7. Modelos de VRI Propostos
7.3 Testes em Bancada com o Protótipo 1 de VRI Proposto
Os testes com o Protótipo 1 de VRI proposto se deram com o mesmo acionando o atuador da bancada de testes mostrada na seção 7.2. Os resultados são comparados aos obtidos por simulação numérica realizada no LMS Imagine.Lab AMESim. Para tanto, primeiramente é apresentado o modelo utilizado, bem como indicadas as suas partes, na figura 7.10. A descrição das partes, por sua vez, é delineada na tabela 7.3.
A figura 7.11 mostra a velocidade experimental e velocidade simu- lada para o Protótipo 1 de VRI proposto trabalhando com dois dutos de inertância, onde se verifica boa concordância entre os dados47. A veloci-
47 A pequena divergência entre as curvas de simulação e experimental, em baixas frequên- cias de acionamento do rotor, pode ser atribuída à força de atrito no cilindro implementada na modelagem em LMS Amesim, que não reflete o mapa de atrito do mesmo percebido na prática.
dade experimental foi obtida através da derivação do sinal de posição dos testes em bancada.
Assim sendo, a vazão estimada na saída da VRI em função da velo- cidade (frequência rotacional) do motor, a partir da velocidade teórica (de simulação) do cilindro, pode ser visualizada na figura 7.12.
O que se nota, de fato, é a estreita faixa de operação de vazão dessa VRI, com valores variando de 4 Lpm até quase 9 Lpm. Isso se deve, prin- cipalmente, por dois motivos: vazamento interno (ver item 08 da tabela 7.3), que induz uma vazão mínima maior que a desejável, e restrição na saída da VRI, oriunda do emprego de um orifício e uma tubulação de pequenos diâmetros internos (ver itens 11 e 12 da tabela 7.3), que faz com que a vazão máxima seja diminuída.
Figura 7.10 – Modelo do Protótipo 1 de VRI proposto acionando um cilindro hidráulico no LMS Imagine.Lab AMESim.
01 02 06 07 09 08 10 14 13 15 16 03 04 05 17 18 12 11 19 20 Legenda: Vide tabela 7.3
Tabela 7.3 – Parâmetros dos componentes do sistema hidráulico empre- gados no modelo.
Código Descrição
01 Propriedades do fluido:
β = 14 x 108 Pa, ρ = 873 kg/m3, µ = 27 x 10-3 Pa.s 02 Pressão de suprimento: 47 bar
03 Velocidade do motor em tensão: 5 V até 1,5 V 04 Ganho tensão/frequência: 8,4
05 Função de área de abertura dos orifícios variáveis
06 Tubo de inertância do lado A: 7 mm de diâmetro, 0,6 m de comprimento 07 Tubo de inertância do lado B: 7 mm de diâmetro, 0,6 m de comprimento 08 Orifício de vazamento interno equivalente: 0,8 mm de diâmetro, Cd = 0,7
09 Orifício de área variável do lado A: 2,5 mm de diâmetro48 10 Orifício de área variável do lado B: 2,5 mm de diâmetro 11 Tubulação de saída de fluido da VRI: 3,5 mm de diâmetro 12 Orifício de restrição na saída da VRI: 3,0 mm de diâmetro
13 Mangueira de conexão à porta A do cilindro: 1,7 m de comprimento, 11 mm de diâmetro
14 Mangueira de conexão à porta B do cilindro: 2,7 m de comprimento, 11 mm de diâmetro
15 Cilindro hidráulico assimétrico de dupla ação: diâmetro do êmbolo de 63 mm, diâmetro da haste de 45 mm, curso de 400 mm, força estática de 392 N, coeficiente de atrito viscoso de 488 N, 270º de inclinação, massa de 108,5 kg49 ou 16 kg
16 Transdutor de velocidade do cilindro 17 Transdutor de pressão na saída da VRI 18 Transdutor de vazão na saída da VRI 19 Válvula manual para retorno do cilindro 20 Pressão de tanque: 0 bar
Essa faixa de operação poderia ser ampliada, dentre outras manei- ras, com a diminuição do vazamento interno e/ou aumento do diâmetro da restrição de saída de fluido da VRI, como exibido na figura 7.13. Ainda, com o incremento do número de tubos de inertância, mantendo-se uma baixa restrição na saída e pequeno vazamento interno, poder-se-ia au- mentar consideravelmente a vazão à jusante da VRI, como ilustra a figura 7.14.
48 Note que os orifícios de área variável do modelo no LMS Imagine.Lab AMESim, deno- tados na figura 7.10 pelos números 09 e 10, exprimem o efeito dos oito orifícios radiais do rotor da VRI sobre cada tubo de inertância.
49 A massa total de 108,5 kg provém da soma da massa dos cinco blocos de aço (92,5 kg) com a massa da haste e do fluido no interior do cilindro (16 kg).
Figura 7.11 – Velocidade experimental x velocidade de simulação do cilindro hidráulico acionado pelo Protótipo 1 de VRI proposto.
Figura 7.12 – Vazão estimada por simulação na saída do Protótipo 1 de VRI proposto frente aos resultados experimentais.
Uma vez que esses parâmetros não puderam ser modificados após a fabricação desta primeira VRI, uma segunda VRI foi proposta a fim de se
Tempo [s]
corrigirem esses problemas agora conhecidos50. Ademais, outros parâme- tros foram dimensionados de modo a se obter uma melhor resposta para a VRI.
Figura 7.13 – Simulação de vazões à jusante da VRI para 2 tubos de inertância com vazamento interno e/ou restrição na saída reduzidos (faixa
de frequência rotacional do motor: 17 Hz até 34 Hz).
Diante disso, a próxima seção traz uma discussão sobre os parâme- tros que afetam o desempenho da VRI antes que se apresente o segundo
50 Tendo em vista que o Protótipo 1 de VRI proposto serviria para a adequação e validação da modelagem realizada no LMS Imagine.Lab AMESim, esses parâmetros não foram previamente levados em consideração no projeto da VRI.
Tempo [s] Vazamento interno reduzido = orifício de vazamento interno equivalente com 0,1 mm de diâmetro;
Restrição de saída reduzida = orifício de restrição e tubulação de saída de fluido da VRI com 7 mm de diâmetro.
modelo proposto, de modo a dar suporte ao entendimento deste novo pro- jeto.
Figura 7.14 – Simulação de vazão à jusante da VRI para emprego de 4 tubos inerciais com vazamento interno e restrição de saída reduzidos
(faixa de frequência rotacional do motor: 17 Hz até 34 Hz).