Aprimoramento e caracterização do comportamento operacional de uma válvula rotativa inercial

Abstract

Nos últimos anos, as inovações em sistemas de controle hidráulicos têm recaído, principalmente, em melhorias realizadas sobre conceitos de válvulas consolidadas no mercado há décadas. Tais esforços advêm, em maior parte, de aperfeiçoamentos no projeto mecânico, nos algoritmos de controle e na incorporação de eletrônica digital e de dispositivos eletromecânicos. Por sua vez, a presente tese trata da investigação do controle contínuo de vazão em circuitos hidráulicos empregando um novo conceito, o qual explora os efeitos de reatância do sistema, onde não há fecha-mento e abertura estática de orifícios como realizado tradicionalmente. Para isto, uma válvula de controle contínuo, preliminarmente chamada VRI (válvula rotativa inercial), é empregada como referência para o estudo. Neste panorama, os estudos realizados na tese incidem sobre os assuntos relacionados à fluidodinâmica computacional (CFD). Por conseguinte, com a utilização da ferramenta ANSYS CFX, obtém-se modelos apurados do escoamento do fluido no interior da VRI. Ainda, o software LMS Imagine.Lab AMESim é empregado no aprimoramento do projeto dessa válvula assim como na simulação do seu comportamento em posicionadores hidráulicos. De tal modo, pretende-se mostrar que o princípio no qual o conceito de válvula deste trabalho está fundamentado, o efeito inercial do fluido, se destaca como uma alternativa inovadora no campo de sistemas de controle hidráulicos. Enfim, as conclusões deste estudo permitem visualizar a aplicabilidade deste modo de controle de vazão em alguns circuitos hidráulicos bem como vislumbrar novos conceitos com princípios de funcionamento similares.

In recent years, the hydraulic control systems innovations have been relapsing mainly in improvements accomplished on concept of valves commercially consolidated. In larger part, such efforts come from enhancements in the mechanical design, in the control algorithms and in the digital electronics and electromechanical devices incorporation. In turn, this thesis proposal deals with the investigation of the continuous flow control in hydraulic circuits through a new concept that explores the reactance effects of the system. For that, a valve called preliminarily IRV (Inertial Rotary Valve) was used as a reference for the study. Differently from conventional solutions, there is no static opening and closing of control orifices in this continuous control valve. As a result, this research focuses on issues related to computational fluid dynamics (CFD). In particular, the employment of ANSYS CFX tool enables the achievement of accurated models of the fluid flow within the valve. Moreover, the LMS Imagine.Lab AMESim software is used to optimize the design of IRV as well as to simulate its behavior in hydraulic positioner systems. In this context, one intends to show that the principle, on which the valve concept of this work is based on (the inertial effect of the fluid), stands out as an innovative way in the hydraulic control systems field. Finally, the conclusions of this study allow to verify the applicability of this flow control approach in some hydraulic circuits as well as envisioning new concepts with similar operation principles.