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Document type: Dissertação
Access type: Acesso Aberto
Title: Projeto e identificação experimental de um protótipo de calibrador de pressão estática e dinâmica
Alternate title (s): Design and experimental identification of a static and dynamic pressure calibration device
Author: Castro, Romulo Pereira de
First Advisor: Lepore Neto, Francisco Paulo
First member of the Committee: Miranda, Ricardo Fortes de
Second member of the Committee: Lopes Junior, Vicente
Summary: A metodologia de projeto e a análise experimental do comportamento dinâmico de um sistema de calibração de pressão são apresentados. A estrutura do calibrador é um vaso de pressão vertical composto de uma estrutura tubular rígida, completamente cheio de líquido, fechado nas extremidades por duas membranas circulares flexíveis. A membrana inferior é usada para gerar pressões estática ou dinâmica no fluido interno, através de excitações aplicadas no seu centro. A membrana superior age como um sensor de pressão de referência, cuja saída é o movimento de seu centro. O transdutor de pressão a ser calibrado é instalado ao lado da membrana superior. O método dos elementos finitos é usado para modelar a estrutura elástica e o domínio do fluido interno. O comportamento do fluido interno é modelado pelas equações de propagação de ondas acústicas que são usadas para resolver o problema de campos acoplados. A interação fluido-estrutura ocorre na interface comum aos dois domínios, de modo que uma pressão acústica exerce uma força aplicada na estrutura e os movimentos da estrutura induzem movimentos no domínio do fluido. A análise modal do modelo é realizada e as respostas em frequência do deslocamento no centro da membrana superior e da pressão na face do transdutor a ser calibrado, são calculadas para uma excitação harmônica aplicada no centro da membrana inferior. Ensaios experimentais são realizados com o protótipo para uma força de excitação impulsiva. A velocidade do centro da membrana superior é medida com um vibrômetro laser, uma célula de carga piezo-elétrica mede a força de excitação e um transdutor piezoresistivo mede a pressão. Os resultados obtidos são usados para validar o comportamento estático e dinâmico do modelo computacional. A influência dos parâmetros geométricos do calibrador sobre a sensibilidade estática e sobre a banda de freqüências de operação e sobre a pressão máxima admissível é também analisada.
Abstract: The design methodology and the experimental identification of the dynamic behavior of a pressure calibration system are developed. The calibration device body is a vertical pressure vessel, completely filled with liquid, composed by a rigid tubular structure closed at its both ends by two flexible circular membranes. The lower membrane is used to generate the internal static or dynamic pressure, by applying an external excitation force at its center. The upper membrane acts as a reference pressure sensor, which output is the motion of its center. The pressure transducer to be calibrated is installed close to the upper membrane. The finite element method is used to model the elastic structure and the fluid domain. An acoustic wave formulation model is used to solve the coupled field problem. The fluid-structure interaction occurs at the common interface, in a way that the fluid acoustic pressure exerts a force applied to the structure and the structural motions produce an effective loading at the fluid domain. Modal analysis is performed and frequency responses of the displacement at the center of the upper membrane and the pressure at the face of the transducer to be calibrated are calculated for an harmonic excitation applied at the center of the lower membrane. Tests are conducted on an experimental device using an impulsive excitation force. The velocity at the center of the upper membrane is measured by a laser vibrometer, a piezoelectric load cell measures the excitation force, and a piezoresistive transducer measures the pressure. The obtained results are used to validate the static and the dynamic behavior of the computational model. The influence of the device geometric parameters on its static sensitivity, on the operational frequency band, and on the maximum allowed pressure, are also analysed.
Keywords: Pressão dinâmica
Interação fluido-estrutura
Vibro acústica
Dynamic pressure
Fluid-structure interaction
Acoustic wave
Vibração
Oscilações
Calibração
Planejamento experimental
Area (s) of CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA
Language: por
Country: BR
Publisher: Universidade Federal de Uberlândia
Institution Acronym: UFU
Department: Engenharias
Program: Programa de Pós-graduação em Engenharia Mecânica
Quote: CASTRO, Romulo Pereira de. Design and experimental identification of a static and dynamic pressure calibration device. 2005. 154 f. Dissertação (Mestrado em Engenharias) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2005.
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/14817
Date of defense: 27-Jul-2005
Appears in Collections:DISSERTAÇÃO - Engenharia Mecânica

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