Made available in DSpace on 2016-08-29T15:32:44Z (GMT). No. of bitstreams: 1 tese_2819_TeseDoutoradoMarcoAntoniodeSouzaLeiteCuadros.pdf: 2555686 bytes, checksum: 8b6eb5a566c793b231356f6ac6d1220a (MD5) Previous issue date: 2011-10-27 / As válvulas de controle são atuadores bastante comuns na indústria e são elementos importantes nas malhas de controle. O stiction, do inglês static + friction, é uma não linearidade presente nas válvulas de controle que provoca o aumento da variabilidade do processo, prejudicando o desempenho, produzindo perdas na qualidade, gasto de matéria prima e queda na rentabilidade da produção. O stiction representa o atrito presente na válvula, que aumenta com o desgaste da mesma. A primeira contribuição deste trabalho é a proposta de uma nova metodologia para a quantificação do stiction para situações em que o gráfico da variável do processo e da saída do controlador tenha forma de paralelogramo. Para este padrão o método apresenta resultados menos conservativos em comparação com outros métodos de quantificação de abordagem semelhante. Além disto, uma proposta para a estimativa do slipjump a partir do conhecimento do modelo do processo é discutida. A metodologia proposta requer apenas dados de operação, sem a necessidade de testes invasivos. A aplicação a simulações, dados de plantas industriais e uma planta-piloto demonstram a aplicabilidade e a superioridade da contribuição. A segunda contribuição é a proposta de três novos métodos de compensação de stiction que melhoram o desempenho da variável do processo sem o efeito negativo de aumentar a variabilidade no movimento da haste da válvula, algo comum em outros métodos desta natureza. O primeiro método proposto avalia o processo através de um degrau com o objetivo de encontrar o valor do sinal de controle para aproximar o erro a zero, através de um procedimento realizado em cinco passos. O segundo método aproxima o erro a zero através da aplicação de um sinal suave à válvula, seguido de um sinal de freio no instante em que a variável de processo se aproxima da referência. O terceiro método aplica um sinal pulsante à válvula para minimizar o erro, de forma similar ao método conhecido por knocker. Entretanto, é proposta uma estratégia para detectar o instante em que o erro é mínimo e sinal pulsante possa parar mantendo o erro mínimo. Isto torna o método mais adequado para tratar perturbações e variações de setpoint. Os métodos de compensação são analisados através de sua aplicação em exemplos de simulação e numa malha de vazão de uma planta piloto.

Revestimentos eletrodepositados de cromo duro são amplamente usados em áreas onde se necessite de alta resistência ao desgaste aliado com relativa adequada resistência à corrosão. Apenas alguns micrometros de camada são suficientes para garantir uma redução no coeficiente de fricção e garantir proteção contra corrosão nos mais diversos substratos, possibilitando o uso de materiais base menos nobres em situações severas de aplicação. Um dos principais ramos da indústria que utiliza o cromo duro é a automotiva, e dentre as tantas aplicações podemos citar componentes de motores. Entretanto, durante a última década cresceram os esforços para a substituição do cromo duro devido a sua alta toxicidade. Neste meio tempo, revestimentos de níquel químico ligados ao fósforo (Ni-P) tem ocupado um espaço considerável em aplicações onde a resistência à corrosão e desgaste são primordiais. Baseado nisso, este trabalho visa obter revestimentos em válvulas de escape de motores diesel fabricadas em aço inoxidável de Ni-P com alto teor de fósforo (9-10% de P) aplicando tratamentos térmicos adequados para melhorar suas propriedades. A caracterização foi feita através de ensaios de desgaste, corrosão e avaliação microestrutural comparando com revestimentos de cromo duro atualmente utilizados neste componente mecânico. Resultados obtidos após ensaio tribológico do tipo “ball on plate” utilizando-se uma contra face de Al2O3 e analisando-se o coeficiente de fricção, a microestrutura, o tamanho e a composição química da trilha de desgaste mostram que o tratamento térmico em revestimentos de Ni-P aumenta consideravelmente a sua resistência ao desgaste. Tal resultado possivelmente está ligado a alteração estrutural de uma solução sólida supersaturada amorfa de fósforo em níquel encontrada em depósitos de Ni-P como depositados para a formação de crsitalitos de níquel e precipitados de de fosfeto de nóquel (Ni3P) que ocorrem em temperaturas de 320ºC a 360ºC. Além do mais, os resultados foram amplamente superiores quando comparados ao cromo duro. No que diz respeito a resistência à corrosão, ensaios eletroquímicos de polarização potenciodinâmica e impedância eletroquímica realizados em solução de condensado sintético que reproduz o ambiente do motor mostram novamente que o tratamento térmico age de forma benéfica nos revestimentos de Ni-P, e que até mesmo revestimentos de níquel fósforo não tratados apresentam melhor proteção contra à corrosão se comparados com o depósito de cromo duro. A razão para a melhora em termos de resistência a corrosão provavelmente esteja relacionada ao mesmo fenômeno citado acima. Por fim, revestimentos de Ni-P quando devidamente tratados termicamente se apresentam como promissores na substituição de revestimentos de cromo duro para recobrimento de hastes de válvulas de escape de motores diesel. / Electrodeposited hard chromium coatings are widely used in several areas where wear resistance must be a fundamental property. Only a few microns’ thick layer deposited on a varied range of substrates is capable to reduce considerably their friction coefficient as well as their mass loss during application of a load under dynamic movement. This special ability has always made hard chromium a vital allied of industry, especially in automotive manufacturers. However, over the last decade the efforts to replace hard chromium coatings has increased especially due to environmental concerns related to chemical products involved in the deposition process. Nowadays, several environmental friendly alternatives have been studied in order to substitute hard chromium without loss of the most important properties for a specific case. Following this line of reasoning, one of the most studied coating process in the past 10 years is the electroless nickel plating (Ni-P). In this present study was evaluated the influence of heat treatment on electroless high phosphorus nickel coating (9-10% P wt.) applied on diesel engine exhaust valves. In addition, both untreated and treated Ni-P deposits were then compared to current used electroplated hard chromium coatings in terms of wear, corrosion and microstructural behaviour. The wear behaviour of the Ni-P samples was investigated through a non-lubricated “ball on plate” test carried out against an Al2O3 counter-face. After an analysis of the friction coefficient, microstructure of the worn surface, width and chemical composition of the wear track, was possible to conclude that the heat treatment affect positively the wear resistance of Ni-P coatings, probably due to a structural change from amorphous supersatured solid solution of phosphorus in nickel to a crystalline structure of nickel crystallites and nickel phosphides (Ni3P) occurred between 320ºC and 360ºC. Moreover, Ni-P heat treated coatings showed better results when compared to electroplated hard chromium deposits. In terms of corrosion resistance, heat treated Ni-P coatings showed considerably better results when analyzed in synthetic condensate solution, probably due to the same microstructural phenomena cited above. Finally, Ni-P as-deposited and heat treated coatings showed better corrosion results when compared to electroplated hard chromium deposits in synthetic condensate media, hence acting as a natural alternative for recovering diesel engine exhaust valves instead chromium coatings.

A técnica de oxinitrocarbonetação combina dois processos o de nitretação e de oxidação com a formação sobre a camada de compostos óxidos como a magnetita, hematita e wüstita, buscando aumentar a resistência a corrosão e desgaste devido à camada de nitretos. E em muitas aplicações este processo vem substituindo o processo de cromo duro. O presente trabalho tem como objetivo mostrar a viabilidade técnica de substituir o processo de cromo duro pela oxinitrocarbonetação em componentes hidráulicos. Neste estudo foi utilizado um componente de válvula hidráulica chamado de comando de válvula. Para avaliar seu comportamento realizamos diversos ensaios como difração de raios-X, ensaios de microdureza, análises metalográficas e ensaios de corrosão acelerada, além de testes práticos avaliando o seu funcionamento. Também foram realizados estudos estatísticos, comparando o diâmetro dos comandos de válvula antes e após o processo de oxinitrocarbonetação. Com a utilização do processo oxinitrocarbonetação foi possível viabilizar uma significativa redução nas etapas de usinagem que eram necessárias no processo convencional sem perda de qualidade e desempenho do componente. Isto é, houveram ganhos principalmente do ponto de vista ambiental pela não utilização de processo que contenha o Cr+3. / The techniques of oxi-nitrocarburizing combine two types of nitriding processes and oxidation to produce on the white layer oxides such as hematite, wustite and magnetite to increase the corrosion and wear resistance due to nitride layer. In many applications replace the hard-chrome. The present work aims to show the technical feasibility of replace the hard-chrome with oxi-nitrocarburizing in hydraulic parts. In this study was used an element of the hydraulic system called control valve. To evaluate the performance of control valve was made several tests with x-ray diffraction, micro hardness, metallographic analysis and salt spray as well as practical test. The statistical studies were also conducted to comparing the valve command diameter before and after the oxi-nitrocarburizing process. The use of oxi-nitrocarburizing process promotes a reduction of machining steps that were necessary in the conventional process without loss of quality and performance. Environmentally was obtained gain because this new process does not have Cr+3 in the composition.

A técnica de oxinitrocarbonetação combina dois processos o de nitretação e de oxidação com a formação sobre a camada de compostos óxidos como a magnetita, hematita e wüstita, buscando aumentar a resistência a corrosão e desgaste devido à camada de nitretos. E em muitas aplicações este processo vem substituindo o processo de cromo duro. O presente trabalho tem como objetivo mostrar a viabilidade técnica de substituir o processo de cromo duro pela oxinitrocarbonetação em componentes hidráulicos. Neste estudo foi utilizado um componente de válvula hidráulica chamado de comando de válvula. Para avaliar seu comportamento realizamos diversos ensaios como difração de raios-X, ensaios de microdureza, análises metalográficas e ensaios de corrosão acelerada, além de testes práticos avaliando o seu funcionamento. Também foram realizados estudos estatísticos, comparando o diâmetro dos comandos de válvula antes e após o processo de oxinitrocarbonetação. Com a utilização do processo oxinitrocarbonetação foi possível viabilizar uma significativa redução nas etapas de usinagem que eram necessárias no processo convencional sem perda de qualidade e desempenho do componente. Isto é, houveram ganhos principalmente do ponto de vista ambiental pela não utilização de processo que contenha o Cr+3. / The techniques of oxi-nitrocarburizing combine two types of nitriding processes and oxidation to produce on the white layer oxides such as hematite, wustite and magnetite to increase the corrosion and wear resistance due to nitride layer. In many applications replace the hard-chrome. The present work aims to show the technical feasibility of replace the hard-chrome with oxi-nitrocarburizing in hydraulic parts. In this study was used an element of the hydraulic system called control valve. To evaluate the performance of control valve was made several tests with x-ray diffraction, micro hardness, metallographic analysis and salt spray as well as practical test. The statistical studies were also conducted to comparing the valve command diameter before and after the oxi-nitrocarburizing process. The use of oxi-nitrocarburizing process promotes a reduction of machining steps that were necessary in the conventional process without loss of quality and performance. Environmentally was obtained gain because this new process does not have Cr+3 in the composition.

Las represas son una de las grandes construcciones que se hacen tanto en el Perú como en el mundo. Estas grandes construcciones de concreto cumplen funciones como retener el agua para generar energía, para irrigación y para abastecer de agua para la población. Como uno de los componentes principales de la represa se encuentra la válvula reguladora de caudal de chorro hueco, también conocida como válvula Howell Bunger, la cual está situada en la parte baja o media de la represa. Esta válvula cumple funciones tales como: descargar agua de las represas en situaciones de emergencia, abastecer de agua para el consumo humano y regular el caudal de agua abajo de las represas para mantener el equilibrio ecológico. El objetivo principal de la presente tesis es diseñar y analizar el comportamiento y los parámetros óptimos de la válvula Howell Bunger para que pueda operar con un caudal máximo de 15 m3/s y un salto neto máximo de 20 m. El objetivo específico es elaborar toda la documentación para la fabricación de la válvula lo cual incluye: diseño conceptual, cálculos de diseño, planos y estimación de costos de fabricación. Con esta documentación se podrá tener pleno conocimiento de la tecnología usada para la válvula. En consecuencia, se podrá construir esta válvula y existirá la posibilidad de que se manufacturen los repuestos correspondientes. Además, esta documentación puede ser usada para diseñar válvulas de chorro hueco para diferentes condiciones de caudal y salto neto. En la primera parte de la tesis se muestra la tecnología existente y aspectos de fundamentos teóricos. En la segunda parte se procede a diseñar la válvula de manera conceptual y preliminar. En la tercera parte se proceden a presentar los cálculos de diseño. Finalmente, en el capítulo 4 se muestra la estimación de costo total.

La presente tesis aborda el análisis energético de una válvula de aguja para el control de flujo en condiciones sónicas, con la finalidad de inyectar gas natural en un grupo electrógeno de 375 kVA. Para ello, se implementó un banco de ensayos en las instalaciones del Laboratorio de Energía de la Pontificia Universidad Católica del Perú, con la finalidad de registrar las propiedades del flujo a diferentes condiciones de operación de la válvula. Se realizó la calibración de la válvula utilizando un sistema de aire comprimido, para un rango de 0,25 a 5,0 factores de vuelta de la aguja (apertura) y para presiones manométricas de suministro de 1 a 8 bar. En estos ensayos se analizó el comportamiento del flujo en el estado de estancamiento y en el estado crítico a través de la válvula. Asimismo, se determinó el coeficiente de descarga de la válvula, el cual relaciona el flujo másico real (medido) con el flujo másico ideal (teórico). Los resultados obtenidos muestran que el rango óptimo de operación de la válvula corresponde a valores de la fracción de vuelta entre 1 y 1,75; y para presiones manométricas entre 3 a 8 bar. Debido a que, en esas condiciones de operación, el valor del coeficiente de descarga varía en el rango de 0,78 y 0,97. Por otro lado, con los resultados obtenidos se realizó la calibración de la válvula para su futura instalación en un sistema de inyección de suministro de gas natural para un grupo electrógeno de 375 kVA. Los cálculos indican que el número de válvulas que debe conformar el sistema depende directamente de la presión de suministro, ya que cuando la presión es cada vez menor, el porcentaje de sustitución alcanzable es mayor y se requiere de una mayor cantidad de válvulas para atender el requerimiento de flujo de gas.

Este trabalho teve como objetivo o desenvolvimento de um método de reticulação mais homogênea no pericárdio bovino (PB), utilizado na confecção de válvulas cardíacas, seguindo um tratamento seqüencial e não seqüencial com concentrações crescentes de glutaraldeído (GA), no intervalo entre 0,0010/0e 0,5%, com tempos de reação entre 5 e 90min, e temperatura entre 5 e 45&#176C. Os resultados de temperatura de encolhimento (Is) mostraram que a reticulação do pericárdio bovino é heterogênea, principalmente para baixas concentrações de glutaraldeído (0,001%). Entretanto esta heterogeneidade é menos perceptível para concentrações superiores de GA, principalmente para o tratamento seqüencial, sugerindo uma melhor qualidade de reação de reticulação. Em todos os tratamentos realizados, os melhores resultados foram obtidos para o tratamento seqüencial a 45&#176C, para 90 minutos de reação e 0,10/0 de GA, onde os valores de Ts (&#8773 90&#176C) foram muito próximos daqueles para concentrações superiores de GA (0,5%). Encontrou-se também, nestas condições, os menores valores de hidrólise enzimática (colagenase = 3,80/0e tripsina =1,90/0 ). Estes comportamentos devem estar associados a uma maior concentração de GA monomérico e, portanto, maior eficácia das soluções de GA na promoção das ligações de reticulação e também à exposição de um maior número de sítios de reação da matriz de PB. Os resultados dos ensaios de hidrólise enzimática com colagenase e tripsina, confirmaram a maior eficácia do tratamento seqüencial, principalmente sabendo-se que: a) a reação de PB com GA envolve amino grupos de lisina; b) a tripsina só age sobre ligações peptídicas envolvendo lisina com &#949-amino grupo livre. A partir disto, é possível prever que um maior número de &#949-amino grupos estão bloqueados, não permitindo a ação enzimática nestes locais, mostrando que o material encontra se mais reticulado. Testes mecânicos realizados nos materiais tratados nas condições citadas acima mostraram valores dentro da faixa aceitável para a confecção de válvulas cardíacas para o tratamento seqüencial. / The object of this work was the development of a new procedure for homogeneous crosslinking of bovine pericardium (BP), to improve its properties when used for cardiac valves confection. A sequential treatment with increasing concentrations of glutaraldehyde (GA), from 0.0010/0to 0.5%, was used in temperatures ranging from 5°C to 45°C and reaction times ranging from 5 to 90 min. Shrinkage temperature (Ts) results showed that non-sequential and sequential treatments produced heterogeneous crosslinking of bovine pericardium, mainly for lower concentrations of glutaraldehyde (0.001%). The heterogeneity is less perceptible for greater concentrations of glutaraldehyde, specially in the sequential treatment, suggesting better quality of crosslinking reaction. Best results were obtained for the sequential treatment at 45&#176C, for 90 min and 0.1% of glutaraldehyde, with Ts values (&#8773 90&#176C) very similar to those found for higher glutaraldehyde concentration (0.5%). In these conditions, the smaller values of enzymatic hydrolysis were obtained (collagenase = 3.80/0and tripsin = 1.90/0).This behavior, at 45&#176C, may be associated to the presence of higher monomeric glutaraldehyde concentration, more efficient in the crosslinking promotion, and to the exposition of a great number of reaction sites in bovine pericardium matrix. The results of enzymatic hidrolysis with collagenase and tripsin, confirmed that sequential treatment is more efficient, specially knowing that: a) the GA for BP reaction involved e-amino groups of lisin: b) the tripsin alone act over peptides bonds involving lisin with free e-amino groups. Then, it is possible to predict that a great number of e-amino groups were blocked, not permitting enzimatic action, showing that the materials were more crosslinked. Mechanical tests for materials treated as above demonstrated that for sequential treatment the values are within the acceptable range for cardiac valves construction.

Neste trabalho, o desenvolvimento de uma fonte pulsada de -50kV a ser usada num girotron em 35 GHZ é descrito. A fonte consiste basicamente num banco de capacitores (2,0 uF/100 kV) que se descarrega através de um tetrodo de alta tensão e de alta potência (TH5188) em série com o girotron. O tetrodo opera como uma chave rápida que controla a duração de pulso de saída (10-80 us). Além disto, uma chave de proteção preserva os dois tubos, tetrodo e girotron, contra possíveis falhas no sistema elétrico.

Para algumas categorias de produtos, insumos como embalagem podem ter um peso significativo na composição do custo do produto final. No caso de vários produtos embalados em frascos plásticos este é um cenário comum que tem como conseqüência uma exigência de aumento de desempenho das máquinas sopradoras que produzem tais frascos. Com o objetivo de cumprir tal exigência, este trabalho realiza uma análise do sistema hidráulico de uma sopradora para redução do tempo de posicionamento nos principais movimentos executados por alguns dispositivos vitais, os quais possuem comandos eletrohidráulicos de controle de posição e velocidade constituídos de válvulas hidráulicas de controle de vazão, válvulas direcionais proporcionais e atuadores lineares. A forma desta análise é conduzida inicialmente através da modelagem dos componentes hidráulicos envolvidos nos movimentos destes dispositivos e, posteriormente, de um ensaio através do registro das grandezas físicas de interesse como pressões e velocidades de posicionamento utilizando como bancada de testes uma sopradora existente. O desempenho atual do equipamento em questão, registrado através do ensaio, pode ser então comparado com os resultados obtidos na modelagem para uma análise final com o objetivo de tornar a sopradora mais rápida e produtiva além de validar o modelo estabelecido para a realização de projetos futuros. / Many times, for some products classes, inputs as packaging may have an expressive weight in the final product cost structure. In the case of products packaged into plastic containers, this is an usual scenario that has as result, the increase of performance requirements of the blow mold machines that produce such containers. A point to be studied in the blow mold machines to fulfill such requirement is an analysis of its hydraulic system in a way to reduce the positioning time in the most significant movements performed by its main devices. Such devices have electro-hydraulic position and speed controls composed by flow control and proportional valves and linear actuators. So, it is presented in this work the description of blow mold machine, modeling of hydraulic components involved with the main equipment\'s movements and an experience to record physical values as pressures and positioning speeds using an existent blow mold machine as testing bench. The tested registers can be confronted against the results obtained in the modeling analysis as a target to make the blow mold machine more productive besides of validate the model to the future projects.

Neste trabalho pretende-se desenvolver o dispositivo para a fixação de cabeçotes e acionamento de válvulas em um equipamento para medição de swirl, que é um dos movimentos do ar dentro da câmara de combustão nos motores de ignição por compressão. Este desenvolvimento tem como objetivos facilitar a montagem do cabeçote no equipamento e desenvolver o avanço automático das válvulas, visando a redução do tempo total do ensaio. No desenvolvimento, foi feito um comparativo das características e componentes montados nos cabeçotes e nos diferentes modelos que serão testados no equipamento, para que não fossem necessários retrabalhos no cabeçote ou desmontagens de componentes para a realização dos ensaios, abrangendo a maior gama possível de produtos. Foram definidos os métodos de posicionamento do cabeçote no dispositivo e o sistema de fixação. Para garantir a precisão no acionamento das válvulas, foi definido um fuso de esferas recirculantes, acionadas por um motor de passo. O projeto foi concluído e o dispositivo foi fabricado e instalado no equipamento de medição. Testes realizados mostraram resultados de medição de swirl conforme esperado, além da diminuição no tempo total do teste. A partir de observações feitas após a fabricação e os testes no dispositivo, algumas melhorias estão sendo propostas, como, por exemplo, acionamentos por balancins independentes para cada válvula. / In this work, the aim is to develop the device for the fixture of the cylinder head and the valve actuation in a swirl meter test bench. Swirl is a movement inside the combustion chamber in a compression ignition engine. The development aims to facilitate the assembling of the cylinder head in the equipment and develop the valve lift device, focusing in decreasing the total time for the test. Also, the valve actuator shall be able to perform the continuous valve lift in the swirl measurement. During the development of this work, a comparative of the main features and the components assembled in the different cylinder head types to be tested in the equipment was done, to avoid rework or disassembling of components for the test, including the most variety of types. It was defined the positioning method for cylinder head in the device and the fixation system. To ensure the precision in the valve actuation, it was defined a ball screw, driven by a step motor. The project was finalized, manufactured and installed in the measurement equipment. Performed tests have showed results of swirl measurement according to expected, and the total time of test was decreased. After this first project, some improvements are proposed in the device, for example, individual actuation per valve.