Modelagem numérica do escoamento em válvulas de compressores alternativos pelo método da fronteira imersa com refinamento adaptativo

Pós-graduação em Engenharia Mecânica - FEIS

Reparación de los desagües de fondo de la presa de la Fuensanta utilizando las válvulas de seguridad como escudos frontales

La presa de la Fuensanta se construyó hace más de 75 años. Los desagües de fondo, alojados en el tapón de cierre del túnel de desvío del río, son dos conductos rectangulares de sección abocinada, maniobrados con válvulas de compuerta que evacuan directamente el vertido a la galería. Dada la antigüedad de los equipos mecánicos, y su estado de deterioro, se ha procedido a su renovación. Los problemas habituales de estas actuaciones (existencia de sedimentos y desprendimientos en el área de la embocadura, falta de conocimiento de las formas geométricas de las zonas ocultas por el agua, defectos de construcción no documentados, deterioro de los blindajes, dificultad de acceso, etc) se han resuelto en esta obra acondicionando las antiguas válvulas de seguridad de los conductos para utilizarlas como escudos frontales, lo que ha permitido sustituir y ampliar los blindajes de acero, e instalar las nuevas compuertas de aguas abajo.

Metodología para el análisis de válvulas cardíacas en condiciones no estacionarias usando el método de los volúmenes finitos

En el presente trabajo se desarrolla una metodología para llevar a cabo el análisis dinámico de una válvula cardíaca artificial en condiciones de flujo no estacionario, usando un programa de computación de aplicaciones generales basado en el Método de los Volúmenes Finitos. Dicha metodología comprende el establecimiento e implementación computacional de un modelo que representa el movimiento de la válvula (posición, velocidad y aceleración angular) como el resultado de la acción de fuerzas debidas a la presión y a los esfuerzos cortantes del fluido, tomando en cuenta la inercia de la prótesis, así como el establecimiento e imposición como condición de contorno de una función de presión en la entrada del conducto. Con la finalidad de implementar la metodología desarrollada se realiza un estudio preliminar para seleccionar la malla más adecuada, determinar el tamaño óptimo del paso en el tiempo y el mínimo número de iteracciones a utilizar. Posteriormente, se resuelve el flujo laminar, incomprensible y newtoniano a través de una válvula de doble hoja en posición aórtica, y se realiza un estudio paramétrico para analizar la influencia del cambio de diversos párametros inherentes a la prótesis sobre su desempeño.

Detecção e diagnostico de agarramento em válvulas posicionadoras

Valve stiction, or static friction, in control loops is a common problem in modern industrial processes. Recently, many studies have been developed to understand, reproduce and detect such problem, but quantification still remains a challenge. Since the valve position (mv) is normally unknown in an industrial process, the main challenge is to diagnose stiction knowing only the output signals of the process (pv) and the control signal (op). This paper presents an Artificial Neural Network approach in order to detect and quantify the amount of static friction using only the pv and op information. Different methods for preprocessing the training set of the neural network are presented. Those methods are based on the calculation of centroid and Fourier Transform. The proposal is validated using a simulated process and the results show a satisfactory measurement of stiction.

Uma técnica de linearização por realimentação para compensação de agarramento em válvulas de controle pneumáticas

In control loops valve stiction is a very common problem. Generally, it is one of main causes of poor performance of industrial systems. Its most commonly observed effect is oscillation in the process variables. To circumvent the undesirable effects, friction compensators have been proposed in order to reduce the variability in the output. This work analyzes the friction compensation in pneumatic control valves by using feedback linearization technique. The valve model includes both dead zone and jump. Simulations show that the use of this more complete model results in controllers with superior performance. The method is also compared through simulations with the method known as Constant Reinforcement (CR), widely used in this problem.

Cartas al director : válvulas de escape, la opinión del lector

Fondo Margaritainés Restrepo

Desenvolvimento e avaliação de uma servoválvula de baixo custo para a aplicação de insumos líquidos

The present work aimed the development of a low cost servo-valve that answers to an electronic control signal, for variable rates liquid inputs application. A literature research to define which valve type should be used was made. A mechanically activated proportional valve with an electronically controlled servo-engine was designed and evaluated. Since developed the servo-valve, the system was submited to a number of tests .The evaluation of its behavior was obtained in terms of repeatability, hystheresis and linearity. The test was accomplished in a bench, specially developed for this aim. As a result, were obtained three curves of opening percentage as function of flow rate, describing three opening and closing increments in two different work pressures. The servo-valve presented a good repeatability, reasonable hysteresis and a typically quadratic curve. This one maintained the low cost target. These results were very satisfied because the non-linearity and the hysteresis could be easily corrected by software.

Válvula fonatória brasileira para traqueotomia: padronização de pressão de diafragma

A traqueotomia está indicada em condições com obstrução respiratória alta ou doença pulmonar obstrutiva crônica. As Válvulas Fonatórias (VF) melhoram a comunicação, higienização e umidificação das vias aéreas dos pacientes traqueotomizados. OBJETIVO: Demonstrar a VF nacional, de menor custo, e sua utilização na reabilitação fonatória desses pacientes, avaliar resistência de abertura pelo diafragma, o que confere melhor conforto ao paciente. Forma de Estudo: Experimental, coorte contemporâneo. MATERIAL E MÉTODO: A VF foi utilizada em 32 pacientes. A válvula tem diafragma dentro de um corpo em aço inox com encaixes de plástico. Estudou-se grau de conforto respiratório de acordo com a resistência do diafragma da válvula, 40, 50 e 60 shores. RESULTADOS: Obteve-se uso regular da VF acoplada à cânula por todos os pacientes, 26 o fizeram por mais de 12h diárias e destes 14 por 24h diárias. A pressão do diafragma obtida foi de 40 shores para 13 pacientes e 50 shores para 19 pacientes, sem utilização de 60 shores. CONCLUSÃO: A VF metálica permite fonação, sem a oclusão digital da cânula, e respiração sob conforto. Obteve-se resistência padronizada do diafragma. Atualmente todos os pacientes do estudo utilizam estas VF com fonação e 43,75% período integral.

Concepção de uma estação fruteira com instalações frigoríficas em regime de atmosfera controlada

O presente trabalho tem como objectivo a elaboração de uma estação fruteira com instalações frigoríficas em regime de atmosfera controlada. A estação fruteira integra seis câmaras de refrigeração e um túnel de pré arrefecimento. Os produtos alimentares são considerados perecíveis e requerem o frio para a conservação das suas características. Para tal, é necessário um correcto dimensionamento dos equipamentos que constituem as instalações frigoríficas, tais como: compressores, condensadores, evaporadores, válvulas, entre outros. Foi efectuado um estudo de modo a implementar um plano de gestão e manutenção das instalações frigoríficas, para que deste modo se consiga prevenir a avaria dos diferentes equipamentos. A concepção do projecto teve com base de estudo uma instalação assente numa lógica de optimização energética. Realizou-se um estudo de viabilidade económica entre a concepção de uma estação fruteira convencional e em regime de atmosfera controlada implementado em Portugal, tendo em conta a produção de fruta que advém do mercado externo. Todo o procedimento deste trabalho teve como finalidade atingir um projecto real e portanto todos os componentes e processos construtivos prescritos deverão ser rigorosamente obedecidos e considerados imprescindíveis.

Biocompatibilidade de materiais empregados na confecção de próteses cardiovasculares: comparação entre pericárdio bovino e Dacron(R)

Durante os últimos 25 anos, numerosos estudos têm sido efetuados visando a biocompatibilidade de materiais de uso médico-hospitalar. Isto se deve ao desenvolvimento de materiais destinados às próteses particularmente na área cardiovascular, o que motivou pesquisas relativas à problemática da compatibilidade entre superfícies biológicas ou sintéticas e o sangue. O presente trabalho objetivou comparar a avaliação da biocompatibilidade do pericárdio bovino, um dos materiais mais empregados na fabricação de válvulas cardíacas protéticas, após tratamento com glutaraldeído e formaldeído, com o material sintético conhecido como "tricot" de Dacron(R). Tanto fragmentos de pericárdio submetidos a diferentes tratamentos, como os de Dacron(R) foram implantados subcutaneamente na região abdominal de ratos Wistar, por períodos de 1 a 3 meses. O exame de cortes histológicos obtidos por métodos convencionais evidenciou ausência de biocompatibilidade principalmente para o pericárdio tratado com formaldeído. Para o Dacron(R), foi constatado, comparativamente, uma perfeita biocompatibilidade. A cultura de células in vitro, com o uso de linhagens RC-IAL e Hela pelo método de revestimento com ágar, foi empregada exclusivamente para o material de origem biológica e evidenciou um grau intenso de toxicidade associado ao resíduo do agente de tratamento. Concluiu-se que existe a necessidade do aperfeiçoamento da técnica de lavagem da prótese biológica antes da implantação.

Técnicas preditivas aplicadas a controlo de processos

A necessidade que as indústrias têm, hoje em dia, de lidar com processos cada vez mais complexos, onde a quantidade de variáveis a controlar e restrições processuais a impor aumentou exponencialmente nas últimas décadas. Uma maior competitividade e eficiência, lado-a-lado com a redução de custos, proporcionou à comunidade científica e industrial explorar mais profundamente o controlo de processos, com vista à construção de técnicas avançadas para fazer face a estas exigências. O controlo preditivo baseado em modelos - MPC- engloba diversas classes de controladores que utilizam algoritmos de predição/previsão e modelos matemáticos representativos do sistema, que juntamente com restrições processuais permitem operar junto de referências e tornar o controlo mais eficiente e seguro. O sucesso do MPC nos sistemas lineares com restrições deve-se, sobretudo, ao facto de reduzir o problema de optimização a um problema de programação quadrática, de fácil implementação e resolução. Além do mais, trata-se de um tipo de controlo bastante flexível e, ao mesmo tempo, mais robusto que o controlo clássico ou convencional, já que pode lidar com processos multivariáveis sem precisar de alterações significativas na sua construção. Neste trabalho aplicam-se técnicas de controlo preditivo a processos não lineares multivariáveis. Estuda-se, ainda, o desempenho desta classe de controladores comparando-a com técnicas de controlo convencional. Nomeadamente, estuda-se um sistema de três tanques em que o caudal é manipulado através de válvulas com característica não linear. O processo é modelado através de princípios de conservação e é validado por um conjunto real de ensaios que permitiu, ainda, obter experimentalmente a característica das válvulas. O modelo validado permitiu desenvolver um controlador preditivo multivariável para controlar os níveis da instalação. Demonstra-se que os controladores preditivos apresentam grandes vantagens em relação ao controlo clássico com malhas independentes.

Sistemas de caudal variável versus caudal constante em sistemas de AVAC: (água)

O principal objectivo deste trabalho foi determinar se o uso de instalações a caudal de água variável – doravante designado por CV – em sistemas de AVAC domésticos é sempre, independentemente da dimensão da mesma, uma mais-valia em termos de consumos anuais de energia eléctrica, de custos associados à aquisição e exploração do equipamento, quando comparado com um sistema convencional de caudal constante – doravante designado por CC. Começou-se por estudar uma instalação de um apartamento T3, calculando as suas cargas térmicas, determinando o perfil de carga do sistema durante o ano, dimensionando a rede hidráulica, simulando os consumos anuais dos dois sistemas e por fim fazendo uma análise do retorno do investimento feito na solução a CV. O procedimento foi repetido até que, com o aumento do número de apartamentos T3, a resposta ao consumo das bombas circuladoras e ao retorno financeiro da instalação a CV fosse positiva, sendo que o número total de fogos T3 simulados foi de dez. Conclui-se que em certas instalações a CV se obteve um consumo de energia eléctrica superior ao da instalação a CC, fruto da necessidade do uso de duas electrobombas circuladoras (uma no circuito primário e outra no secundário). Esta situação verificou-se nas instalações que comportam um número de fogos T3 igual a 4, sendo que apenas a partir de 5 fogos T3 é que os consumos anuais de uma instalação a CC são superiores aos registados com uma instalação a CV. Por outras palavras, pode concluir-se que a partir das 20 unidades ventiloconvector (com potências compreendidas entre os 0,8 kW e 2,0 kW, que correspondem, respectivamente, caudais de 137 l/h e 364 l/h) os sistemas a CV começam a ser mais vantajosos do ponto de vista energético. No que ao retorno financeiro diz respeito, conclui-se que existe retorno, num espaço compreendido entre os 4 e os 9 anos, sempre que as instalações comportem um número de fogos superior a 6, ou seja, que contenham um número de unidades ventiloconvector instaladas superior a 24.

Evolução dos sistema de telegestão da Empresa Portuguesa das Águas Livres, S.A.

O sistema de telegestão é uma ferramenta que permite a gestão, em tempo real, de todo o sistema de abastecimento da Empresa Portuguesa das Águas Livres, S.A. (EPAL). Esta gestão pode ser conseguida desde a captação da água até à sua entrega ao cliente final, através dos meios de monitorização necessários às operações de comando que permitem controlar e manobrar à distância os acessórios do sistema (estações elevatórias, reservatórios, válvulas,…). A presente dissertação visa a divulgação e compilação de elementos fundamentais para a otimização das potencialidades que a telegestão oferece, abordando assim, dada a sua especificidade, um tema pouco divulgado mas de extrema importância a quem trabalha ou pretende trabalhar numa entidade gestora similar. Assim, a dissertação é constituída por seis capítulos que compreendem a caracterização do sistema de adução, transporte e distribuição da EPAL, a abordagem genérica das ferramentas de suporte à exploração do sistema, uma resenha histórica do sistema de telegestão na EPAL, bem como informações referentes ao atual sistema de telegestão, nomeadamente a sua arquitetura, principais funcionalidades, tais como o controlo de órgãos de manobra à distância e análise de parâmetros de qualidade em tempo real. Finalmente, apresentam-se algumas conclusões e recomendações para trabalhos futuros. Pretende-se assim que o presente documento contribua para uma aglutinação de informações relativas aos sistemas de telegestão para abastecimento de água, respetivas vantagens aliadas às suas funcionalidades, bem como a identificação de fragilidades do sistema que poderão ser aperfeiçoadas ou mesmo eliminadas.

Diagnóstico energético e reengenharia do processo de secagem na fábrica de revestimentos

Este trabalho surgiu no âmbito da Tese de Mestrado em Engenharia Química - Ramo Optimização Energética na Indústria Química, aliando a necessidade da Empresa Monteiro Ribas – Indústrias, S.A. em resolver alguns problemas relacionados com as estufas da unidade J da fábrica de revestimentos. Outro dos objectivos era propor melhorias de eficiência energética neste sector da empresa. Para tal, foi necessário fazer um levantamento energético de toda a unidade, o que permitiu verificar que as estufas de secagem (Recobrimento 1 e 2) seriam o principal objecto de estudo. O levantamento energético da empresa permitiu conhecer o seu consumo anual de energia de 697,9 tep, o que a classifica, segundo o Decreto-lei nº 71 de 15 de Abril de 2008, como Consumidora Intensiva de Energia (CIE). Além disso, as situações que devem ser alvo de melhoria são: a rede de termofluido, que apresenta válvulas sem isolamento, o sistema de iluminação, que não é o mais eficiente e a rede de distribuição de ar comprimido, que não tem a estrutura mais adequada. Desta forma sugere-se que a rede de distribuição de termofluido passe a ter válvulas isoladas com lã de rocha, o investimento total é de 2.481,56 €, mas a poupança pode ser de 21.145,14 €/ano, com o período de retorno de 0,12 anos. No sistema de iluminação propõe-se a substituição dos balastros normais por electrónicos, o investimento total é de 13.873,74 €, mas a poupança é de 2.620,26 €/ano, com período de retorno de 5 anos. No processo de secagem das linhas de recobrimento mediram-se temperaturas de todos os seus componentes, velocidades de ar o que permitiu conhecer a distribuição do calor fornecido pelo termofluido. No Recobrimento 1, o ar recebe entre 39 a 51% do calor total, a tela recebe cerca de 25% e na terceira estufa este é apenas de 6%. Nesta linha as perdas de calor por radiação oscilam entre 6 e 11% enquanto as perdas por convecção representam cerca de 17 a 44%. Como o calor que a tela recebe é muito inferior ao calor recebido pelo ar no Recobrimento 1, propõe-se uma redução do caudal de ar que entra na estufa, o que conduzirá certamente à poupança de energia térmica. No Recobrimento 2 o calor fornecido ao ar representa cerca de 51 a 77% do calor total e o cedido à tela oscila entre 2 e 3%. As perdas de calor por convecção oscilam entre 12 e 26%, enquanto que as perdas por radiação têm valores entre 4 e 8%. No que diz respeito ao calor necessário para evaporar os solventes este oscila entre os 4 e 13%. Os balanços de massa e energia realizados ao processo de secagem permitiram ainda determinar o rendimento das 3 estufas do Recobrimento 1, com 36, 47 e 24% paras as estufa 1, 2 e 3, respectivamente. No Recobrimento 2 os valores de rendimento foram superiores, tendo-se obtido valores próximos dos 41, 81 e 88%, para as estufas 1, 2 e 3, respectivamente. Face aos resultados obtidos propõem-se a reengenharia do processo introduzindo permutadores compactos para aquecer o ar antes de este entrar nas estufas. O estudo desta alteração foi apenas realizado para a estufa 1 do Recobrimento 1, tendo-se obtido uma área de transferência de calor de 6,80 m2, um investimento associado de 8.867,81 €. e uma poupança de 708,88 €/ano, com um período de retorno do investimento de 13 anos. Outra sugestão consiste na recirculação de parte do ar de saída (5%), que conduz à poupança de 158,02 €/ano. Estes valores, pouco significativos, não estimulam a adopção das referidas sugestões.

Diagnóstico energético da indústria de placas de borracha e optimização do sector de pintura

Cada vez mais a indústria tem vindo a sofrer algumas mudanças no seu processo produtivo. Hoje, mais que nunca, é preciso garantir que as instalações produtivas sejam o mais eficiente possível, procurando a racionalização de energia com um decrescimento dos custos. Deste modo o objectivo desta dissertação é o diagnóstico energético da fábrica de placas de borracha e a optimização do sector da pintura na empresa Monteiro Ribas. A realização de um diagnóstico energético, para a detecção de desperdícios de energia tem sido amplamente utilizada. A optimização irá prospectar potenciais de mudanças e aplicação de tecnologias de eficiência energética. Pretende-se deste modo travar o consumo energético sem que seja afectada a produção, já que a empresa é considerada consumidora intensiva de energia. Na empresa Monteiro Ribas há consumo de gás natural, de vapor e de energia eléctrica, sendo o vapor a forma de energia mais consumida, seguida da energia eléctrica e por fim, do gás natural nas proporções de 55%, 41% e 4%, respectivamente. A optimização feita permitiu estudar a influência de algumas variáveis, nos consumos anuais da energia, e assim apresentar propostas de melhoria. Uma das propostas analisadas foi a possibilidade de efectuar um isolamento térmico a algumas válvulas. Este isolamento conduziria a uma poupança de 79.263,4 kWh/ano. Propôs-se também a implementação de balastros electrónicos, que conduziria a uma diminuição em energia eléctrica de 29.509,92 kWh/ano. Relativamente às máquinas utilizadas no sector da pintura, verificou-se ser a estufa IRK 6, um dos equipamentos de grande consumo energético. Então analisou-se a influência da velocidade de circulação das placas de borracha através desta máquina, bem como a alteração da respectiva potência, pela diminuição do número de cassetes incorporados nesta estufa.