Estudo teórico-experimental de um posicionador utilizando hidráulica digital de chaveamento rápido: estudo de caso em bancada de ensaios para turbinas eólicas

Abstract

Os sistemas hidráulicos vêm evoluindo tecnologicamente em função da integração com dispositivos eletro-eletrônicos e melhoria nos processos de fabricação. Porém, ainda são controlados normalmente pela abertura e fechamento de orifícios de passagem de fluido tornando-os extremamente dissipativos e, portanto, com baixa eficiência. Com a crescente conscientização na obtenção de sistemas que tenham um gasto energético otimizado, a hidráulica digital surge como uma alternativa mais eficiente aos sistemas hidráulicos convencionais. Motivado pela obtenção de novas concepções de posicionadores hidráulicos, o presente trabalho estuda a aplicação de um sistema hidráulico digital de chaveamento rápido do tipo step-down em um sistema de controle de posição aplicado a uma bancada de ensaios para turbinas eólicas. A partir do modelo em regime permanente apresentado neste trabalho, foi possível a realização do dimensionamento do sistema, tubo de inertância e frequência de chaveamento da válvula. Os dados obtidos foram utilizados no modelo a em regime transiente de controle de posição com o intuito de verificar as características comportamentais do sistema. Para a validação do modelo em regime transiente, experimentos foram realizados na Bancada de Controle de Ângulo de Passo existente no Laboratório de Sistemas Hidráulicos e Pneumáticos da Universidade Federal de Santa Catarina. Com as conclusões deste trabalho, têm-se os principais elementos para a correta seleção das dimensões do tubo de inertância e frequência de chaveamento da válvula juntamente com as principais vantagens e desvantagens na utilização de um sistema de posicionamento hidráulico digital em comparação aos sistemas hidráulicos convencionais.<br>

Abstract : In recent years there has been a considerable development in hydraulic systems technology. The technological improvement has been a function of the integration of electronic devices and improvement of the manufacturing processes. However, the hydraulic systems are still normally controlled by the opening and closing the fluid passages making them extremely dissipative and, therefore, with low efficiency. With the increasing awareness to obtain systems which have optimized energy consumption, the digital hydraulics emerges as a more efficient alternative to conventional hydraulic systems. Aiming to achieve new designs of hydraulic positioning systems, this master?s thesis studies the application of a digital hydraulic system in position control applied in a test bench for wind turbines. From the steady state model presented in this master?s thesis, the optimization of the inertance tube and valve switching frequency was possible. The data obtained were used in the transient model of the pitch angle control system in order to check the behavioral characteristics of the system. To validate the dynamic model, experiments were carried out in the Pitch Angle Control Bench that is located in the Laboratory of Pneumatic and Hydraulic Systems of the Federal University of Santa Catarina. The results of this study address the key elements for the correct selection of the inertance tube dimensions and valve switching frequency and also the main advantages and disad-vantages of using a digital hydraulic system compared to a conventional hydraulic system.