REDEMAT - Mestrado (Dissertações)

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Estudo do desempenho dos materiais de demarcação viária retrorrefletivos.
(Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Materiais. Rede Temática em Engenharia de Materiais, Pró-Reitoria de Pesquisa e Pós-Graduação, Universidade Federal de Ouro Preto., 1999) Schwab, Maria Selma Freitas; Afonso, Robson José de Cássia Franco
Neste trabalho foram avaliados o desempenho, quanto à retrorrefletância e desgaste, de diversos materiais utilizados em demarcação viária, implantados em campo, sob condições de tráfego conhecidas. Foi também desenvolvido o equipamento e uma metodologia para aplicação, com ancoragem controlada, dos materiais de demarcação viária em laboratório. Esta metodologia foi utilizada para se estabelecer taxas ideais de aplicação de microesferas de vidro em relação à retrorrefletividade inicial. Os materiais foram caracterizados de acordo com os padrões nacionais. Foram propostos novos procedimentos para medidas de retrorrefletância e desgaste dos materiais no campo. À partir dos dados de campo, foram propostos valores mínimos aceitáveis de retrorrefletividade inicial, desgaste e retrorrefletividade final dos materiais, abaixo dos quais recomenda-se a manutenção dos sistemas de demarcação viária. Finalmente, foram estabelecidas relações de custos/benefício entre os diversos materiais utilizados na sinalização horizontal em rodovias brasileiras.
Rendimento na sinterização em função da mineralogia do sinter feed.
(2002) Coelho, Luiz Henrique; Vieira, Cláudio Batista; Araújo, Fernando Gabriel da Silva
Nesta dissertação procedeu-se a caracterização mineralógica de sinter feed ensaiado em máquina-piloto de sinterizar, para correlacionar os parâmetros mineralógicos, com os valores de rendimento do bolo de sinter obtidos através dos ensaios-piloto. A caracterização mineralógica foi bastante abrangente, enfocando desde a classificação geosiderúrgica dos principais tipos de minérios de ferro brasileiros, passando pela metodologia de caracterização, obtenção de análises químicas estimadas a partir da mineralogia determinada ao microscópio ótico de polarização e finalizando em considerações geosiderúrgicas sobre alguns dos parâmetros obtidos. Classificaram-se os tipos de minérios brasileiros em hematíticos e hidratados. Hematíticos martíticos caracterizam-se pela predominância da martita e são metamórficos hidrotermais. Hematíticos especularíticos apresentam a especularita e são tectônicos-metamórficos. Hematíticos microcristalinos apresentam a hematita microcristalina, não tendo sido afetados por processos metamórficos. Os hidratados são itabiritos (metamórficos) e jaspilitos (não metamórficos). Os metamórficos dividem-se em itabiritos magnetíticos onde há predominância da magnetita; em itabiritos martíticos com predomínio da martita; em itabirito goethítico, com a goethita; em itabirito especularítico, com a especularita predominante; em itabirito anfibolítico por apresentar pseudomorfos de anfibólios. Foram caracterizadas trinta e sete (37) amostras de sinter feed, cada uma distribuída em seis (06) faixas granulométricas, totalizando quatro mil, cento e sete (4.107) estudos diretos ao microscópio petrográfico de luz refletida, cujo método mostrou-se bastante eficaz. Destas, foram ensaiadas em máquina-piloto de sinterização, trinta e quatro (34) amostras. Os resultados de rendimento na sinterização foram bastante variáveis, desde 61,84% até 78,16%. Diversos parâmetros consagrados na literatura como correlacionáveis com o rendimento na sinterização foram cruzados com este. Os resultados do cruzamento de dezessete parâmetros com o rendimento foram negativos, isto é, ruins para o método de correlação linear simples, com variáveis testadas individualmente. Os grandes bancos de dados mineralógicos produzidos neste trabalho (111 parâmetros por amostra) foram processados por métodos de regressão múltipla com multi-variáveis, para se buscar equações empíricas, correlacionando mineralogia e rendimento na sinterização. O primeiro processamento estatístico utilizou dados de 25 amostras; nove (09) das 34 foram retiradas por apresentarem resultados de rendimento acima de 70% e muito próximos entre si. O resultado para a correlação foi próximo de 80%. Foi encontrada uma equação empírica, com coeficiente de correlação R2 próximo de 80%, que permite prever o rendimento da sinterização com base na mineralogia das partículas do sinter feed, com todas as variáveis mineralógicas com expoente 1, porém com pesos diversos. Isto permitiu ainda identificar o peso de cada componente mineralógico nas partículas supergrossas, nucleantes, intermediárias, aderentes e superfinas, confirmando o forte efeito da mineralogia sobre o rendimento do processo de sinterização.
Eco-design e seleção de materiais como ferramentas para o transportation design – estudo de processos.
(Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Materiais. Rede Temática em Engenharia de Materiais, Pró-Reitoria de Pesquisa e Pós-Graduação, Universidade Federal de Ouro Preto., 2003) Botelho, Róber Dias; Câmara, Jairo José Drummond
O desenvolvimento tecnológico, com novos materiais e processos fabris, juntamente com legislações ambientais cada vez mais rigorosas, têm gerado necessidades de conhecimento interdisciplinar, bem como, deprofissionais cada vez mais capacitados. Frente a tal situação, verificou-se uma oportunidade para desenvolvimento de um trabalho de mestrado, Éco-design e seleção de materiais como ferramenta para o transportation design– estudo de processos, na REDEMAT – Rede Temática em Engenharia de Materiais – UFOP/CETEC/UEMG. Objetivando o aperfeiçoamento acadêmico (inclusive com um futuro doutorado), e industrial (aplicação do conhecimento acadêmico na indústria), esse trabalho tem como principal propósito relacionar os conhecimentos de três áreas distintas do conhecimento, porém complementares. As áreas são as seguintes: Design industrialpriorizando os aspectos do Éco-Design voltado ao setor automotivo, os ganhos e impactos positivos que este vem a propor; Engenharia de Materiaisvoltada à Seleção de Materiais no setor produtivo e ao suporte interdisciplinar e Meio Ambiente, este apresenta-se como atributo na otimização dos sistemas produtivos. Neste trabalho o ciclo de vida dos produtos e a relação ecologia e economia destacam-se. O mestrado teve como estudo de caso o desenvolvimento do veículo – Projeto Sabiá 4 – para competições de economia de combustível – Shell Éco-Marathon. Como resultado do trabalho, verifica-se o ganho em performance (redução de peso em 30%) do Sabiá 4 se comparado ao antecessor,o Sabiá 3. Assim, fica evidencia-se a importância de ações multidisciplinares voltadas ao desenvolvimento de novos produtos. Para o Sabiá 5, já em desenvolvimento, houve um avanço ainda maior no conceito, especialmente na forma, e na aplicação de materiais.
Reologia e microestrutura na estabilização de suspensões concentradas de Al2O3.
(Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Materiais. Rede Temática em Engenharia de Materiais, Pró-Reitoria de Pesquisa e Pós-Graduação, Universidade Federal de Ouro Preto., 2003) Silva, José Geraldo da; Cardoso, Antônio Valadão
Produtos cerâmicos provenientes de suspensões concentradas de Al2O3necessitam que as mesmas sejam estabilizadas para que possam atender às crescentes exigências de performance. As suspensões estudadas neste trabalho são, usualmente, empregadas na obtenção de folhas cerâmicas pelo processo de colagem de folhas cerâmicas (Tape Casting). Partículas, quando em suspensão, desenvolvem cargas superficiais. Quando estas partículas entram em choque umas com as outras pode acontecer o fenômeno da agregação, gerando estruturas floculadas que aprisionam água em seu interior, o que resultaria num produto final poroso e conseqüentemente de baixa resistência mecânica e até mesmo química. Estabilizar uma suspensão concentrada é fazer com que a resultante entre as forças atrativas de van der Waals e as forças repulsivas, entre duplas camadas elétricas igualmente carregadas ou decorrentes da adiçãode material polimérico na superfície das partículas, seja repulsiva. Os parâmetros de avaliação da estabilidade das suspensões concentradas de Al2O3, aqui utilizados, foram o potencial zeta e a viscosidade. Foram, também, propostos novos parâmetros, a saber: 1) estruturas milimétricas, 2) microestruturas e 3) histerese nas curvas de viscosidades. Neste trabalho foram feitas suspensões concentradas de Al2O3que variavam de 40% a 70%, em volume de sólidos. Para cada suspensão, variava-se a concentração do dispersante Dispex A40 e, então, realizava-se uma análise da estabilidade da mesma, baseada nos parâmetros citados acima. Em cada amostra de suspensão, uma análise em conjunto de todos os parâmetros, revelava, na média, coerência entre os mesmos. Porém, uma análise baseada num único parâmetro parece ser insuficiente para qualificar a estabilidade de uma suspensão.
Lingotamento contínuo de tarugos com uso de agitação eletromagnética no molde : resultados metalúrgicos.
(Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Materiais. Rede Temática em Engenharia de Materiais, Pró-Reitoria de Pesquisa e Pós-Graduação, Universidade Federal de Ouro Preto., 2003) Campanharo, Vicente; Silva, Carlos Antônio da
O objetivo presumido da utilização de agitadores eletromagnéticos, no processo de lingotamento contínuo é elevar a qualidade do produto através da melhoria da estrutura interna, da limpidez do aço, da superfície das peças produzidas, da uniformidade da composição química e das propriedades mecânicas do produto de modo a possibilitar a produção de uma ampla gama de aços, assim como aumentar a produtividade. Em termos qualitativos a relação entre agitação e qualidade é conhecida. Admite-se que os efeitos sejam sentidos apenas após um valor crítico e que um comportamento assintótico seja observado na faixa de valores superiores. Como não há um método teórico para se saber qual a intensidade de agitação é necessária para se atingir um fim específico, é importante a realização de experiências industriais, para que se obtenha a melhor performance de agitação, para cada tipo de aço produzido. Com base nestas observações foram realizadas experiências envolvendo a máquina de lingotamento contínuo de tarugos da Açominas, operando em condições específicas. A saber, aço via convertedor LD, seção reta quadrada de 130 mm, velocidade de lingotamento de 3,5 m/min, teores nominais de carbono de 0,17%, 0,26%, 0,29%, 0,41% e 0,62%, correntes de agitação de 0 A, 200 A, 400 A, 600 A e 700 A, frequências de agitação de 4Hz e 6 Hz. Com relação ao agitador eletromagnético no molde, nas condições de lingotamento experimentadas, pode-se dizer que o seu benefício quanto a resultados metalúrgicos não são tão evidentes, como uma análise da literatura normalmente indica, embora sua utilização permita o lingotamento em altas velocidades e alto superaquecimento .
Seleção de materiais no design e indústria náuticos.
(Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Materiais. Rede Temática em Engenharia de Materiais, Pró-Reitoria de Pesquisa e Pós-Graduação, Universidade Federal de Ouro Preto., 2003) Galante, Henrique Augusto; Câmara, Jairo José Drummond
A pesquisa visa entender os processos que se dão, quando da seleção de materiais em um projeto náutico. Para as diversas aplicações que são utilizadas em embarcações particulares. Em barcos de pesca, o material empregado é o alumínio. Quando se trata de veleiros e lanchas de recreio, a fibra de vidro é o material mais utilizado. E por fim, em barcos maiores, acima de 20m, o material mais usado é o aço e o alumínio. Uma vez que á possível que cada material citado cumpra, de modo plenamente satisfatório, cada aplicação mencionada, desde que receba o tratamento adequado, por que existe uma certa hierarquia no emprego desses materiais? Para melhor compreensão desse fenômeno, a metodologia aplicada se dará no estudo dessa indústria, através das seguintes ferramentas: utilização de revistas especializadas, destinadas ao público em geral, Internet e acompanhamento, como estudo de caso, da produção de barcos de alumínio, num estaleiro. Além do universo que cerca esse tipo de veículo, ferramentas como a Análise de Valor e a Seleção de Materiais, serão utilizadas para compreender como se dão as escolhas de materiais, num projeto naval. Do acompanhamento da referida produção, serão elaboradas propostas de design, de acordo com suas características de produção e de produto. Essas propostas também levarão em conta, o planejamento estratégico da empresa para curto,médio e longo prazos. Dessas propostas, também será elaborado um modelo em escala, para que haja menhor entendimento sobre as soluções apresentadas.
Evolução da microestrutura e textura com a temperatura de acabamento de um aço GNO 1,3% Si.
(Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Materiais. Rede Temática em Engenharia de Materiais, Pró-Reitoria de Pesquisa e Pós-Graduação, Universidade Federal de Ouro Preto., 2003) Rezende, José Eduardo; Cota, André Barros
Os aços ao silício de grão não orientado (GNO) destinam-se a uma grande gama de aplicações que abrange desde pequenas máquinas elétricas, onde alta permeabilidade é mais importante, até grandes máquinas onde o que mais importa é baixa perda magnética. As propriedades magnéticas são determinadas em grande parte pela textura de recristalização final desenvolvida, que por sua vez tem ligação com a textura desenvolvida nos estágios intermediários de produção dos aços GNO e, em especial, com a estrutura de grãos e textura da bobina a quente, oriunda do processo de laminação a quente. Neste trabalho, foi estudada a influência da temperatura de laminação de acabamento sobre a evolução da estrutura e da textura de um aço GNO com 160ppm de C e 1,3% em peso de Si. A evolução da estrutura de grãos ferríticos com a temperatura de laminação de acabamento mostra que o tamanho médio do grão diminui com a redução da temperatura de laminação no campo austenítico e aumenta com a diminuição da temperatura de laminação no campo bifásico, atingindo um valor de 97m quando a laminação ocorre a 800oC, no campo ferrítico. Durante a laminação no campo austenítico, a textura de transformação da austenita recristalizada apresenta-se com alta fração da componente aleatória. Na laminação no campo bifásico e ferrítico, a textura de transformação e deformação é predominantemente fibra , com as componentes (001)[110], (114)[110] e (113)[110] tendo altos valores de densidades de orientação. Observa-se um tendência das componentes (001)[110], (114)[110] e (113)[110] da fibra  aumentarem suas densidades de orientação com a diminuição da temperatura de laminação de acabamento. Pode-se inferir que a laminação no campo austenítico, a temperaturas mais altas, atende aos requisitos de processamento termomecânico e textura que resultarão em propriedades magnéticas mais adequadas ao aço GNO.
Contribuição aos estudos dos mecanismos de interação das partículas abrasivas com as microestruturas de ferros fundidos em processo de desgaste.
(Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Materiais. Rede Temática em Engenharia de Materiais, Pró-Reitoria de Pesquisa e Pós-Graduação, Universidade Federal de Ouro Preto., 2004) Novelli, Luciano Alves; Costa, Adilson Rodrigues da
Este estudo permitiu avaliar o desgaste de alguns ferros fundidos alto cromo empregados em componentes de bombas centrífugas, utilizadas em circuitos de bombeamento de polpas de minério de ferro. O desgaste é provocado pela ação erosiva e abrasiva das partículas de sílica e de minério de ferro presentes na polpa. Ao longo dos trabalhos foram desenvolvidas análises metalográficas das amostras tal como elas foram fabricadas e após tratamento térmico de tempera em óleo, análise do percentual de carbonetos, ensaio de dureza HRc , caracterização da interação das partículas abrasivas com a estrutura dos ferros fundidos. O efeito da morfologia dos carbonetos presentes na matriz e sua relação com o desgaste foi analisado levando em conta o “grau de arredondamento” dos carbonetos de cromo. Ensaios de perda de massa com abrasivo contendo partículas de tamanho médio de 3μ e 6 μm permitiram quantificar as taxas de desgaste de modo a correlacioná-las com as microestruturas. Estes testes, realizados por intermédio do “ensaio de abrasão com esfera” (ball abrasion test), permitiram verificar o efeito dos elementos de liga, presentes em alguns ferros fundidos com alto teor em cromo, na diminuição da resistência ao desgaste destes materiais. Os resultados obtidos contribuíram para ampliar nossa compreensão sobre o desgaste de ferros fundidos alto cromo, em particular no que se refere à interação das partículas abrasivas com a matriz e os carbonetos nela distribuídos.
Comportamento pós-colheita de goiabas (Psidium guajava l.) embaladas em diferentes materiais.
(Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Materiais. Rede Temática em Engenharia de Materiais, Pró-Reitoria de Pesquisa e Pós-Graduação, Universidade Federal de Ouro Preto., 2004) Amorim, Patricia Suevo; Afonso, Robson José de Cássia Franco
A especificação de embalagens apropriadas para as frutas é uma tarefa complexa. Diferentemente de outros produtos, as frutas continuam respirando após a colheita, durante o transporte e comercialização. Neste trabalho foram conduzidos experimentos para se avaliar (i) a influência de luz; (ii) a influência de permanganato de potássio; (iii) e a influência de diferentes materiais de embalagens no processo de maturação de goiabas em sistemas fechados sob atmosfera e luminosidade controladas. Os experimentos realizados foram divididos em dois grupos (a) na presença e (b) ausência de luz. Os frutos foram embalados selados em frascos de vidro, polietileno teraftalato e em sacos de polietileno a vácuo, com a presença e ausência de sachês de KMnO4 como absorvedores de etileno. As frutas foram avaliadas em seu estágio de maturação de acordo com a aparência, cor da casca, resultados de acidez total titulável, sólidos solúveis totais e teor de vitamina C. Na ausência de luz solar as goiabas embaladas apresentaram um período de conservação relativamente superior, quando comparadas nas mesmas condições com as expostas à luz. Nos sistemas utilizados obteve-se tempos de 20 a 45 dias para o amadurecimento dos frutos. Os melhores resultados foram obtidos para embalagens em PE a vácuo (35 a 45 dias). O uso de absorvedores de etileno como o KMnO4, não propiciaram aumento nos tempos de prateleiras para goiabas e a sua presença levou a danos na casca do fruto (manchas escuras). Os resultados indicam a importância da luz e a transparência dos materiais como fator acelerador no processo de amadurecimento das goiabas. Diferentemente das embalagens convencionais para goiabas, de papelão ondulado com orifícios, os sistemas fechados com atmosfera controlada retardaram o tempo de amadurecimento dos frutos em até 10 vezes em relação às amostras controle, expostas ao ar ambiente. São apontados também, os caminhos para a escolha materiais no desenvolvimento de embalagens para goiabas. Seladas e usando materiais poliméricos capazes de evitar trocas gasosas com o ambiente e a passagem da radiação visível / ultravioleta.
Estudo do comportamento de sapatas de freio de resina fenólica, em frenagem por atrito de rodas metroferroviárias.
(2004) Souza, Rogério Eustáquio de; Branco, José Roberto Tavares; Oliveira, Cristovam Paes de; Branco, José Roberto Tavares; Lins, Vanessa de Freitas Cunha; Oliveira, Cristovam Paes de; Domingues, Ricardo Pinheiro
Considerando a gravidade e a magnitude dos prejuízos causados no Brasil e no mundo, pelos inúmeros problemas decorrentes da deterioração prematura do sistema roda ferroviária - sapata de freio, e a necessidade de se estabelecer parâmetros que levem à minimização de tais problemas, buscou-se levantar, neste trabalho, dados de desempenho, evolução de desgaste e coeficiente de atrito de sapatas de freio de resina fenólica, bem como de degradação de rodas ferroviárias, em operação na Companhia Brasileira de Trens Urbanos - CBTU-METROBH. Análise química, metalúrgica e ensaios de dureza em componentes novos ou que chegaram ao “fim da vida” foram efetuadas. Os resultados obtidos foram avaliados comparativamente com outros disponíveis na literatura e são discutidos de forma a contribuir para o desenvolvimento de procedimentos e de materiais para rodas ferroviárias e sapatas de freio, que apresentem performance mais adequada às aplicações operacionais. Verificou-se que as transformações metalúrgicas e as descontinuidades apresentadas pelas rodas usadas, são equivalentes às relatadas por outras companhias operadoras metroferroviárias e de transporte de carga, no Brasil e em diversos países do mundo. Taxas de desgaste foram determinadas em corpos de prova de sapatas de freio, através do ensaio tribológico de “Pino sobre Disco”. Estes resultados foram comparados com medidas obtidas em Testes de Rodagem no Campo e durante todo o processo foram identificados e registrados diversos fatores que influenciaram o desgaste. Os testes de campo demonstraram aumento do desgaste das sapatas nos períodos chuvosos o que foi usado para fundamentar uma proposta para o aumento da vida útil das Sapatas de Freio, a partir de uma melhor regulagem dos equipamentos do sistema de freio dos trens. Os resultados dos ensaios tribológicos de “Pino sobre Disco” permitiram determinar-se um perfil de comportamento da evolução do desgaste das sapatas de f reio em laboratório, tendo-se estabelecido uma correlação qualitativa desses resultados com os dados dos Testes de Rodagem no Campo.
Produção e caracterização de pó de pet – poli(tereftalato de etileno) obtido a partir de garrafas pós-consumo.
(Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Materiais. Rede Temática em Engenharia de Materiais, Pró-Reitoria de Pesquisa e Pós-Graduação, Universidade Federal de Ouro Preto., 2004) Melo, José Wellington; Branco, José Roberto Tavares
O trabalho tem o objetivo de estudar a produção e caracterização de Pó de PET – Poli( Tereftalato de Etileno), produzido por um processo inovador, a partir de garrafas pósconsumo com o que se espera contribuir para a redução do impacto ambiental devido ao descarte de plástico. A matéria prima utilizada foi garrafas para 2 l de refrigerante, de PET incolor e transparente, das quais foram removidas tampa e rótulo, ao que se seguiu limpeza em água. A cominuição das garrafas foi feita em um equipamento protótipo, desenvolvido no CETEC. O pó obtido foi submetido a peneiramento a seco conforme norma ASMT 4-11/95, usando-se peneiras de 65, 100, 270 e 400 mesh; ensaios de fluidez conforme norma ASTM D1895-96; ensaios para caracterização estrutural que incluíram Difração de Raios-X, Calorimetria Diferencial Exploratório e Microscopia Óptica. Os resultados demonstraram a viabilidade técnica do processo de cominuição utilizado, tendo-se obtido uma taxa de produção de 1g/m por garrafa, com um aproveitamento de 50%. O pó obtido apresenta morfologia variada, constituindo-se de partículas lamelares, fibrosas e variações entre essas. Sua fluidez está entre 1 e 9 g/s, sendo maior para o pó –65/+100 mesh, que se demonstrou adequado para uso em leito fluidizado, como utilizado em sistemas de alimentação de pó para aspersão térmica. Os valores de viscosidade indicam que o processo de cominuição usado provocou degradação do material da garrafa, degradação essa que é maior para as partículas de menor tamanho. A viscosidade intrínseca ficou entre 0,2 e 0,44 para todas as faixas exceto para a faixa –65 a +100 (mesh) que foi de 2,57. A viscosidade inerente ficou entre 0,4 e 0,88 para todas as faixas exceto para a faixa –65 a +100 (mesh) que foi de 5,19.A densidade das partículas apresentou valores ente 1,31 e 1,46 (g/cm3). Sua cristalinidade calculada ficou entre 19 e 35%. Os resultados de difração de Raios–X apresentaram planos cristalinos, ângulos e picos semelhantes aos de PET-resina. __________________________________________________________________________________________
Estudo de ferramenta computacional para análise de parâmetros em gemas lapidadas : quartzo hialino.
(Programa de Pós-Graduação em Evolução Crustal e Recursos Naturais. Departamento de Geologia. Escola de Minas, Universidade Federal de Ouro Preto., 2004) Mol, Adriano Aguiar; Martins Filho, Luiz de Siqueira
A lapidação de gemas consiste no processo de beneficiamento desses minerais com o objetivo de ressaltar algunsefeitos óticos como cor, brilho e transparência. Uma das técnicas de lapidação mais utilizadas é o facetamento, que gera gemas lapidadas na forma depoliedros. Os resultados obtidos com esta técnica podem ser mesuráveis em termos de desempenho ótico e aproveitamento em peso, e são controlados pela variação de proporções entre as partes principais de uma gema facetada. O trabalho apresenta uma revisão sobre as técnicas e processos de lapidação buscando obter o conhecimento necessário para a delimitação do problema da interação da luz com o material na forma de um poliedro. Constatada a carência de estudos aprofundados sobre este problema em relação às gemas brasileiras, definiu-se pela utilização do quartzo incolor hialino. Este é um material gemológicode baixo valor unitário encontrado em abundância no país com múltiplas possibilidades de agregação de valor via lapidação diferenciada, no chamado design de lapidação. Utilizando um conjunto de diferentes modelos de lapidação desenvolvidos para o quartzo, o estudo concentra-se em dois principais resultados do facetamento, o aproveitamento e a brilhância. Os poliedros e seus resultados são analisados utilizando um software tipo CAD específico para simular o facetamento de gemas.Para verificar a relação entre as proporções entre as partes de um quartzo incolor facetado e estes dois resultados, foi desenvolvida uma ferramenta computacional baseada em Redes Neurais Artificiais (RNAs). RNAs são sistemas computacionais de processamento de dados inspirados no funcionamento do cérebro humano, associando dados como o fazem as redes sinápticas dos neurônios. Os resultados mostram uma taxa de erro considerada baixa entre os conjuntos de dados de treinamento e de estimação via RNAs, confirmando a relação de dependência utilizada na modelagem da ferramenta e a hipótese de que sistemas baseados em RNAs são adequados para essa classe de problemas.
Influência da distribuição granulométrica do pellet feed no processo de aglomeração e na qualidade da pelota de minério de ferro para redução direta.
(Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Materiais. Rede Temática em Engenharia de Materiais, Pró-Reitoria de Pesquisa e Pós-Graduação, Universidade Federal de Ouro Preto., 2004) Fonseca, Maurício Cota; Costa, Geraldo Magela da
No presente estudo foi feita uma ampla investigação da influência da distribuição granulométrica do pellet feed nas etapas de aglomeração (pelotamento em disco) e queima de pelotas de minério de ferro destinadas ao processo de redução direta. Avaliou-se a qualidade das pelotas de minério de ferro (cruas e queimadas) produzidas com diferentes teores de hematita especular (32%, 42% e 53%) e diferentes níveis de superfície específica (1700 cm²/g, 2050 cm²/g e 2400 cm²/g), seguindo um planejamento fatorial pré- determinado. As amostras de pellet feed foram coletadas na planta industrial, buscando os teores sugeridos de hematita especular. As distribuições granulométricas, representadas neste estudo pela superfície específica, foram obtidas através da cominuição destas amostras pelo roller press piloto. Para determinar a influência dos fatores na etapa de aglomeração, foram avaliados os seguintes parâmetros: a resistência à compressão (pelotas cruas úmidas e secas), a resiliência (resistência a queda), a densidade aparente e o diâmetro médio das pelotas cruas. Para determinar a influência dos fatores na etapa de queima, foram avaliados os seguintes parâmetros: a resistência à compressão, o índice de tamboramento, o índice de abrasão, a densidade e a porosidade das pelotas queimadas. Os melhores índices de qualidade para as pelotas cruas e queimadas foram obtidos para os maiores níveis de hematita especular e superfície específica utilizados, exceto para a resistência à compressão das pelotas queimadas. Uma investigação criteriosa associou a queda da resistência à compressão a uma deficiência no processo de secagem, conseqüência da modificação das propriedades das pelotas produzidas com o pellet feed com maior superfície específica. Esta deficiência favoreceu a formação de trincas nas pelotas e com isso a fragilização das mesmas. A otimização do perfil térmico utilizado na queima das pelotas mostrou-se como uma alternativa técnica para minimizar o problema de formação de trincas e conseqüente queda da resistência à compressão.
Efeito da substituição do molibdênio pelo nióbio e nióbio-boro em aços Hadfield no desempenho ao desgaste abrasivo.
(Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Materiais. Rede Temática em Engenharia de Materiais, Pró-Reitoria de Pesquisa e Pós-Graduação, Universidade Federal de Ouro Preto., 2004) Silva, Gilson Neves da; Oliveira, Cristovam Paes de
A motivação dessa pesquisa veio no sentido de se viabilizar o desenvolvimento desse tipos de liga de desgaste, que atenda às necessidades de aplicação das mesmas, tanto em termos econômicos quanto do ponto de vista de propriedades mecânicas. Hoje em dia, com o aumento de preços de alguns insumos, em particular aqueles ligados ao molibdênio, tanto na forma de ferro-liga ou óxido, justifica-se todo empenho em se caracterizar novas ligas que visem substituir no todo ou em parte esses materiais que entram na composição dos aços Hadfield. Estudaram-se os aços austeníticos do tipo “Hadfield”, modificados quimicamente em relação ao original da ASTM A-128, classe E-2, e ainda alguns tratamentos térmicos que objetivaram melhorar propriedades mecânicas, medidas através de teste de desgaste (roda de borracha) e impacto por martelamento. Quando no estado bruto de fusão, essas ligas apresentam estrutura austenítica com precipitação intensa de carbonetos, diminuindo a resistência e fragilizando o material. Foram feitos dois caminhos de aquecimento: aquecimento direto até a temperatura final e outro com patamar a 600ºC por 2 horas, antes do encharque final a 1.100°C. O tratamento térmico promove a redissolução desses carbonetos na matriz austenítica e um posterior resfriamento em água impede nova precipitação, dando uma estrutura austenítica supersaturada. A classe E-2 da ASTM A-128 permite um tratamento especial, onde aquece-se até cerca de 600ºC, mantendo nessa temperatura por um certo tempo e, em seguida, prossegue-se com o aquecimento até atingir a temperatura final, chamado processo de perlitização. Algumas amostras sofreram envelhecimento a 600ºC por 2 horas, precipitando carbonetos finamente dispersos na matriz, aumentando a resistência da liga que, após deformação plástica, encrua-se bastante, atingindo o estado ideal de trabalho. Esse trabalho mostrou que é possível se efetuar a substituição proposta do molibdênio pelo nióbio e nióbio-boro, mantendo ou melhorando as propriedades mecânicas e ainda tendo-se uma redução de custo, já que a quantidade usada na substituição é menor do que aquela da composição tradicional referente à norma da ASTM A-128, classe E-2.
Desenvolvimento de processo para obtenção e caracterização de clorossilanos a partir de silício metalúrgico.
(2004) Fonseca, Cíntia Gonçalves; Madeira, Fernando Antônio
O silício é o material normalmente empregado na construção de células fotovoltaicas, que convertem a luz solar em energia elétrica. Para que o silício seja usado com este fim, ele deve possuir impurezas com limites baixíssimos, da ordem de ppba (parte por bilhão atômico). Após dezenas de tentativas, constatou-se que somente os métodos químicos podem levar a uma pureza tão grande. O processo de purificação do silício inclui as etapas: redução do quartzo em silício metalúrgico; a cloração do silício; a purificação dos clorossilanos gerados e a produção do silício grau solar pela redução dos clorossilanos. O processo de redução do quartzo é praticado por cerca de uma dezena de empresas brasileiras, que detém cerca de 30% do mercado mundial. As outras etapas não são praticadas por falta de tecnologia. O mercado remunera em cerca de um dólar o silício metalúrgico nacional obtido a partir de três quilos de quartzo mineral através de um processo eletro-intensivo. Por outro lado, o silício com alta pureza é cotado acima de cem dólares o quilo, provocando uma enorme evasão de riquezas brasileiras para manutenção da indústria eletroeletrônica e, mais recentemente, a fotovoltaica, estimadas em mais de oito bilhões de dólares por ano. Por essa razão torna-se adequado o Brasil buscar obter a tecnologia de produção de silício grau solar não apenas para inverter sua balança comercial como para obter uma nova fonte de energia tendo em vista que os recursos hoje utilizados não existirão eternamente. O presente trabalho constitui-se no desenvolvimento da etapa de cloração de silício metalúrgico com vistas à obtenção de clorossilanos com alto rendimento, pureza e um custo competitivo, através da cloração do silício utilizando cloreto de hidrogênio anidro. O cloreto de hidrogênio anidro foi obtido secando-se ácido clorídrico comercial concentrado a quente utilizando ácido sulfúrico como agente secante e borbulhamento de argônio para agitação da mistura ácida. O cloreto de hidrogênio assim produzido foi imediatamente conduzido ao reator onde ocorreu a formação de uma mistura constituída principalmente por triclorosilano e tretracloreto de silício. Os clorossilanos foram obtidos na fase gasosa, sendo conduzidos por condensadores resfriados por uma mistura de água e etileno glicol e foram recolhidos e armazenados no estado líquido. Esse objetivo foi alcançado gerando como resultado uma mistura de aproximadamente 60% triclorossilano e 40% tetracloreto de silício que foram analisados utilizando métodos químicos. Os clorossilanos são produzidos com a finalidade de serem purificados e posteriormente reduzidos, a fim de se obter silício grau solar para confecção de células fotovoltaicas.
Desenvolvimento de processo para a obtenção de cloreto de berílio a partir do berilo mineral.
(Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Materiais. Rede Temática em Engenharia de Materiais, Pró-Reitoria de Pesquisa e Pós-Graduação, Universidade Federal de Ouro Preto., 2004) Pereira, Renata Aparecida da Cunha; Madeira, Fernando Antônio
O berílio metálico possui propriedades especiais e é considerado um material estratégico por suas aplicações na área militar e aeroespacial. O metal é extraído comercialmente do berilo e da bertrandita. No Brasil, o mineral berilo é a única fonte comercializável de berílio e possui em média 11% do óxido do elemento (BeO). O País é o maior exportador do mineral berilo do mundo e não possui tecnologia para o seu processamento. Em Minas Gerais, o berilo é considerado subproduto das minas de feldspato no nordeste e leste do estado. Há uma supervalorização do metal em relação ao minério bruto, cujo preço de venda está em torno de R$1,00/kg de berilo. Foi feita uma parceria entre a metalúrgica Rima Industrial e a Fundação Centro Tecnológico de Minas Gerais (CETEC) para o desenvolvimento de um projeto para a produção de compostos de berílio a partir do berilo mineral, denominado Projeto Berílio. Para o desenvolvimento do Projeto foi construído um laboratório que atendesse às condições de segurança exigidas relativas ao berílio, vista a característica de alta toxicidade de seus derivados. A princípio foi realizado um trabalho de campo em que se obteve amostras do mineral de quatro diferentes cidades, em Minas Gerais e na Bahia. Como não existe um método padrão para a caracterização química do berilo, diferentes métodos analíticos citados na literatura foram testados. Desenvolveu-se um método de análise que apresentou melhores resultados que os da literatura. Foi desenvolvido um método de extração de berílio como alternativa aos métodos comerciais de extração existentes (sulfato e fluoreto) com o uso do carbonato de sódio (Na2CO3) como agente de ataque do mineral, comprovadamente mais eficiente dentre os testados. Foram otimizadas as condições de ataque do mineral com o Na2CO3 considerando as variáveis: proporção entre os reagentes, carga aplicada e tempo de reação, que resultaram em um rendimento de 92% p/p. Desenvolveu-se um método de obtenção e purificação do hidróxido de berílio (Be(OH)2) com a retirada de cerca de 98% das impurezas metálicas e alto rendimento em relação ao berílio (82%). O Be(OH)2 purificado foi dissolvido em ácido clorídrico e foi feita a secagem da solução. O produto da reação após a secagem foi o Óxido de Berílio, e não o Cloreto de Berílio, como esperado. Este resultado foi confirmado por difração de raios-X. O rendimento do processo foi calculado em termos de massa de óxido de berílio (BeO) obtida a partir do berilo mineral. O rendimento obtido foi de 70%p/p de BeO. Conclui-se que o método desenvolvido é eficiente, simples e de baixo custo para a obtenção de hidróxido e óxido de berílio de alta pureza a partir do berilo mineral.
Desenvolvimento, produção e caracterização de compósitos de madeira-plásticos para aplicação na indústria moveleira.
(2004) Corrêa, Glaucinei Rodrigues; Câmara, Jairo José Drummond; Teixeira, Lincoln Cambraia; Afonso, Robson José de Cássia Franco
No pólo moveleiro de Ubá, na região da Zona da Mata em Minas Gerais, são recolhidos aproximadamente 900 toneladas de resíduos por mês, gerados durante o processamento da madeira sólida ou dos painéis de madeira reconstituída. Esses resíduos, atualmente são destinados à produção de energia ou produção de carvão. No que se refere aos termoplásticos, a reciclagem no Brasil corresponde aproximadamente a 200 mil toneladas por ano, representando apenas 21% dos plásticos rígidos e filmes presentes no lixo urbano. Unindo-se esses dois materiais — os resíduos de madeira e os plásticos reciclados — pode-se: obter materiais compósitos com potencialidades para diversas aplicações e propriedades peculiares que os distinguem de outros materiais atualmente utilizados na indústria moveleira; eliminar o desperdício; diminuir gastos com energia na produção de matéria-prima e colaborar com a qualidade de vida transformando o lixo em matéria-prima. Assim, o objetivo deste trabalho foi verificar a possibilidade de utilização de resíduos de madeira juntamente com termoplásticos reciclados, empregando adesivos de uréia-formaldeído para fabricação de painéis termoprensados, para serem utilizados em tampos de gabinetes para cozinha. Com o propósito de avaliar essa possibilidade, para o delineamento, com 28 tratamentos e duas repetições, foram combinados dois tipos de resíduos de madeira — de pinus e de aglomerado — em quatro níveis, sendo 50%, 65%, 80% e 100%; dois tipos de termoplásticos — polietileno de baixa densidade e polipropileno — a 20%, 35% e 50%; e dois níveis de adesivo de uréia-formaldeído, 6% e 9%. Foram produzidas 56 chapas com dimensões aproximadas de 400x400x12mm com densidade final de 0,61 g/cm³. As chapas produzidas, tiveram as suas propriedades físicas e mecânicas determinadas de acordo com a norma NBR 14810-3 (2002) Chapas de madeira aglomerada. Os resultados evidenciaram que: a) a adição de termoplástico nos tratamentos, influenciou negativamente a tração perpendicular; b) as chapas produzidas com resíduos de pinus e polietileno de baixa densidade, independente da mistura empregada, tiveram melhores resultados do módulo de ruptura e módulo de elasticidade; c) os tratamentos com resíduos de pinus e termoplásticos, independente do tipo, tiveram a resistência ao arrancamento de parafuso favorecida; d) a quantidade de termoplástico empregada nos tratamentos influenciou positivamente os resultados de teor de umidade; e) tratamentos com maior porcentagem de termoplástico, tiveram menores valores de teor de umidade, absorção de água e inchamento em espessura e f) uma maior porcentagem de adesivo empregada na fabricação das chapas, 9%, influenciou positivamente a absorção de água, o inchamento em espessura e a resistência à tração perpendicular.
Efeito da pré-deformação e Shot Peening na tenacidade à fratura e propagação de trinca por fadiga da liga de alumínio 7475-T7351, de aplicação aeronáutica.
(2004) Barroso, Emerson Kellem Lana; Godefroid, Leonardo Barbosa
As ligas de alumínio são largamente utilizadas em projetos aeronáuticos em função da boa resistência mecânica associada com sua baixa densidade. Dentre elas, a liga 7475-T7351 é utilizada devido ao seu bom comportamento em termos de propagação de trinca de fadiga e seus elevados valores de tenacidade à fratura. Os efeitos da pré-deformação e shot peening na propagação de trinca por fadiga e tenacidade à fratura dessa liga foram investigados. Ensaios com amplitude constante foram realizados para duas razões de tensão R objetivando também mostrar os efeitos dessa variável no comportamento do material. Os resultados mostram que, tanto a resistência à propagação de trinca de fadiga quanto a tenacidade à fratura do material, diminuem na medida em que se aumenta a quantidade de pré-deformação. O mesmo efeito é observado para o aumento da razão de tensão R. Por outro lado, o tratamento por shot peening mostrou ser efetivo para a melhoria das características estudadas. Em relação à propagação de trinca, os efeitos da pré-deformação e do shot peening foram mais pronunciados para a região do limiar ΔKth. Apesar da diferença do comportamento para essas condições, não foi observada mudança significativa na microestrutura do material. O material apresentou fratura dúctil típica das ligas de alumínio, com alvéolos associados com inclusões, algumas vezes fraturadas por deformação. A propagação da trinca de fadiga ocorreu de forma transgranular em toda a extensão do corpo-de-prova, apresentando bifurcação para velocidades de propagação correspondentes à região linear da curva da/dN x ΔK, e aspecto mais plano na região do limiar ΔKth. Na região do limiar ΔKth a superfície de fratura apresentou platôs alongados e, na região de transição, a superfície de fratura foi mais plana, com o aparecimento de estrias de fadiga e bifurcações de trincas. A região superficial da amostra tratada por shot peening apresentou um típico travamento de trincas por tensões compressivas. Os modelos de Paris-Erdogan e Collipriest foram empregados e os resultados experimentais mostraram uma boa concordância com os mesmos. A aplicação do modelo de Collipriest confirma a sua relevância, principalmente quando reduções de peso e de custos são considerações importantes de projeto. Além disso, os valores ΔKth encontrados mostraram grande concordância com o mesmo. Este modelo também apresenta uma característica menos conservativa par a região do limiar ΔKth, em relação ao modelo de Paris-Erdogan, no entanto sem comprometer os aspectos de segurança. Além disso, o modelo de Collipriest apresenta recursos matemáticos para ajustar os dados com grande confiabilidade.
Estudo experimental da difusão do manganês em óxido de cromo sintético e em óxido de cromo formado por oxidação.
(Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Materiais. Rede Temática em Engenharia de Materiais, Pró-Reitoria de Pesquisa e Pós-Graduação, Universidade Federal de Ouro Preto., 2004) Borges, Luís Carlos; Sabioni, Antônio Claret Soares
Neste trabalho foi feita a determinação experimental da difusão do manganês no Cr2O3 sintético policristalino de alta densidade, obtido por prensagem a quente, e em filmes de Cr2O3 crescidos sobre a liga 70%Ni-30%Cr. A difusão do manganês foi realizada a partir de um filme superficial fino em um meio semi-infinito e, os perfis de difusão foram determinados por espectrometria de massa de íons secundários (SIMS). As experiências de difusão foram realizadas na faixa de 800-1100 o C para amostras policristalinas sintéticas e entre 700-900 o C para amostras na forma de filmes obtidos por oxidação, sob pressão parcial de oxigênio 10Pa 10 -4 atm. Através da comparação direta entre os valores das difusividades dos cátions manganês e ferro obtidos, rigorosamente sob as mesmas condições experimentais, verificou-se que difusividade em volume do manganês nas amostras policristalinas de Cr 2O3 foi maior, em torno de uma ordem de grandeza, quando comparada com a difusividade do Fe. Já para as amostras de Cr2O3 na forma de filmes essa diferença variou de uma até quatro ordens de grandeza, tanto no volume como nos contornos de grão. A difusividade do manganês tanto nas amostras policristalinas como nas de filme, foi quatro ordens de grandeza maior nas regiões de contornos de grão do que no volume. Essa grande diferença entre esses dois tipos de difusividades indica que provavelmente os contornos de grão constituem uma via preferencial para a difusão do manganês nessas amostras. A difusividade em volume e nos contornos de grão do manganês nas amostras de Cr2O3 na forma de filme, apresentaram valores superiores, em torno de uma ordem de grandeza, quando comparado com as amostras na forma de policristal. Isso pode ser explicado em parte pelo fato de que no filme de óxido formado pela oxidação, outros mecanismos podem intervir devido à presença de poros, trincas e outras imperfeições contidas no mesmo.
Síntese e caracterização de titanato de bário hidrotérmico dopado com lantânio e manganês.
(2004) Pereira, Renato Alves; Araújo, Fernando Gabriel da Silva; Mendes Filho, Antônio Alves
Foi investigado o efeito dos teores de lantânio e manganês sobre o coeficiente de temperatura positivo, PTC, da resistividade do titanato de bário hidrotérmico. Pós de titanato de bário foram produzidos por síntese hidrotérmica, a 220°C, por 20h, com enchimento de 1/3 da autoclave, a partir de Ba(OH)2.8H2O e TiO2, como precursores. Foram feitas as sínteses de pós de titanato de bário estequiométrico, além de pós de titanato de bário dopado com concentrações de lantânio entre 0,2 e 1,0mol% e com concentrações de manganês entre 0,02 e 0,10mol%. Os pós foram caracterizados por difratometria de raios X, identificando-se apenas a fase BaTiO3 e em seguida prensados na forma de pastilhas de aproximadamente 10mm por 3mm, com carga de 3.000kgf. As pastilhas prensadas foram sinterizadas ao ar a 1250°C por 5h e tiveram suas microestruturas e fases identificadas por microscopia eletrônica de varredura e difratometria de raios X, respectivamente. As pastilhas de todas as composições foram metalizadas nas duas faces planas para a confecção de capacitores, que foram caracterizados eletricamente por impedanciometria complexa, a 1kHz, entre 80°C e 195°C, para determinação de suas constantes dielétricas, temperaturas de Curie, fatores de dissipação, resistividades e coeficientes de temperatura. Observou-se um máximo efeito PTC para a dopagem com lantânio de 0,6mol%, apresentando um coeficiente de temperatura de 94.750W.mm/°C, um aumento de 250% com respeito ao titanato de bário puro. O maior efeito PTC observado para a dopagem com manganês ocorreu a 0,1mol%, com coeficiente de temperatura de 38.000W.mm/°C. A dopagem com lantânio reduziu continuamente a temperatura de Curie do titanato de bário, de 123°C, para 95°C, enquanto a dopagem com manganês praticamente não a alterou.

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