Pyörivien sähkökoneiden kotelointia koskevat standardit ja aksiaalivuokoneen jäähdytyksen kehittäminen

Tämä diplomityö on osa Lappeenrannan teknillisen yliopiston ja Visedo Oy:n yhteistyöprojektia. Työssä selvitetään pyörivien sähkökoneiden kotelointeja koskevia standardeja ja niiden vaikutukset koneiden suunnittelulle ja valmistukselle. Lisäksi työssä käsitellään aksiaalivuokoneen jäähdytykseen liittyviä ongelmia, kehitetään koneen nykyisiä jäähdytysratkaisuja ja ideoidaan käytettävissä olevia uusia jäähdytysmenetelmiä. Kehitysideoiden rajoitteena toimii koneelta vaadittu kotelointiluokka IP 64 – IP 68 sekä koneelle määritetty kestomagnetoitu aksiaalivuorakenne. Sähkökoneiden kotelointeja koskevien standardien asettamien vaatimusten määrittäminen tapahtui suurilta osin kirjallisuusselvityksenä. Standardien vaikutukset koneiden suunnittelulle ja valmistettavuudelle on selvitetty standardien kotelointien rakenteelle asettamien vaatimusten perusteella. Aksiaalivuokoneen jäähdytysongelmien selvittäminen, käytössä olevien jääh-dytysratkaisujen kehittäminen ja uusien menetelmien ideointi suoritettiin projektiluontoisesti yhdessä eri alojen asiantuntijoista koostuvan jäähdytystyöryhmän kanssa. Työn tuloksena laadittiin Visedo Oy:lle standardikäsikirja, jonka avulla Visedon sähkökoneiden tuoteperheeseen kuuluvien koneiden suunnitteluvaiheessa voidaan varmistaa koneiden standardienmukaisuus. Käsikirjassa on myös esitetty huomioita eri kotelointiluokkien asettamista vaatimuksista koneiden valmistukselle. Aksiaalivuokoneiden jäähdytykseen liittyen tavoitteena oli ratkaista aksiaalivuokoneisiin liittyviä jäähdytysongelmia. Työn tuloksena saa-tiin selville aksiaalivuokoneissa jäähdytyksen kehittämistä vaativat kohteet, laadittiin nykyisten jäähdytysratkaisujen parannusehdotuksia ja kehitettiin täysin uusia jäähdytysmenetelmiä.

Monitoring of centrifugal pump operation by a frequency converter

Centrifugal pumps are widely used in industrial and municipal applications, and they are an important end-use application of electric energy. However, in many cases centrifugal pumps operate with a significantly lower energy efficiency than they actually could, which typically has an increasing effect on the pump energy consumption and the resulting energy costs. Typical reasons for this are the incorrect dimensioning of the pumping system components and inefficiency of the applied pump control method. Besides the increase in energy costs, an inefficient operation may increase the risk of a pump failure and thereby the maintenance costs. In the worst case, a pump failure may lead to a process shutdown accruing additional costs. Nowadays, centrifugal pumps are often controlled by adjusting their rotational speed, which affects the resulting flow rate and output pressure of the pumped fluid. Typically, the speed control is realised with a frequency converter that allows the control of the rotational speed of an induction motor. Since a frequency converter can estimate the motor rotational speed and shaft torque without external measurement sensors on the motor shaft, it also allows the development and use of sensorless methods for the estimation of the pump operation. Still today, the monitoring of pump operation is based on additional measurements and visual check-ups, which may not be applicable to determine the energy efficiency of the pump operation. This doctoral thesis concentrates on the methods that allow the use of a frequency converter as a monitoring and analysis device for a centrifugal pump. Firstly, the determination of energy-efficiency- and reliability-based limits for the recommendable operating region of a variable-speed-driven centrifugal pump is discussed with a case study for the laboratory pumping system. Then, three model-based estimation methods for the pump operating location are studied, and their accuracy is determined by laboratory tests. In addition, a novel method to detect the occurrence of cavitation or flow recirculation in a centrifugal pump by a frequency converter is introduced. Its sensitivity compared with known cavitation detection methods is evaluated, and its applicability is verified by laboratory measurements for three different pumps and by using two different frequency converters. The main focus of this thesis is on the radial flow end-suction centrifugal pumps, but the studied methods can also be feasible with mixed and axial flow centrifugal pumps, if allowed by their characteristics.

Influência da morfologia das fibras na usinabilidade da madeira de Eucalyptus grandis Hill ex. Maiden

As dificuldades quanto ao uso da madeira do eucalipto, na forma sólida, estão baseadas na falta de conhecimentos de como trabalhar corretamente esse material. É preciso conhecer a estrutura da madeira e os parâmetros de usinagem para entender suas relações, que proporcionam os bons resultados em qualidade. O presente trabalho visou verificar as variações no sentido medula-casca de diferentes operações de usinagem e das dimensões das fibras da madeira de Eucalyptus grandis Hill ex. Maiden. A madeira foi proveniente de plantio comercial da Klabin Fabricadora de Papel e Celulose S.A., com 25 anos de idade. Os dados foram avaliados através de análises de variância e testes de médias. Além disso, realizaram-se as correlações de Pearson entre as operações de usinagem e as dimensões das fibras. Foram obtidos diferentes modelos de variação da medula para a casca. Nas operações de usinagem, pôde-se concluir que as condições de corte foram insuficientes para apresentar melhores qualidades das superfícies, podendo detacar as baixíssimas velocidades de corte, que produziram pré-clivagem. A madeira de Eucalyptus grandis apresentou resultados satisfatórios, mas inferiores aos do mogno e da imbúia. A utilização de operações como a moldura no topo (corte 90º-90º), moldura axial ";parada"; (corte 90º-0º) e perfilagem axial sinuosa com faca plana (corte 90º-0º, contra as fibras) permitem apreciar a usinabilidade da madeira, pois esta é usinada sob drásticas condições, podendo mostrar seu verdadeiro potencial.

Estrutura anatômica da madeira e qualidade do carvão de Mimosa tenuiflora (Willd.) Poir

Este trabalho objetivou determinar algumas características anatômicas e dimensões de fibras, elementos dos vasos, células do parênquima e dos raios da madeira da Mimosa tenuiflora (Willd.) Poir. Determinaram-se, ainda, a fração parede das fibras e o porcentual das fibras, dos vasos, dos raios e das células parenquimatosas, bem como a densidade, rendimento e propriedades do carvão vegetal. Conclui-se que a madeira de Mimosa tenuiflora possui poros predominantemente solitários, geminados e múltiplos em agrupamento radial; poros distribuídos em porosidade difusa uniforme; parênquima axial paratraqueal vasicêntrico, vasicêntrico confluente, aliforme e aliforme confluente; raios multisseriados, bisseriados e, menos freqüentemente, unisseriados; e fibras de parede espessa e muito curtas. Obteve-se um rendimento de 39,68% em carvão vegetal, com teor de carbono fixo de 71,70%, densidade igual a 0,51g/cm³, carbono fixo de 71,79 e poder calórico de 6.866 cal/g.

Kestomagneettikoneen roottorin väsymisanalyysi

Työn tavoitteena oli luoda työkalu kestomagneettikoneiden roottoreiden väsymisen analysointia varten. Työkalu toteutettiin siten, että siihen voidaan liittää oikeasta koneesta mitattu kuormitusdata, sekä tarvittavat materiaalitiedot. Kuormitusdata muunnetaan työkalussa jännityshistoriaksi käyttämällä elementtimenetelmän avulla laskettavaa skaalauskerrointa. Kestoiän laskemiseen analyysityökalu käyttää jännitykseen perustuvaa menetelmää sekä rainflowmenetelmää ja Palmgren-Minerin kumulatiivista vauriosääntöä. Lisäksi työkalu tekee tutkittavalle tapaukselle Smithin väsymislujuuspiirroksen. Edellä mainittujen menetelmien lisäksi työn teoriaosassa esiteltiin väsymisanalyysimenetelmistä myös paikalliseen venymään perustuva menetelmä sekä murtumismekaniikka. Nämä menetelmät jäivät monimutkaisuutensa vuoksi toteuttamatta työkalussa. Väsymisanalyysityökalulla laskettiin kestoiät kahdelle esimerkkitapaukselle. Kummassakin tapauksessa saatiin tulokseksi ääretön kestoikä, mutta aksiaalivuokoneen roottorin dynaaminen varmuus oli pieni. Vaikka tulokset vaikuttavat järkeviltä, ne olisi vielä hyvä verifioida esimerkiksi kaupallisen ohjelmiston avulla täyden varmuuden saamiseksi.

Estudo de algumas propriedades mecânicas da madeira de um híbrido clonal de Eucalyptus urophylla X Eucalyptus grandis

A procura por madeiras oriundas de reflorestamentos destinadas à serraria é uma realidade já há muitos anos, principalmente aquelas das espécies do gênero Eucalyptus. Visando buscar novas informações importantes para esse mercado, este trabalho objetivou determinar algumas propriedades mecânicas da madeira de um híbrido clonal de Eucalyptus urophylla x Eucalyptus grandis de duas idades e provenientes de talhadia simples e de reforma. Os resultados indicaram que a madeira desse híbrido apresenta boas características tecnológicas, destacando-se a segunda tora (a partir de 3 m) com as melhores propriedades de flexão estática (Módulo de Elasticidade - MOE e Módulo de Ruptura - MOR) e Compressão Axial das fibras. As árvores de maior idade (166 meses) e que sofreram dois desbastes apresentaram as melhores propriedades de flexão estática e compressão axial.

Caracterização morfológica de frutos e sementes e desenvolvimento pós-seminal de Tamarindus indica L. - Leguminosae: caesalpinioideae

O tamarindeiro (Tamarindus indica L.) pertence à família Leguminosae e é uma árvore frutífera, nativa da África tropical, de onde se dispersou por todas as regiões tropicais do mundo. A caracterização morfológica de frutos e sementes é importante para identificação das espécies, bem como serve de base para estudos que visem a maiores conhecimentos ligados à germinação e vigor. Este trabalho teve por objetivo descrever a morfologia de frutos, sementes e plântulas, bem como caracterizar o processo germinativo de Tamarindus indica L. Para o estudo do fruto, foram observados tipo, cor, dimensões, textura e consistência do pericarpo e deiscência e número de sementes por fruto. Os aspectos observados nas sementes foram: cor, dimensões, textura e consistência dos tegumentos; e forma, borda, posição do hilo e de outras estruturas presentes e características do embrião. O estádio de plântula foi considerado quando os protófilos já estavam totalmente formados. Os elementos vegetativos descritos e ilustrados foram radícula, coleto, hipocótilo, cotilédones, epicótilo, protófilos e caule. O fruto de Tamarindus indica é um legume indeiscente medindo aproximadamente 7,3 a 9,2 cm e contendo de 1 a 11 sementes. O eixo embrionário encontra-se inserido nos cotilédones, sendo axial e invaginado. A germinação da semente é do tipo epígea. A plântula apresenta protófilos compostos de seis a nove pares de folíolos pequenos opostos e glabros.

Aksiaalivuosähkömoottorin valurungon väsymistarkastelu

Työssä tutkitaan kohdeyrityksen suunnitteleman aksiaalivuosähkömoottorin alumiinisen valurungon väsymiskestävyyttä tyypillisessä käyttökohteessa, huomioiden sähkömagnetiikan aiheuttamat kuormitukset. Saatujen tulosten avulla halutaan optimoida valurungon rakennetta ja määrittää rungolle kestoikäarvio.

Design Aspects of Megawatt-Range Direct-Driven Permanent MagnetWind Generators

Direct-driven permanent magnet synchronous generator is one of the most promising topologies for megawatt-range wind power applications. The rotational speed of the direct-driven generator is very low compared with the traditional electrical machines. The low rotational speed requires high torque to produce megawatt-range power. The special features of the direct-driven generators caused by the low speed and high torque are discussed in this doctoral thesis. Low speed and high torque set high demands on the torque quality. The cogging torque and the load torque ripple must be as low as possible to prevent mechanical failures. In this doctoral thesis, various methods to improve the torque quality are compared with each other. The rotor surface shaping, magnet skew, magnet shaping, and the asymmetrical placement of magnets and stator slots are studied not only by means of torque quality, but also the effects on the electromagnetic performance and manufacturability of the machine are discussed. The heat transfer of the direct-driven generator must be designed to handle the copper losses of the stator winding carrying high current density and to keep the temperature of the magnets low enough. The cooling system of the direct-driven generator applying the doubly radial air cooling with numerous radial cooling ducts was modeled with a lumped-parameter-based thermal network. The performance of the cooling system was discussed during the steady and transient states. The effect of the number and width of radial cooling ducts was explored. The large number of radial cooling ducts drastically increases the impact of the stack end area effects, because the stator stack consists of numerous substacks. The effects of the radial cooling ducts on the effective axial length of the machine were studied by analyzing the crosssection of the machine in the axial direction. The method to compensate the magnet end area leakage was considered. The effect of the cooling ducts and the stack end area effects on the no-load voltages and inductances of the machine were explored by using numerical analysis tools based on the three-dimensional finite element method. The electrical efficiency of the permanent magnet machine with different control methods was estimated analytically over the whole speed and torque range. The electrical efficiencies achieved with the most common control methods were compared with each other. The stator voltage increase caused by the armature reaction was analyzed. The effect of inductance saturation as a function of load current was implemented to the analytical efficiency calculation.

Aspectos morfoanatômicos e fisiológicos de sementes e plântulas de Amburana cearensis (Fr. All.) A.C. Smith (Leguminosae - Papilionoideae)

Os objetivos deste trabalho consistiram em descrever e ilustrar os aspectos morfoanatômicos de sementes e plântulas de Amburana cearensis, relacionando o desenvolvimento dos tecidos às fases de germinação das sementes, para verificar as mudanças que ocorreram durante esse processo. Os ensaios foram conduzidos no Laboratório de Estudos em Meio Ambiente da Universidade Católica de Salvador (LEMA/UCSal). O delineamento experimental utilizado foi o inteiramente casualizado com quatro repetições de 25 sementes por tratamento. A curva de embebição foi elaborada com base no peso fresco das sementes durante o processo de embebição, em períodos variando entre 0 e 318 h. Para análise morfológica das sementes e plântulas, ambas foram observadas a olho nu e ao microscópio estereoscópico, a fim de confeccionar a prancha. As secções anatômicas foram feitas com o auxílio do micrótomo rotativo, utilizando-se para tal as sementes durante as fases da germinação. Quanto à análise morfológica, as sementes são esternospermáticas e o embrião axial, sendo a germinação do tipo epígea e fanerocotiledonar. Quanto aos aspectos anatômicos, pôde-se verificar que as sementes de A. cearensis são bitegumentadas e exotestais e apresentam os cotilédones como principal tecido de reserva. O tegumento é composto por um estrato de macroesclereídes e por estratos de osteoesclereídes e possui compostos fenólicos, o que confere às sementes certo grau de dormência por impermeabilidade do tegumento, dificultando, assim, a absorção de água.

Avaliação dos efeitos de pré-tratamentos da madeira de Eucalyptus benthamii Maiden & Cambage no grau de compatibilidade com cimento Portland

O objetivo deste trabalho foi avaliar o efeito de cinco diferentes tipos de pré-tratamento na compatibilidade entre a madeira do Eucalyptus benthamii e o cimento Portland. A madeira foi pré-tratada com água fria, água quente, hidróxido de sódio, cloreto de cálcio ou hidróxido de cálcio. O grau de compatibilidade foi determinado através do estudo do calor de hidratação nas primeiras 24 h e pela resistência à compressão axial após 28 dias dos compósitos formados por cimento e pó de madeira na relação de peso de 13,3:1. A resistência à compressão axial após 28 dias também foi avaliada em compósitos formados com cimento e partículas de madeira na relação 2,75:1. Os resultados dos testes feitos com a madeira em pó indicaram que a adição de 3% de cloreto de cálcio é o tratamento mais eficiente para reduzir a capacidade de inibição da espécie, enquanto o tratamento do pó da madeira com hidróxido de cálcio afetou negativamente a compatibilidade. Entretanto, a combinação do aditivo cloreto de cálcio com partículas carbonatadas, pelo tratamento com hidróxido de cálcio, foi o que apresentou a maior resistência à compressão axial nos compósitos feitos na relação cimento:madeira de 2,75:1. A madeira de Eucalyptus benthamii apresentou potencial para a fabricação de painéis madeira-cimento. O uso da metodologia de carbonatação das partículas em solução de hidróxido de cálcio também é viável como pré-tratamento, independentemente dos resultados apontados pelos métodos tradicionais de medição do grau de compatibilidade.

PYRENE MORPHOLOGY OF THREE SPECIES OF Byrsonima Rich. ex Kunth (Malpighiaceae)1

ABSTRACT The species of the genus Byrsonima Rich. ex Kunth are of great medicinal and economic importance, but they are still poorly studied with respect to their propagules. This study describes, illustrates and comparse morphological aspects of the pyrenes of Byrsonima crassifolia (L.) Kunth, Byrsonima verbascifolia (L.) DC. and Byrsonima coccolobifolia Kunth occurring in areas of savannah of Boa Vista, Roraima. The pyrenes are globoid, obovoid to ovoid, with endocarp dark brown in color, with a corrugated and reticulate surface and corneous consistency. They possess distinctly septate locules with or without seeds, the outer wall of which are dark brown in color with corneous consistency and thin black inner walls also with corneous consistency. The number of locules and seeds per pyrene among the species varies. The seeds are exalbuminous, globoid, obovoid to ovoid, with a thin, smooth integument and are light-brown in color. They have radicular lobes and hypostasis. The embryo is continuous and axial with cylindrical spirally rolled cotyledons. The diameter of pyrenes of Byrsonima crassifolia is greater than in the other two species. The pyrenes of B. coccolobifolia are longer and heavier, while those of B. verbascifolia are lighter and the seeds have greater lengths, widths and thickness compared to the other two species studied. The three species have similar morphologies, differing in the size and weight of pyrenes and seeds.

Perdas na colheita mecanizada de soja no estado de Minas Gerais

O presente trabalho teve por objetivo avaliar as perdas na colheita de soja em função da idade, velocidade de trabalho, sistema de trilha (axial e radial) e condição de propriedade das colhedoras (própria ou alugada), nas regiões do Triângulo Mineiro e Alto Paranaíba - MG, durante a colheita de soja da safra 2002-2003. A velocidade de trabalho das colhedoras e a rotação do cilindro de trilha também foram estudadas, à exceção de quando avaliadas como variável-função. Os resultados obtidos permitiram concluir que as perdas de grãos independem da velocidade das colhedoras e que as colhedoras com até cinco anos, independentemente da sua taxa de utilização anual, tiveram menores perdas do que as colhedoras com mais de seis anos. As colhedoras próprias apresentaram menores perdas comparadas com as alugadas, e as máquinas com sistema de trilha axial apresentaram menores perdas do que aquelas com sistema de trilha radial.

Força requerida para o desprendimento de frutos de tomate industrial em diferentes estádios de maturação

A colheita do tomate destinado ao processamento, atualmente, é feita com colhedoras automotrizes; para isso, são necessários estudos que viabilizem a melhoria destas colhedoras, reduzindo assim perdas no campo. Este trabalho teve como objetivo quantificar a força necessária para o desprendimento do fruto de tomate de seu pedúnculo em diferentes estágios de maturação. O experimento foi realizado na Fazenda Madeira, no Município de Gameleira de Goiás-GO, e no Laboratório de Engenharia Agrícola da Universidade Estadual de Goiás. Nas condições de campo, os frutos foram retirados avaliando-se a força de tração no sentido axial do pedúnculo ao fruto e, em laboratório, nos sentidos axial e transversal. O trabalho foi realizado no delineamento experimental inteiramente casualizado, com fator único, com dez repetições. Os tratamentos foram os estádios de maturação, considerando tomates verdes, tomates pintados e tomates maduros. Os resultados foram submetidos à análise de variância, aplicando-se o teste de F e, quando significativo, o teste de Tukey, a 5% de probabilidade. A força axial média requerida para os desprendimentos foi de 14,69 N, com maior valor para os frutos maduros. Para o esforço transversal, os valores médios foram 0,98; 1,37 e 1,86 N para os frutos verdes, pintados e maduros, respectivamente.

Volumetria hepática computadorizada como método de avaliação e acompanhamento da regeneração hepática após hepatectomia parcial em suínos

OBJETIVO: O estudo analisou a volumetria hepática por tomografia axial computadorizada, através de um programa informatizado semi-automático de aquisição e processamento de imagens digitalizadas, como parâmetro de acompanhamento da regeneração hepática em suínos, após hepatectomia parcial. MÉTODO: Doze suínos fêmeas, da raça Landrace, jovens, foram distribuídos em 3 grupos, conforme tempo de observação após o procedimento cirúrgico: 5(G5), 10(10) ou 15(G15) dias. Todos foram submetidos à hepatectomia parcial e, posteriormente, após acompanhamento, sacrificados, procedendo-se a retirada do fígado regenerado. A peça da hepatectomia e o fígado regenerado foram pesados e submetidos à realização da tomografia e aferição do volume através do software HEPATO®. Para análise estatística foram utilizados os testes não-paramétricos de Kruskal-Wallis e Wilcoxon. Valores de p<0,05 indicaram significância estatística. RESULTADOS: O peso do fígado regenerado foi de: G5=434,5g, G10=449,25g e G15=486,5 g), p=0,592. A regeneração hepática a partir do peso do fígado foi de 83,58% (G5), 94,95% (G10) e 101,63% (G15), p=0,197. O volume do fígado regenerado foi de 403,58 cm² (G5), 450,88 cm² (G10) e 458,93 cm² (G15), p=0,941. A regeneração hepática a partir do volume do fígado foi de 74,25% (G5), 88% (G10) e 100% (G15), p=0,326. Não houve diferença estatística significativa entre os parâmetros. CONCLUSÃO: A avaliação volumétrica por tomografia computadorizada, utilizando um programa informatizado semi-automático de aquisição e processamento de imagens digitalizadas, é método fidedigno para avaliação e acompanhamento da regeneração hepática em suínos, após hepatectomia parcial.