptura, cuya característica son ocho pétalos actuando en la sección de corte, y en el caso particular de doble acción, sugiriéndose su instalación como medio de prevención efectiva ante una sobre presión en la línea de transporte de fluido a granel. Los algoritmos de cálculo están en código FORTRAN 90 para la simulación numérica, estableciéndose las condiciones de trabajo y de contorno físicas reales e implícitamente las de estabilidad del sistema. Para la simulación del movimiento del fluido en el tramo de instalación de las válvulas de regulación y de éstas en particular, las válvulas de pétalo y compensada, se utiliza la respuesta del movimiento generado por 'frames', utilizando Mathematica ®3.0 y 3D Studio ®4.0; la información posteriormente es procesada con Adobe Photoshop ®4.0 y Adobe Premier®4.2. / Transients in engineering systems: pipelines, valves and pumps. Waves of pressure are generated with changes in the operation regime of the system which can cause the breaking of the pipe and the consequent spilling of the fluid, causing economic and ecological damage, possibly irreversible. The work here presented is of direct application to pumping stations for water and oil pipelines with variable physical characteristics. The effects studied include those caused by faults or incorrect operation of valves and the sudden stoppage of the pumping station, during the transport of crude oil, from a coastal storage to a ship. The use of numerical methods allows modeling the physical installation and simulating the operation of the oil pumping stations as a whole, finding the physical constraints to apply, or the operational conditions to observe, in order to avoid damages to the system components, and also to study safety elements that could avoid damages to the system. The calculation method proposed by Allievi is used, coupled with Saint Venat's equations and the simplified equations of Michaud and Joukowsky. The Method of Characteristics is also implemented for the solution of the system of the hyperbolic equations, with due consideration of the stability limits. The effect of the water hammer on the pumps is simulated, determining the incidence of the polar moment inertia of the rotating masses and of surface roughness on the flow, as well as the friction between the fluid and the pipe for different physical conditions. In addition, an eight-petal check valve is modeled, of the double-acting type, and its installation is recommended as a means of preventing spillage of fluid in case of a pipe break. The calculation algorithms for the numerical simulations are written in FORTRAN 90 Code and Mathematica ®3.0 Code, using as databases the technical specifications for the different types of valves and pumps and the installation data mentioned above. For the numerical simulation, the operating and boundary conditions are set as per the physical system, and system stability conditions are also included. For the flow simulation in the system section containing the regulation valves, and in particular the petal and compensated valves, the output of the generated motions of frames is used, applying Mathematica ®3.0, Corel ®7.0 and 3D Studio ®4.0. Later on the digital information is processed with Adobe Photoshop ®4.0 and Adobe Premier®4.2.

En la incubadora, ocurre el proceso de creación de un microclima para tratar al recién nacido, donde el flujo de oxígeno es una de las variables que conforma este proceso y debe ser controlada debido a que en exceso puede causar secuelas irreversibles en los neonatos. Una manera de controlar el flujo dentro de la incubadora neonatal es mediante el uso de la válvula de control, sin embargo, es necesario obtener la función de transferencia en el plano “s” que describa la dinámica del comportamiento de este tipo de actuador y así poder diseñar aplicaciones de control sobre la válvula. El objetivo de este trabajo es obtener el modelo matemático no paramétrico de la válvula de control Teknocraft 202316 para la incubadora neonatal. Este modelo matemático representa el comportamiento de la válvula de control dentro de un rango de flujo determinado. Para obtener la función de transferencia que describa el comportamiento de la válvula, se usaron los métodos de Ziegler y Nichols, Smith, 123c de Alfaro y Strecj. La captura de los datos de los ensayos se realizó mediante una tarjeta de adquisición de datos (DAQ) instalado en una computadora. Mediante un análisis de comparación gráfica y cualitativa, se seleccionó la función de transferencia que representa mejor la respuesta de la válvula. Los parámetros obtenidos son las constantes de tiempo: t1 y t2, el tiempo muerto tm y la ganancia estática Kp , variando según método. Finalmente, el modelo matemático no paramétrico obtenido mediante el método Smith, función de primer orden, representa mejor el comportamiento de la válvula teknocraft en comparación con los otros métodos propuestos.

A diminuição das perdas hídricas com a redução das pressões de operação das redes de distribuição é um fenômeno conhecido há muito tempo pelas companhias de saneamento e distribuição de água. Entre as técnicas empregadas para esta finalidade, a setorização apresenta-se, atualmente, como um dos instrumentos mais efetivos de melhoria e otimização dos serviços de abastecimento. A setorização consiste na separação do sistema de abastecimento hídrico urbano em distritos denominados zonas pitométricas, com o objetivo geral de estabelecer um controle mais efetivo das pressões e das vazões de água destas zonas. A ampla difusão desta técnica, no entanto, não seria possível sem a evolução tecnológica dos elementos chave, necessários à implementação deste método de controle de abastecimento hídrico urbano. Visando subsidiar o desenvolvimento de técnicas para problemas enfrentados na setorização de redes de abastecimento hídrico, neste trabalho é relatado um estudo de caso realizado nas dependências da Companhia de Saneamento Básico do Estado de São Paulo (SABESP) por meio do qual são apresentadas soluções implementadas por esta Companhia no decorrer de mais de cinco anos. Este tempo permitiu que os métodos apresentados atingissem o grau de maturação necessário para que fosse estabelecido um modelo de setorização funcional e cada vez mais confiável. Por meio deste estudo são apresentadas, como contribuição original, soluções orientadas à utilização de recursos do protocolo digital Foundation Fieldbus, visando agregar ainda mais autonomia e disponibilidade às instalações do sistema de abastecimento hídrico da superintendência do litoral da referida Companhia e incorporando a este sistema características diferenciais como interoperabilidade, flexibilidade e redundância dos elementos críticos que o compõem. / The decrease of the hydric losses with the reduction of the operation pressures of the distribution nets is a phenomenon a long time known for the sanitation and water distribution companies. Among the used techniques for this purpose, the division in sectors technique comes, now, as one of the more effective instruments of improvement and optimization of the supplying services. The division in sectors technique consists in the separation of the hydric urban provisioning system in districts denominated pitometric zones, with the general objective of establishing a more effective control of the water pressures and flows of these zones. The wide diffusion of this technique, however, would not be possible without the technological evolution of the key elements, necessary to carry out this control method of urban hydric supplying. Looking for subsidize the development of techniques for problems faced in the division in sectors technique of hydric provisioning nets, in this work is described a case study, accomplished in the dependences of the Company of Basic Sanitation of the State of São Paulo (SABESP) through which are presented solutions implemented by this Company which has been carried out for more than five years. This time allowed that the methods presented reach the necessary maturation degree so that a functional and each more reliable model of the division in sectors technique would be established. Through this study are presented, as original contribution, proposals guided to the use of resources of the digital protocol Foundation Fieldbus, looking for aggregate yet more autonomy and availability to the facilities of the hydric provisioning system of the coast superintendency of the referred Company and incorporating to this system differentiates characteristics as interoperability, flexibility and redundancy of the critical elements that composes it.

Este trabalho apresenta uma investigação das propriedades dinâmicas da válvula borboleta eletrônica do sistema de admissão de ar de um motor a combustão interna. O objetivo é utilizar um modelo matemático da válvula borboleta com todos os seus parâmetros identificados para efetuar o controle da válvula e aplica-lo em ambiente real. Tendo o modelo e os parâmetros identificados, compara-se o comportamento real de uma válvula borboleta com o comportamento simulado, utilizando os mesmos sinais de entrada, de tal forma a validar o modelo desenvolvido. Utilizando o controle Proporcional Integral, foi possível mostrar a aplicabilidade da metodologia que pode ser estendida para projetos de controle mais complexos. Com o controle PI, o modelo matemático é validado e pode ser utilizado como base para projetos de controle mais complexos. O modelo aqui desenvolvido representa satisfatoriamente a dinâmica da válvula borboleta, sendo possível utilizá-lo em outros tipos de válvula borboleta. / This work presents an investigation on the dynamic properties of the electronic air intake throttle valve of an internal combustion engine. The objective is to use a mathematical model of throttle valve with all it\'s parameters identified to effect control of the valve and apply it in a real environment. Having identified model parameters, the real performance is compared to a throttle valve with the simulated behavior using the same input signals, in order to validate the developed model. Using the Proportional Integral control, it was possible to show the applicability of the methodology that can be extended to more complex control design. The model here developed satisfactorily represents the dynamics of the throttle valve, being able to use in other types of throttle valves.

Na maioria dos equipamentos mecânicos há movimento relativo entre componentes, e como resultado desse deslizamento relativo, as forças de atrito na superfície geram deformação plástica e/ou remoção de massa (ou volume) do material. Nos motores de combustão interna a geração da potência é realizada pela transformação da energia química em calor por meio da combustão do combustível com o ar, gerando o movimento alternativo de mecanismos (pistões, biela, virabrequim). Já no caso dos motores flex-fuel, o etanol como combustível aumenta a potência, levando a maiores carregamentos termomecânicos e, consequentemente, tribológicos nos seus componentes. Um dos sistemas do motor mais afetado pela mudança no combustível é o par válvula-sede, motivo pelo qual é necessário investigar os mecanismos de desgaste, os efeitos dos parâmetros de operação no comportamento frente ao atrito, e escolher apropriadamente pares deslizantes de materiais que apresentem baixas perdas de massa (taxas de desgaste) e coeficientes de atrito. Ensaios do tipo reciprocating tinham sido empregados para realizar estudos tribológicos de materiais de válvulas e com tratamentos superficiais. As condições de ensaio mais representativas são de operação do motor. Portanto, a seleção de parâmetros como carga, velocidade e temperatura não é fácil: para alguns equipamentos de teste, as variáveis não são independentes. Além disso, devido à complexidade do sistema tribológico, a interação entre as variáveis afeta os resultados. O objetivo deste trabalho de pesquisa foi dividido em duas frentes. A primeira, analisar isoladamente o efeito da temperatura, força normal e velocidade no coeficiente de atrito e no desgaste. O tribômetro SRV-4 do tipo reciprocating foi usado com uma esfera de aço AISI 52100 e distintos materiais de disco (aços e ligas intermetálicas sinterizadas de Nb). A segunda parte consistiu na caracterização dos mecanismos de desgaste de válvulas e sedes de motores distintos, após diferentes tipos de ensaios (dinamômetro e campo em veiculo). O coeficiente de atrito (?) e a perda de massa foram medidos para determinar o desempenho tribológico dos sistemas estudados. Além disso, as superfícies das marcas de desgaste tanto no disco quanto na esfera, assim como das válvulas e sedes foram analisadas por microscopia óptica (MO), microscopia eletrônica de varredura (MEV) com espectroscopia de energia dispersiva de raios-X (EDS) e espectroscopia Raman. Para as distintas ligas intermetálicas de Nb ensaiadas com esfera de aço AISI 52100, encontrou-se que os mecanismos de desgaste nas superfícies após uma análise de MEV-EDS foram particularmente abrasão, adesão e oxidação. Já no caso dos motores que foram avaliados, muitos dos danos observados estavam presentes em ambas as válvulas e sedes de admissão e escape; no entanto, a oxidação ocorreu apenas nas válvulas de escape, provavelmente produzido pela alta temperatura durante a operação do motor. / In most of the mechanical assemblies there is relative motion between components, and as a result of this relative sliding action, frictional forces on the sliding surface result in removal or displacement of mass (or volume) of the material. The power generation of internal combustion engines comes from chemical energy transformation into heat through air fuel combustion with further expansion of gases generating the reciprocating movement of power cell (pistons, rod and crankshaft). For flex fuel engines, the ethanol increases power, leading to higher thermo-mechanical forces and consequently higher friction between its components. The valve/valve seat pair is one of the most affected system due to this change, leading to the need of more accurate analysis of its wear mechanisms, its operating parameters effects and his behavior regarding the friction so making possible to choose properly materials with lower mass loss (wear rate) and coefficient of friction. Reciprocating tests had been used to tribological studies of valve materials with surface treatment purpose. The most important test boundary conditions are the engine operating conditions. Therefore, the load, speed and temperature parameters definition is not easy since for some test equipment those variables are not independent. Besides due to tribological system complexity the variable interaction affects its results. The present research goal was divided in two groups. The first one analyzes the normal force, frequency and temperature effect on friction coefficient and wear, independently of each other. It was used a SRV-4 reciprocating tribometer with a sphere (AISI 52100 steel) against several disc materials (steel and sintered intermetallic alloys of Nb). The second one consisted in the characterization of wear mechanisms of valve/valve seat from different engines that were submitted to different test (engine dynamometer test bench and vehicle). The coefficient of friction (?) and mass loss were measured in order to define the studied systems tribological performance. Besides the both disc and sphere wear scars such as valve/valve seat were analyzed using optical microscopy (OM), scanning electron microscopy (SEM) with energy dispersive spectroscopy of X-ray (EDS) and Raman spectroscopy. For the tested intermetallic alloys of Nb with AISI 52100 sphere it was found the following wear mechanisms after SEM-EDS analyses: abrasion, adhesion and oxidation. In the case of the evaluated engines, several damages were observed in both intake and exhaust valves/valve seats; however, the oxidation occurred only on exhaust valves, probably due to high operating temperature.

Essa dissertação desenvolve e faz uso de uma técnica de medição com objetivo de obter dados experimentais envolvidos no ciclo de trabalho dos compressores herméticos alternativos, largamente utilizados nos sistemas de refrigeração. O trabalho mostra o comportamento das válvulas de admissão e descarga durante o funcionamento do compressor, as pressões no cilindro, na sucção, na descarga e também a variação de rotação do eixo durante um ciclo de compressão completo. Todas as características mensuradas estão referenciadas à posição angular do eixo do compressor, o que permitiu monitorar todos os eventos em função do seu deslocamento angular. Para o desenvolvimento desse trabalho foi necessário planejar um sistema de medição robusto, não vulnerável aos fatores ambientais, presentes dentro da carcaça do compressor. A limitação do espaço físico foi um fator de grande importância na escolha dos sensores, assim como a velocidade de resposta dos instrumentos, pois um ciclo de compressão tem período menor que 0,020 segundos. A coleta dos dados e a análise dos sinais foram realizadas com o auxilio de hardware apropriado e software especialmente desenvolvido. / In this dissertation it is developed and applied measurement methods to obtain experimental data of a hermetic compressor work cycle, widely used in the refrigeration systems. This work shows the suction and discharge valve behaviors, the pressure in the cylinder, as well as in the discharge and suction chambers, and also crankshaft rotation variation during a complete compression cycle. All the measurements are reference to crankshaft angular position of compressor which allows to verify the events as a function of the crankshaft angular displacement. For the development of this work it was necessary to plan a reliability measure system, not affected by environmental factors inside the housing of compressor. The inner space limitation was an important feature for choosing the sensors as well as their time response, since the period compression cycle is less than 0.020 seconds. The data acquisition and signal analysis were done with appropriate hardware and it was developed a specific software.