Modelagem e otimização de experimentos para o tratamento térmico de recozimento: um estudo com o algoritmo simulated annealing

Esta dissertação apresenta um estudo da modelagem de experimentos aplicados a um processo industrial de tratamento térmico. A motivação deste trabalho surgiu diante das dificuldades associadas aos processos de recozimento industrial de aços do tipo baixa liga, na tentativa de encontrar temperaturas nas quais as durezas superficiais dos aços atingissem valores suficientemente baixos, adequados para etapas posteriores de fabricação, em especial a usinagem. Inicialmente forem realizados diversos experimentos com diferentes aços, onde a dureza superficial é obtida em função da temperatura de recozimento e dos teores de carbono e silício das amostras utilizadas. Em seguida propôs-se um modelo quadrático para modelar a dureza superficial como função dessas três variáveis. A estimação de parâmetros do modelo proposto foi realizada com o emprego do algoritmo Simulated Annealing, uma meta-heurística para otimização global que procura imitar o processo de recozimento de um material sólido. Finalmente, usando-se o modelo proposto, foi resolvido o chamado problema inverso, o qual consiste na estimação da temperatura de recozimento em função dos teores de carbono e silício e da dureza desejada.

Avaliação in vitro do efeito da incorporação de clorexidina nas propriedades físicas e na atividade antibacteriana de resinas acrílicas autopolimerizáveis

Objetivo. O objetivo do presente estudo foi avaliar o efeito da incorporação de diacetato de clorexidina (CDA), em diferentes concentrações e tempos de armazenamento, nas propriedades físicas e na atividade antibacteriana de resinas acrílicas, utilizadas na confecção de coroas e pontes provisórias. Métodos. Fase I: Foram confeccionados 150 corpos de prova retangulares (3,0 mm X 10 mm X 64 mm), de acordo com a norma ISO 1567 e 150 corpos de prova quadrados (10 mm X 10 mm X 2,0 mm), utilizando-se duas resinas acrílicas autopolimerizáveis, Duralay (Reliance Dental Mfg. Co.) e Dencor (Clássico). Os corpos de prova foram distribuídos em 30 grupos (n=10/grupo) de acordo com a concentração de CDA incorporada às resinas (p/p) (A) 0%, (B) 1%, (C) 2%, (D) 4%, (E) 5%, em função do tempo de armazenamento em água destilada, a 37C (T0 2h, T1 7 dias, T2 30 dias). Foram realizados os ensaios de microdureza Knoop, em microdurômetro Micromet 5104, Buehler (N), rugosidade superficial (Ra), em rugosímetro digital Mitutoyo Surftest SJ-201 (n=5) e resistência à flexão em três pontos (MPa), em uma máquina de ensaio universal EMIC MF 200 DL (n=5). Fase II: Adicionalmente, a atividade antibacteriana dos materiais sobre Streptococcus mutans foi determinada através da realização de testes de difusão em meio BHI, sendo para isso confeccionados 30 corpos de prova em forma de disco (12 mm X 3,0 mm) com as mesmas 5 concentrações (n=3/grupo). Os resultados foram tabulados e submetidos à análise estatística three-way ANOVA (Fase I) e two-way ANOVA (Fase II). Resultados. ANOVA mostrou que a adição de CDA não provocou alteração significativa na resistência à flexão dos materiais testados. A resistência à flexão é inversamente proporcional ao tempo para a resina Dencor e diretamente proporcional ao tempo para a resina Duralay. Houve aumento da microdureza com o acréscimo de CDA ao material Dencor com relação ao grupo controle, enquanto que no material Duralay a CDA não interferiu significativamente nesta propriedade. A rugosidade superficial aumentou significativamente (p<0,001) com o tempo e com o aumento da concentração de clorexidina na resina Dencor e não provocou alteração significativa em Duralay. Os testes de difusão em ágar demonstraram atividade antimicrobiana significativa (p<0,05) em todos os grupos, quando comparados ao grupo-controle. A inibição ao crescimento de Streptococcus mutans foi maior com o aumento da concentração desta substância. A resina Dencor apresentou maior halo de inibição do que a resina Duralay. Conclusões. Os resultados deste estudo sugerem que a incorporação de clorexidina aos materiais testados exibiu efeito antibacteriano contra S. mutans, sem contudo afetar de maneira crítica as propriedades físicas avaliadas.

Comparação in vitro do desgaste dental em função da dureza de três diferentes tipos de materiais antagonistas

O objetivo deste estudo foi comparar in vitro o desgaste dental de pré-molares (PM) e molares (M) e sua relação com o valor de dureza Vickers dos materiais utilizados como antagonistas em uma máquina de abrasão simulada para provocar o desgaste nos dentes testados. Os materiais antagonistas utilizados foram VeraBond II (liga de Ni-Cr), Solidex (resina composta) e IPS Empress 2 (cerâmica). Para cada ensaio de dureza, foram preparados seis corpos-de-prova de cada material, os quais foram polidos sob refrigeração, com ciclo de 20 min para cada granulação. Num microdurômetro (HMV-2), foram realizadas três mossas por quadrante, cada uma sob carga de 19,614 N por 30 s, totalizando 12 mossas de base quadrada com ângulo de 136 entre os planos. O teste de abrasão foi realizado numa máquina simuladora de abrasão, freqüência de 265 ciclos/min e 4,4 Hz, com um percurso do antagonista de 10 mm à velocidade de 88 mm/s. Cada dente foi testado em oposição a um antagonista (foram 6 pares dente/material para cada grupo), em água deionizada, sob carga de 5 N, por 150 min, num total de 39.750 ciclos. Foram utilizados dezenove dentes 1 pré-molares, dezenove 3 molares e confeccionados doze antagonistas em cada material em forma de pastilha. Cada grupo de seis dentes foi testado em oposição a seis antagonistas do mesmo material. Ademais, um dente 1 pré-molar (PM) e um dente 3 molar (M) foram testados em oposição ao Plexiglass. Com relação ao desgaste do esmalte dentário (PM+M) segundo o material antagonista, o teste de Kruskal-Wallis evidenciou diferença significativa com p-valor < 0,001 e o teste de Mann-Whitney evidenciou diferença significativa nas comparações PM+M/resina X PM+M/metal (p-valor < 0,001), PM+M/resina X PM+M/cerâmica (p-valor < 0,001) e PM+M/metal X PM+M/cerâmica (p-valor = 0,002). A análise isolada, considerando pré-molares e molares separadamente, encontrou diferença significativa em relação ao desgaste do esmalte dentário no teste de Kruskall-Wallis, porém não detectou diferença significativa no teste de comparação múltipla Mann-Whitney quando comparou o desgaste sofrido pelo PM/metal em relação ao PM/cerâmica. Em relação à dureza Vickers detectou-se diferença significativa da dureza dos materiais no teste de Kruskall-Wallis (p-valor < 0,001) e também no teste de Mann-Whitney nas comparações múltiplas com p-valor = 0,002. Comparando-se a dureza com a perfilometria, observou-se uma correlação estatisticamente significativa (p ≤ 0,05) na correlação negativa (ρ= -0,829) entre a dureza do metal como material antagonista e o desgaste do esmalte dentário do dente molar. Os resultados sugeriram que todo material restaurador indireto estudado causou desgaste ao esmalte dentário quando submetido a forças de simulação de abrasão com carga. Embora tenha sido observada correlação entre dureza e resistência à abrasão, essa correlação foi pouco significativa.

Técnica do tratamento restaurador atraumatico em estudantes de escola municipal do Rio de Janeiro: avaliação in vitro da influência da proteção superficial e do tempo de entrada em serviço na resistência a tração diametral do cimento de ionômero de vidro utilizado

Tratamento restaurador atraumático tornou-se uma opção real para o tratamento da cárie dentária em saúde pública no Brasil. O presente estudo teve como objetivo avaliar durabilidade, resistência e eficácia de 70 restaurações em 31 alunos (entre 6 a 12 anos de idade na Escola Municipal Rotary, RJ - Brasil). Depois de CPO-D e ceo-exame de acordo com critérios da OMS, todos os alunos com selecionados receberam TRA com VITRO MOLAR - DFL, juntamente com instruções de saúde bucal. Os critérios de exclusão foram a presença de cavidades muito profundas e exposição pulpar, casos em que os alunos foram encaminhados para o Postos de Saúde Municipal. In vitro avaliou-se a influência do tempo de entrada em serviço e do tipo de cobertura protetora utilizada na resistência coesiva do Cimento de Ionômero de Vidro utilizado, por meio de ensaios de tração diametral. Confeccionou-se para o teste de tração diametral 6 espécimes para cada variante, 72 no total, com dimensões de 4 mm de diâmetro por 8 mm de comprimento, divididos entre os grupos: grupo1 sem protetor (controle); grupo2 vaselina sólida; grupo3 verniz para unhas. Realizou-se ensaios mecânicos em uma máquina universal de ensaios EMIC DL 500 MF, após a confecção e estocagem individual dos espécimes em potes plásticos contendo 5 ml de água deionizada, que formaram os subgrupos descritos a seguir: a - 20 minutos; b - 2 horas; c - 24 horas; d - 7 dias. Os dados obtidos foram tratados por ANOVA e por Student Newman-Keuls (p<0,05). Ao se avaliar a influência dos diferentes protetores de superfície no CIV utilizado no presente trabalho observou-se que, os protetores de superfície tiveram influência no comportamento do material (p=0,000), com o verniz para unhas mostrando um desempenho superior ao da vaselina sólida. Quanto ao tempo, não foi possível verificar ruptura do material no prazo de 20 minutos, pois os corpos de prova sofriam deformação elástica catastrófica não sendo adequado para a finalidade desejada. Os tempos de 24 horas e sete dias foram semelhantes entre si e diferentes do tempo de duas horas. As restaurações foram clinicamente avaliadas depois de 6, 12, e 24 meses após sua alocação. No total 72 restaurações foram realizadas em 31 escolares. Depois de seis meses, 5 restaurações fraturaram e 3 perderam algum material. Após 12 meses, oito restaurações foram perdidas e apenas 1 fraturou. Na avaliação após 24 meses, mais 12 restaurações foram perdidas e 3 perderam material. Não foram registradas lesões cariosas secundarias após esse período, mesmo quando as restaurações foram parcialmente perdidas. Clinicamente conclui-se que quando a técnica do TRA é bem indicada e aplicada corretamente pode haver uma redução significativa no número de dentes perdidos por lesões de cárie nos indivíduos que participaram do nosso estudo.

Influência de diferentes métodos de condicionamento superficial em pinos pré-fabricados resinosos fibro-reforçados em vidro e quartzo na resistência adesiva a compósito de polimerização dual: teste de push-out

O objetivo deste estudo foi realizar uma avaliação tridimensional da rugosidade superficial em 3 tipos de pinos de fibra - DT LightPost, FRC Postec Plus e Transluma Post - submetidos a diferentes tratamentos de superfície e avaliar os efeitos dos pré-tratamentos na resistência adesiva a um compósito de presa dual Biscore. Os tratamentos de superfície foram: imersão em ácido hidrofluorídrico, jateamento com óxido de alumínio a 50m, imersão em peróxido de hidrogênio, jateamento com óxido de alumínio a 50m seguido de imersão em ácido hidrofluorídrico e jateamento com óxido de alumínio a 50m seguido de imersão em peróxido de hidrogênio. No experimento 1, 75 pinos foram divididos em 3 grupos (n = 25), de acordo com seu fabricante e subdivididos em cinco subgrupos. A rugosidade superficial foi medida usando um rugosímetro tridimensional e analisada com o software de análise 3D. Os valores de rugosidade foram obtidos antes e após diferentes tratamentos de superfície na área dos mesmos corpos-de-prova. Para o experimento 2, foram utilizados os mesmos corpos-de-prova, os mesmos grupos e subgrupos do experimento 1, tendo sido adicionado o subgrupo de controle (n=90) e a resistência adesiva a um compósito presa dual Biscore foi mensurada através de um teste push-out. A resistência adesiva foi medida em uma máquina universal de ensaios, com uma célula de carga tipo SLBL-5kN em uma velocidade de 0,5 mm / min. Os resultados do experimento 1 foram analisados através de um teste estatístico t-Student. Jateamento e jateamento seguido de imersão em ácido hidrofluorídrico produziram um aumento estatisticamente significante na rugosidade, contudo somente o tratamento por jateamento proporcionou um aumento significativo nos valores de rugosidade. Os resultados do experimento 2 foram obtidos através de um um teste t-unilateral de hipótese com variância desconhecida. Concluiu-se que o jateamento com óxido de alumínio a 50μm em uma distância de 30 mm a 2,5 bar de pressão por 5 segundos foi suficiente para modificar a topografia dos pinos de fibra de vidro e quartzo e que o jateamento com partículas de 50 μ alumina a distância de 30 mm a 2,5 bar de pressão por 5 segundos foi o único tratamento de superfície que aumentou a resistência adesiva do compósito Biscore aos pinos DT Light Post e Transluma Post. Os pinos FRC Postec Plus não demostraram um aumento estatisticamente significante na resistência adesiva em nenhum grupo.

Otimização do processo de endurecimento superficial de aços de baixa liga

O objetivo deste trabalho é a aplicação de um Planejamento Fatorial Completo, ferramenta estatística que auxiliará a obter dados empíricos para otimizar um tratamento termoquímico, a cementação. Partindo-se de um levantamento da profundidade de camada cementada e da dureza de uma corrente de aço de baixo teor de carbono, usada para amarração, e para resistir à abrasão reproduziu-se uma nova cementação, variando-se seus parâmetros de influência, para se alcançar o ponto ótimo, definindo o melhor aço e o melhor processo. Foram realizados dois planejamentos, um fatorial 2 e dois 2, comparando o comportamento do processo na prática em relação aos resultados teóricos de uma simulação computacional, que permite a obtenção das curvas de enriquecimento de carbono, baseado na segunda Lei de Fick, para várias condições de contorno. Os perfis teóricos de cementação apresentaram valores de profundidade efetiva próximos aos valores obtidos experimentalmente, evidenciando o planejamento realizado.

Avaliação do potencial remineralizante de pastas e soluções com compostos bioativos no esmalte dental bovino submetido a ciclos de desafio erosivo

O objetivo deste estudo foi avaliar in vitro por meio da Fluorescência de Raios X por Dispersão de Energia (XRF), Microdureza Vickers (MV) e Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) o efeito remineralizante de diferentes princípios bioativos, tais quais, nanopartículas de hidroxiapatita de cálcio (nanoHAp) associadas ou não a fluoreto, fosfopeptídeos de caseína do leite e fosfato de cálcio amorfo (CPP-ACP) associados ou não a fluoreto, fluoreto de sódio e saliva no esmalte dental bovino submetido a ciclagem des-remineralizante simulando lesão erosiva por alto desafio ácido. Foram obtidos 58 corpos de prova (CP) a partir de 58 incisivos bovinos que foram divididos aleatoriamente em 8 grupos, com 7 CP cada um e 2 CP para obtenção de imagem em MEV do esmalte hígido. Cada grupo foi denominado conforme os respectivos tratamentos a serem utilizados. Grupo 1 (G1) Controle; Grupo 2 (G2) Desensibilize Nano P experimental (nanopartículas de hidroxiapatita de cálcio); Grupo 3 (G3) Desensibilize Nano P (nanopartículas de hidroxiapatita de cálcio e flúor); Grupo4 (G4) GC Tooth Mousse (CPP-ACP, fosfopeptídios de caseína e fosfato de cálcio amorfo Recaldent ); Grupo 5 (G5) GC Tooth Mousse Plus (CPP-ACP, fosfopeptídios de caseína e fosfato de cálcio amorfo Recaldent + 900 ppm de flúor); Grupo 6 (G6) solução aquosa de fluoreto de sódio (0,05%); Grupo 7 (G7) solução aquosa de nanopartículas de hidroxiapatita de cálcio (0,375%) e Grupo 8 (G8) solução aquosa de nanopartículas de hidroxiapatita de cálcio (0,375%) + flúor (0,05%). Foram obtidos os valores de XRF e MV antes e depois do tratamento. Durante um período experimental de 10 dias, os CPs foram submetidos a um processo cíclico de des-remineralização incluindo vários ataques diários com ácido cítrico 0,05M (pH 2,3), 6 vezes de 2 minutos ao dia, bem como as aplicações das soluções teste e períodos de remineralização em saliva artificial. O tempo entre os ciclos era de 1,5 h. Foram obtidas imagens em MEV para análise da superfície após o tratamento. Através da análise estatística pelo teste t student (p = 0,05), foram encontrados os seguintes resultados: o grupo controle teve uma desmineralização considerada severa; houve aumento na contagem de P em todos os grupos que receberam tratamento, exceto o G1, igualando ou até mesmo aumentando no caso do G5, em relação a contagem inicial; houve aumento na contagem de Ca em todos os grupos que receberam tratamento, exceto no G1, igualando ou até mesmo aumentando no caso do G4, em relação a contagem inicial; houve perda de microdureza superficial em todos os grupos; o G7 teve comportamento similar ao G1 e o G3 teve comportamento inferior ao G5 em relação ao P. E todos os outros grupos tiveram comportamento superior ao controle; o G4 e o G5 tiveram um comportamento superior ao G2 em relação ao Ca. O G5 teve comportamento superior ao G3 também em relação ao Ca e todos os grupos foram superiores ao controle; o G7 teve comportamento similar ao controle em relação a microdureza superficial e todos os outros grupos foram superiores ao controle.

Modelagem da tensão superficial de misturas de hidrocarbonetos

Esta dissertação apresenta um novo modelo criado para a previsão do valor da tensão superficial de misturas de hidrocarbonetos. Pode ser utilizado na forma preditiva ou correlativa. Este modelo foi baseado no modelo preditivo para soluções ideais de HildebrandScott (1950) e no modelo correlativo de JouybanAcree (2004). Outras regras de mistura foram avaliadas e comparadas com o modelo proposto, incluindo abordagens clássicas como de Sprow e Prausnitz, parácoro e estados correspondentes. Foram avaliados os desempenhos dos modelos escolhidos na previsão e na correlação da tensão superficial de misturas de hidrocarbonetos em diferentes temperaturas que continham diferentes assimetrias na mistura, tanto em natureza química (e.g., parafínicos, naftênicos e aromáticos) quanto em tamanho de cadeia. No total foram empregados 773 dados experimentais. Dentre os modelos preditivos, o modelo proposto foi o de melhor desempenho. Para sistemas com comportamento próximo da idealidade, esse modelo apresentou desvios em relação aos dados experimentais compatíveis com o erro experimental. Todos os modelos correlativos estudados apresentaram desvios essencialmente da ordem do erro experimental. O modelo proposto é importante, pois é capaz de prever a tensão superficial de misturas binárias aproximadamente ideais de hidrocarbonetos com elevada acurácia, além de permitir a correlação eficiente dos dados de todas as misturas estudadas

Comportamento tribocorrosivo do aço inoxidável e de ligas de titânio em meio salino

No presente trabalho, foram realizados ensaios de tribocorrosão no aço inoxidável AISI 304L, no titânio comercialmente puro (CPTi) e na liga de titânio Ti6Al4V em solução aquosa de 0,90% m/v NaCl. Amostras de ligas de titânio com tratamento térmico superficial de refusão a laser também foram utilizadas. Um tribômetro do tipo pino-no-disco com contracorpo de alumina foi usado. Técnicas eletroquímicas in situ de monitoramento em circuito aberto, espectroscopia de impedância eletroquímica, curvas de polarização e amperimetria de resistência nula foram empregadas. Os resultados obtidos indicam que o desgaste tribocorrosivo das ligas de titânio é mais intenso do que o observado no aço inoxidável, apresentando perfis de superfície mais irregulares. A análise da impedância eletroquímica mostrou que todos os materiais utilizados apresentam uma rápida recuperação da camada passiva, exibindo módulos e fases um pouco menores do que os medidos antes do desgaste. Sob atrito, os diagramas de impedância apresentam uma forte redução do módulo. Sob desgaste, o expoente α do elemento de fase constante (CPE) atinge seu valor mais baixo, enquanto o parâmetro γ é máximo. As curvas de polarização exibem potenciais menores e densidades de corrente de corrosão maiores durante o desgaste. O tratamento de refusão a laser, embora mude a microestrutura e a dureza superficial das amostras, não indica uma mudança aparente nos parâmetros eletroquímicos sob tribocorrosão, bem como do coeficiente de atrito. Nos ensaios de amperimetria de resistência nula, foi possível estimar a corrente mensurada no ARN por meio do emprego de um circuito elétrico equivalente. A densidade espectral de potência dos sinais de potencial e de corrente exibe a frequência de rotação (1,25 Hz) e seus harmônicos. Para baixas frequências (abaixo de 10 mHz), o decaimento obedece à relação 1 ⁄ e 1⁄ para os sinais de potencial e corrente, respectivamente.

Caracterização mecânica e tribológica de dois glazeadores disponíveis comercialmente e uma composição experimental

O objetivo desse estudo, in vitro, foi avaliar através de testes mecânicos e tribológicos, a aplicação de dois glazeadores disponíveis comercialmente e uma composição experimental como material de cobertura em restaurações de resina composta com relação à rugosidade superficial, à dureza e à resistência ao desgaste. Foram confeccionados 24 corpos de prova (CP) do compósito Z350XT (3M/ESPE) e divididos em 4 grupos. O grupo controle (GC) não recebeu selamento, o grupo Biscover LV (GB) recebeu aplicação do Biscover LV (Bisco), o grupo Natural Glaze (GN) recebeu aplicação do Natural Glaze (Nova DFL) e o grupo Experimental (GE) recebeu aplicação de um glazeador experimental contendo nanopartículas (1% em peso). Posteriormente, os CP foram submetidos à análise da rugosidade superficial utilizando um perfilômetro e avaliação da dureza através de um nanoindentador, que fornece também o módulo elástico do material. Em seguida, os CP foram submetidos ao teste de desgaste linear alternado, durante 15.000 ciclos, com carga de 5N, em água destilada. A profundidade máxima de desgaste foi avaliada através de um perfilômetro. A análise dos dados relativos à rugosidade superficial (m) foi realizada utilizando ANOVA/Duncan (p-valor = 0,000). As médias e desvio padrão foram: GC-0,12(0,01); GB-0,06(0,01); GN-0,13(0,02); GE-0,13(0,01). A análise da dureza (GPa) e módulo elástico (GPa) foram avaliados aplicando o teste não-paramétrico de Kruskal-Wallis. As médias e desvio padrão para dureza foram: GC-1,10(0,24); GB-0,31(0,004); GN-0,08(0,004); GE-0,12(0,008) para carga de 1,25mN; GC-1,08(0,139); GB-0,32(0,004); GN-0,08(0,003); GE-0,13(0,006) para carga de 2,5mN; GC-1,10(0,101); GB-0,33(0,003); GN-0,09(0,002); GE-0,13(0,056) para carga de 5,0mN. As médias e desvio padrão para módulo elástico foram: GC-17,71(1,666); GB-5,44(0,084); GN-3,484(0,114); GE-4,55(0,178) para carga de 1,25mN; GC-17,5(1,449); GB-5,18(0,065); GN-3,38(0,078); GE-4,55(0,12) para carga de 2,5mN; GC-17,69(1,793); GB-5,04(0,041); GN-3,63(0,066); GE-4,85(0,104) para carga de 5,0mN. A análise dos dados relativos à profundidade de desgaste (m) foi realizada utilizando ANOVA/Dunnett (p-valor = 0,000). As médias e desvio padrão foram: GC-12,51(0,89); GB-0,59(0,07); GN-1,41(0,12); GE-1,84(0,18). A partir dos resultados apresentados pode-se concluir que apenas o Biscover LV foi capaz de reduzir a rugosidade superficial da resina composta testada. Os demais, Natural Glaze e Experimental, não alteraram a rugosidade superficial e foram estatisticamente semelhantes entre si e com o grupo controle. Todos os glazeadores testados reduziram a dureza e o módulo elástico da resina composta quando comparados com o grupo controle, diferindo entre si, apresentando uma ordem crescente de dureza e módulo elástico (Natural Glaze < Experimental < Biscover < Controle). Todos os glazeadores testados foram capazes de reduzir o desgaste da resina composta, quando comparados com o grupo controle, diferindo entre si, apresentado uma ordem crescente de desgaste (Biscover < Natural Glaze < Experimental < Controle).