REDEMAT - Mestrado (Dissertações)

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Desenvolvimento de selo inteligente para monitoramento de novo processo de desinfecção de água com luz azul.
(2023) Paiva, Bárbara Gosziniak; Bianchi, Rodrigo Fernando; Silva, André Talvani Pedrosa da; Bianchi, Rodrigo Fernando; Faria, Gregório Couto; Almeida, Ive Silvestre de
Nas últimas décadas, proporcionar o acesso universal à água potável tem sido um dos maiores desafios enfrentados pelas nações em todos os continentes. Assim, formas alternativas para a desinfecção de água se fazem cada vez mais necessárias para a saúde humana, sobretudo as de fácil acesso à população em geral. Este trabalho apresenta portanto, um selo para o monitoramento de um sistema alternativo de desinfecção de água com luz azul. A escolha da luz azul vem do fato da literatura recente apresentar resultados que sugerem que a essa fonte de radiação elimina várias espécies de microrganismos patogênicos em até 90% após a exposição em superfície. Para atingir esse objetivo, filmes de MEH-PPV, polímero sensível a radiação azul, depositados em superfície de papel foram caracterizados opticamente como função do tempo de exposição à 20 μW/cm2 e 60 μW/cm2 (λmax = 460 nm). Os resultados mostram que o sistema de MEH-PPV/Papel apresenta pico de máxima emissão antes de ser exposto a luz azul em torno de 600 nm, que vai reduzindo com o tempo de exposição. Também é observado uma mudança de cor de laranja ao branco com a exposição à luz. O tempo para ocorrer a variação tanto da emissão, quanto da cor, depende do número de camadas de MEH-PPV, neste caso, quanto maior o número de camadas, mais lento é o processo de variação, e da radiância, que quanto maior mais rápido ocorre o processo. Os resultados da escala Pantone corroboram tal mudança de cor. Tais resultados servem de base para o desenvolvimento de um selo para monitorar a desinfecção de coliformes totais e E.coli na água. O design escolhido para esse dispositivo foi de um sapo por representar a vida na água. Os resultados mostram o uso inédito da luz azul na inativação de coliformes totais e E.coli na água, com uma dose ideal de 738 J/cm2, e o uso do selo com 1 camada de MEH-PPV para o monitoramento do processo utilizando uma radiância de 60 μW/cm2, que fica completamente branco quando recebe a dose necessária para inativação dos microrganismos. Para a produção do selo com outras finalidades, em que o número de camadas e o tempo de exposição serão modificados, a equação encontrada após caracterização dos filmes pode ser utilizada Tf = (1, 3 ± 0, 1) ∗ Nc + (2,2 ± 0,3), onde, Tf = Tempo final de mudança de cor, e Nc = Número de camadas de MEH-PPV depositadas no papel.
Avaliação do efeito da substituição do inibidor de turbulência por barragens e do posicionamento da válvula longa de um distribuidor sobre a remoção de inclusões.
(2023) Galante, Gustavo Santos; Peixoto, Johne Jesus Mol; Reis, Rafael Fernandes; Peixoto, Johne Jesus Mol; Silva, Carlos Antônio da; Lemos, Leandro Rocha; Reis, Rafael Fernandes
A limpidez do aço é um parâmetro de grande importância para garantir qualidade final do produto e manter a competitividade das empresas perante o mercado. Por outro lado, o distribuidor representa uma das últimas oportunidades para a remoção de inclusões e a utilização, neste equipamento, de modificadores de fluxo tais como: barragens, diques, inibidores de turbulência e cortinas gasosas; dos mais variados formatos visam favorecer a flotação de inclusões. Existe assim, uma busca da associação correta de modificadores associado a um melhor custo benefício e a utilização de simulações físicas e computacionais como ferramentas de análises é um dos recursos mais utilizados atualmente, isto devido às dificuldades operacionais e de custos em se executar testes industriais. Neste contexto, o estudo aqui disposto, teve o objetivo de avaliar os efeitos da substituição do inibidor de turbulência por barragens, sobre o escoamento e remoção de inclusões, via modelamento físico e CFD de um distribuidor de 41,5 t em escala 1:3 por meio da determinação de curvas de distribuição de tempo de residência (DTR), dispersão de corantes, PIV (Particle Image Velocimetry) e remoção de inclusões (partículas poliméricas) injetadas em pulso. Simulações fluidodinâmicas em Ansys CFX também foram utilizadas e a influência da assimetria do jato de entrada sobre a eficiência de remoção de inclusões foi investigada. Observou-se boa concordância entre tempos característicos obtidos por simulações CFD e experimentos no modelo físico. As simulações computacionais de fluxo apresentaram comportamento semelhantes ao observados no modelo físico, sendo possível caracterizar o fluxo quanto a caminhos preferenciais de inclusões, velocidade e características de escoamentos, a partir das simulações CFD. Os resultados demonstram que a substituição do inibidor não trouxe prejuízos ao comportamento do fluxo e, em algumas situações, apresentou valores ligeiramente superiores conforme avaliado pela caracterização de fluxo, curvas DTR e eficiência de remoção de inclusões. Constatou-se que efeitos de curto-circuito e distribuição granulométrica das partículas que simulam as inclusões possuem influência nos resultados de simulação computacional. Por fim espera-se, para as condições assimétricas resultante do desalinhamento do conjunto de válvula longa, um desgaste maior dos diques, diferenças de limpidez entre veios e uma queda na eficiência de remoção de partículas de inclusão menores.
Efeitos da temperatura de austenitização e da transformação martensítica sobre tensões residuais pós-soldagem em um aço estrutural baixa liga de alta resistência mecânica - análise por elementos finitos.
(2023) Abreu, Salvatore Giuliano Peixoto Tropia de; Porcaro, Rodrigo Rangel; Faria, Geraldo Lúcio de; Porcaro, Rodrigo Rangel; Faria, Geraldo Lúcio de; Cândido, Luiz Cláudio; Rodriguez Arias, Ariel
Este estudo investigou a influência das temperaturas de início da transformação martensítica (Ms) e seus consequentes efeitos sobre tensões residuais pós-soldagem em um aço estrutural ARBL (Alta Resistência Baixa Liga) de elevada resistência mecânica por meio de simulações computacionais pelo Método dos Elementos Finitos. Com esse objetivo, foi realizada uma soldagem real para aquisição de dados utilizados na calibração da fonte de calor aplicada na simulação. Para tal, foi realizado o monitoramento de ciclos térmicos por meio de termopares localizados em posições estratégicas, seguido da análise de macrografias do cordão de solda. Posteriormente, dados de dilatometria foram utilizados para determinar os coeficientes de expansão instantâneos a uma taxa de resfriamento de 25 ºC/s aplicada ao aço para três valores diferentes de temperaturas de pico (Tp): 1300 °C, 1150 °C e 920 °C. Com base nesses dados foram criados quatro modelos de materiais, um para cada Tp (denominados P920, P1150 e P1300), além de um quarto modelo com coeficiente de expansão térmica constante (PCTE), sem considerar a transformação martensítica, para fins de comparação. O estudo pode ser dividido em três partes principais: a calibração de uma fonte de calor e determinação de condições de contorno para a simulação; o estudo de um Modelo de Três Barras usado para isolar os efeitos de Tp nas tensões residuais; o estudo de um Modelo de Chapa Composta, no qual a ZTA da chapa foi subdividida com base na temperatura de pico atingida e os modelos de material correspondentes foram aplicados. Para comparação dos resultados também foram realizadas simulações considerando a chapa composta inteiramente por cada um dos modelos de material. Os resultados mostraram a importância de se considerar a transformação martensítica em estudos de simulações de tensões residuais induzidas por soldagem e uma clara tendência de decréscimo das distribuições gerais das tensões finais com menor Ms.
Análise da influência de parâmetros geométricos da válvula submersa na turbulência superficial em moldes de lingotamento contínuo através de simulações numéricas.
(2022) Ribeiro, Rodrigo Garcia; Silva, Carlos Antônio da; Peixoto, Johne Jesus Mol; Silva, Carlos Antônio da; Peixoto, Johne Jesus Mol; Lemos, Leandro Rocha; Gabriel, Weslei Viana
Este trabalho objetivou calibrar um modelo de simulação fluidodinâmica para um molde de Lingotamento Contínuo a partir de dados experimentais de um modelo em água, e utilizar este modelo de simulação para estudar a influência tanto do raio interno superior da porta como da profundidade do recuo da Válvula Submersa (SEN) na oscilação superficial do molde. Os dados experimentais foram obtidos através de um modelo em água de escala 0,6:1, de onde se obteve a medição dos tamanhos de bolhas de ar, bem como a medição da oscilação superficial através de sensores ultrassônicos e o comportamento fluidodinâmico através de espalhamento de corante. Os experimentos realizados mostram que a vazão de ar injetada no molde não influencia a distribuição estatística de tamanhos de bolhas do modelo físico. Os experimentos também permitiram extrair distribuições estatísticas de tamanho de bolhas que serviram como input para as simulações numéricas. A comparação dos resultados obtidos dos experimentos permitiu também selecionar um conjunto de forças interfásicas que representasse mais fidedignamente na simulação o comportamento do escoamento e do espalhamento de bolhas no modelo físico. Dentre as combinações de forças interfásicas simuladas, a combinação de Força de Massa Virtual com Força de Gradiente de Pressão apresentou os resultados mais coerentes com os dados experimentais. Sobre análise da influência do raio interno superior da porta, observou-se que, para valores pequenos de raio, a oscilação superficial é intensificada. Por outro lado, observou-se redução considerável da oscilação superficial quando adotado um raio de 20mm. Em relação à análise da profundidade de recuo do fundo da SEN, a geometria sem nenhum recuo apresentou oscilação de superfície menos intensa do que a geometria de referência (recuo de 6,1mm). No entanto, quando se aumenta a profundidade de recuo em relação à profundidade de referência (6,1mm), a oscilação superficial é amenizada, com a configuração de profundidade de recuo de 9mm apresentando a maior redução na oscilação superficial.
Enriquecimento de um minério laterítico de níquel por tratamento térmico e separação magnética.
(2022) Ramírez, Rafael Leonardo Silva; Oliveira, Víctor de Andrade Alvarenga; Oliveira, Víctor de Andrade Alvarenga; Santos, Claudio Gouvea dos; Souza, Rodrigo Fernandes Magalhães de
Foram realizados, em escala laboratorial, experimentos de redução com hidrogênio e decomposição térmica, em minério de níquel laterítico com caraterísticas mineralógicas que o categorizam como pertencente à zona de transição. A amostra mineral e as amostras geradas após o processamento térmico foram caracterizadas por difratometria de raios X (DRX), análise termogravimétrica (TG) e microscopia eletrônica de varredura acoplada a espectômetro de energia dispersiva (MEV-EDS). As principais transformações minerais ocorridas no minério, após o processamento térmico, foram identificadas, e foi estudada a influência dessas alterações no comportamento magnético da amostra. Os produtos resultantes das operações de decomposição térmica e de redução por hidrogênio foram submetidos à operação unitária de separação magnética e, dessa forma, foi possível aumentar o teor de níquel em até 33 % na fração magnética, quando os experimentos de redução foram realizados à temperatura de 800 °C e com um fluxo magnético de 97,5 mT ± 10,6. Para os experimentos de redução realizados à temperatura de 400 °C, a formação de magnetita tornou as amostras muito magnéticas e, consequentemente, a operação de separação magnética não foi seletiva. Foi possível remover o magnésio de todas as amostras, independente do tratamento térmico ou temperatura de redução utilizado e, dessa forma, os teores desse elemento no minério laterítico da zona de transição foi ajustado para valores característicos de um minério limonítico.
Investigação da possível manifestação da propriedade auxética na concha do molusco Limnoperna fortunei – mexilhão dourado.
(2022) Campos, Hortênsia de Oliveira; Assis, Paulo Santos; Batista, Adriano Corrêa; Assis, Paulo Santos; Pelli, Afonso; Murta, Jorge Luiz Brescia
O Limnoperna fortunei – mexilhão dourado é um molusco da classe bivalve, que neste estudo tem a microarquitetura complexa de sua concha como alvo de nossa pesquisa. A sua organização se dá por meio de quatro camadas sobrepostas, o perióstraco, a camada de calcita, a camada nacarada e a camada prismática. A concha apresenta propriedades mecânicas, como alta tenacidade à fratura, absorção de impactos e dureza considerável, aliadas a uma estrutura leve e fina. Neste estudo experimental foi investigado o comportamento mecânico do conjunto de camadas da concha do molusco sendo submetida a estímulos compressivos. Utilizamos o ensaio de compressão aplicando carga axial quase-estática para obter a curva força versus deformação. Com o uso da microscopia eletrônica de varredura (MEV) e microscopia ótica foi observado a morfologia e ainda com o MEV os efeitos da compressão nas camadas da concha. A difração de raios X para identificar fases minerais presentes, a calcita e aragonita foram identificadas. O ensaio de ultramicrodureza para determinar a dureza da camada prismática e o de microdureza Vickers para determinar a dureza das camadas da concha. O estímulo compressivo mostrou que o mecanismo de multicamadas, possui comportamento característico e proporcional ao de um material com células estruturais auxéticas.
Modelamento físico e numérico do Coal-Bunker.
(2022) Oliveira, Iara Patrícia Vieira de; Assis, Paulo Santos; Bernardes, Américo Tristão; Silva, Guilherme Liziero Ruggio da; Assis, Paulo Santos; Ferreira, Carlos Roberto; Silva, Guilherme Liziero Ruggio da; Murta, Jorge Luiz Brescia
Conhecer o comportamento do fluxo granular da mistura de carvões no interior dos silos é fundamental, pois irregularidades durante o carregamento e o descarregamento podem impactar diretamente na produtividade e, em alguns casos mais extremos, na interrupção completa ou parcial do fluxo, impactando diretamente na operação dos fornos de coqueificação. O Coal Bunker tem um papel fundamental para uma operação estável e contribui diretamente com a competitividade e estabilidade operacional das coquerias. Portanto, este trabalho propõe o modelamento do fluxo granular da mistura de carvões no Coal Bunker, por meio de duas abordagens distintas: um modelo experimental em escala reduzida; e um modelo numérico computacional utilizando o método dos elementos discretos (MED), implementado no código comercial YADE. O modelo virtual reproduziu todas as características e condições do aparato experimental. Os dados gerados a partir dos testes no modelo físico foram utilizados para a validação do modelo computacional. Nos dois modelamentos foram avaliados a vazão mássica durante a descarga, o perfil de escoamento da carga, o efeito do atrito nas paredes do silo, a presença da segregação e a influência de algumas propriedades do carvão no fluxo granular, como: granulometria, umidade e densidade de carga. Apesar da modelagem do fluxo granular sob condições de carregamento e descarregamento ser um problema difícil de ser modelado, dada a natureza discreta do meio, o MED se mostrou uma excelente ferramenta e modelou corretamente o fluxo da mistura de carvões no Coal Bunker. Os resultados mostraram que a capacidade dos modelos físico e computacional, de prever o comportamento do fluxo da mistura de carvões no silo, foi satisfatório. Os resultados obtidos das simulações concordam com os experimentos não apenas sobre a vazão mássica, mas também sobre os padrões de escoamento da carga ao longo do processo de descarga. Foi identificado um mecanismo de segregação granulométrica no interior do silo, no qual foi observado uma ligeira maior presença de finos nas tremonhas centrais. Em se tratando da influência da altura da coluna da carga sob o escoamento, o mais indicado é trabalhar com o silo a uma capacidade superior a 80 % do volume total, atingindo uma maior vazão mássica. Os resultados, tanto no modelo físico quanto no computacional, apontam que as partículas têm distintas velocidades verticais, devido a ação do atrito, resultando em diferentes tempos de permanência no silo e não uniformidade no descarregamento da carga.
Avaliação da possibilidade de aplicação de tratamentos térmicos de múltiplas normalizações como mecanismo de refino microestrutural e incremento de propriedades mecânicas em aços API OCTG.
(2022) Rocha, José Márcio da; Faria, Geraldo Lúcio de; Faria, Geraldo Lúcio de; Dafé, Sara Silva Ferreira de; Porcaro, Rodrigo Rangel
Os graus API K55 e T95 apresentam boa relação entre resistência mecânica e tenacidade à fratura, sendo eles aplicados em linhas OCTG “Oil Country Tubular Golds”, fabricados de acordo com a Norma API 5CT. A combinação de propriedades mecânicas é necessária para aplicações em águas profundas e para áreas remotas onde os tubos estão submetidos a pressões superiores a 2500 psi. A literatura técnica tem apontado que há um potencial, ainda pouco explorado, para que a relação resistência mecânica e tenacidade de alguns tipos de aços possa ser melhorada por meio da utilização de tratamentos térmicos de múltiplas normalizações, combinando duas características principais: pequeno tamanho de grão e precipitados finamente dispersos na matriz. Como o refino microestrutural é um mecanismo eficiente para aumento de resistência mecânica sem depreciação da tenacidade, o entendimento dos possíveis efeitos de tratamentos térmicos de múltiplas normalizações sobre as características microestruturais e as propriedades mecânicas de aços para aplicação na indústria de óleo e gás é de fundamental importância, uma vez que o sucesso do emprego de tais tratamentos pode representar a melhoria do desempenho mecânico e a elevação no tempo médio de vida dos tubos. Dessa forma, tendo em vista que existem poucos trabalhos na literatura que exploram a utilização deste tipo de tratamento térmico com o objetivo de potencializar o refino microestrutural e a precipitação como mecanismos de incremento de propriedades mecânicas, este trabalho avaliou o efeito do tratamentos térmicos de múltiplas normalizações sobre as características microestruturais e propriedades mecânicas medidas em tração e impacto Charpy de três aços API que, quando processados adequadamente, podem atender aos graus K55 e T95. Pôde-se concluir que, em relação ao grau K55, ao se considerar a dupla e a tripla normalização, não houve significativa diferença entre as propriedades medidas. Neste contexto, a aplicação de tratamentos térmicos de múltiplas normalizações para o grau K55 não seria viável para a composição química avaliada. Para o grau T95, além do refino microestrutural, os tratamentos térmicos de múltiplas normalizações alteraram as distribuições de frequência e de tamanho de precipitados (carbonetos de Cr e Mo), xv assim como, provavelmente, alteraram as concentrações de C, Cr e Mo em solução sólida. A combinação dos mecanismos de endurecimento por solução sólida, por precipitação e por refino de grão fizeram com que houvesse um aumento contínuo tanto dos indicadores de resistência mecânica quanto do alongamento e da tenacidade ao impacto com a aplicação dos sucessivos tratamentos térmicos de normalização. Neste contexto, pode-se considerar que os tratamentos térmicos de múltiplas normalizações possuem bom potencial de aplicação nos aços que atendem ao grau T95, para a composição química avaliada.
Moléculas bioativas - Limnoperna fortunei - mexilhão dourado.
(2022) Araújo, Camila Freitas de; Assis, Paulo Santos; Batista, Adriano Corrêa; Assis, Paulo Santos; Pelli, Afonso; Murta, Jorge Luiz Brescia
O mexilhão dourado Limnoperna fortunei é um bivalve de água doce, originário do sudeste asiático e teve sua primeira aparição registrada na América em 1991. A biodiversidade de organismos no ecossistema marinho tem motivado pesquisadores a descobrir muitos produtos naturais marinhos que podem vir a ser desenvolvidos em fármacos. Entre os organismos marinhos, invertebrados como ascídias, esponjas, moluscos e briozoários representam a principal fonte de extratos orgânicos com bioatividades significativas. Considerando a escassez de estudos com moluscos de água doce para obtenção de moléculas bioativas e a necessidade de avanço do conhecimento acerca da biotecnologia e da bioprospecção, base fundamental inclusive para a explotação desse tipo de recurso, esta linha de pesquisa tem como objetivo obter e caracterizar extratos brutos do molusco Limnoperna fortunei – mexilhão dourado e analisar possíveis ações antibacteriana, antifúngico, anti-incrustante e farmacológicas. Nesse âmbito, a primeira etapa do trabalho, espécimes de mexilhões vivos foram coletados na estação ambiental de hidrobiologia e piscicultura do reservatório da Hidrelétrica de Volta Grande localizada no município de Conceição das Alagoas - MG. A segunda etapa consistiu na obtenção do extrato bruto utilizando os métodos de extrações por maceração e Soxhlet. Finalizando, os resultados foram obtidos utilizando o equipamento de cromatografia gasosa acoplada a espectrometria de massas, onde 98 compostos foram identificados. Caracterizados como aminas, aldeídos, ácidos carboxílicos, álcoois, haletos orgânicos, hidrocarbonetos, fenóis e ésteres. As moléculas bioativas identificadas com esses métodos são um primeiro passo de grande valia para a linha de pesquisa que, almeja em um segundo momento caracterizar de forma detalhada as funções desses produtos naturais bioativos visando o conhecimento desse molusco, podendo contribuir para seu monitoramento e possíveis utilizações em campos diversos.
Estudo de compósitos cimentícios com adição de fibra natural da Moringa oleifera.
(2022) Ishihara, Marina Keiko; Novack, Kátia Monteiro; Silva, Guilherme Jorge Brigolini; Quintão, Cristiane Medina Finzi; Novack, Kátia Monteiro; Silva, Guilherme Jorge Brigolini; Quintão, Cristiane Medina Finzi; Pedroti, Leonardo Gonçalves; Mendes, Júlia Castro
Como uma alternativa atrativa aos materiais de engenharia tradicionais, o estudo de materiais compósitos com fibras naturais vem avançando cada vez mais. Isto se deve ao fato de que as fibras se apresentam como uma solução de baixo custo, boa disponibilidade e baixo impacto ambiental. Seguindo a tendência de se obter materiais mais baratos e sustentáveis, este projeto aborda o estudo de compósito com matriz cimentícia de Cimento Portland de Alta Resistência Inicial (CP-V ARI) e reforço de fibra da Moringa oleifera. Ensaios com a casca in natura foram realizados para melhor conhecimento do material estudado. Quimicamente, foi determinado o teor de cinzas, teor de lignina e o teor de extrativos totais. Fisicamente, foi determinado o teor de absorção, a umidade natural e a massa específica da fibra. A topografia e um mapa de elementos da fibra foram observados através do Microscópio Eletrônico de Varredura (MEV) e da Espectroscopia por Energia Dispersiva (EDS). Depois, a casca da semente da moringa foi misturada a dois traços distintos de argamassa, nos teores de 0,0%, 2,5%, 5,0%, 7,5% e 10% em relação a massa de cimento. Foram confeccionados corpos de prova cilíndricos, submetidos ao ensaio de Velocidade de Pulso Ultrassônico e Resistência à Compressão, aos 7 e 28 dias. Estes corpos de prova rompidos foram analisados em MEV e EDS, para análise da interface fibra/matriz e compostos formados devido à adição da fibra. Os resultados mostram que a presença da fibra não permitiu a formação de compostos hidratados de cimento suficientes, resultando em uma matriz porosa, com presença de fissuras e baixa resistência mecânica. Há grande presença de portlandita na interface da fibra e da matriz de cimento, e consequente meio alcalino, o que ataca a fibra natural. Com isto, a adição de fibra neste tipo de compósito impossibilita a sua utilização onde há necessidade de resistência mecânica.
Efeito do nióbio no comportamento mecânico de um aço alto carbono utilizado em concreto protendido.
(2022) Pessoa, Ricardo Amorim; Porcaro, Rodrigo Rangel; Cândido, Luiz Cláudio; Porcaro, Rodrigo Rangel; Cândido, Luiz Cláudio; Queiroz, Rhelman Rossano Urzedo; Faria, Geraldo Lúcio de
Os aços aplicados em concreto protendido na forma de fios e cordoalhas são produzidos por meio de arames trefilados a frio de aços alto carbono a partir do fio-máquina laminado a quente e necessitam de altos valores de limites de resistência à tração, porém mantendo certa ductilidade do material. A necessidade de altos níveis de resistência mecânica em diâmetros de fio-máquina cada vez maiores é um desafio tecnológico. Pois, existe limitação da taxa de resfriamento que se consegue impor ao material. Por outro lado, o aumento do teor de C acima da composição eutetóide pode resultar em fases e constituintes indesejáveis (como cementita e martensita) para a aplicação final. Portanto, a adição de Nb ao aço alto carbono torna-se uma alternativa interessante para aumentar a resistência mecânica. Com este propósito, dois aços com e sem a adição de nióbio e composição química similar em relação a outros elementos, foram produzidos em escala industrial, submetidos a caracterização microestrutural (incluindo tamanho de grão austenítico prévio, tamanho de colônias e espaçamento interlamelar da perlita), e mecânica por meio de ensaios de tração e dureza. Ensaios de torção a quente e dilatometria foram empregados para simular o processamento dos aços e avaliar a influência do Nb nas transformações de fases. A adição deste elemento microligante ao aço alto carbono promoveu o refinamento do tamanho de grão austenítico e das colônias de perlita, porém não apresentou efeito no espaçamento interlamelar perlítico. Houve redução na temperatura de início de transformação austenita/perlita e por consequência aumento da temperabilidade do aço. Finalmente, as alterações das características metalúrgicas resultaram no aumento do limite de resistência à tração e dureza do aço microligado ao Nb.
Avaliação térmica e estrutural de portas secas usadas em fornos de reaquecimento de placas para laminação de tiras de aço a quente.
(2022) Carvalho, Lays Augusta Leal; Assis, Paulo Santos; Campos, Alex Milton Albergaria; Assis, Paulo Santos; Ferreira, Carlos Roberto; Murta, Jorge Luiz Brescia
Os materiais refratários são amplamente utilizados em indústrias siderúrgicas pois além de resistirem a situações que envolvem elevadas temperaturas, são desenvolvidos para atenderem as demandas associadas à resistência mecânica. Assim, para que os fornos e os equipamentos siderúrgicos tenham uma boa performance, é necessário que eles sejam revestidos com materiais refratários apropriados, e uma instalação economicamente viável. Na laminação de tiras a quente, os fornos de reaquecimento de placas utilizam refratários, de várias composições, compatíveis com as solicitações de uso. E, nesses fornos, as portas de desenfornamento requerem atenção especial por se encontrarem em um ambiente agressivo quimicamente, de temperaturas e de tensões variadas. Comumente são usadas portas refrigeradas a água, que possuem algumas desvantagens quanto à manutenção e ao uso constante de água, porém há a alternativa do uso de uma porta seca que apresentam muitas vantagens em relação a porta refrigerada, trazendo ganhos econômicos e ambientais. Sendo assim, este trabalho tem por objetivo, através do estudo térmico e estrutural e da análise da qualidade de fabricação e montagem dos blocos refratários, de avaliar o uso da porta seca nos fornos de reaquecimento da laminação de tiras a quente da ArcelorMittal Tubarão. A metodologia foi realizada através de modelagem computacional utilizando Ansys, com base nas temperaturas em que as portas de desenfornamento estão submetidas e outras variáveis do sistema de refratamento adotado. Assim, de posse de informações como densidade, temperatura interna do forno, temperatura ambiente, coeficiente de convecção entre a porta e o ambiente e emissividade da estrutura, foi possível fazer a modelagem térmica e estrutural da porta utilizando o software e selecionar os materiais de revestimento para o forno de reaquecimento para laminação de tiras a quente.
Análise de viabilidade técnica, experimental e econômica do aproveitamento de energia térmica em uma siderúrgica.
(2021) Rodrigues, Márcio Fernandes da Cunha; Assis, Paulo Santos; Leal, Elisângela Martins; Assis, Paulo Santos; Oliveira, Edna Alves de; Murta, Jorge Luiz Brescia; Leal, Elisângela Martins
Este trabalho visa estudar a aplicação técnica e econômica da termoeletricidade no meio siderúrgico, focando na cogeração de energia elétrica a partir da energia térmica em sistemas de exaustão. Já é sabido que a siderurgia requer um consumo elevado de combustíveis além de energia elétrica. Por isso, muitos sistemas de recuperação energética já estão implementados nas indústrias. Mas, sabe-se que ainda muita energia é dissipada e não aproveitada ao longo do processo siderúrgico principalmente a temperaturas mais baixas onde há maior dificuldade na recuperação. A aplicabilidade da tecnologia termoelétrica se torna interessante para a recuperação de energia térmica, transformando-a em energia elétrica minimizando os impactos ambientais e possíveis custos de geração. Neste sentido, desenvolveu-se um protótipo de transferência de calor, com possibilidades de vários arranjos para a captação de calor de forma a simular alguns parâmetros encontrados na indústria para a geração de dados. Baseados nos resultados, há necessidade de que todos os módulos estejam ligados em série para maximizar os ganhos energéticos recuperados, uma vez que a ligação em paralelo não se faz muito interessante devido aos baixos valores encontrados com eficiência média encontrada de 1,96% e 0,41% para ligações em série e paralelo respectivamente. O protótipo construído teve um custo de R$ 186,82 alcançando valores de tensão superior a 5V e corrente elétrica de 0,5A. Ao longo do estudo apontou-se para possíveis perdas ao longo do processo aumentando o potencial de recuperação de energia para posterior geração de energia elétrica das empresas siderúrgicas além de elencar alguns sistemas para geração de energia elétrica que estão disponíveis comercialmente e outros que ainda estão em fase de testes, mas que já mostram a importância em processos mais sustentáveis. Também é apresentado correlação de dados obtidos em sistemas industriais onde podem ser entendidos como oportunidades para a aplicação da tecnologia termoelétrica podendo ser implantada em outros tipos de indústria e em diferentes locais de instalação aumentando a eficiência e até buscando créditos de carbono a partir de um Mecanismo de Desenvolvimento Limpo. Do ponto de vista econômico o trabalho apresenta a análise de viabilidade econômica para a aplicação de tal tecnologia na siderurgia levando em xi consideração o cenário financeiro atual e a adição a um projeto de Mecanismo de Desenvolvimento Limpo na comercialização de créditos de carbono aumentando significativamente a competitividade.
Análise e abordagem preditiva no processo de tratamento de minério de pirocloro.
(2021) Ferreira, Ana Cecilia Rios Porfirio; Araújo, Fernando Gabriel da Silva; Araújo, Fernando Gabriel da Silva; Silva, André Carlos; Gameiro, Danton Heleno; Assis, Paulo Santos
Dada a frequente variação das propriedades minerais ao longo do depósito de pirocloro de Araxá, ainda que realizado um bom trabalho de homogeneização previamente à alimentação dos processos de beneficiamento, é esperada a operação com padrões de qualidade e performance abaixo do desejado, ou mesmo muito acima do previsto. Estes resultados poderiam ser melhorados se determinados os parâmetros de composição do blend que mais influenciam na rota de beneficiamento, e então agrupados os tipos de matérias-prima por estes, apresentando as configurações operacionais de referência ótima para cada grupo. Associar os parâmetros físicos e químicos das operações de beneficiamento mineral à um Benchmark do processo reflete na redução do custo produtivo, otimiza o recurso mineral e promove maior estabilidade nos processos subsequentes da cadeia produtiva que emprega o mineral de interesse. A condução de uma análise exploratória abrangente de dados para identificar quais as características do minério de maior relevância para a rota de processo, associada ao emprego de algoritmos de Aprendizado de Máquinas para o agrupamento da matéria-prima (minério) e associação destes à variáveis de referência no benchmark do processo, é uma alternativa para a padronização e melhoria dos processos de beneficiamento mineral. Métodos de agrupamento foram empregados, associados à algoritmos embasados na teoria de benchmarking, com critérios definidos pela equipe de processos de tal forma à referenciar o melhor momento de operação das pilhas de cada cluster. Foi criada uma interface prática com o usuário para obtenção dos melhores referenciais para ajuste do processo. Os resultados foram aferidos através do tempo médio de adaptação e estabilização do processo após o início do processo de uma nova pilha de minério homogeneizado, bem como o tempo médio necessário para atingimento do melhor resultado de processamento. Foram também aferidos os ganhos diretos com a recuperação metalúrgica do processo. Os resultados foram promissores, sendo observada a redução no tempo de adaptação e estabilização do processo após a transição de pilhas, bem como no atingimento do benchmark. Destaca-se também os ganhos na recuperação metalúrgica, que refletem na redução do consumo de minério e consequente redução dos custos de produção, e como resultados indiretos a racionalização do uso das barragens de rejeito e vida útil do depósito mineral.
Tenacidade à fratura, crescimento de trinca por fadiga e resistência ao desgaste de dois aços para aplicação em trilho ferroviário.
(2019) Souza, Andrew Thallisson de; Godefroid, Leonardo Barbosa; Godefroid, Leonardo Barbosa; Pinto, Maria Aparecida; Vilela, Jefferson José; Porcaro, Rodrigo Rangel
Neste trabalho se avaliou o comportamento mecânico de dois aços perlíticos utilizados para fabricação de trilhos ferroviários: um aço carbono, C-Mn-Si, e um aço microligado, Nb-V. O comportamento mecânico foi avaliado por ensaios de tração, ensaios de dureza, ensaios de tenacidade à fratura (KIC), testes de crescimento de trinca por fadiga, os quais gerou as curvas (da / dN x ΔK) e testes de desgaste por microabrasão. As superfícies de fratura de todos os corpos de prova testados foram analisadas por microscopia eletrônica de varredura (MEV). O aço carbono apresentou uma microestrutura mais refinada do que o aço microligado devido às diferenças nos procedimentos termomecânicos industriais. No entanto, dureza, resistência à tração e tenacidade à fratura foram semelhantes para ambos os aços. As principais diferenças no comportamento mecânico foram verificadas nos ensaios de crescimento de trinca por fadiga e nos ensaios de desgaste: a resistência à fadiga e a resistência ao desgaste foram maiores para o aço microligado. Estes resultados são importantes para prever o comportamento dos aços utilizados no setor ferroviário, para realizar um controle de manutenção adequado, evitando uma falha prematura e um consequente acidente catastrófico, e para selecionar o material adequado para esta aplicação.
Filamentos antichama poli(ácido láctico) / grafite expansível (PLA/EG) para impressão 3D.
(2021) Melillo, João Miguel Ayres; Araújo, Fernando Gabriel da Silva; Mottin, Artur Caron; Araújo, Fernando Gabriel da Silva; Pagnan, Caroline Salvan; Mottin, Artur Caron
Os filamentos de PLA (poli(ácido láctico)) são muito populares para impressão 3D. Suas propriedades incluem, por exemplo, boa biocompatibilidade e facilidade de processamento. No entanto, a alta ignitabilidade do PLA é um inconveniente, pois contraria a tendência de valorização de procedimentos e instrumentos mais seguros seguida pelas grandes organizações mundiais. Esta pesquisa visa estudar o efeito da modificação do filamento de PLA com grafite expansível (EG) comercial para acrescentar propriedades antichama ao filamento. Em imagens de MEV foi possível perceber que a EG, quando submetida à temperatura de 900 °C, apresentou camadas volumosas que atuam como isolantes. Foram preparados masterbatches (MB) com diferentes razões PEG: EG (1:1, 1:3 e 1:5), os quais foram incorporados ao PLA. Os resultados obtidos por meio de TG (termogravimetria) indicaram aumento da estabilidade térmica na presença de 1% e 3% de EG. Outro aspecto importante desta pesquisa foi a produção de protótipos com os materiais desenvolvidos, comprovando a viabilidade de aplicação dos mesmos.
Efeito da temperatura sobre o comportamento mecânico e oxidação do aço inoxidável ferrítico UNS S41003 (410D).
(2021) Arruda, Amanda Aparecida Fatima; Faria, Geraldo Lúcio de; Queiroz, Rhelman Rossano Urzedo; Faria, Geraldo Lúcio de; Oliveira, Tarcísio Reis de; Godefroid, Leonardo Barbosa; Queiroz, Rhelman Rossano Urzedo
O aço inoxidável do tipo UNS S41003 é comumente denominado no Brasil de 410D e no mundo de 3Cr12. O aço 410D tem sido manufaturado no país a um tempo relativamente curto, e o grande interesse atual no mesmo é devido à possibilidade de utilizá-lo como substituto de aços comuns em aplicações que exijam melhor desempenho em ambientes corrosivos. A sua composição química relativamente simples torna o o aço 410D uma alternativa economicamente viável para utilizar aços inoxidáveis em setores da indústria brasileira que antes utilizavam apenas produtos fabricados a partir de aço carbono. Nesse contexto, e considerando que existem poucos trabalhos disponíveis na literatura que tenham investigado o desempenho mecânico e a oxidação desse aço em condições que simulem diferentes cenários de aplicação, o presente trabalho avaliou o efeito da temperatura sobre o comportamento em tração, impacto e fluência (Sag Test), além da oxidação e do desempenho em desgaste do aço inoxidável ferrítico 410D. Os principais resultados obtidos mostraram que há uma significativa diminuição nos indicadores de resistência mecânica com o aumento da temperatura. Entretanto, mesmo a 300°C as especificações de limites de escoamento e de resistência ainda são atendidas. Nessa temperatura, o fenômeno de envelhecimento dinâmico foi responsável por limitar a capacidade de deformação do aço. Mostrou-se que a faixa de temperatura de transição dúctilfrágil do material estudado é de -65°C a -80°C. Destaca-se ainda que na temperatura de 600°C o aço foisusceptível à fragilização ao azul. Por meio dos ensaios de fluência Sag Test, mostrouse que o aço é sensível ao aumento da temperatura e do tempo de exposição a tratamentos isotérmios, sendo a flecha máxima de fluência, obtida a 1000°C por um intervalo de tempo de 100h, de 7,2mm. Este trabalho mostrou que existe um potencial para se desenvolver uma tecnologia de tratamento térmico aplicável ao aço 410D onde a combinação de microestrutura martensítica e formação de filme superficial de óxidos possa ser utilizada com o objetivo de melhorar o seu desempenho em desgaste.
Filmes ultrafinos de polianilina em substratos flexíveis como elemento ativo de sensores orgânicos.
(2020) Kelmer, Ana Carolina; Bianchi, Rodrigo Fernando; Bianchi, Rodrigo Fernando; Guerra, Elídia Maria; Almeida, Ive Silvestre de; Savedra, Ranylson Marcello Leal
Este trabalho apresenta a análise morfológica, elétrica e mecânica de filmes ultrafinos Polianilina/Poli (ácido vinil sulfônico) - PANI/PVS, feitos pela técnica de automontagem Layer-byLayer – LbL em substratos flexíveis para detecção de amônia. Utilizou-se a técnica Espectroscopia de impedância, medidas de corrente alternada -AC, para avaliar e aumentar o desempenho do dispositivo a base de PAN/PVS para detecção de gás amônia. A microscopia de força atômica mostra que a rugosidade da superfície PANI/PVS aumenta quase linearmente com as bicamadas (n) de PANI/PVS, enquanto a morfologia da superfície varia de uma estrutura semelhante a hastes, ou glóbulos, à uma arquitetura aglomerada, com menos espaços entre as hastes. Medições de impedância complexas e sua representação pelo modelo Cole-Cole confirmam essa transição morfológica perto de n = 15 e indicam para o sensor de PANI/PVS um baixo tempo de resposta (< 1 min), assim como uma faixa ideal de frequência operacional (1-100 Hz), uma alta sensibilidade à amônia (98 kΩ/ ppm) e alta estabilidade e baixa sensibilidade à tensão (3,6 kΩ/ %). Este estudo indica que as medições de impedância complexa de filmes de polímeros ultrafinos são benéficas para melhorar as estabilidades mecânica e elétrica de eletrônicos flexíveis de baixo custo.
Sensor vestível e não invasivo para monitoramento contínuo das taxas de bilirrubina em recém-nascidos ictéricos.
(2021) Vieira, Marcel Barbosa; Bianchi, Rodrigo Fernando; Bianchi, Rodrigo Fernando; Santos, Mirela de Castro; Gomes, Deilton Gonçalves; Coelho, Bruno Nazário; Savedra, Ranylson Marcello Leal; Silva, Saul Emanuel Delabrida
O monitoramento da bilirrubina em recém-nascidos (RN) ictéricos é de extrema importância para o tratamento fototerápico, pois além de garantir que o tratamento está sendo eficaz, ainda pode evitar a evolução da doença rumo a taxas tóxicas. No entanto, para evitar dor e melhorar a eficácia clínica, faz-se necessário o acompanhamento em tempo real desta doença. Neste contexto, o objetivo principal deste trabalho é desenvolver um sensor vestível não invasivo para monitoramento de bilirrubina em recém-nascidos ictéricos. Para tanto, foi desenvolvido um o dispositivo, a partir de uma estrutura transparente, fabricada com silicone, e LEDs (light emitting diode) nas cores azul, vermelho, verde e violeta, além de um LDR (light dependent resistor). A partir desses componentes foi possível montar um dispositivo ótico capaz de analisar as taxas de bilirrubina in vitro. Os resultados obtidos mostram que o dispositivo é eficiente no monitoramento das taxas da bilirrubina, durante o seu processo de degradação, mostrando inclusive a correlação entre os valores medidos no mesmo e os valores obtidos pela leitura no espectrofotômetro UV-Vis. Portanto, os resultados obtidos até o momento, indicam a viabilidade e eficácia do dispositivo para o monitoramento das taxas de bilirrubina in vitro, em tempo real, de forma não invasiva, indolor e ininterrupta, que possibilita um tratamento mais eficiente do RN ictérico, garantindo uma intervenção positiva dos médicos, sempre que houver uma alteração negativa no tratamento do RN.
Caracterização da austenitização intercrítica como etapa antecedente a um tratamento de têmpera e partição (Q&P) aplicado a um aço comercial de aplicação automotiva.
(2021) Pimenta, Natália Aparecida Barbosa; Faria, Geraldo Lúcio de; Faria, Geraldo Lúcio de; Corrêa, Elaine Carballo Siqueira; Porcaro, Rodrigo Rangel
Restrições impostas por órgãos de regulamentação ambiental têm pressionado o setor automobilístico a buscar meios de reduzir o consumo de combustíveis fósseis durante a utilização dos veículos, sem que os padrões de segurança e desempenho dos automóveis sejam comprometidos. Diante disso, tem havido, nos últimos anos, uma crescente ênfase no desenvolvimento de aços avançados de alta resistência (AHSS), que propiciem uma boa relação entre a resistência mecânica e ductilidade. Visando aprimorar ainda mais as propriedades mecânicas dos AHSS para aplicação automobilística, principalmente dos aços da primeira geração (aços dual-phase e aços TRIP), tem-se estudado continuamente modelos de ciclos térmicos bem planejados como forma de controlar as transformações de fases e obter microestruturas adequadas para a aplicação. Desta forma, este trabalho avaliou o efeito da austenitização intercrítica como etapa antecedente a um tratamento de têmpera e partição (Q&P) aplicado a um aço com composição química típica de um TRIP780. Assim, buscou-se elaborar ciclos térmicos de têmpera convencional e têmpera e partição (Q&P) - ambos com austenitização intercrítica - que resultem em um produto com propriedades mecânicas equivalentes aos aços da terceira geração de AHSS. Foram realizadas simulações físicas em um dilatômetro de têmpera, além de simulações computacionais de transformação e partição química entre as fases no equilíbrio termodinâmico, utilizando o software MatCalc®. Os resultados obtidos nas simulações físicas e computacionais foram comparados. Para cada temperatura de austenitização avaliada, foram determinadas as temperaturas Ms correspondentes. Para isso, utilizou-se equações empíricas de previsibilidade da literatura, além do método do desvio mínimo aplicado às curvas de dilatometria. Em função dos resultados obtidos nas etapas anteriores, foi selecionada uma condição de austenitização intercrítica que resulte em uma microestrutura constituída por proporções adequadas de ferrita, bainita, martensita e austenita retida após a têmpera. Além disso, aplicando simulação termodinâmica computacional e os modelos CCE e CCET, foi avaliado o efeito da austenitização intercrítica sobre a fração de austenita retida em ciclos térmicos de têmpera e partição. Com isso, foram executados dois tipos de tratamentos térmicos, um deles de têmpera com austenitização intercrítica e outro de têmpera e partição após austenitização intercrítica. Entre os principais resultados destacam-se a evolução das frações de fase ferrita e austenita de acordo com a temperatura de austenitização intercrítica (AI). Foi verificado que há uma correlação positiva entre a temperatura AI e a fração de fase austenítica, e, de maneira contrária, houve uma xvii correlação negativa entre a temperatura AI e a fração de ferrita. Também vale destacar o efeito da concentração de carbono na austenita e a temperatura Ms em função da temperatura AI. Quanto maior a quantidade de ferrita presente na microestrutura, maior será o teor de carbono na austenita, e, consequentemente, menor será a temperatura Ms. A compreensão destas relações se mostrou de fundamental importância para o planejamento do tratamento térmico de Q&P. Com relação aos tratamentos térmicos, a melhoria das propriedades mecânicas destes aços mostrou-se bastante satisfatória. O aço submetido ao tratamento de têmpera convencional com austenitização intercrítica apresentou um valor de limite de resistência de aproximadamente 1458MPa e alongamento total de ~12%. Já o aço submetido ao tratamento de têmpera e partição após austenitização intercrítica apresentou limite de resistência de ~1274MPa e alongamento total de ~19,6%. Estes resultados evidenciam que, os tratamentos térmicos propostos foram eficientes para melhorar as propriedades mecânicas iniciais do aço, atingindo valores equivalentes aos aços AHSS da terceira geração.

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