Dissertações - Engenharia Mecânica - FEG

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Torneamento do aço ABNT 52100 endurecido utilizando ferramentas experimentais cerâmicas Al2O3+Cr2O3 e Al2O3+MgO
(Universidade Estadual Paulista (Unesp), 2023-03-06) Rodrigues, Glaydson André Siqueira; Alves, Manoel Cléber de Sampaio [UNESP]; Universidade Estadual Paulista (Unesp)
Nos processos de fabricação por usinagem de aços endurecidos, o principal objetivo é eliminar a etapa de retificação produzindo maior produtividade e importante redução de custos. A qualidade da usinagem desses materiais proporciona aumento da vida à fadiga da peça, porém, as ferramentas de corte sofrem degradação com consequente redução de vida. Entre os aços endurecidos, o aço ABNT 52100 é utilizado principalmente na produção de rolamentos devido ao elevado teor de carbono, além de outros elementos de ligas como o cromo. Os elementos de ligas utilizado promove elevada dureza, que após a têmpera pode chegar a 66 HRC. Este estudo tem como objetivo analisar a usinabilidade do aço ABNT 52100 endurecido pelo processo de torneamento sem a utilização de fluido de corte com duas ferramentas cerâmica, uma base de Al2O3+Cr2O3 e a segunda à base de Al2O3+MgO. Com o objetivo de analisar a usinabilidade do aço ABNT 52100 endurecido no processo de torneamento e a viabilidade das ferramentas de corte, foi verificado o comportamento das variáveis de saída do processo como rugosidade, desgaste, avarias das ferramentas, potência de usinagem, vibração, emissão acústica, tipo e formas de cavaco. Utilizando um arranjo fatorial completo onde foram utilizadas duas velocidades de corte Vc (120 e 160 m/min.), três profundidades de usinagem ap (0,75;1,0 e 1,25 mm) para as duas ferramentas cerâmicas usinando sem fluido de corte. Observou-se que com diferentes dopagens é possível obter diferentes resultados no comportamento das ferramentas em usinagem e que a profundidade de usinagem (ap) é o fator que mais influenciou nos resultados de rugosidade. Os resultados obtidos demonstram que é possível, em superfícies torneadas do Aço ABNT 52100 endurecido, atingir rugosidades compatíveis com o processo de retificação utilizando ferramentas cerâmicas experimentais sem refrigeração, sendo que a ferramenta dopada com óxido de magnésio proporcionou resultados mais promissores.
Estudo de escoamentos turbulentos em torno de corpos rombudos e esbeltos de superfície hidraulicamente lisa ou rugosa utilizando o método de vórtices discretos
(Universidade Estadual Paulista (Unesp), 2023-03-06) Carvalho, Fabio Eduardo Ferraz de; Bimbato, Alex Mendonça [UNESP]; Universidade Estadual Paulista (Unesp)
Diversos fenômenos na natureza e inúmeras aplicações tecnológicas estão baseados na interação fluido-estrutura, a qual ocorre quando o escoamento de um fluido incide sobre um corpo sólido. Um melhor entendimento da física que rege a interação fluido-estrutura permite avanços na elucidação de questões cientificas que ainda estão em aberto e no desenvolvimento de novas aplicações de engenharia. O objetivo deste trabalho é o de estudar os fenômenos relacionados à interação fluido-estrutura a partir do problema do escoamento não permanente, bidimensional, incompressível, de um fluido newtoniano com propriedades constantes, que incide sobre um perfil NACA 0012 de superfície lisa ou rugosa, submetido a diversos ângulos de ataque. As análises são conduzidas a partir de simulações numéricas que utilizam o Método de Vórtices Discretos (MVD). O MVD aproxima o campo de vorticidade através de vórtices discretos de Lamb, os quais são distribuídos nas vizinhanças de fronteiras sólidas para garantir a condição de contorno de não deslizamento, necessária ao modelo viscoso Newtoniano. Os vórtices discretos de Lamb são acompanhados durante todo o tempo da simulação numérica, o que caracteriza uma descrição lagrangiana do problema. O método é adaptado para a inclusão dos efeitos de turbulência e de rugosidade superficial do corpo. Verifica-se a capacidade do código adaptado em reproduzir os fenômenos observados em situações experimentais, como a oscilação periódica das cargas fluidodinâmicas no escoamento ao redor do cilindro e o fenômeno de estol no escoamento ao redor do aerofólio. Nas simulações envolvendo efeitos de rugosidade superficial, o código computacional desenvolvido é capaz de simular a crise do arrasto, típica dos escoamentos ao redor do cilindro a altos valores de número de Reynolds, e o atraso no fenômeno de estol, que ocorre em aerofólios. Verifica-se, também, a proximidade dos valores médios dos coeficientes de arrasto e de sustentação obtidos numericamente, com os resultados experimentais disponíveis na literatura.
Síntese e incorporação de óxido de tungstênio nanoparticulado em resina epóxi para aplicação como revestimento na indústria petrolífera
(Universidade Estadual Paulista (Unesp), 2023-03-10) Návia, Marcos Vinícius Dobies [UNESP]; Nunes, Ronaldo Spezia [UNESP]; Luiz, José Marques [UNESP]; Universidade Estadual Paulista (Unesp)
O presente trabalho tem por objetivo sintetizar de nanopartículas de WO3 e sua incorporação em resina epóxi N2680 da WEG, produzindo um nanocompósito que poderá ser utilizado como revestimento tecnológico. O WO3 foi sintetizado por rota química adaptada de Jamali e Tehrani tendo a adição de solução de NaWO4.6H2O sobre HCl. Com o auxílio de microscopia eletrônica de varredura, foi possível averiguar a morfologia do composto sintetizado e, através da microscopia eletrônica de transmissão, foi confirmar a escala nanométrica do WO3, detenminar o tamanho médio das nanopartículas e averiguar que a calcinação impacta no grau de cristalinidade, na distância interplanar dos cristais e aperfeiçoa a superfície das nanopartículas. Por meio do DRX foi possível averiguar a presença de WO3 nanoparticulado da amostra calcinada e sua estrutura cristalina foi determinada como sendo ortorrômbica. Por meio de espectroscopia Raman foi possível associar à estrutura monoclínica da amostra de WO3 não calcinado. As nanopartículas não calcinadas foram submetidas à funcionalização com octilamina e oleilamina e, então, incorporadas à resina epóxi para se confeccionar o nanocompósito. Por meio do FTIR também foi possível averiguar a composição das nanopartículas. Realizou-se ensaios térmicos para confirmar a presença do reforço no nanocompósito e identificar como sua presença em diferentes quantidades impactavam as propriedades térmicas do revestimento criado. Observou-se que a presença do WO3 elevava a temperatura de início de degradação térmica do nanocompósito, bem como a temperatura de transição vítrea.
Análise comparativa entre a produção de hidrogênio verde solar e eólico: aspectos técnicos, econômicos e ambientais
(Universidade Estadual Paulista (Unesp), 2023-02-13) Costa, Lucas Pamplona Cardozo; Silveira, José Luz [UNESP]; Tuna, Celso Eduardo [UNESP]; Universidade Estadual Paulista (Unesp)
A geração descentralizada de energia têm sido ampliada no Brasil, e em futuro próximo, na era do hidrogênio, o país pode ser classificado em situação favorável quanto ao potencial de produção de hidrogênio verde. Neste trabalho é estudado uma planta híbrida de produção de energia e hidrogênio verde instalada no IPBEN-UNESP/LOSE, Laboratório Associado de Guaratinguetá e Laboratório de Otimização de Sistemas Energéticos . Inicialmente são caracterizados os componentes do sistema híbrido de produção de hidrogênio, baseando-se em dados do projeto universal intitulado “Produção de Hidrogênio Renovável: Aspectos Técnicos, Econômicos e Ambientais”. Em fase posterior são efetuadas análises energéticas do sistema e de cada unidade individualmente, de modo a determinar níveis de eficiência de produção de energia elétrica e de produção de hidrogênio verde no sistema. A seguir, estudos de engenharia econômica são efetuados de modo a alocar os custos da produção de eletricidade e hidrogênio verde do sistema, em US$/kWh, em função de fatores diversos. Em fase final, é efetuada análise ambiental da produção de hidrogênio verde, visando determinar o impacto ambiental do sistema híbrido. Conclui-se com performance energética, econômica e ambiental do sistema híbrido descentralizado de produção de eletricidade e hidrogênio.
Atividade eletrodérmica aplicada na educação
(Universidade Estadual Paulista (Unesp), 2023-02-10) Goussain, Blaha Gregory Correia dos Santos [UNESP]; Silva, Messias Borges [UNESP]; Luche, José Roberto Dale [UNESP]; Andrade, Herlandí de Souza; Universidade Estadual Paulista (Unesp)
A atividade eletrodérmica (EDA) pode ser definida como diversos fenômenos elétricos na pele, como reflexo psicogalvânico, resposta galvânica da pele, resposta da resistência da pele, resposta de condutância da pele e resposta potencial da pele, além disso, pode ser uma medida útil da atividade do sistema nervoso simpático. O EDA é considerado um método para investigar fenômenos psicofisiológicos com aplicabilidade em diversas áreas de pesquisa, por exemplo, na área de Educação. Este trabalho tem como objetivo geral comparar as atividades eletrodérmica dos alunos em diferentes ambientes de aprendizagem. Os objetivos específicos deste trabalho são examinar os valores de EDA dos alunos distribuídos ao longo do tempo nos métodos tradicional de ensino e active learning, analisar estatisticamente os dados de EDA dos alunos utilizando o teste t pareado e o teste Mann-Whitney do software Minitab e identificar o estilo de aprendizagem dos alunos por meio de suas respostas no questionário Index of Learning Styles (ILS). O método utilizado na presente pesquisa foi um estudo de natureza quantitativa experimental sobre os dados de atividade eletrodérmica de 8 (oito) alunos universitários, quando expostos às aulas tanto do método tradicional de ensino quanto active learning. Para tal análise, utilizou-se o sensor de Resistência Eletrodérmica/Controle de Ansiedade para medir e comparar o EDA desses alunos. Os resultados das análises estatísticas dos dados de EDA se mostraram mais significativos em 62,5% dos participantes com o método de active learning. Além do mais, das 44 (quarenta e quatro) respostas subjetivas dos participantes referentes ao questionário ILS, aproximadamente 81,82% das respostas foram favoráveis ao método de active learning. Conforme os resultados desse estudo, conclui-se que foi possível comparar as atividades eletrodérmica dos alunos em diferentes ambientes de aprendizagem, deste modo, respondendo à questão de pesquisa desse trabalho, validou a hipótese de que há variação de atividade eletrodérmica dos alunos quando expostos ao método tradicional de ensino e active learning.
Estudo do comportamento de corrosão do revestimento Inconel 625 depositado por soldagem TIG no aço AISI 4130
(Universidade Estadual Paulista (Unesp), 2022-12-12) Alves, Élida Mariana Almeida; Codaro, Eduardo Noberto [UNESP]; Nakazato, Roberto Zenhei [UNESP]; Universidade Estadual Paulista (Unesp)
Os revestimentos por soldagem com superligas de níquel vêm crescendo em função demanda de materiais de baixo custo que resistem a ambientes considerados agressivos. A superliga de Inconel 625 é bastante utilizada em indústrias petroquímicas como revestimento de tubulações devido a sua alta resistência à corrosão. O objetivo deste trabalho foi investigar o comportamento corrosivo do revestimento Inconel 625, depositado por soldagem a TIG (gás inerte de tungstênio) sobre o aço AISI 4130. Após realizar a soldagem foi medido no projetor de perfil o revestimento e profundidade da solda. Em seguida, o corpo-de-prova foi preparado metalograficamente e analisado por microscopia óptica (MO), microscopia eletrônica de varredura (MEV), espectroscopia de raios X por dispersão de raios X (EDS) e difração de raios X (XRD). A análise no revestimento revelou dendritas colunares e equiaxiais. Os ensaios eletroquímicos foram realizados na solução A descrita na norma NACE TM 0177, própria para avaliar resistência à corrosão de aços API 5L. As técnicas eletroquímicas utilizadas foram potencial em circuito aberto (OCP) e curvas de polarização potenciodinâmica (PDS). Os ensaios eletroquímicos foram realizados em 3 condições diferentes tais como: naturalmente aerada, desaerada com circulação constante de N2 e desaerada com circulação constante de H2S em temperatura ambiente e pressão levemente superior à atmosférica. Os resultados eletroquímicos no meio aerado foram bastante complexos, destacando-se muito baixas densidades de corrente passiva, especialmente no meio aerado. No meio desaerado, o corpo-de-prova também revelou passividade num amplo intervalo de potencial anódico, provavelmente devido à formação de um filme fino e aderente sobre a superfície do Inconel 625. No meio desaerado e saturado com H2S, as medidas sugerem um forte ataque da superfície com dissolução desde o início da imersão.
Caracterização mecânica e microestrutural em um aço TRIP tratado termicamente por têmpera e partição
(Universidade Estadual Paulista (Unesp), 2022-12-16) Santos, Odair José Pereira dos; Pereira, Marcelo dos Santos [UNESP]; Universidade Estadual Paulista (Unesp)
Considerado como um dos caminhos mais promissores, o desenvolvimento de aços de terceira geração cresce e se destaca na indústria automotiva, resultado da busca de materiais que atendam aos requisitos mecânicos abrangentes com baixo custo e segurança para aplicação estrutural. Visto como uma rota promissora, o tratamento térmico de têmpera e partição (Q&P) consegue produzir um excelente equilíbrio combinando alta resistência à tração e um bom alongamento, através de uma microestrutura mista. No presente estudo, foram avaliadas as propriedades mecânicas e microestruturais do aço TRIP 780 CMnAl, sob o processo de Q&P utilizando o dilatômetro DIL Bähr e os fornos de aquecimento e de banho de sal. Os parâmetros foram adotados com base nas simulações no Thermo-Calc e ensaios em dilatometria. Simulações baseadas no Equilíbrio Constrito de Carbono (ECC) foram adotadas para determinar a temperatura de têmpera ótima, temperatura capaz de produzir a maior fração de austenita retida. Em busca de uma comparação nos resultados, procedeu-se em avaliar quatro rotas Q&P distintas com austenitização intercrítica em 820 ºC e 850 ºC, correspondendo respectivamente às temperaturas de têmpera parcial de 284 ºC e 267 ºC, com tempos de 30 e 100 segundos, com temperatura de partição fixa em 400 ºC. A técnica de difração de raios X (DR-X) possibilitou fazer uma análise quantitativa da fração de austenita retida e qualitativa da fase ferrita. Os resultados da microscopia óptica (MO) e da microscopia eletrônica de varredura (MEV) mostraram a obtenção de uma estrutura mista contendo martensita, austenita, ferrita e bainita. Para avaliar as propriedades mecânicas, foram realizados ensaios de microdureza vickers e tração. Os resultados indicaram que se tratam de aços de terceira geração, com destaque para rota temperada em 267 ºC e particionadas por 30 segundos alcançando uma resistência a tração de aproximadamente 976 MPa e 16 % alongamento
Influência da arquitetura de compósitos laminados de fibras de vidro/PAEK/buckypaper em suas propriedades térmica e elétrica.
(Universidade Estadual Paulista (Unesp), 2022-11-10) Gomes, João Victor Passos Neves; Botelho, Edson Cocchieri [UNESP]; Ribeiro, Bruno; Universidade Estadual Paulista (Unesp)
A pesquisa e o desenvolvimento de compósitos poliméricos avançados são cada vez mais necessários nas atuais demandas de mercado, visto que o surgimento e a produção destes materiais revolucionaram a ciência dos materiais desde a geração de energia até equipamentos esportivos, promovendo alternativas e soluções nessa área de conhecimento. Além disso, a crescente utilização dos compósitos evidencia a necessidade de obtenção de materiais que apresentem não só a função estrutural, mas que conjuntamente sejam, por exemplo, condutores térmicos e elétricos. Portanto, a utilização de nanopartículas, em especial os nanotubos de carbono, vem ganhando cada vez mais visibilidade nos setores de pesquisa e desenvolvimento na obtenção dos chamados compósitos nanoestruturados multifuncionais. O presente trabalho visa avaliar a influência da adição de buckypapers (BP) de nanotubos de carbono nas propriedades térmicas e elétricas de compósitos de poli (aril éter cetona) (PAEK)/fibras de vidro (FV). Os BPs foram processados via filtração a vácuo e, após seu processamento, sua morfologia foi analisada via microscopia eletrônica de varredura (MEV). Os compósitos laminados de PAEK/BP/FV foram obtidos a partir do processo de moldagem por compressão a quente e avaliados via ultrassom, microscopia óptica (MO) e análise termogravimétrica (TGA) para determinação de sua fração volumétrica. Vale ressaltar que foram processados 4 compósitos, sendo o compósito de referência (PAEK/FV) e três outros laminados com a adição de BPs em diferentes arquiteturas. O comportamento da degradação dos laminados foi avaliado por análise termogravimétrica (TGA) e as propriedades viscoelásticas por análise dinâmicomecânica (DMA). A condutividade térmica foi avaliada pelo método de pulso laser com resultados semelhantes ao material de referência. As propriedades elétricas das amostras foram obtidas por medição de resistividade por 4 pontas (no plano) onde apresentaram valores na faixa de semicondutores e avaliadas por espectroscopia de impedância (através do plano) onde demonstraram um comportamento dielétrico, revelando a anisotropia elétrica das amostras. Por fim, o material nanoestruturado pode ser classificado como multifuncional.
Variação espacial e temporal da sedimentação fluvial na região do MATOPIBA e sua influência no sistema energético
(Universidade Estadual Paulista (Unesp), 2018-02-26) Silva, Walquiria Marins da; Simões, Silvio Jorge Coelho [UNESP]; Gomes, Luciene; Universidade Estadual Paulista (Unesp)
O presente estudo tem como objetivo deste trabalho avaliar o potencial de risco de redução de produção de energia por UHE e PCH devido a descarga de sedimentos na Bacia do Tocantins, região que está localizada no MATOPIBA e avaliar a influência dos sedimentos no sistema energético baseado em hidroeletricidade. Para isto, foram gerados modelos espaciais da quantidade de sedimentos através da descarga sólida em suspensão para os anos 2010, 2012 e 2014, nos períodos chuvosos e secos. A abordagem geoestatística foi adotada para avaliação da variabilidade espacial dos sedimentos fluviais da região, através do método Krigagem aplicado em um ambiente SIG (Geostatistical Analysis / ArcGIS®). Os dados sedimentométricos foram obtidos no banco de dados da Agência Nacional de Águas (ANA). Os resultados demonstraram que a quantidade de sedimentos fluviais é fortemente influenciada pela precipitação no período chuvoso, com valores máximos próximos de 2,2 x 106 t/trimestre e que podem chegar a um aumento de 500% em relação ao período seco. O uso da terra foi identificado como um importante driver na variação temporal da quantidade de sedimentos, em que os valores máximos identificados em 2010 (1,0x106 a 2,7x106 t/trimestre) reduziram significativamente em relação a 2014 (0,6x106 a 1,0x106 t/trimestre). Baseado nisso, foi possível identificar áreas com maior potencial para implantação de novas hidrelétricas na regiao estudada. A modelagem utilizando a geoestatística foi eficiente na avaliação da variabilidade espacial de sedimentos fluviais em cenários com escassez de dados e também foi eficaz para avaliação temporal de dados hidrossedimentológicos. Os dados hidrossedimentológicos são informações significativas que podem auxiliar na identificação das principais fontes de sedimentos e contribuir para o desenvolvimento de estratégias mais eficientes para melhorias das ações de controle do assoreamento nos reservatórios das hidrelétricas
Análise de viabilidade de sistemas de cogeração em plantas de produção do segmento de cerâmica de revestimento
(Universidade Estadual Paulista (Unesp), 2022-08-17) Santos, Vanessa Fonseca dos; Carvalho Junior, João Andrade de [UNESP]; Balestieri, José Antônio Perrella [UNESP]; Universidade Estadual Paulista (Unesp)
As indústrias têm se preocupado cada vez mais em melhorar seus processos e atualizar a tecnologia de seu parque fabril para reduzir o consumo e custo referente à sua necessidade energética. O fator econômico e ambiental são os principais estímulos para desenvolvimento de projetos de eficiência energética. O segmento sucroalcooleiro tem por tradição o uso de sistemas de cogeração devido ao conveniente aproveitamento do resíduo de bagaço de cana e, em virtude ao expressivo potencial de geração de energia elétrica por cogeração, este segmento é um importante participante na matriz elétrica brasileira. No caso do segmento de cerâmica de revestimento, a aderência desta prática já é bastante consolidada na Europa, enquanto que, no Brasil, não se verifica esta realidade pois grande parte das plantas são pertencentes ao grupo de cerâmica vermelha (telhas e tijolos), que são de fabricação mais simplificada e produto de baixo valor agregado. Baseado em um cenário de estudo de caso hipotético a partir de dados da literatura, este trabalho propôs uma análise de viabilidade técnico-econômica de sistema de cogeração para unidade de secagem de uma planta de cerâmica de revestimento, afim de alcançar melhor aproveitamento energético dos secadores. Através da avaliação termodinâmica de primeira Lei e de indicadores econômicos foi possível determinar quais turbinas a gás puderam ser viáveis ao processo de secagem. A temperatura e vazão mássica de gases quentes disponibilizada pelas turbinas foram fatores determinantes na possibilidade de substituição total ou parcial da fonte quente convencional dos secadores. Dois modelos de turbina a gás, na configuração de dois conjuntos a gás, apresentaram resultados mais satisfatórios, sendo a turbina 2 com TIR de 30% e PB de 2,79 anos, e a turbina 4 com TIR de 22% e PB de 3,71 anos. A análise de sensibilidade mostrou que a turbina 2 foi mais resiliente às variações (para baixo) do preço de venda da energia elétrica excedente, além disso, mesmo dobrando o número de conjuntos a gás e o consumo de combustível do sistema de cogeração, o consumo total de combustível do processo de secagem após a integração do sistema permaneceu o mesmo (0,3 kg/s). Com estes resultados, concluiu-se que a cogeração de fato promove um melhor aproveitamento energético do processo de secagem da indústria cerâmica de revestimento.
Síntese, caracterização e estudo de nanocompósitos com matriz polimérica de PMMA e nanopartículas de CeO2
(Universidade Estadual Paulista (Unesp), 2022-08-29) Palazzo, Ana Eliza Castro Sobreira; Nunes, Ronaldo Spezia [UNESP]; Botelho, Edson Cocchieri [UNESP]; Universidade Estadual Paulista (Unesp)
A nanotecnologia possui grande potencial de aplicação para melhoria de propriedades de matrizes poliméricas. Especificamente, neste trabalho, foram desenvolvidos nanocompósitos tendo como base a matriz polimérica de poli[1-(metoxicarbonil)-1-metil etileno] (PMMA) e enchimento de nanopartículas de óxido de cério (CeO2), de característica semicondutora. Para a realização deste trabalho, as nanopartículas de CeO2 foram sintetizadas a partir do método de precipitação química. Para este processo foram testadas duas diferentes metodologias de funcionalização superficial utilizando-se ou o surfactante aniônico dodecil sulfato de sódio (DSS) ou o ácido hexadecanóico (C16H32O2), também conhecido como ácido palmítico, um representante de cadeia longa do grupo dos ácidos carboxílicos, como ligantes modificadores da superfície das nanopartículas, de forma a propiciar o processo de incorporação na matriz polimérica. Para a síntese dos filmes de nanocompósitos, utilizou-se o método da mistura direta e evaporação do solvente, em diferentes protocolos de incorporação das nanopartículas na matriz. Para a caracterização das propriedades das amostras produzidas foram realizados estudos de termogravimetria (TGA), de calorimetria exploratória diferencial (DSC), de microscopia eletrônica de varredura (MEV), de espectroscopia de absorção na região do infravermelho (FTIR), espectroscopia RAMAN e difratometria de raios-X pelo método de pó (DRX). Os filmes de nanocompósitos de PMMA/CeO2 foram comparados com filmes de PMMA puro, indicando que, termicamente, o nanocompósito mantém as características principais da matriz de PMMA. A temperatura de transição vítrea dos nanocompósitos varia conforme o método de síntese e a funcionalização da superfície aplicada às nanopartículas. Por DRX, quando há adequada incorporação e dispersão das nanopartículas, observa-se os picos característicos dos planos cristalinos do CeO2 no nanocompósito e, por MEV, são avaliadas as suas microestruturas, analisando-se a dispersão. Os resultados obtidos mostraram que os protocolos testados de síntese do nanocompósito pretendido, com funcionalização tanto in-situ quanto ex-situ, foram adequados, porém, especificamente, para o protocolo ex-situ por transferência de fase com ácido palmítico, há ainda certa incerteza quanto à dispersão adequada das nanopartículas de CeO2 no PMMA, tendo a funcionalização in-situ, com DSS, apresentado-se mais promissora.
Obtenção e caracterização de nanofibras de carbono a partir de PAN/lignina processadas por eletrofiação
(Universidade Estadual Paulista (Unesp), 2022-09-16) Cintra, Isabela Luiza Rodrigues; Botelho, Edson Cocchieri [UNESP]; Rezende, Mirabel Cerqueira [UNESP]; Guerrini, Lilia Müller; Universidade Estadual Paulista (Unesp)
As fibras de carbono têm grande aplicação em diversos segmentos industriais, destacando-se o aeroespacial e o automobilístico. Atualmente, o precursor mais utilizado na obtenção das fibras de carbono é a poliacrilonitrila (PAN) devido ao elevado teor de carbono fixo. No entanto, a PAN é um polímero caro e de origem do petróleo. Precursores oriundos de fontes renováveis tem sido estudados, tais como a lignina Kraft (LK) que é uma macromolécula gerada como resíduo pela indústria de papel e possui em sua composição elevado teor de carbono. Desta forma, blendas de PAN/lignina têm sido muito estudadas para obtenção de fibras de carbono. No entanto, durante o processo de obtenção destas fibras, uma das etapas mais complexas é a estabilização térmica oxidativa. Esta etapa é importante para manter a geometria da fibra durante todo o restante do processo de carbonização, além de tornar as fibras infusíveis. Neste contexto, o objetivo deste trabalho foi obter mantas de carbono utilizando como precursores fibras de PAN/LK, obtidas por eletrofiação, visando um estudo sistemático em relação à etapa de estabili-zação térmica oxidativa. Inicialmente, foram processadas via eletrofiação blendas com diferentes proporções de PAN/LK (90/10 % m/m; 80/20 % m/m; 70/30% m/m; 60/40% m/m e 50/50% m/m) sendo estas caracterizadas quanto à estrutura química por espectroscopia de infraverme-lho com transformada de Fourier (FT-IR), a morfologia por microscopia eletrônica de varredura (MEV) e por análises térmicas (calorimetria exploratória diferencial, DSC, e termogravimetria, TGA). Os parâmetros de estabilização térmica oxidativa foram definidos baseando-se em um planejamento fatorial 23. As amostras foram analisadas por FT-IR e DSC e o índice de cicliza-ção foi obtido a partir dessas duas técnicas. A partir dos resultados obtidos foram selecionados os melhores parâmetros para estabilização térmica oxidativa das mantas eletrofiadas e, posteri-ormente, estabelecidos os parâmetros de carbonização mais adequados para a obtenção de man-tas de carbono. As mantas carbonizadas foram caracterizadas em relação à condutividade elétri-ca (espectroscopia de impedância), estrutura química (espectroscopia Raman e FT-IR), estrutura cristalina (DRX) e morfologia (MEV). As mantas carbonizadas apresentaram pouco rendimen-to de material após o processo de carbonização e a diminuição de aproximadamente 70% no diâmetro das fibras. Por meio das análises estruturais (DRX e RAMAN) foi verificado que entre as amostras produzidas a cristalinidade variou de 45% a 57%, e uma estrutura pouco ordenada, indicado pela razão ID/IG que variou de 2,56 a 3,14 para estas amostras.
Avaliação do efeito da anodização em juntas soldadas de PEI/fibra de vidro e AA 2024- T3 pelo método oxi-combustível
(Universidade Estadual Paulista (Unesp), 2022-06-08) Ribeiro, Marcos Paulo Souza Ribeiro; Nakazato, Roberto Zenhei [UNESP]; Botelho, Edson Cocchieri [UNESP]; Abrahão, Ana Beatriz Ramos Moreira [UNESP]; Universidade Estadual Paulista (Unesp)
Compósitos poliméricos podem ser definidos como a combinação de dois ou mais materiais que sejam elementos de reforços unidos por uma matriz polimérica. Esta junção deve exibir uma proporção significativa das propriedades dos materiais. A liga de alumínio AA 2024-T3 é utilizada em vários segmentos estruturais das aeronaves. Esses componentes atuam expostos a condições ambientais bastante agressivas sofrendo processo de degradação e corrosão afetando diretamente seu desempenho, muitas vezes sendo necessária a realização de tratamentos superficiais para aumentar a sua resistência. Um dos interesses de estudos e de indústrias do setor aeronáutico é a possibilidade de união destes, para fins de reparo e formação de novas estruturas, neste sentido vem-se estudando diversos processos de união de materiais compósitos com destaque para a soldagem. Este trabalho tem como objetivo a execução de diferentes condições do processo de anodização, variando-se os parâmetros de potencial e tempo para a obtenção junta híbridas de liga AA 2024 com compósito PEI/fibra de vidro pelo método OFW (oxi-combustível), e a influência do processo de anodização nas suas propriedades, sendo caracterizadas por técnicas eletroquímicas, rugosidade, molhabilidade e medição da espessura de sua camada. Após o processo de soldagem as juntas foram submetidas a ensaio de Lap Shear para a verificação da sua resistência mecânica (MPa). Com os resultados do ensaio e por meio de planejamento (fatorial) 22 foi possível encontrar a melhor condição de anodização, sendo de 10V/20min, resultando numa resistência de 14 MPa. Posteriormente as amostras na melhor condição foram submetidas ao teste de condicionamento ambiental higrotérmica, em água do mar sintética, em diferentes temperaturas (30ºC e 60ºC), depois de imersas foram realizados ensaios de Lap Shear e ILSS para verificação de sua resistência ao processo de degradação/corrosão. As amostras na melhor condição apresentaram melhor resistência à corrosão e maior resistência mecânica, sendo esse aspecto comprovado por meio de microscopia óptica e por microscopia eletrônica de varredura (MEV). Quando imersas em solução salina foi verificado que as amostras imersas em maior temperatura tiveram uma diminuição em sua resistência em comparação com as amostras não imersas.
Modificação de superfície de suportes de regeneração óssea da liga de Ti-6Al-4V empregando oxidação anódica
(Universidade Estadual Paulista (Unesp), 2022-03-07) Sousa, Talita Kathleen Correia de; Claro, Ana Paula Rosifini Alves [Unesp]; Longhitano, Guilherme Arthur; Universidade Estadual Paulista (Unesp)
A Manufatura Aditiva (MA) permite a fabricação de estruturas altamente complexas - a partir de modelos computacionais em 3D - o que é particularmente útil na Medicina 4.0 e principalmente na aplicação na área de biomateriais. Estruturas celulares são suportes que podem auxiliar a regeneração óssea - e são difíceis ou impossíveis de se produzir usando técnicas tradicionais de fabricação. Atualmente, existem diversas técnicas de MA para materiais metálicos que são viáveis para a fabricação de estruturas celulares. A liga Ti-6Al- 4V é uma das principais ligas de titânio utilizadas e estudadas na área de biomateriais. Apenas a geometria da estrutura celular e a composição do material não são o suficiente para a indução da regeneração óssea. Técnicas de modificação de superfície vem sendo estudadas há anos para melhorar a resposta celular e auxiliar a regeneração óssea. A proposta dessa pesquisa é avaliar a influência do tratamento de superfície de oxidação anódica em estruturas celulares da liga Ti-6Al-4V produzidas por fusão de feixe de elétrons (EBM). Foram realizados estudos a fim de encontrar os parâmetros ideais para a aplicação do tratamento de superfície. Variou- se a composição do eletrólito, tempo, tensão e agitação. As amostras foram analisadas por meio de microscopia eletrônica de varredura (MEV) para avaliação da superfície. Foi possível observar a formação de nanotubos TiO2 utilizando a condição PQAN3. Os parâmetros e soluções para a anodização utilizados para o TiCP, validaram-se para amostras na liga Ti-6Al-4V fabricadas por manufatura aditiva independentemente do processo de fabricação ou da geometria da estrutura celular.
Modelagem e simulação de um acionamento hidráulico direto para turbinas eólicas
(Universidade Estadual Paulista (Unesp), 2022-06-20) Guimarães, Luciano Lizardo de Souza; Tuna, Celso Eduardo [UNESP]; Universidade Estadual Paulista (Unesp)
Em vista das barreiras para a produção de energia sem comprometer o meio ambiente, as fontes de energias renováveis estão cada vez mais em destaques nas pesquisas. As tecnologias de energia eólica, por exemplo, estão sendo desenvolvidas para reduzir os custos da eletricidade gerada e para aumentar o desempenho tecnológico. A fonte eólica tem como característica o uso de caixa de engrenagem, ou caixa multiplicadora, que devido a sua aplicação, faz a multiplicação da velocidade para condizer com a faixa de trabalho do gerador e é um dos principais fatores que causam o aumento do tempo de inatividade nas modernas turbinas eólicas. Considerando o desenvolvimento eficiente de projetos para a geração de energia renovável, este trabalho propõe um sistema de transmissão hidrostática aplicado em turbinas eólicas, que tem como vantagens a eliminação do conversor de frequência bem como da caixa de engrenagem; propõe também um sistema aplicável para o regime de trabalho analisado e a validação e análise de comportamento do sistema na correção da variação da velocidade do vento, possibilitando entregar uma velocidade de rotação fixa ao gerador elétrico. A metodologia aplicada aborda: uma revisão abrangente da literatura e o uso de um software de modelagem e simulação computacional, incluindo hidráulica, pneumática, elétrica, controles, interface homem-máquina e comunicações, para avaliar o sistema proposto. Como resultado tem-se eficiência significativa de um modo geral: a potência de entrada no eixo da bomba hidráulica analisado foi de 275 kW e uma potência de saída no eixo do motor hidráulico para o gerador elétrico de 246,9 kW, obtendo uma eficiência total do sistema hidráulico de 89,78%.
Estudo do comportamento térmico e cinético do glicerol bruto em atmosfera de combustão e oxi-combustão.
(Universidade Estadual Paulista (Unesp), 2022-03-04) Nunes, Diogo Garcia; Luna, Carlos Manuel Romero [UNESP]; Universidade Estadual Paulista (Unesp)
O glicerol tem diversas aplicações nas indústrias química, de alimentos e rações, farmacêutica entre outras; no entanto, conforme a produção do biodiesel tem aumentado, o estoque do glicerol também aumentou significativamente. Para os grandes produtores de biodiesel, não é economicamente viável a purificação do glicerol, com isso ele acaba tornando-se um grande passivo ambiental. Como o mundo tem vivido um aumento gradual da demanda energética e nas emissões dos GEE, novas tecnologias para aproveitamento energético têm sido estimuladas, como por exemplo a implementação de biocombustíveis. Dentre eles os mais utilizados no Brasil e no mundo, o biodiesel, que é utilizado em grande maioria através de sua combustão. Entre as diversas formas de aproveitamento do glicerol temos a oxi-combustão, que por sua vez pode ser considerada um passo adiante da combustão, onde visa obter um gás de exaustão rico em CO2, para que assim, possa ser utilizado como insumo para a própria oxi-combustão, e subsequentemente ter sua captura. Este trabalho tem como objetivo avaliar o comportamento térmico e cinético da combustão e oxi-combustão do glicerol bruto, determinando a melhor condição de queima em atmosfera de oxi-combustão. Foram estudadas atmosferas inertes com N2 e CO2, além de uma atmosfera de combustão com ar sintético 21% de O2 e 79% de N2 e 3 diferentes composições para atmosfera de oxi-combustão sendo 20/80, 30/70 e 40/60 em % de O2/CO2. A análise térmica considerou apenas a taxa de aquecimento de 10 °C/min para a determinação de índices, tais como, o índice de combustão através das curvas de TGA/DTG além das análises de DTA. A análise cinética usou o método Free Kinetics para determinar a energia de ativação em cada atmosfera de queima, onde foram utilizadas 3 razões de aquecimento sendo 10, 20 e 30 °C/min, utilizando uma termobalança. Os resultados da análise térmica e cinética indicam que a melhor condição de oxi-combustão estudada seria 30/70, levando em consideração como principais resultados o índice de combustão e a energia de ativação média 79,9 kJ/mol. Apesar dos índices e da energia de ativação, no geral demonstrarem melhor desempenho para a oxi-combustão 40/60, um fator que impactou muito nos resultados foi o índice de combustão e a utilização de menos O2, visando obter no final uma maior concentração de CO2 no gás de exaustão.
Custos ambientais das emissões atmosféricas na geração de energia elétrica: uma proposta para o setor energético nacional
(Universidade Estadual Paulista (Unesp), 2022-03-23) Flecher, Natália Rodrigues Costa; Balestieri, Jose Antonio Perrella [UNESP]; Dias, Rubens Alves [UNESP]; Universidade Estadual Paulista (Unesp)
O atual modelo de mercado preconiza a produção de bens e serviços a partir de recursos naturais, com perdas atreladas ao processo. Contudo, além das perdas tácitas e contabilizadas, existem aquelas não consideradas que incorrem em consequências externas, conhecidas como externalidades. Tais externalidades, majoritariamente ambientais e sociais, têm potencial de alteração do custo final do produto, se financeiramente valoradas e reconhecidas pelo processo. Assumindo que a geração de energia elétrica é um processo produtivo, a internalização das externalidades ambientais da geração pode influenciar seus custos, alterando os rumos do planejamento energético e da escolha das fontes de energia prioritárias dentre as ofertadas na matriz energética. O presente trabalho tem por objetivo identificar as externalidades ambientais das emissões atmosféricas das alternativas de geração de energia elétrica, contexto nacional, na etapa de geração de energia, e desenvolver estratégias de precificação das mesmas, levando em consideração o arcabouço teórico de valoração ambiental e dos custos energéticos no país. Para tal, foram realizadas as etapas de levantamento bibliográfico extenso sobre o custos e externalidades ambientais de emissões atmosféricas da geração de energia elétrica; de definição das variáveis ambientais a serem consideradas externalidades, com subsequente definição de método. Alguns resultados obtidos, tais como os menores custos ambientais das gerações a partir de recursos naturais renováveis, e a relevância de custos ambientais de emissão de gases de efeito estufa para a geração hidrelétrica e termelétrica a gás natural, têm consistência com as premissas do planejamento energético nacional. Outros, como os custos à saúde humana atrelados às gerações termelétricas a biomassa, carvão mineral e óleos diesel e combustível, ainda não fazem parte dos aspectos considerados para os direcionamentos do futuro da eletricidade no país. Foi também definida e calculada a Tarifa Ambiental, indicativa da internalização dos custos ambientais ao consumidor residencial, no valor de 0,0646 R$/kWh, equivalente a aumento potencial de cerca de 10% na “conta de energia”. Ainda que com dados nacionais restritos, foi possível construir um modelo conceitual para a internalização dos custos ambientais da geração de energia elétrica no país, que pode alicerçar políticas públicas e orientar tomadores de decisão, viabilizando o desenvolvimento sustentável.
Estudo da oxidação eletrolítica a plasma na liga AA2024-T3 para soldagem com compósito PEI/Fibra de vidro
(Universidade Estadual Paulista (Unesp), 2022-03-07) Lucas, Rafael Resende; Mota, Rogério Pinto [UNESP]; Abrahão, Ana Beatriz Ramos Moreira [UNESP]; Botelho, Edson Cocchieri [UNESP]; Universidade Estadual Paulista (Unesp)
O desenvolvimento de processos que visam a união de materiais dissimilares, são de extrema importância para a soberania tecnológica nacional, pois permite o desenvolvimento de equipamentos dos mais diversos tipos com alto valor agregado. Para isto, torna-se necessária a criação e aplicação de processos avançados de tratamentos superficiais, manufatura, manutenção e união de materiais. Neste estudo, o processo de oxidação a plasma (PEO – Plasma Electrolytic Oxidation) foi empregado para produzir sobre a liga AA2024-T3, filmes óxidos, com a premissa de melhorar a adesão superficial com o compósito termoplástico PEI/Fibra de vidro, a partir do processo de união por soldagem (OFW- Oxi Fuel Welding) com gás GLP (Gás Liquefeito de Petróleo) e oxi-acetilênica. Para a possibilidade de otimização do processo da união, foi aplicado neste estudo um planejamento experimental (fatorial) 22, tendo como variáveis o potencial aplicado e o tempo do processo de oxidação a plasma, sendo a variável resposta tensão de cisalhamento (MPa), obtida a partir do ensaio de Lap Shear Strength (LSS). Com a utilização de caracterizações de MEV/EDS dos revestimentos obtidos via PEO, constatou-se que estes são constituídos de óxidos (Al2O3 – majoritariamente) com incrementos de elementos tanto da liga tratada (como Si, Mg, Mn, Cu) quanto do eletrólito (Na, P, Si), com morfologia distinta, como microestruturas agulhadas tipo mulita, protuberâncias esféricas isoladas e uma superfície esponjosa. Seguindo a norma NBR 12611:2006, para avaliar a espessura dos revestimentos por microscopia óptica contatou-se que, em média o valor foi de ~93,0 µm. A partir do ensaio eletroquímico potenciodinâmico, observa-se que, os revestimentos forneceram a liga maior resistência a corrosão, como taxa de corrosão (mm/ano) em no mínimo 3,2 vezes menor. Em média, os valores de tensão de cisalhamento variaram entre 2,6 a 8,5 MPa para soldagem com GLP e 2,5 a 7,3 MPa para soldagem oxi-acetilênica. A partir da análise ANOVA (análise de variância), verificou-se que os modelos elaborados abrangiam apenas entre 13,02 a 29,91% de toda a variabilidade do processo de tratamento superficial a plasma. Pode-se inferir que o teor de Si no revestimento tenha aumentado a fragilidade da junta, quando submetida a forças de cisalhamento.
Análise energética do processo de secagem de areia em leito fluidizado
(Universidade Estadual Paulista (Unesp), 2022-01-28) Machado, Mônica Valéria dos Santos; Carvalho Junior, João Andrade de [UNESP]; Universidade Estadual Paulista (Unesp)
Este estudo tem como finalidade analisar um processo de secagem de areia em leito fluidizado através do balanço energético, elaborado por meio de um modelo matemático específico para calcular a quantidade de combustível necessária ao processo em função do excesso de ar. Todos os itens do processo, como pressão, temperatura, vazão de areia, umidade inicial da areia, e outros, são considerados a fim de demostrar o funcionamento do processo de secagem do material em leito fluidizado, e sua eficiência energética. O leito fluidizado é utilizado em diversos processos industriais, tais como gaseificação, pirólise, secagem de grãos e areia industrial, entre outros. Este assunto é desenvolvido considerando quantidade de material e granulometria, velocidade do gás, excesso de ar na produção do escoamento quente, bem como o tipo e quantidade de combustível adicionado no sistema. Dois combustíveis são considerados: o gás natural e o gás natural renovável (biometano), sendo os custos de operação com cada um deles comparados. Mesmo que um sistema já esteja em ponto de fluidização, os teores de umidade inicial e final da areia no equipamento de secagem por fluidização devem estar correlacionados com a quantidade de combustível e excesso de ar do sistema. Essa correlação demonstra os ajustes necessários (variando-se o combustível e excesso de ar, considerando as características de mudança de fase da areia - vitrificação) que produzirá o melhor desempenho do equipamento.
Uso de análise multicritério para o estudo da implantação de monotrilho entre regiões metropolitanas
(Universidade Estadual Paulista (Unesp), 2021-12-17) Daibert, João Dalton; Souza, Teofilo Miguel de [UNESP]; Boulomytis, Vassiliki Terezinha Galvao; Universidade Estadual Paulista (Unesp)
O trânsito de veículos nas vias terrestres das regiões urbanas se tornou caótico. Além do transtorno provocado pelo excesso de veículos, prejudicando a circulação, outros eventos como prejuízos ao meio ambiente, também colaboram com a situação de caos, como a poluição do ar, poluição sonora, degradação das vias, entre outros. A proposta do presente trabalho sugere uma metodologia para avaliar a viabilidade da implantação de uma alternativa para minimizar os problemas citados, com a adoção de monotrilhos para o fluxo de pessoas, principalmente, em regiões metropolitanas. No estudo são apontados e hierarquizados os critérios para avaliar a pertinência desse modo de transporte através da metodologia da tomada de decisão, segundo métodos de análise multicritério para auxílio à tomata de decisão (MCDA), que permitem valorar conceitos subjetivos como conforto, segurança, confiança, que são grandezas de difícil mensuração, possibilitando assim qualificar e quantificar através da consulta a especialistas da área e identificar como cada critério influencia na avaliação de viabilidade proposta. Por meio do uso da abordagem MCDA com o método do Processo Hierárquico Analítico (AHP), obteve-se o índice de consistência (CI) correspondente a 0,025323514 e a razão da consistência (RC) que totaliza 0,01918448, o que torna o resultado do estudo coerente com o que preconiza o método AHP. Dessa forma, foi possível propor uma metodologia com resultado confiável para subsidiar os gestores na avaliação de viabilidade para implantação de monotrilhos nas áreas metropolitanas do seu interesse de estudo.

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