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Fundação de Apoio à Tecnologia e Ciência, FATEC, Brasil The arc flash is an event of stochastic behavior caused by the rupture of the dielectric strength between two or more conductors, from conditions that favor its appearance. Its high destructive potential and the resulting incident energy generates a high electrical risks to equipments and workers. Given the severity of this event, since 1980, there has been an increase in research and laboratory tests in the subject, which focused on a better understanding of the phenomenon and which allowed the creation of mathematical models for the estimation of incident energy, which enabled the arising of more effective safety measure against these events. Also, standards related to the subject were created, such as IEEE Std 1584-2018 and NFPA 70E, at the international ambit, and national standards, such as NR-6, NR-10 and ABNT NBR 16384:2020, with a more supperficial approach. Despite this, due to the great technical complexity and associated implementation costs, there are still few high-current laboratories in the world that carry out technical research related to electric arcs. Considering the different situations that can culminate in an arc f lash, there are still points that need to be clarified and that are not directly addressed in the current regulations, such as weather conditions (for example: humidity), besides more diversified configurations and gaps between electrodes. Thus, a laboratory with a structure to generate high short-circuit currents for arc flash tests was built at the Institute of Intelligent Networks (INRI) of UFSM, in a partnership with CPFL Energy group. The structure of the laboratory makes possible to establish the arc flash and control its extinction for times up to two seconds, and among its equipments, stands out a threephase transformer of 5 MVA and three single-phase reactors capable of controlling the levels of short-circuit currents, furthermore an incident energy measurement system that involves calorimeters with copper discs and a high-speed thermographic camera to record the temperature increase in the calorimeters. The results found certify that the laboratory succed to perform safely arc flash tests through the adopted laboratory’s procedures, and that the implemented measurement system can reliably estimate the incident energy, in order that on the horizon it will be possible to explore issues that are not addressed in the main current normative references. O arco elétrico é um evento de comportamento estocástico ocasionado pela ruptura da rigidez dielétrica entre dois ou mais condutores, a partir de condições que favoreçam o seu surgimento. O seu alto potencial destrutivo e a energia incidente decorrente geram elevados riscos elétricos a equipamentos e trabalhadores. Dada a gravidade deste evento, desde 1980, houve um aumento de pesquisas e ensaios laboratoriais no tema, que incidiram em uma melhor compreensão do fenômeno e que permitiram que fossem criados modelos matemáticos para a estimação da energia incidente, que possibilitaram o surgimento de medidas de segurança mais efetivos contra esses eventos. Ademais, foram criadas normas relacionadas ao assunto, como a IEEE Std 1584-2018 e a NFPA 70E, no âmbito internacional, além de uma abordagem superficial em normas nacionais, como as NR-6, NR-10 e a ABNT NBR 16384:2020. Apesar disso, devido à grande complexidade técnica e custos de implementação associados, ainda há poucos laboratórios de altas correntes no mundo que realizam pesquisas técnicas relacionadas aos arcos elétricos. Considerando as diversas situações que podem culminar em um arco elétrico, ainda há pontos a serem esclarecidos que não são diretamente abordados nas normas vigentes, como condições ambientais (por exemplo: umidade), além de configurações e espaçamentos entre eletrodos mais diversif icadas. Assim, foi construído no Instituto de Redes Inteligentes (INRI) da UFSM, em parceria com o grupo CPFL Energia, um laboratório com estrutura para gerar elevadas correntes de curto-circuito para ensaios de arcos elétricos. A estrutura do laboratório permite estabelecer o arco elétrico e controlar a sua extinção para tempos de até dois segundos, e dentre seus equipamentos, destacam-se um transformador trifásico de 5 MVA e três reatores monofásicos capazes de controlar os níveis das correntes de curto-circuito, além de um sistema de medição de energia incidente que envolve calorímetros com discos de cobre e uma câmera termográfica de alta velocidade para o registro de aumento de temperatura nos calorímetros. Os resultados encontrados certificam que o laboratório possui a capacidade de realizar ensaios de arcos elétricos de maneira segura através dos procedimentos laboratoriais adotados, e que o sistema de medição implementado consegue estimar a energia incidente de maneira confiável, para que no horizonte seja possível explorar questões que não são abordadas nas principais referências normativas atuais.

CPFL Energia Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES Conselho Nacional de Pesquisa e Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPq Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado do Rio Grande do Sul - FAPERGS Electric arcs are phenomena that occur when the ionization of the air is sufficient to allow the flow of electric current, which can occur due to the separation of energized contacts, such as during the opening of switching devices, or due to a short circuit between two or more conductors separated by a certain distance, which can be caused by poor contact, insulation failure or human error during maintenance of energized equipment. Therefore, the electric arc is one of the most dangerous risks involving activities related to electricity, as it is capable of releasing enormous amounts of energy, almost instantaneously, without any reaction time for anyone nearby. From this, efforts are dedicated to the study of the incident energy (IE) generated by the electric arc, which, in addition to severely damaging the equipment, is responsible for causing burns, putting the lives of workers at risk. However, most studies in the literature are carried out through practical experiments, which have high costs and require long preparation periods. Thus, this dissertation presents a methodology of numerical simulations of electric arcs, using finite element/volume methods, aiming at the study of the EI produced by them. For this, a review is carried out on the main characteristics of electric arcs, the mathematical modeling using the Magnetohydrodynamics Theory and the IE calculation methodology of the IEEE Std 1584/2018 guide, which is widely disseminated and applied for this type of study. From this, the simulation steps are described in detail using the ANSYS Fluent® and ANSYS Electronics Desktop® software, the preparation of the geometries and the EI calculation method based on the simulation data. Finally, different cases are simulated, the results obtained are compared with the results of the IEEE Std 1584/2018 guide which, although they do not present the same final results, allowed to ratify the simulations and corroborate the main characteristics of IE. Therefore, the proposed methodology proved to be satisfactory and opens possibilities for several studies through the variation of several parameters, contributing with agility and cost reduction in the accomplishment of this type of study. Arcos elétricos são fenômenos que ocorrem quando a ionização do ar é suficiente para permitir que haja passagem de corrente elétrica, a qual pode ocorrer devido à separação de contatos energizados como durante a abertura de dispositivos de manobra, ou decorrente de um curto-circuito entre dois ou mais condutores separados por uma determinada distância, que pode ser provocado por mal contato, falha de isolamento ou falha humana durante manutenção de equipamentos energizados. Logo, o arco elétrico é um dos riscos mais perigosos envolvendo atividades relacionadas à eletricidade, pois é capaz de liberar enormes quantidades de energia, praticamente de forma instantânea, sem que haja qualquer tempo de reação para quem estiver próximo. A partir disso, esforços são dedicados ao estudo da energia incidente (EI) gerada pelo arco elétrico, a qual, além de prejudicar os equipamentos severamente, é responsável por ocasionar queimaduras, colocando em risco a vida dos trabalhadores. No entanto, a maioria dos estudos presentes na literatura são realizados através de experimentos práticos, os quais possuem elevados custos e demandam longos períodos de preparação. Nesse sentido, esta dissertação apresenta uma metodologia de simulações numéricas de arcos elétricos, empregando métodos de elementos/volumes finitos, visando o estudo da EI produzida pelos mesmos. Para isso, é realizada uma revisão acerca das principais características dos arcos elétricos, a modelagem matemática empregando a Teoria Magnetohidrodinâmica e a metodologia de cálculo de EI do guia IEEE Std 1584/2018, a qual é amplamente difundida e aplicada para esse tipo de estudo. A partir disso, são descritas, em detalhes, as etapas da simulação empregando os softwares ANSYS Fluent® e ANSYS Electronics Desktop®, a preparação das geometrias e o método de cálculo de EI a partir dos dados de simulação. Por fim, são simulados diferentes casos cujos resultados obtidos são comparados com os resultados do guia IEEE Std 1584/2018 que, embora não apresentem resultados finais iguais, permitiram ratificar as simulações e corroborar as principais características de EI. Logo, a metodologia proposta mostrouse satisfatória e abre possibilidades para vários estudos através da variação de diversos parâmetros, contribuindo com agilidade e redução de custos na realização desse tipo de estudo.

Orientadores: Maria Cristina Dias Tavares, Fabiano Gustavo Silveira Magrin Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação Resumo: Este trabalho apresenta o comportamento das grandezas elétricas envolvidas na manobra de religamento monopolar em linhas de meio comprimento de onda (MCO) e são propostas duas soluções para a execução com sucesso desta manobra. Portanto, o objetivo principal deste trabalho é avaliar e propor soluções para que esta manobra seja executada com sucesso em linhas MCO. Inicialmente foram realizados testes utilizando duas linhas convencionais, uma linha curta e outra longa, para apresentar o comportamento das grandezas elétricas relacionadas com manobra monopolar e os critérios utilizados em estudos pré-operacionais para definir se a manobra seria executada com sucesso. Em seguida, foram realizados testes utilizando uma linha de transmissão de meio comprimento de onda, com um comprimento de 2600 km. Foi analisado o comportamento das grandezas elétricas durante a manobra monopolar, posteriormente foram apresentadas duas soluções para que o religamento seja executado com sucesso. A primeira solução propõe a inserção de um esquema de aterramento nos neutros dos transformadores da linha MCO através de uma Bobina de Petersen e, a outra solução, necessita de um disjuntor nos neutros dos transformadores para que eles sejam isolados durante a manobra. Os testes foram realizados no Simulador Digital em Tempo Real (RTDS). As faltas monofásicas transitórias foram simuladas utilizando o modelo de arco do próprio RTDS. Já para faltas permanentes, utilizou-se uma resistência de 1 ?. Os resultados mostram que o comportamento das grandezas elétricas relacionadas com a manobra de religamento monopolar em linhas de meio comprimento de onda são muito diferentes das obtidas para as linhas convencionais e, de acordo com os critérios utilizados para linha convencionais, a manobra não seria executada com sucesso. Esses valores aproximam-se dos valores de linhas convencionais quando as técnicas de mitigação propostas neste trabalho são implementadas. O arco secundário teria uma alta probabilidade de auto extinguir durante o tempo morto regular, permitindo o uso do religamento monopolar em linhas MCO Abstract: This work presents the behavior of the electric quantities involved in the single-phase reclosing switching in half-wavelength transmission lines (HWL) and two solutions are proposed for the successful execution of this switching. Therefore, the main objective of this work is to evaluate and propose solutions for the single-phase reclosing switching to be successfully performed in HWL. Initially tests were performed using two conventional lines, a short and a long line, to analyze the behavior of the electrical quantities related to the single-phase reclosing switching in HWL, considering the criteria used in pre-operational studies, to determine if the reclosing will be performed successfully. Then, tests were performed using a half-wavelength transmission line, with a length of 2600 km. The behavior of electrical quantities related to the single-phase reclosing switching was presented, subsequently two solutions were proposed for the reclosing to be executed successfully. The first solution uses the insertion of a grounding scheme in the neutral of the transformers of the HWL through a Petersen coil, and the other solution requires a breaker in the neutral of the transformers that will isolate the neutral during the reclosing. The tests were performed in the Real-Time Digital Simulator (RTDS). To represent the transient single-phase fault it was used the RTDS arc model. The permanent fault was modeled with a resistance of 1 ?. The results show that the behavior of electrical quantities related to the single-phase reclosing maneuver in such very long line is very different when compared to conventional lines and, according to the criteria used for conventional lines, the switching would not be executed successfully. These values approach conventional lines values when the proposed mitigation techniques are implemented. The secondary arc would have a high probability of self extinguishing during the regular dead time, allowing the use in the single-phase reclosing switching in HWL Doutorado Energia Elétrica Doutor em Engenharia Elétrica FAPEAM 002/2015

An electric arc occurs when the air’s ionization is sufficient to allow the passage of electric current and arises from two or more conductors separated by a given spacing subjected to a short-circuit, either by improper contact or insulation failure, or even during the routine operation of electrical equipment, such as in the process of opening and closing maneuvering devices. A series of risks are associated to electric arc, the thermal risk being accepted as the most significant, as accidents documented as caused by this type of phenomenon are predominantly burns. Large amounts of energy are released during the occurrence of an electric arc, the thermal energy being called incident energy. Within the arc flash risk assessment process, the incident energy analysis is employed to predict the incident energy levels generated in a possible arc flash event and, as result of this analysis, it is possible to determine the appropriate protective equipment for the work in that site, whether there is the need to employ incident energy mitigation techniques, and whether the work can actually be carried out in an energized location or whether it will be necessary for the point to be de-energized. In this work, an incident energy analysis is proposed for distribution grids, in which incident energy levels must be estimated, mitigation techniques proposed when necessary, and worker protection measures determined. The employed grids in the case studies are the IEEE 13-Node and IEEE 34-Bus grids, as they have points within the voltage range of the selected incident energy estimation guide, the IEEE Std 1584. Both 2002 and 2018 models are used to obtain a comparison among the results. The ATPDraw software is used to simulate bolted three-phase faults at the points of interest and the clothing and other pertinent protective equipment are chosen from NFPA 70E-2021. The results of the case studies confirm the direct relation between the incident energy and the arc duration, in addition to highlighting the difference among the results obtained using the 2002 and 2018 models as more expressive for scenarios with horizontally oriented conductors and in low voltage systems, mainly due to the arc current variation factor. For medium voltage systems, the spacing range considered in the IEEE Std 1584-2002’s empirical model is different from the IEEE Std 1584-2018 model, forcing the use of the theoretical model, based on the Lee model, which implies in more conservative results. Finally, considering the voltage ranges of both models, there is a limitation regarding their application in distribution systems, as they do not include all voltages used in medium and high voltage grids. A ocorrência de um arco elétrico se dá quando a ionização do ar é suficiente para possibilitar a passagem de corrente elétrica e decorre de dois ou mais condutores separados por um dado espaçamento submetidos a um curto-circuito, seja por contato indevido ou falha de isolamento, ou ainda durante a operação rotineira dos equipamentos elétricos, como no processo de abertura e fechamento dos dispositivos de manobra. Uma série de riscos estão associados ao arco elétrico, sendo o risco térmico aceito como o mais significante, visto que acidentes documentados como causados por esse tipo de fenômeno são predominantemente queimaduras. Grandes quantidades de energia são liberadas durante a ocorrência de um arco elétrico, sendo a energia térmica denominada energia incidente. Dentro do processo de avaliação do risco de arco elétrico, a análise de energia incidente é empregada para prever os níveis de energia incidente gerados em um possível evento de arco elétrico e, como resultado dessa análise, é possível determinar os equipamentos de proteção adequados para o trabalho naquele sítio, se há necessidade de empregar técnicas de mitigação de energia incidente e, ainda, se o trabalho poderá de fato ser realizado em local energizado ou se será necessário que o ponto seja desenergizado. Neste trabalho, uma análise de energia incidente é proposta para redes de distribuição, na qual se deve estimar os níveis de energia incidente, propor técnicas de mitigação quando necessário e determinar medidas de proteção ao trabalhador. As redes empregadas nos estudos de caso são as redes IEEE 13-Node e IEEE 34-Bus, pois contam com sítios dentro do intervalo de tensão do guia de estimativa de energia incidente selecionado, o IEEE Std 1584. Ambos os modelos de 2002 e de 2018 são empregados, a fim de se obter uma comparação entre os resultados. O software ATPDraw é utilizado para simular faltas trifásicas francas nos pontos de interesse e as vestimentas e demais equipamentos de proteção pertinentes são escolhidos a partir da NFPA 70E-2021. Os resultados dos estudos de caso confirmam a relação direta entre a energia incidente e a duração do arco elétrico, além de salientar a diferença entre os resultados obtidos empregando o modelo de 2002 e o de 2018 como mais expressiva para cenários com condutores orientados horizontalmente e em sistemas de baixa tensão, em função principalmente do fator de variação da corrente de arco. Para sistemas de média tensão, o intervalo de espaçamentos considerados no modelo empírico do IEEE Std 1584-2002 é distinto do modelo do IEEE Std 1584-2018, forçando o uso do modelo teórico, baseado no modelo de Lee, o que implica em resultados mais conservadores. Por fim, considerando-se o intervalo de tensão de ambos os modelos, há uma limitação quanto à aplicação deles em sistemas de distribuição, visto que não contemplam todas as tensões empregadas nas redes de média e alta tensão.

Orientador: Maria Cristina Dias Tavares Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação Resumo: Uma opção para mitigar os diversos efeitos prejudiciais que uma falta monofásica, em linhas de transmissão aéreas (LT), pode ocasionar nos sistemas elétricos de potência é a manobra de religamento monopolar. Esse esquema consiste, basicamente, na abertura somente da fase comprometida, no aguardo de um determinado período de tempo previamente definido como suficiente para a eliminação espontânea do arco secundário e na posterior recomposição da fase isolada. Tradicionalmente, a reinserção da fase isolada é realizada sem a garantia de que a mesma encontra-se sã. Recompor a fase aberta ainda sob falta, seja pela não eliminação do arco secundário ou por esta ser do tipo permanente, ou sem tempo suficiente para a adequada reconstituição do meio dielétrico (ar), pode ser uma ameaça aos sistemas elétricos de potência mais severa que o próprio desligamento da linha. No intuito de garantir maior segurança operativa à manobra de religamento monopolar, a presente dissertação dedica-se aos fundamentos conceituais de uma nova metodologia para detecção da extinção do arco secundário, baseada na predição da tensão pós-falta no terminal da LT, em tempo real. Além disso, o método é extensivamente testado por simulações computacionais em regime permanente, no domínio do tempo e com registros oscilográficos reais, obtidos em campo. Os referidos testes comprovaram a eficiência da estratégia proposta para diferenciação das condições sã ou sob falta, de uma determinada fase aberta para a manobra de religamento monopolar, anteriormente à sua reintegração ao sistema Abstract: One option to mitigate the many harmful effects that a line-to-ground fault in overhead transmission line (TL) may cause is the single-phase automatic reclosing (SPAR). This procedure basically consists of opening the compromised phase, waiting a preset time span (dead time) and recomposing the previously isolated phase. In the vast majority of SPAR implementation, the open phase switching is proceeded with no guarantee whether the TL is still faulted or not. Switching the open phase over a fault might be a more severe threat to the system than simply disconnecting the TL in the first place. Hence, in an effort to ensure higher reliability levels to SPAR, the present dissertation offers the fundamental concepts of new methodology to check the soundness of the open phase along dead time, before its reclosing. Moreover, the proposed method is extensively tested through computer simulations in steady-state and in time domain, varying not only the system topology, but its operative condition as well. In addition, experiments were also conducted making use of real field oscilographic records data. The proposed strategy was capable of correctly identifying whether the system was faulted or not in every single performed analysis Mestrado Energia Elétrica Mestre em Engenharia Elétrica

Programa de Pós-Graduação em Instrumentação, Controle e Automação de Processos de Mineração. Departamento de Engenharia de Controle e Automação, Escola de Minas, Universidade Federal de Ouro Preto. A automação, além de contribuir para o aumento de produtividade e competividade da indústria em geral, pode ser utilizada para aumentar a segurança dos trabalhadores. Quando se trata de subestações de energia elétrica, uma importante linha de pesquisa e a de como se reduzir a energia incidente proveniente de um arco elétrico. Reduzir seus efeitos e fator de preocupação e pode ser feito, por exemplo, reduzindo-se o tempo de duração da falha. Este estudo apresenta ˜ uma proposta para redução de energia incidente em cubículos de entrada de uma subestação de uma usina de beneficiamento de minério em Minas Gerais, Brasil. Esta redução e obtida pela diminuição do tempo de transmissão da detecção de arco para a subestação principal utilizando-se uma comunicação baseada na norma IEC 61850. Dispositivos eletrônicos inteligentes foram utilizados associados a uma rede de comunicação em alta velocidade para a transmissão do sinal de proteção, o que reduziu de forma acentuada a energia incidente no conjunto elétrico. Ao final deste trabalho, a energia incidente foi reduzida em mais de 80%, para valores inferiores a 8,0 cal/cm2 , em duas topologias distintas de rede. Automation, in addition to contributing to increased industry productivity, can be used to increase worker safety too. Regarding electrical substations, to reduce arc flash incident energy resulting from short circuits in high-power electrical devices is an important research. Reduce their harmfulness is a major concern what can be achieved with measures such as: adopting remote operation, redirecting blast energy and shortening the fault clearing time. This study presents a proposal to reduce the incident energy in entrance cubicles of a substation of an iron ore processing plant in Minas Gerais, Brazil. This reduction is obtained by decreasing the arc detection transmission time to the main substation using a communication based on the IEC 61850 standard. Intelligent electronic devices were used associated with a high-speed communication network for the transmission of the protection signal, which markedly reduced the energy incident on the electrical system. At the end of this work, the incident energy was reduced by more than 80%, to values below 8.0 cal/cm2 , in two different network topologies.

Orientador: Maria Cristina Dias Tavares Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação Resumo: Este trabalho tem por objetivo apresentar um estudo da modelagem e representação da eliminação de um curto-circuito em sistemas de corrente contínua utilizando programas de cálculo de transitórios eletromagnéticos no domínio do tempo (Electromagnetic Transient Program - EMT), com foco na representação do arco elétrico causado pela abertura dos dispositivos de proteção. O conteúdo abordado pode ser dividido em duas partes. Na primeira parte do trabalho é feita uma revisão bibliográfica sobre o fenômeno do arco elétrico, mostrando suas principais características e comportamento durante a interrupção de correntes de curto-circuito em sistemas CC com tensões de até 3600 V. Nesta parte são apresentados os principais modelos de arco elétrico existentes na literatura, assim como algumas das técnicas comumente utilizadas para estimação de seus parâmetros. Já na segunda parte do trabalho, é implementada a simulação de um teste de curto-circuito realizado em um sistema ferroviário protegido por um disjuntor de corrente contínua de ação rápida, com objetivo de reproduzir um registro real de oscilografia publicado em artigos internacionais. Para esta simulação, foram testados os diferentes modelos de arco elétrico apresentados na primeira parte do trabalho utilizando os parâmetros estimados com as técnicas estudadas na pesquisa. Foi possível verificar a aderência entre as medições e simulações, constatando a assertividade do método de estimação através da técnica de algoritmos genéticos Abstract: The aim of this work is to introduce the modeling and simulation studies of the short-circuit effect in direct current (DC) systems using electromagnetic transient calculation programs in the time domain (named EMT programs). The focus is on the representation of the electric arc effect caused by the opening of protection devices during a short-circuit event. The content covered can be divided into two parts. In the first part of the work, it is performed a bibliographic review about the electric arc phenomenon, showing its main characteristics and its application in the interruption of short-circuit currents in DC systems with voltages up to 3600 V. In this part, the main electric arc models presented in the literature are reviewed, as well as some of the techniques commonly used to define their parameters. In the second part, the simulation of a short-circuit test performed on a railway system protected by a DC High-Speed Circuit Breaker (HSCB) is implemented, aiming to reproduce a real oscillography record published in international articles. For this simulation, the different models of electric arc presented in the first part of the work were tested, in order to compare the simulated results with the measurements obtained from the tests. The simulated results were adherent to the measured data, attesting the adequacy of genetic algorithms in the parameter estimation process Mestrado Energia Elétrica Mestre em Engenharia Elétrica

CNPq - Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico Peças fabricadas por manufatura aditiva baseada em soldagem a arco elétrico apresentam um acabamento superficial de má qualidade e precisam passar por operações de usinagem antes de serem colocadas em serviço. Nessa etapa, o ideal é que a quantidade de material removido seja a menor possível para evitar o desperdício de matéria prima. Entretanto, em estruturas de parede fina, essa quantidade se torna expressiva por causa do fenômeno de transbordamento da poça de fusão. Neste trabalho, para minimizar este problema, aplicou-se a técnica de oscilar o arco elétrico de soldagem por força magnética durante a deposição dos cordões de solda. Assim, paredes multicamadas de passe único de aço baixo carbono e liga de titânio Ti6Al4V foram fabricadas por manufaturada aditiva baseada no processo GTAW com e sem oscilação magnética do arco elétrico e a influência dessa técnica na geometria da parede e na estabilidade do processo foi investigada. As características geométricas foram analisadas a partir de macrografias das seções transversais e os efeitos de diferentes padrões e frequências de oscilação no comportamento do arco elétrico, da transferência metálica e da poça de fusão foram avaliados a partir de imagens e vídeos produzidos durante o processo. Os resultados mostram que a parede se torna mais fina e a distribuição de material ao longo de seu comprimento se torna mais homogênea quando a técnica é aplicada. Uma explicação para os efeitos da oscilação magnética do arco elétrico na geometria das paredes baseada em forças que agem na poça de fusão durante a deposição das camadas de solda foi feita. Por causa do movimento oscilatório do arco elétrico, o calor é distribuído em uma área maior e a potência específica é reduzida. Assim, menos camadas pré-depositadas são refundidas, e o volume e o peso da poça de fusão diminuem. A distribuição de pressão do arco também se torna menos concentrada e a força do arco sobre a poça de fusão é reduzida. Além disso, uma força eletromagnética surge no metal fundido, o que contribui para mudança de direção da força resultante na poça de fusão. Por fim, conclui-se que a oscilação magnética do arco elétrico é capaz de minimizar o transbordamento de metal fundido e aumentar a eficiência de deposição do processo. Parts manufactured by Wire Arc Additive Manufacturing have a poor surface finish and need to undergo machining operations before being put into service. In this step, the ideal is the amount of removed material to be as small as possible to avoid the waste of raw material. However, in thin-walled structures, this amount increases significantly because of the overflow of the weld pool. In this work, Magnetic Arc Oscillation was applied during the deposition of the weld beads for minimizing the problem. Thus, single-pass multi-layer walls of low carbon steel and Ti6Al4V were produced by the Gas Tungsten Arc Welding-based Wire and Arc Additive Manufacturing process with and without Magnetic Arc Oscillation, and the influence of this technique on the geometry and the process stability was evaluated. The geometric features were assessed using transverse section macrographs and the effects of different patterns and frequencies of oscillation on the arc characteristics, metal transfer and weld pool behaviour during the layer deposition were investigated using images and videos produced during the process. The results show that the wall becomes thinner, and the distribution of material along the wall length becomes more homogeneous when Magnetic Arc Oscillation is applied. An explanation of the effects of the technique on the wall geometry based on forces that act on the molten metal during layer deposition was made. Because of the swinging movement of the welding arc, the heat is distributed over a larger area, and the power density decreases. Thus, fewer previous layers are remelted, and the volume and the weight of the weld pool reduce. The distribution of arc pressure also becomes less concentrated, and the arc force on the molten metal decreases. Additionally, a magnetic force appears on the molten metal, which contributes to a change in the direction of the resultant force on the weld pool. Finally, Magnetic Arc Oscillation can minimize the overflow phenomenon and increase the deposition efficiency of the process.

This paper demonstrates the importance of the incident energy study for the correct specification of the degree of flame protection of workers' clothing, based on the methodology proposed in IEEE1584 / 2018 and NFPA 70E / 2018 and a case study with a substation of 1 0.5 MVA. Este trabalho demonstra a importância do estudo de energia incidente para correta especificação do grau de proteção antichama das vestimentas de trabalhadores, utilizando como base a metodologia proposta nas normas IEEE1584/2018 e a NFPA 70E/2018 e um estudo de caso com uma subestação de 1,5 MVA.

O fabrico de materiais com gradiente de funcionalidade reveste-se de algumas dificulda-des pelo que as tecnologias de Fabrico Aditivo constituem uma alternativa interessante. A tecno-logia de deposição directa de energia usando arco eléctrico e fio (WAAM - Wire and Arc Additive Manufacturing) apresenta algumas vantagens, como sejam: baixos custos de equipamento inicial, de funcionamento e de manutenção, elevada taxa de deposição elevada e capacidade de produzir peças com geometria complexa sem defeitos internos. Este trabalho teve como objectivo geral estudar a viabilidade do WAAM para a produção de peças com gradiente funcional depositando alternadamente aço inoxidável 316L e Inconel 625, dois materiais com excelente resistência à corrosão e boas propriedades mecânicas a alta tempe-ratura. Para isso adaptou-se o equipamento de WAAM existente no NTI/DEMI de modo a poder alimentar dois fios na direção do arco eléctrico. Foram feitas deposições com percentagens vari-áveis de cada um dos materiais e variando os parâmetros de processo e estudou-se o efeito destes na qualidade dos cordões depositados. Com parâmetros otimizados, fizeram-se múltiplas deposições sucessivas em altura de modo a construir uma “parede” com gradiente de composição química. Analisou-se a microes-trutura face ao diagrama de equilíbrio de fases e a dureza das amostras. Confirmou-se a viabilidade da utilização do sistema desenvolvido para a deposição de dois fios simultaneamente bem como para a criação de um gradiente de microestruturas ao longo do eixo vertical. Observou-se a existência de carbonetos dispersos confirmados pelos valores de dureza medidos. Na zona mais rica em Inconel, com cerca de 70 at. %, foi detetada uma fissura devida aos diferentes coeficientes de expansão linear do Inconel e do aço inoxidável. Este foi o primeiro estudo deste tipo realizado no NTI, e requer como trabalho futuro a avaliação das propriedades mecânicas e da resistência à corrosão a alta temperatura, entre outras propriedades relevantes para aplicações industriais.

O arco elétrico é a fonte de calor mais utilizada na soldagem por fusão de materiais metálicos, pois apresenta uma combinação ótima de características. Como consequência, os processos a arco têm uma grande importância industrial na atualidade e uma delas é a soldagem GTAW que utiliza um gás de proteção responsável por afetar diversas características desse processo e, consequentemente, as propriedades das soldas produzidas. Este trabalho tem como objetivo avaliar a influência do pré-aquecimento do gás utilizado no processo de soldagem GTAW. Foi desenvolvido um sistema de aquecimento que permitiu a variação e controle da temperatura de saída do gás durante a realização dos testes. Foi proposta uma metodologia de estudo do arco elétrico, avaliando-se os valores de tensão-corrente, perfil, luminosidade e rendimento térmico. Os resultados demonstraram que a temperatura do gás influenciou nas características do arco elétrico e nos valores de tensão, principalmente, para menores correntes de operação. O gás aquecido proporcionou uma expansão do arco apresentando uma maior área e maior produção luminosa. O rendimento térmico do processo diminuiu em razão das maiores perdas de calor observadas. Foram realizadas soldas sobre chapa com diferentes temperaturas do gás, observando-se sua penetração e largura. O estudo da morfologia das soldas mostrou que o aumento da temperatura do gás provocou maior fusão do metal-base nas bordas soldas do que na região central, estando esse efeito relacionado à maior expansão do arco. Dessa maneira, o uso do pré-aquecimento do gás possibilitou a obtenção de arco elétrico e soldas com características diferentes do processo convencional The electric arc is the most widely used heat source in the fusion welding of metallic materials, since it presents an optimum combination of characteristics. As a consequence, arc processes are of great industrial importance today and one of them is GTAW which uses a shielding gas responsible for affecting several characteristics of this process and, consequently, the properties of the welds produced. This paper aims to evaluate the influence of the preheating of the gas used in the GTAW process. A heating system was developed that allowed the variation and control of the gas outlet temperature during the tests. It was proposed a methodology of study of the electric arc, evaluating the values of voltage-current, profile, luminosity and thermal yield. The results showed that the gas temperature influenced the characteristics of the electric arc and the voltage values, mainly for lower currents. The heated gas provided an expansion of the arc presenting a larger area and greater light production. The thermal yield of the process decreased due to the higher heat losses. Welds were performed with different gas temperatures, observing its penetration and width. The study of the morphology of the welds showed that the increase of the gas temperature caused a greater fusion of the base metal at the weld edges than in the central region, being this effect related to the greater expansion of the arc. In this way, the use of preheated gas made it possible to obtain electric arc and welds with different characteristics of the conventional process

Made available in DSpace on 2018-06-27T18:56:25Z (GMT). No. of bitstreams: 2 LUCIANO SCHONS TREVISAN.pdf: 2260096 bytes, checksum: 91aa8bcec231665b67bd8e77eb2eb02a (MD5) LUCIANO SCHONS TREVISAN.pdf.jpg: 2914 bytes, checksum: c99278b5eaab7bf4e34b6f88b29f6d3f (MD5) Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior This paper explain about the design and construction of an electric arc discharge reactor to synthesis of carbon nanotubes, using graphite rods as precursors. Unlike the conventional method, it uses the water into open vessel to isolate the reaction of external environment, without needing a sealed and pressurized chamber immersed in inert gas. The project is divided into three parts: mechanical, electronics and software. Preliminary tests provided initial values for the electric current applied to the graphite electrodes during the cycles of synthesis. It was performed in order to ensure the operation of electromechanical system. The samples formed in the reactor were characterized by Raman spectroscopy and Thermal Gravimetric Analysis techniques. Different types of nanostructures were observed in colected samples. The results indicated the presence of low percentage of amorphous carbon in the material formed, as well as the presence of multiple wall carbon nanotubes. The apparatus allows the easy manipulation of the parameters involved in synthesis therefore is able to promot the growth of nanostructured materials so selective and controlled. Este trabalho aborda o projeto e a construção de um reator de arco elétrico para síntese de nanotubos de carbono, empregando como precursores bastões de grafite. Diferente do método convencional, o proposto reator utiliza água, em uma cuba aberta para garantir o isolamento da reação do meio externo dispensando com isso uma câmara selada, pressurizada e imersa em um gás inerte. O projeto divide-se em três partes: mecânica, eletrônica e o software. Testes preliminares forneceram os valores iniciais para a corrente elétrica aplicada aos eletrodos de grafite durante os ciclos de síntese que foram executados no intuito de certificar o funcionamento do conjunto eletromecânico. As amostras formadas no reator foram caracterizadas por técnicas de espectroscopia Raman e análise termo gravimétrica. Nas amostras coletadas diferentes tipos de nanoestruturas foram observadas. Os resultados indicaram a presença de baixa porcentagem de carbono amorfo junto ao material formado, assim como a presença de nanotubos de carbono de múltiplas paredes. O aparato permite a fácil manipulação dos parâmetros envolvidos na síntese, sendo assim capaz de promover o crescimento de materiais nanoestruturados de forma seletiva controlada.

Submitted by Lucienne Costa (lucienneferreira@ufcg.edu.br) on 2018-04-17T13:51:49Z No. of bitstreams: 1 HENRIQUE NUNES DE SANTANA – DISSERTAÇÃO (PPGEE) 2017.pdf: 2930914 bytes, checksum: a4c0e297d62f2854c085762512fb6f16 (MD5) Made available in DSpace on 2018-04-17T13:51:49Z (GMT). No. of bitstreams: 1 HENRIQUE NUNES DE SANTANA – DISSERTAÇÃO (PPGEE) 2017.pdf: 2930914 bytes, checksum: a4c0e297d62f2854c085762512fb6f16 (MD5) Previous issue date: 2017-08-18 Capes Neste trabalho, é avaliada aplicabilidade de sensores de acoplamento capacitivo na detecção dos sinais emitidos por arcos elétricos em contatos de disjuntores. Adicionalmente, é investigada a possibilidade de correlacionar estes sinais com nível de degradação dos contatos de arco. A aplicabilidade dos sensores é avaliada por meio da comparação dos sinais detectados pelos mesmos, com os sinais detectados por uma antena direcional em banda larga, tanto no domínio do tempo quanto no domínio da frequência. Para a análise da correlação entre o nível de degradação dos contatos de arco e os sinais detectados, atributos de estatística descritiva da duração e da energia dos sinais foram avaliados. A análise dos resultados evidenciou que os sensores de acoplamento capacitivo são capazes de detectar os sinais emitidos pelos arcos elétricos. Também foi evidenciado que a sensibilidade de detecção dos sensores depende da posição na qual foram instalados ao longo do polo analisado. No caso dos disjuntores utilizados neste trabalho, a melhor posição para a instalação dos sensores foi a posição mais próxima do terminal inferior do polo. A flexibilidade e o valor da constante dielétrica devem ser avaliados no momento da escolha do material empregado na confecção dos sensores, uma vez que sensores pouco flexíveis podem sofrer danos ao serem instalados no polo do disjuntor e, constantes dielétricas elevadas podem prejudicar os ganhos dos respectivos sensores. A correlação entre os sinais dos arcos elétricos detectados pelos sensores e o nível de degradação dos contatos de arco é possível, quando os atributos estatísticos da média, desvio padrão, curtose e mediana obtidos da energia dos referidos sinais são avaliados. In this work, is evaluated the applicability of capacitive coupling sensors in the detection of signals emitted by electric arcs in circuit breaker contacts. In addition, the possibility of correlating these signals with the arcing contacts degradation level is investigated. The sensors applicability is investigated by comparing the signals detected by them with the signals detected by a broadband directional antenna in both time and frequency domain. For the analysis of the correlation between the arcing contacts degradation level and the detected signals, descriptive statistical attributes of the duration and energy of the signals were evaluated. The analysis of the results showed that the capacitive coupling sensors are able to detect the signals emitted by the electric arcs. It was also evidenced that the sensor detection sensitivity depends on the position in which they are installed along the analyzed pole. In the case of the circuit breakers used in this work, the best position for the installation of the sensors was the one closest to the lower terminal of the pole. The flexibility and value of the dielectric constant must be evaluated when choosing the material used in the construction of the sensors, since weak sensors can be damaged when installed at the pole of the circuit breaker, and high dielectric constants can affect the gains of the respective sensors. The correlation between the electric arcs signals detected by the sensors and the arcing contacts degradation level is possible, when the statistical attributes of the mean, standard deviation, kurtosis and median obtained from the energy of these signals are evaluated.

As boas práticas de saúde e segurança preconizam a intervenção em instalações elétricas desenergizadas sempre como primeira e melhor opção para os trabalhadores. Contudo, não é possível atender essa premissa para todo o leque de atividades existentes, sob o risco de não atender a disponibilidade física necessária à operação exigida por uma dada instalação. Dessa forma, as intervenções em instalações energizadas devem ser sempre amparadas por medidas de controle eficazes para mitigar os riscos existentes durante as atividades. Um dos principais riscos associados às atividades envolvendo eletricidade é a energia incidente resultante de um arco elétrico. O objetivo desse trabalho é descrever o fenômeno do arco, apresentar a modelagem matemática para o cálculo da energia incidente e aplicar a metodologia para determinar os níveis de energia incidente de uma instalação real. O trabalho apresenta também as principais formas de mitigação dos riscos associados à energia incidente e a necessidade da correta especificação das vestimentas antichama para a proteção dos efeitos térmicos Good health and safety practices advocate intervention in de-energized electrical installations as the first and best option for workers. However, it is not possible to meet this premise for the full range of existing activities, at the risk of not meeting the physical availability required for the operation required by a given facility. In this way, interventions in energized installations must always be supported by effective control measures to mitigate the risks that exist during the activities. One of the main risks associated with electricity activities is the incident energy resulting from an electric arc. The objective of this work is to describe the phenomenon of the arc, to present the mathematical modeling for the calculation of the incident energy and to apply the methodology to determine the incident energy levels of a real installation. The work also presents the main ways of mitigating the risks associated with incident energy and the need for the correct specification of the fire retardant clothing to protect of the thermal effects

Submitted by Boris Flegr (boris@uerj.br) on 2021-01-06T19:13:20Z No. of bitstreams: 1 Uira Rodrigues da Silveira Montani.pdf: 9113156 bytes, checksum: 80281d93c8abe16286f4e5ec5a973929 (MD5) Made available in DSpace on 2021-01-06T19:13:21Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Uira Rodrigues da Silveira Montani.pdf: 9113156 bytes, checksum: 80281d93c8abe16286f4e5ec5a973929 (MD5) Previous issue date: 2016-03-09 The objective of this work is to quantify defects like pores and cracks in coatings, formed by electric arc thermal spray technique (ASP), using quantitative estereology an digital imaging analysis. Two distinct coatings were obtained by the combination of three wires (a, b and c). Twenty images in secondary eléctron mode were submited to pre-process, segmentation and messuraments steps using the software ImageJ. The coating condition 1 presented 3,81% ± 0,9 of defects and the coating condition 2 presented 3,31% ± 1,42. Both coatings had more cracks than pores, in other words, defects with elongated morphology and form fator smaller than 0,70. These results are consistent with those obtained by other porosity measure techniques, which came up with porosity and defects values about 4%, for these coatings, however, without data for morphology and distribution (Ponte, 2001). Other eleven imagens, using back-scattering (BSE) mode were processed. The process in BSE mode was more practical, faster and came up with resoults similar to those obtaines by the images in SEI mode, such as 3,47 % ± 1,62 in defects for the condition 1, as well as the condition 2 presented 2,76% ± 1,42. It was also noticed that the coatings showed the tendency of having more elongated defects in comparison to the amount of round defects. The Stack process method was also used and was able to reduce work time by 3 hours to 30 minuties, presented equivalent defects measuments to those obtained from the individual analysis, nonetheless they were not the same, due to the process parameters used for all the images are the same, what does not happen in induvial analysis. The variation in chemical composition did not affect the number of pores ou defects and the digital imagin processes presented itself as a reliable technique for pores, cracks and oxide nets quantification. O objetivo deste trabalho foi quantificar defeitos do tipo poros e trincas em revestimentos obtidos por aspersão térmica por arco elétrico através de técnicas de estereologia quantitativa e análise e processamento digital de imagens (PDI). Dois revestimentos distintos (condições 1 e 2) foram obtidos a partir da combinação de três arames (a, b e c) através de técnica de aspersão manual por arco elétrico. Vinte imagens obtidas em modo elétrons secundários (SEI), para cada condição de revestimento e processadas com o software Image J. A condição de revestimento 1 apresentou 3,81% ± 0,9 de defeitos e a condição de revestimento 2 apresentou 3,31% ± 1,42. Ambos os revestimentos apresentaram mais trincas do que poros, isto é, defeitos com morfologia bastante alongada e fator de forma menor que 0,70. Foram processadas também onze imagens, de cada condição de revestimento, utilizando o modo de elétrons retro-espalhados (BSE). O processamento de imagens no modo BSE mostrou-se mais prático e rápido, foram encontrados resultados muito próximos aos obtidos com imagens no modo SEI, apresentando 3,47 % ± 1,62 de defeitos na condição 1 e a condição de revestimento 2 apresentou 2,76% ± 1,42, também foi verificada a maior presença de defeitos alongados. Aplicando o método de processamento por Stacks que permitiu reduzir o tempo de processamento de 3 horas para 30 minutos, obtendo resultados próximos aos dos processamentos individuais, contudo os valores não foram idênticos, dado ao fato de os parâmetros de processo serem os mesmos para todas as imagens. A variação de composição química entre os revestimentos não afetou o número de defeitos e poros e o processamento digital mostrou-se uma técnica confiável para quantificar poros, trincas e redes de óxidos nos mesmos.

O presente trabalho tem como objetivo avaliar, mediante a filmagem do arco e análise dos parâmetros elétricos de soldagem, indícios de sua constrição devido ao isolamento elétrico e térmico causado por fluxos de óxidos de um único componente na soldagem A-TIG e FB-TIG de aços inoxidáveis austeníticos. Avaliou-se, em conjunto com a filmagem, a variação da tensão do arco elétrico e a morfologia do cordão de solda na soldagem A-TIG com diferentes fluxos (SiO2, Cr2O3 e Al2O3), aplicados na superfície do metal base com duas densidades superficiais (30 e 60 g/m2) e aberturas centrais sem fluxo (0, 1, 2 e 4 mm). Os resultados mostraram que não houve mudança significativa na largura do arco elétrico nas condições experimentais utilizadas, não comprovando uma possível constrição mecânica no arco elétrico devido ao isolamento elétrico e térmico causado pelos fluxos. A filmagem lateral do arco elétrico indicou sua deflexão em sentido oposto ao de seu avanço para os três fluxos, sendo o efeito causado pelo fluxo de sílica o mais significativo. A colocação de uma abertura central sem fluxo causou, comparado aos testes sem abertura, a diminuição da penetração e da área fundida do cordão, além da redução da largura do cordão. Observou-se que valor mínimo da largura do cordão ocorreu, em média, para uma abertura em torno de 2 mm. Embora a redução da largura do cordão com a presença da abertura central sem fluxo seja esperada considerando-se a existência de constrição mecânica, este resultado também pode estar relacionado com a convecção de Marangoni. Assim, devido à ausência de indícios de constrição do arco na sua filmagem, e levando em conta o comportamento da morfologia do cordão de solda em relação à presença da abertura central sem fluxo, os resultados deste trabalho apoiam a hipótese de que a convecção de Marangoni seja o principal mecanismo responsável pelo aumento de penetração na soldagem A-TIG de aços inoxidáveis austeníticos. This paper aims to evaluate, by filming the electrical arc and evaluating its electrical parameters, indications of its constriction by the thermal and electrical insulation caused by oxides of a single component in A-TIG and FB-TIG welding of austenitic stainless steels. Changes in arc dimensions, in its electric voltage and in weld bead morphology by three single component oxide fluxes (SiO2, Cr2O3 e Al2O3) applied with two surface densities (30 e 60 g/m2), and with and without a flux free central strip (of 1, 2, and 4 mm) were studied. Results showed no significant change in width of the electric arc for the experimental conditions used, therefore, not supporting a possible mechanical constriction in the electric arc by oxide electrical and thermal insulation. Lateral filming indicated that the arc is delayed by the fluxes with silica causing the strongest effect. The presence of clean central strip in the flux layer decreased weld penetration and weld bead cross section, besides the reduction of the width of the bead. Results also suggest that a minimum bead width exists for an opening of about 2 mm. Arc constriction is usually used to explain bead width reduction by a flux-free the central opening. However, this can also be relate to Marangoni convection. Therefore, the results of the present work seem to support Marangoni convection as the main mechanism responsible for increasing penetration in A-TIG welding of stainless austenitic steels.

O processo de soldagem GMAW é caracterizado por uma forte interdependência de seus parâmetros operacionais e uma grande sensibilidade a variações destes. Estas características podem causar variações nas condições operacionais, dificultando o estabelecimento e a reprodução destas condições que, usualmente precisam ser verificadas pela realização de testes. Como uma forma de minimizar esta dificuldade e facilitar o entendimento da relação entre as variáveis deste processo, tem-se trabalhado no desenvolvimento de um modelo matemático capaz de simular aspectos elétricos e operacionais da soldagem GMAW. O objetivo do presente trabalho foi estudar procedimentos de determinação e fatores que afetam duas variáveis fundamentais para o desenvolvimento deste modelo (a resistividade elétrica do arame durante a soldagem e a soma das quedas de tensão anódica e catódica no arco, U AC) na soldagem com transferência por curto-circuito. Os testes experimentais envolveram a deposição mecanizada de cordões emaço de baixo carbono usando arames do mesmo material com diferentes gases de proteção. Metodologias para a determinação dos parâmetros citados foram desenvolvidas com base em procedimentos similares indicados na literatura. Os detalhes destes procedimentos são avaliados, os resultados obtidos são comparados com dados da literatura e métodos para estimar a resistência elétrica entre o bico de contato e o eletrodo são apresentados. Os resultados sugerem valores para esta resistência entre 6 e 9 mΩ.GMA welding is characterized by a strong dependence between its operational parameters and a high sensitivity to small variations of those. These characteristics tend to make it harder to replicate welding conditions. It is also a barrier to welding automation and makes it necessary to perform a number of real welding tests before determining operational conditions for a given application. In order to contribute to reduce these limitations of GMA welding, the authors of the present work have been working on the development of a mathematical model to simulate the variation of operational and electrical parameters during welding. This paper aims to evaluate methodologies to determine two key variables of this model (the electrode electrical resistivity and the sum of the voltage drops in the arc anode and cathode regions)in short-circuit welding. Experimental trials were performed in a mechanized jig by depositing bead-onplate welds on low-carbon steel bars. Methodologies to evaluate those variables were developed based in proposals from the literature. Experimental details of these methodologies are analyzed and their results are compared to results from the literature. These procedures are evaluated, compared with data from the literature and new procedures are proposed to estimate those parameters and the contact resistance between the contact tip and the electrode. Results suggest values between 6 and 9 Ω for this last parameter.

Partindo da afirmação de que um melhor entendimento dos mecanismos físicos que regem os processos de soldagem pode ser traduzido em maiores níveis de consistência e produtividade destes processos, resta, então, investigar e estudar tais mecanismos. Dentre as diversas abordagens para a caracterização física do processo, o estudo do arco elétrico procura destacar a estabilidade do processo com base nos fenômenos envolvidos. De forma específica para a soldagem a arco, onde alta qualidade é requerida, o processo TIG se destaca. Focando-se mais ainda neste processo, um conjunto de parâmetros chama a atenção: corrente de 100 A e gás de proteção argônio puro. Estes valores atribuem ao arco uma característica especial de transição sob diferentes pontos de vista (característica estática, regime laminar-turbulento, dimensões do arco e queda de tensão anódica). Estas características são apresentadas e discutidas. Espera-se que esta discussão seja lançada como um desafio aos leitores da Revista Soldagem & Inspeção para que contribuam com seus pontos de vista e/ou mais informações, procurando consolidar o conhecimento do arco elétrico em processo não-consumível e que possa, ao final, reverter em resultados tecnológicos para melhor uso do processo.By stating that an improved understanding of the physical mechanisms controlling process performance can usually be translated into higher levels of consistency and productivity for that process, it is expected to investigate these mechanisms. Among the various approaches for process physical characterisation, the electric-arc study unveils the process stability from the related phenomena. Specifically for arc welding, which high quality levels are required, the TIG process outstands. Further looking into this process, a parameter set calls the attention: 100-A current and pure argon as shielding gas. These values attribute to the arc special transitional characteristics, such as static characteristic, laminar-turbulent regime, arc dimensions and anode voltage fall. These characteristics are presented and discussed. From this discussion, a challenging for the Revista Soldagem & Inspeção readers is brought out. The idea is gathering their point of view and contributions with the objective of consolidating the knowledge on the electric arc in non-consumable process and, eventually, leading to technological results for a better process application.

Este trabalho desenvolve uma revisão bibliográfica sobre diferentes topologias de conversores estáticos cc-cc de energia com isolamento adequado a aplicação de máquinas de soldagem a arco elétrico. É explorada a possibilidade de operação em alta frequência de chaveamento tipo comutação dissipativa utilizando dispositivos de carbeto de silício associados com magnéticos de tecnologia planar. O objetivo é demonstrar novas possibilidades em aumento de densidade de potência, compactação, eficiência e redução de custo com foco nas máquinas de soldagem a arco elétrico. Nessa diretiva, foi feito o projeto de um conversor cc-cc aplicado a máquina de solda multi-processo com potência de 3,9kW e corrente de 150A/26V, operando em 200kHz de frequência de chaveamento. Resultados experimentais em potência nominal e sobre carga são demonstrados. This work developes a bibliography review over different isolated DC-DC static converter power topologies suitable to application of arc welding machines. Possibilities of high switching frequency of SiC in hard switching mode are explored linked by magnetics planar technology. The objective is demonstrate new possibilities of the main features desired in power electronics segment that are high power density, size reduction, efficiency, cost reduction with this technology. In this direction, was realized a project of multi-process arc welding machine of 3.9kW power and 150A/26V currente capacity in 200 kHz working switching frequency. Experimental results in rated power and over load are demonstrated.

As linhas de transmissão são usadas para transmitir energia elétrica por longas distâncias e estão naturalmente expostas a condições climáticas severas e à ocorrência de faltas, especialmente as linhas aéreas. Estatísticas mostram que entre 70% - 90% das faltas em linhas de transmissão aéreas são momentâneas (ou transitórias) e apresentam formação de arco elétrico. O arco elétrico é a principal característica de uma falta de alta impedância e resulta do pobre contato entre um condutor energizado e a superfície envolvida. Esta tese aborda o problema de localização de faltas de alta impedância em linhas de transmissão curtas. Propõese uma nova técnica de localização de faltas de alta impedância baseada na impedância aparente, desenvolvida no domínio da frequência e que utiliza componentes de fase. A estimativa da distância da falta é obtida a partir da solução de um sistema sobredeterminado de equações lineares, obtida pela aplicação do método de mínimos quadrados. A abordagem proposta permite estimar a distância de faltas de alta impedância momentâneas e permanentes, em linhas de transmissão curtas simples e paralelas, transpostas ou não. O desempenho da técnica de localização de faltas proposta é avaliado mediante estudos de casos simulados no Alternative Transients Program (ATP) considerando análises de sensibilidade e comparativa, bem como casos reais de faltas. Os resultados obtidos, considerando faltas de alta impedância simuladas e reais, indicam claramente que a abordagem proposta possui validade como técnica de localização de faltas em linhas de transmissão curtas em decorrência do desempenho demonstrado e, também, por características tais como: formulação simplificada no domínio da frequência, simplicidade e facilidade de implementação em dispositivos reais e aplicabilidade a casos reais. Transmission lines are used to transmit electric power over long distances and are naturally exposed to severe weather conditions, especially overhead lines. Such conditions are highly favorable to the occurrence of faults. Statistics show that between 70% - 90% of faults on overhead lines are nonpermanent (or transient), and present arcing. Arcing is the main characteristic of a nonlinear high impedance fault and is the result of poor contact between an energized conductor and the ground or a grounded object. This thesis approaches the high impedance fault location on short transmission lines problem. It is proposed an impedancebased nonlinear high impedance fault location formulation developed in frequency domain and phase components. The formulation uses the least square method and synchronized phasors, measured by, for example, digital fault recorders installed at both line terminals. The proposed approach allows to estimate the distance of high impedance momentary and permanent faults on short transposed or untransposed transmission lines. The performance of the proposed fault location approach is evaluated through analysis of simulated cases in the Alternative Transients Program (ATP) considering sensitivity and comparative analyzes, and actual cases of high impedance faults. The results, considering simulations of high impedance faults and actual cases, indicate clearly that the proposed approach is valid as fault location technique in short transmission lines due to the demonstrated performance.

Este trabalho investigou a influência do tipo de erodente à base de alumina na incrustação em um revestimento metálico à base de FeCr, aspergido por arco elétrico, empregados em ensaios de desgaste erosivo, tanto à temperatura ambiente como a 400°C, com ângulo de incidência entre o erodente e a superfície de 30° e 90° e velocidade de projeção de 25 m/s. Como erodente, utilizou-se alumina eletrofundida com faces anguladas e irregulares e também alumina calcinada com formando aglomerados esferoides. O revestimento dos corpos-de-prova foi caracterizado quanto à morfologia (MEV), porosidade, densidade aparente, análise térmica, espessura da camada depositada, taxa de erosão e mapeamento de elementos por espectrometria de energia dispersiva (EDS). Os erodentes foram caracterizados quanto a sua morfologia (MEV), distribuição granulométrica e área superficial (BET). Os resultados mostraram que à temperatura ambiente os ensaios realizados com alumina calcinada com ângulo de 30° e alumina eletrofundida a 90° foram os que apresentaram maiores quantidades de alumínio incrustado no revestimento para uma mesma área de análise. Os ensaios realizados com a alumina eletrofundida com ângulo de 30° foi a que apresentou a maior taxa de erosão. Já a distribuição granulométrica e área superficial dos erodentes após ensaio de erosão apresentaram uma diminuição em relação aos valores de antes do ensaio. Os ensaios realizados a 400°C de temperatura mostraram que a alumina calcinada, para os dois ângulos de ensaio, resultou em maior incrustação no revestimento ensaiado, sendo maior para o ângulo de 90° do que para o ângulo de 30°. Para essa temperatura de ensaio, a maior taxa de erosão ocorreu para o ensaio conduzido com ângulo de 30°, utilizando alumina calcinada. Ainda para os ensaios a 400°C, os resultados para o tamanho médio de partícula na distribuição granulométrica indicaram uma redução nos valores iniciais para todos os ensaios realizados. No entanto, a área superficial de ambos erodentes permaneceu com valores muito próximos ao de antes do ensaio. This work investigated the influence of the kind of erodent based on alumina embedded in a metallic coating based on FeCr, sprayed by arc electric technique, used in erosive wear test at room temperature and 400°C with angle of incidence between the erodent and the surface of 30° and 90° and erodent velocity of 25 m/s. As erodent was used fused alumina that showed angled and irregular surfaces and also calcined alumina forming spheroids agglomerates. The coating of the samples was characterized morphology (SEM), porosity, density, thermal analysis, the layer thickness, erosion rate and mapping of elements by energy dispersive spectrometry (EDS). The erodent was characterized by their morphology (SEM), particle size distribution and surface area (BET). The results showed that the room temperature tests performed with alumina calcined with angle of 30° and fused alumina with angle of 90° were those with larger amounts of aluminum embedded in the coating to the same area of analysis. Tests performed with the electro alumina with angle of 30° were presented the highest rate of erosion. Already the particle size distribution and surface area of erodent after testing erosion showed a decrease compared to the values before the test. The tests performed at 400°C temperature showed that the calcined alumina for the both angles test resulted in greater embedded of aluminum in the tested coating, being higher for the 90° angle than the angle of 30°. For this test temperature, the higher erosion rate occurred for the experiment with 30° angle using calcined alumina. Also for the tests at 400°C, the results for the average particle size in the particle size distribution showed a reduction in initial values for all tests. However, the surface area of erodent remained with both values very close to that of before the test.

Submitted by MARCIA ROVADOSCHI (marciar@unifra.br) on 2018-08-16T17:25:35Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_ClaudirGabrielKaufmannJunior.pdf: 4418925 bytes, checksum: 687c661d424523cd9edfde7f671305ad (MD5) Made available in DSpace on 2018-08-16T17:25:35Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_ClaudirGabrielKaufmannJunior.pdf: 4418925 bytes, checksum: 687c661d424523cd9edfde7f671305ad (MD5) Previous issue date: 2012-06-05 The nanotechnology has been focused of many studies and become scientifically and technologically revolutionary. It can be found in many products on the market. The nanoscale is defined as a billionth of a meter (10-9m). The manipulation in this scale has provided a series of studies in the health, computing, physics, chemistry, materials and others fields. In the context of manipulation of nanostructures, this paper proposes an alternative produtcion of NTC on arc discharge method, which dispense the use of sealed cameras and working with water as an insulator environment. The project was divided in two main stages: the software development and the production of NTC. A control system via software to manage the approach speed of the electrode (cathode) and the speed of rotation of electrode (anode) was developed in the first stage. In the second stage, tests were performed with different parameters for the production of NTC: source type (direct current and alternating current), type of catalyst, solubilized iron in the water and iron doped in the anode electrode, and also two types of graphite called A and B (higher purity). The material produced was characterized by the Raman Spectroscopy and Scanning Electron Microscopy techniques. Carbon nanotubes were produced when the graphite with higher purity was used, independently of the type of catalyst and the source used. In addition to the CNT was possible to observe with graphite B the production of several carbon nanostructures as nanosphere, nanorods, nanohoneycombs and nanoflowers of grapheme. However the graphite A (low purity) produced microspheres and nanospheres. A nanotecnologia vem sendo o foco de diversas pesquisas tornado-se uma verdadeira revolução na ciência e tecnologia, já se pode encontrá-la em diversos produtos no mercado. A nanoescala é definida como a bilionésima parte do metro (10-9m). A manipulação nesta ordem de grandeza despertou uma serie de estudos nas áreas de saúde, computação, física, química, materiais, entre outras. Dentro do contexto de manipulação de nanoestruturas o presente trabalho propõe um método alternativo de produção de nanotubos de carbono por arco elétrico, o qual dispensa a utilização de câmeras seladas, trabalhando com água como meio isolante. O Trabalho foi divido em duas etapas principais: o desenvolvimento do software e a produção de NTC. Na primeira etapa foi desenvolvido um sistema de controle via software para gerenciar a velocidade de aproximação do eletrodo (cátodo) e a velocidade de giro do eletrodo (ânodo). Na segunda etapa realizaram-se testes com diferentes parâmetros para produção de NTC: tipo de fonte (corrente continua e alternada), tipo de catalisador: ferro solubilizado em água e ferro dopado no eletrodo ânodo, além de dois tipos de grafite, denominadas A e B (grafite B com maior pureza). O material produzido foi caracterizado pelas técnicas de Espectroscopia Raman e por Microscopia Eletrônica de Varredura. Nanotubos de carbono foram produzidos quando se utilizou grafite B de alta pureza, independendo do tipo de catalisador e da fonte utilizada. Alem dos NTC foi possível observar com a grafite B a produção de diversas nanoestruturas de carbono como nanoesferas, nanorods (nanovaras), nanofavos de mel e nanoflores de grafeno. Já para a grafite A, com baixa pureza, produziu apenas microesferas e nanoesferas.

O processo de soldagem GMAW é caracterizado por uma forte interdependência de seus parâmetros operacionais e uma grande sensibilidade a variações destes. Estas características podem causar variações nas condições operacionais, dificultando o estabelecimento e a reprodução destas condições que, usualmente precisam ser verificadas pela realização de testes. Como uma forma de minimizar esta dificuldade e facilitar o entendimento da relação entre as variáveis deste processo, tem-se trabalhado no desenvolvimento de um modelo matemático capaz de simular aspectos elétricos e operacionais da soldagem GMAW. O objetivo do presente trabalho foi estudar procedimentos de determinação e fatores que afetam duas variáveis fundamentais para o desenvolvimento deste modelo (a resistividade elétrica do arame durante a soldagem e a soma das quedas de tensão anódica e catódica no arco, U AC) na soldagem com transferência por curto-circuito. Os testes experimentais envolveram a deposição mecanizada de cordões emaço de baixo carbono usando arames do mesmo material com diferentes gases de proteção. Metodologias para a determinação dos parâmetros citados foram desenvolvidas com base em procedimentos similares indicados na literatura. Os detalhes destes procedimentos são avaliados, os resultados obtidos são comparados com dados da literatura e métodos para estimar a resistência elétrica entre o bico de contato e o eletrodo são apresentados. Os resultados sugerem valores para esta resistência entre 6 e 9 mΩ. GMA welding is characterized by a strong dependence between its operational parameters and a high sensitivity to small variations of those. These characteristics tend to make it harder to replicate welding conditions. It is also a barrier to welding automation and makes it necessary to perform a number of real welding tests before determining operational conditions for a given application. In order to contribute to reduce these limitations of GMA welding, the authors of the present work have been working on the development of a mathematical model to simulate the variation of operational and electrical parameters during welding. This paper aims to evaluate methodologies to determine two key variables of this model (the electrode electrical resistivity and the sum of the voltage drops in the arc anode and cathode regions)in short-circuit welding. Experimental trials were performed in a mechanized jig by depositing bead-onplate welds on low-carbon steel bars. Methodologies to evaluate those variables were developed based in proposals from the literature. Experimental details of these methodologies are analyzed and their results are compared to results from the literature. These procedures are evaluated, compared with data from the literature and new procedures are proposed to estimate those parameters and the contact resistance between the contact tip and the electrode. Results suggest values between 6 and 9 Ω for this last parameter.

Submitted by Deyse Queiroz (deysequeirozz@hotmail.com) on 2019-04-02T11:05:11Z No. of bitstreams: 1 RUSÂNGELA RODRIGUES GUIDO CAVALCANTI - DISSERTAÇÃO PPGEE 2010..pdf: 735850 bytes, checksum: edd318fdbad57fb5d15cc9aa254c020c (MD5) Made available in DSpace on 2019-04-02T11:05:11Z (GMT). No. of bitstreams: 1 RUSÂNGELA RODRIGUES GUIDO CAVALCANTI - DISSERTAÇÃO PPGEE 2010..pdf: 735850 bytes, checksum: edd318fdbad57fb5d15cc9aa254c020c (MD5) Previous issue date: 2010-10-15 Neste trabalho é apresentado um estudo para avaliação da tensão de restabelecimento transitória (TRT) em disjuntores de média tensão incluindo o efeito do arco elétrico. É feita uma análise de sensibilidade da TRT em um circuito simples e posteriormente feita uma avaliação do estudo da TRT em um disjuntor de classe 72,5 kV de uma subestação existente. Os resultados das simulações digitais mostram que a inclusão do arco elétrico no modelo do disjuntor proporciona uma redução do pico da TRT quando comparado com os resultados da representação do disjuntor como uma chave ideal. Assim, para casos em que o pico da TRT encontra-se próximo dos limites estabelecidos por normas quando o disjuntor é modelado por uma chave ideal, recomenda-se que essas simulações sejam refeitas considerando o efeito do arco elétrico no modelo do disjuntor. In this work is a study to determine transient recovery voltages (TRV) of medium voltage circuit breakers taking into account the model of the electric arc, is presented. It has been analyzed the sensitivity of the TRV in a simple circuit and subsequently made an assessing study of TRV in circuit breakers class 72.5 kV at an existing substation. The digital simulation results show that the inclusion of the electric arc in the circuit breaker model provides a reduction in TRV peak values compared to the results of the representation of the circuit breaker as an ideal switch. Thus, for cases where the TRV peak is close to the limits established by breaker standards when the circuit breaker is modeled by an ideal switch, it is recommended that these simulations are done again including the effect of the electric arc in the model of the circuit breaker.

Partindo da afirmação de que um melhor entendimento dos mecanismos físicos que regem os processos de soldagem pode ser traduzido em maiores níveis de consistência e produtividade destes processos, resta, então, investigar e estudar tais mecanismos. Dentre as diversas abordagens para a caracterização física do processo, o estudo do arco elétrico procura destacar a estabilidade do processo com base nos fenômenos envolvidos. De forma específica para a soldagem a arco, onde alta qualidade é requerida, o processo TIG se destaca. Focando-se mais ainda neste processo, um conjunto de parâmetros chama a atenção: corrente de 100 A e gás de proteção argônio puro. Estes valores atribuem ao arco uma característica especial de transição sob diferentes pontos de vista (característica estática, regime laminar-turbulento, dimensões do arco e queda de tensão anódica). Estas características são apresentadas e discutidas. Espera-se que esta discussão seja lançada como um desafio aos leitores da Revista Soldagem & Inspeção para que contribuam com seus pontos de vista e/ou mais informações, procurando consolidar o conhecimento do arco elétrico em processo não-consumível e que possa, ao final, reverter em resultados tecnológicos para melhor uso do processo. By stating that an improved understanding of the physical mechanisms controlling process performance can usually be translated into higher levels of consistency and productivity for that process, it is expected to investigate these mechanisms. Among the various approaches for process physical characterisation, the electric-arc study unveils the process stability from the related phenomena. Specifically for arc welding, which high quality levels are required, the TIG process outstands. Further looking into this process, a parameter set calls the attention: 100-A current and pure argon as shielding gas. These values attribute to the arc special transitional characteristics, such as static characteristic, laminar-turbulent regime, arc dimensions and anode voltage fall. These characteristics are presented and discussed. From this discussion, a challenging for the Revista Soldagem & Inspeção readers is brought out. The idea is gathering their point of view and contributions with the objective of consolidating the knowledge on the electric arc in non-consumable process and, eventually, leading to technological results for a better process application.

Submitted by MARCIA ROVADOSCHI (marciar@unifra.br) on 2018-08-14T17:19:59Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_LucianoSchonsTrevisan.pdf: 2258349 bytes, checksum: f8fa9fb772187e33211210fbbb5722df (MD5) Made available in DSpace on 2018-08-14T17:19:59Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_LucianoSchonsTrevisan.pdf: 2258349 bytes, checksum: f8fa9fb772187e33211210fbbb5722df (MD5) Previous issue date: 2009-03-30 This paper explain about the design and construction of an electric arc discharge reactor to synthesis of carbon nanotubes, using graphite rods as precursors. Unlike the conventional method, it uses the water into open vessel to isolate the reaction of external environment, without needing a sealed and pressurized chamber immersed in inert gas. The project is divided into three parts: mechanical, electronics and software. Preliminary tests provided initial values for the electric current applied to the graphite electrodes during the cycles of synthesis. It was performed in order to ensure the operation of electromechanical system. The samples formed in the reactor were characterized by Raman spectroscopy and Thermal Gravimetric Analysis techniques. Different types of nanostructures were observed in colected samples. The results indicated the presence of low percentage of amorphous carbon in the material formed, as well as the presence of multiple wall carbon nanotubes. The apparatus allows the easy manipulation of the parameters involved in synthesis therefore is able to promot the growth of nanostructured materials so selective and controlled. Este trabalho aborda o projeto e a construção de um reator de arco elétrico para síntese de nanotubos de carbono, empregando como precursores bastões de grafite. Diferente do método convencional, o proposto reator utiliza água, em uma cuba aberta para garantir o isolamento da reação do meio externo dispensando com isso uma câmara selada, pressurizada e imersa em um gás inerte. O projeto divide-se em três partes: mecânica, eletrônica e o software. Testes preliminares forneceram os valores iniciais para a corrente elétrica aplicada aos eletrodos de grafite durante os ciclos de síntese que foram executados no intuito de certificar o funcionamento do conjunto eletromecânico. As amostras formadas no reator foram caracterizadas por técnicas de espectroscopia Raman e análise termo gravimétrica. Nas amostras coletadas diferentes tipos de nanoestruturas foram observadas. Os resultados indicaram a presença de baixa porcentagem de carbono amorfo junto ao material formado, assim como a presença de nanotubos de carbono de múltiplas paredes. O aparato permite a fácil manipulação dos parâmetros envolvidos na síntese, sendo assim capaz de promover o crescimento de materiais nanoestruturados de forma seletiva controlada.