Disseny d'una equilibradora de rotors per a ús didàctic

El Laboratori de Mecànica de l’Escola Politècnica Superior disposa d’una màquina equilibradora de rotors. El projecte consisteix a fer un nou disseny de l’equilibradora i els seus components, realitzar tots els càlculs necessaris per assegurar-ne el bon funcionament i pressupostar la màquina per si, en un futur, es creu convenient construir-la. A l’hora de fer aquest nou disseny s’ha mantingut un principi de funcionament i un manteniment el més senzill possible. També s’ha procurat que l’aparell tingui una gran flexibilitat a l’hora de plantejar casos pràctics, ja que la finalitat d’aquesta equilibradora de rotors és realitzar pràctiques de laboratori. Pel que fa a la part mecànica s’ha hagut d’assegurar una bona transmissió de moviment entre el motor i el rotor, i garantir una bona lectura dels aparells de mesura. El fet de ser un aparell d’ús docent ha fet que es donés molta importància a la seguretat

Speed sensorless vector control of induction machines

A novel rotor velocity estimation scheme applicable to vector controlled induction motors has been described. The proposed method will evaluate rotor velocity, ωr, on-line, does not require any extra transducers or injection of any signals, nor does it employ complicated algorithms such as MRAS or Kalman filters. Furthermore, the new scheme will operate at all velocities including zero with very little error. The procedure employs motor model equations, however all differential and integral terms have been eliminated giving a very fast, low-cost, effective and practical alternative to the current available methods. Simulation results verify the operation of the scheme under ideal and PWM conditions.

Orographic drag associated with lee waves trapped at an inversion

The drag produced by 2D orographic gravity waves trapped at a temperature inversion and waves propagating in the stably stratified layer existing above are explicitly calculated using linear theory, for a two-layer atmosphere with neutral static stability near the surface, mimicking a well-mixed boundary layer. For realistic values of the flow parameters, trapped lee wave drag, which is given by a closed analytical expression, is comparable to propagating wave drag, especially in moderately to strongly non-hydrostatic conditions. In resonant flow, both drag components substantially exceed the single-layer hydrostatic drag estimate used in most parametrization schemes. Both drag components are optimally amplified for a relatively low-level inversion and Froude numbers Fr ≈ 1. While propagating wave drag is maximized for approximately hydrostatic flow, trapped lee wave drag is maximized for l_2 a = O(1) (where l_2 is the Scorer parameter in the stable layer and a is the mountain width). This roughly happens when the horizontal scale of trapped lee waves matches that of the mountain slope. The drag behavior as a function of Fr for l_2 H = 0.5 (where H is the inversion height) and different values of l2a shows good agreement with numerical simulations. Regions of parameter space with high trapped lee wave drag correlate reasonably well with those where lee wave rotors were found to occur in previous nonlinear numerical simulations including frictional effects. This suggests that trapped lee wave drag, besides giving a relevant contribution to low-level drag exerted on the atmosphere, may also be useful to diagnose lee rotor formation.

Unsteady flow simulation of a vertical axis augmented wind turbine: a two-dimensional study

As the integration of vertical axis wind turbines in the built environment is a promising alternative to horizontal axis wind turbines, a 2D computational investigation of an augmented wind turbine is proposed and analysed. In the initial CFD analysis, three parameters are carefully investigated: mesh resolution; turbulence model; and time step size. It appears that the mesh resolution and the turbulence model affect result accuracy; while the time step size examined, for the unsteady nature of the flow, has small impact on the numerical results. In the CFD validation of the open rotor with secondary data, the numerical results are in good agreement in terms of shape. It is, however, observed a discrepancy factor of 2 between numerical and experimental data. Successively, the introduction of an omnidirectional stator around the wind turbine increases the power and torque coefficients by around 30–35% when compared to the open case; but attention needs to be given to the orientation of the stator blades for optimum performance. It is found that the power and torque coefficients of the augmented wind turbine are independent of the incident wind speed considered.

Control and chaos for vibro-impact and non-ideal oscillators

In the paper, we discuss dynamics of two kinds of mechanical systems. Initially, we consider vibro-impact systems which have many implementations in applied mechanics, ranging from drilling machinery and metal cutting processes to gear boxes. Moreover, from the point of view of dynamical systems, vibro-impact systems exhibit a rich variety of phenomena, particularly chaotic motion. In this paper, we review recent works on the dynamics of vibro-impact systems, focusing on chaotic motion and its control. The considered systems are a gear-rattling model and a smart damper to suppress chaotic motion. Furthermore, we investigate systems with non-ideal energy source, represented by a limited power supply. As an example of a non-ideal system, we analyse chaotic dynamics of the damped Duffing oscillator coupled to a rotor. Then, we show how to use a tuned liquid damper to control the attractors of this non-ideal oscillator.

Stegmotorstyrd rotortilt för användning vid mätning av antenners riktningskaraktäristik

Radioantenner tillverkas med olika egenskaper för att passa olika applikatoner. En av dessa egenskaper är antennens riktningskaraktäristik. Hur antennen skall konstrueras för att få den eftersträvade riktningskaraktäristiken kan beräknas. För att kontrollera att antennens faktiska riktningskaraktäristik överensstämmer med den beräknade kan antennens riktningskaraktäristik mätas. Företaget Detectus AB utvecklar idag ett mätsystem för att mäta antenners riktningskaraktäristik och presentera denna i form av ett tredimensionellt polärdiagram. Rapporten beskriver det examensarbete som genomförts i syfte att utveckla hårdvara med tillhörande styrsystem för mätsystemet. En prototyp för den rotortilt som skall rotera och tilta antennen under mätningen har utvecklats. Till denna rotortilt har också mjukvara för styrning av rotations- och tiltrörelsernas stegmotorer tagits fram. Vidare arbete innefattar att implementera en nödstoppsfunktion samt en referenssökningsfunktion för rotortilten. Vidare arbete innefattar också att utveckla mjukvara för mätsystemet.

Análise dinâmica de rotores de grupos turbo e hidrogeradores com o método das matrizes de transferência

Conhecer o comportamento vibratório de rotores de máquinas rotativas, já durante a fase de projeto, é uma necessidade cada vez maior nos dias atuais, quando modificações corretivas, após o início da operação, já não são mais aceitáveis, devido aos altos custos de material e execução empregados, se comparados com os lucros que são cada vez mais reduzidos, em função das regras impostas pelo mercado, e devido também ao tempo necessário para tais modificações, que implica em manter a máquina parada, sem gerar lucros nesse penodo, acarretando em mu1tas contratuais para o fabricante. o presente trabalho visa dar subsídiosà análise dinâmicadas linhas de eixos de turbo e hidrogeradores (conjuntos formados pela turbina mais o gerador, usados respectivamentenas centraistermelétricase hidrelétricas). Inicialmente é feita uma breve explanação sobre formas construtivas de hidrogeradores e tipos de turbinas hidráu1icas utilizados atualmente. O trabalho prossegue apresentando as propriedades dos mancais com filme de óleo, os fenômenos do empuxo magnético no rotor do gerador e do efeito giroscópico, bem como a norma ISO 1940, que define os níveis admissíveis de desbalanceamentos residuais para rotores de máquinas É apresentada uma formulação matemática pelo Método das Matrizes de Transferência para as análises das vibrações livres, bem como das vibrações forçadas com carregamentos cíclicos devido aos desbalanceamentos residuais das linhas de eixos. A análise das vibrações livres é feita para a obtenção das fteqüências naturais torcionais e das fteqüências tlexionais críticas em um plano. A análise das vibrações forçadas é elaborada para fornecer as respostas dinâmicas em dois planos ortogonais, devido ao desbalanceamento residual. Para aplicação da metodologia de cálculo apresentada, são elaboradas rotinas computacionais de cálculos, utilizando como plataforma o software MATLAB. Para testar o Método das Matrizes de Transferência, bem como os programas de computador elaborados, faz-se algumas análises com soluções analíticas exatas e comparam-se resultados obtidos. Como aplicação prática, faz-se um estudo aprofundado dos comportamentos dinâmicos algumas linhas de eixos de hidrogeradores, para variações de configurações de construção dessas, bem como para as diversas condições de operação.

Respostas periódicas em sistemas lineares e fracamente não lineares não ressonantes e comportamento dinâmico de sistemas rotativos com o uso da base dinâmica

Este trabalho visa realizar o estudo do comportamento dinâmico de um eixo rotor flexível, modelado segundo a teoria de Euler-Bernoulli e caracterizar as respostas periódicas de sistemas LTI (sistemas lineares invariantes no tempo) e sistemas fracamente não lineares de ordem arbitrária. Para tanto, é utilizada a base dinâmica gerada pela resposta impulso ou solução fundamental. O comportamento dinâmico de um eixo rotor flexível foi discutido em termos da função de Green espacial e calculada de maneira não-modal. Foi realizado um estudo do problema de autovalor para o caso de um um eixo rotor biapoiado. As freqüências são obtidas e os modos escritos em termos da base dinâmica e da velocidade de rotação. As respostas periódicas de sistemas LTI, utilizadas nas aproximações com sistemas fracamente não lineares, são obtidas, independentemente da ordem do sistema, como um operador integral onde o núcleo é a função de Green T-periódica. Esta função é caracterizada em termos das propriedades de continuidade, periodicidade e salto da função de Green T-periódica, e da base dinâmica Simulações foram realizadas para sistemas concentrados, matriciais e escalares, com o objetivo de mostrar a validade da metodologia desenvolvida com as propriedades da função de Green T-periódica. Foi abordado um modelo não-linear para uma centrífuga utilizada na indústria textil [Starzinski, 1977].

Desenvolvimento de elastômeros termoplásticos a partir de SBR epoxidada e polipropileno

Os elastômeros termoplásticos vulcanizados (TPVs) na sua maioria constituídos por borrachas apolares (EPDM, NR) e poliolefinas (PP, PE), apresentam a vantagem de serem processáveis como termoplásticos e serem facilmente reciclados. No entanto, apresentam desvantagens no que se refere à sua baixa resistência a óleos, combustíveis e graxas em relação à borracha termofixa. Este trabalho, teve como objetivo estudar a obtenção de TPVs com propriedades mecânicas adequadas e resistência a óleos e solventes orgânicos, a partir da borracha comercial SBR 1502 parcialmente epoxidada. Esta, por ter a estrutura química de sua cadeia principal modificada pela introdução de grupos epóxidos, deve apresentar melhor resistência a óleos e solventes. Os TPVs foram obtidos em misturador fechado acoplado a um reômetro Haake, na temperatura de 1800C e velocidade de rotor de 75 rpm, vulcanizados dinamicamente com o sistema Bismaleimida/peróxido de dicumila. Foram caracterizados quanto às suas propriedades mecânicas por medidas tensão-deformação, medidas mecânicas dinâmicas, inchamento em ciclohexano, THF e óleo IRM 903, dureza. A morfologia foi determinada por microscopia eletrônica de varredura, MEV. Foram analisados os fatores que influenciam as propriedades dos TPVs, tais como composição (relação PP/SBR), teor de BMI, grau de epoxidação da borracha, uso de agente compatibilizante. O TPV na composição PP/SBR 40/60, esta epoxidada em 40 mol % e contendo o agente compatibilizante Vestenamer adicionado na forma de blenda (borracha/agente compatibilizante) apresentou a melhor resposta em termos de tensão-deformação na ruptura. Os TPVs com a SBR epoxidada em 70% apresentaram melhor resistência a óleo e solventes. Os fatores, potencialmente, capazes de influenciar a dureza dos TPVs também foram avaliados. Neste particular, verificou-se que o tipo de poliolefina, bem como o uso de plastificante são os fatores que mais influenciam a dureza dos TPVs.

Sistema autónomo de alimentação para monitorização ambiental

Este projecto tem como principal objectivo a criação de sistemas autónomos de^alimentação para redes de sensores sem fios (RSSF) que prolonguem a autonomia das mesmas. Considerando que, geralmente, a alimentação das RSSF é fornecida por baterias e devido à limitação que estas impõem a nível de durabilidade e autonomia é crucial desenvolver sistemas capazes de captar e armazenar energia ambiental de modo a disponibilizá-la aos nós sensores quando estes necessitarem. Assim sendo, este projecto apresenta três protótipos cujo intuito visa prolongar a longevidade dos nós sensores. Nesta conformidade recorreu-se ao aproveitamento da energia produzida pelo sol, vento e cursos de água. Foram estudados dois protótipos solares, um com ligação directa ao elemento de armazenamento e o outro com um circuito que deve transferir o máximo de potência fornecida pela fonte. Para o aproveitamento do fluxo de ar foi desenvolvido um pequeno gerador trifásico com uma estrutura de captação de energia segundo o modelo de pás do aerogerador Savonius. As características (tensão e corrente) foram analisadas com o objectivo de poder desenvolver um circuito de controlo de carga para as baterias. O último sistema de controlo foi dirigido ao aproveitamento da água proveniente das levadas ou ribeiras. Este sistema também é composto por um pequeno gerador trifásico ao qual foi associado um sistema de pás do tipo Pelton. Este protótipo foi proposto para situações em o caudal à saída de um reservatório se mantém constante evitando desta forma, a necessidade de utilização de elementos de armazenamento de energia Todos os sistemas possuem circuitos que permitem a monitorização de variáveis fundamentais para a avaliação dos mesmos. Para a transferência de dados foi utilizada uma rede de sensores sem fios, com recurso a um rádio XBee. Estes dados são encaminhados para uma base de dados presente na estação central. Após todo o tratamento de dados, a informação é disponibilizada através de uma página da Internet.

Sexagem de espermatozoides bovinos por centrifugação em gradiente descontínuo de densidade de Percoll

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Controle vetorial de velocidade de uma máquina de indução sem mancais trifásica com bobinado dividido utilizando estimação neural de fluxo

This work describes the study and the implementation of the vector speed control for a three-phase Bearingless induction machine with divided winding of 4 poles and 1,1 kW using the neural rotor flux estimation. The vector speed control operates together with the radial positioning controllers and with the winding currents controllers of the stator phases. For the radial positioning, the forces controlled by the internal machine magnetic fields are used. For the radial forces optimization , a special rotor winding with independent circuits which allows a low rotational torque influence was used. The neural flux estimation applied to the vector speed controls has the objective of compensating the parameter dependences of the conventional estimators in relation to the parameter machine s variations due to the temperature increases or due to the rotor magnetic saturation. The implemented control system allows a direct comparison between the respective responses of the speed and radial positioning controllers to the machine oriented by the neural rotor flux estimator in relation to the conventional flux estimator. All the system control is executed by a program developed in the ANSI C language. The DSP resources used by the system are: the Analog/Digital channels converters, the PWM outputs and the parallel and RS-232 serial interfaces, which are responsible, respectively, by the DSP programming and the data capture through the supervisory system

Estudo de estratégias de otimização para poços de petróleo com elevação por bombeio de cavidades progressivas

The progressing cavity pump artificial lift system, PCP, is a main lift system used in oil production industry. As this artificial lift application grows the knowledge of it s dynamics behavior, the application of automatic control and the developing of equipment selection design specialist systems are more useful. This work presents tools for dynamic analysis, control technics and a specialist system for selecting lift equipments for this artificial lift technology. The PCP artificial lift system consists of a progressing cavity pump installed downhole in the production tubing edge. The pump consists of two parts, a stator and a rotor, and is set in motion by the rotation of the rotor transmitted through a rod string installed in the tubing. The surface equipment generates and transmits the rotation to the rod string. First, is presented the developing of a complete mathematical dynamic model of PCP system. This model is simplified for use in several conditions, including steady state for sizing PCP equipments, like pump, rod string and drive head. This model is used to implement a computer simulator able to help in system analysis and to operates as a well with a controller and allows testing and developing of control algorithms. The next developing applies control technics to PCP system to optimize pumping velocity to achieve productivity and durability of downhole components. The mathematical model is linearized to apply conventional control technics including observability and controllability of the system and develop design rules for PI controller. Stability conditions are stated for operation point of the system. A fuzzy rule-based control system are developed from a PI controller using a inference machine based on Mandami operators. The fuzzy logic is applied to develop a specialist system that selects PCP equipments too. The developed technics to simulate and the linearized model was used in an actual well where a control system is installed. This control system consists of a pump intake pressure sensor, an industrial controller and a variable speed drive. The PI control was applied and fuzzy controller was applied to optimize simulated and actual well operation and the results was compared. The simulated and actual open loop response was compared to validate simulation. A case study was accomplished to validate equipment selection specialist system

Controle vetorial de velocidade de um motor de indução trifásico com estimação neural de fluxo

This work describes the study and the implementation of the speed control for a three-phase induction motor of 1,1 kW and 4 poles using the neural rotor flux estimation. The vector speed control operates together with the winding currents controller of the stator phasis. The neural flux estimation applied to the vector speed controls has the objective of compensating the parameter dependences of the conventional estimators in relation to the parameter machine s variations due to the temperature increases or due to the rotor magnetic saturation. The implemented control system allows a direct comparison between the respective responses of the speed controls to the machine oriented by the neural rotor flux estimator in relation to the conventional flux estimator. All the system control is executed by a program developed in the ANSI C language. The main DSP recources used by the system are, respectively, the Analog/Digital channels converters, the PWM outputs and the parallel and RS-232 serial interfaces, which are responsible, respectively, by the DSP programming and the data capture through the supervisory system

Modelagem de máquina de indução trifásica sem mancais com bobinado dividido

This work presents a model of bearingless induction machine with divided winding. The main goal is to obtain a machine model to use a simpler control system as used in conventional induction machine and to know its behavior. The same strategies used in conventional machines were used to reach the bearingless induction machine model, which has made possible an easier treatment of the involved parameters. The studied machine is adapted from the conventional induction machine, the stator windings were divided and all terminals had been available. This method does not need an auxiliary stator winding for the radial position control which results in a more compact machine. Another issue about this machine is the variation of inductances array also present in result of the rotor displacement. The changeable air-gap produces variation in magnetic flux and in inductances consequently. The conventional machine model can be used for the bearingless machine when the rotor is centered, but in rotor displacement condition this model is not applicable. The bearingless machine has two sets of motor-bearing, both sets with four poles. It was constructed in horizontal position and this increases difficulty in implementation. The used rotor has peculiar characteristics; it is projected according to the stator to yield the greatest torque and force possible. It is important to observe that the current unbalance generated by the position control does not modify the machine characteristics, this only occurs due the radial rotor displacement. The obtained results validate the work; the data reached by a supervisory system corresponds the foreseen results of simulation which verify the model veracity