Influência da convecção termossolutal nos espaçamentos dendríticos primários durante a solidificação direcional horizontal de ligas Sn-Pb

Este trabalho apresenta um estudo teórico-experimental sobre os efeitos da convecção termossolutal sobre os espaçamentos dendríticos primários de ligas hipoeutéticas Sn-Pb. Assim, um dispositivo experimental de configuração horizontal refrigerado a água foi construído e amostras do referido sistema de ligas foram solidificadas direcionalmente sob condições transientes de extração de calor. Um método teórico-experimental é aplicado para determinar as velocidades de deslocamento da isoterma liquidus, os gradientes térmicos e as taxas de resfriamento. São também apresentados resultados para os respectivos coeficientes de transferência de calor na interface metal/molde os quais foram calculados a partir de uma análise comparativa realizada entre os perfis experimentais de temperatura e valores teóricos fornecidos por um método numérico baseado em volumes finitos. Alguns modelos teóricos para a previsão dos espaçamentos dendríticos primários são comparados com os resultados experimentais obtidos. Finalmente, um estudo comparativo é realizado entre resultados encontrados neste trabalho e aqueles apresentados na literatura para os espaçamentos dendríticos primários das ligas Sn-Pb investigadas quando solidificadas direcionalmente nos sistemas verticais ascendente e descendente, sob as mesmas condições. A análise das microestruturas indica que os espaçamentos dendríticos primários são bastante influenciados pela direção de crescimento do sólido.

Influência das variáveis térmicas sobre os espaçamentos dendríticos terciários durante a solidificação direcional horizontal da liga Al-6%Cu

A liga Al-6%Cu foi solidificada direcionalmente sob condições transitórias de extração de calor e microestruturas dendríticas, variáveis térmicas de solidificação, ou seja, velocidade de deslocamento da isoterma líquidus (V_L), taxa de resfriamento (T_R) e gradiente de temperatura à frente da isoterma liquidus (G_L) foram caracterizadas, determinadas experimentalmente e correlacionadas com os espaçamentos dentríticos terciários (λ₃). Para tanto, foi projetado, construído e aferido um dispositivo de solidificação direcional horizontal. Os resultados encontrados mostram que leis de potência -1,1 e -0,55 caracterizam a variação dos espaçamentos terciários com a velocidade de deslocamento da isoterma liquidus (V_L) e a taxa de resfriamento (T_R), respectivamente. Finalmente, é realizado um estudo comparativo entre os resultados obtidos neste trabalho e aqueles publicados na literatura para ligas Al-Cu solidificadas direcionalmente sob condições transientes de fluxo de calor nos sistemas verticais ascendente e descendente.

The columnar to equiaxed transition of horizontal unsteady-state directionally solidified Al-Si alloys

Experiments were conducted to investigate the influence of thermal parameters on the columnar to equiaxed transition during the horizontal unsteady-state directional solidification of Al-Si alloys. The parameters analyzed include the heat transfer coefficients, growth rates, cooling rates, temperature gradients and composition. A combined theoretical and experimental approach is developed to determine the solidification thermal variables considered. The increasing solute content in Al-Si alloys was not found to affect significantly the experimental position of the CET which occurred for cooling rates in the range between 0.35 and 0.64 K/s for any of three alloy compositions examined. A comparative analysis between the results of this work and those from the literature proposed to analyze the CET during upward vertical solidification of Al-Si alloys is reported and the results have shown that the end of the columnar region during horizontal directional solidification is abbreviated as a result of about six times higher thermal gradient than that verified during upward unidirectional solidification of alloys investigated.

Characterization of the Al-3wt.%Si alloy in unsteady-state horizontal directional solidification

The main purpose of this paper is to investigate both the columnar to equiaxed transition and primary dendritic arm spacings of Al-3wt.%Si alloy during the horizontal directional solidification. The transient heat transfer coefficient at the metal-mold interface is calculated based on comparisons between the experimental thermal profiles in castings and the simulations provided by a finite difference heat flow program. Simulated curve of the interfacial heat transfer coefficient was used in another numerical solidification model to determine theoretical values of tip growth rates, cooling rates and thermal gradients that are associated with both columnar to equiaxed transition and primary dendritic arm spacings. A good agreement was observed between the experimental values of these thermal variables and those numerically simulated for the alloy examined. A comparative analysis is carried out between the experimental data of this work and theoretical models from the literature that have been proposed to predict the primary dendritic spacings. In this context, this study may contribute to the understanding of how to manage solidification operational parameters aiming at designing the microstructure of Al-Si alloys.

Solidification thermal parameters and dendritic growth during the horizontal directional solidification of Al-7wt.%Si alloy

O principal objetivo desse trabalho é investigar a influência dos parâmetros térmicos velocidade de solidificação (V_L) e taxa de resfriamento (T_R), nos espaçamentos dendríticos primários (λ₁) da liga hipoeutética Al-7%Si, durante a solidificação direcional horizontal, em regime transiente. Os valores de λ₁ foram medidos ao longo do comprimento do lingote e correlacionados com esses parâmetros. A variação dos espaçamentos dendríticos estudados é expressa por meio de funções na forma de potência de V_Le T_Rdadas, respectivamente, por λ₁= 55(V_L)^-1.1e λ₁= 212 (T_R)^-0.55. Um estudo comparativo é realizado entre os resultados encontrados nesse trabalho e aqueles obtidos para a mesma liga quando solidificada direcionalmente nos sistemas verticais ascendente e descendente, sob as mesmas condições assumidas. Finalmente, os resultados experimentais obtidos são comparados com valores fornecidos por alguns modelos teóricos propostos na literatura para analisar espaçamentos dendríticos primários.

Influence of thermal parameters on the dendritic arm spacing and the microhardness of Al-5.5wt.%Sn alloy directionally solidified

As ligas Al-Sn são amplamente utilizados em aplicações tribológicas. Nesse estudo, análises térmica, microestrutural e dureza (HV) foram realizadas ao longo de um lingote da liga Al-5,5%Sn, obtido por solidificação direcional horizontal transitória. Os principais parâmetros analisados incluem a velocidade de deslocamento da isoterma liquidus (V_L) e a taxa de resfriamento (T_R). Esses parâmetros térmicos desempenham um papel fundamental na formação da microestrutura. A microestrutura dendrítica foi caracterizada através dos espaçamentos dentríticos primários (λ₁), os quais foram determinados, experimentalmente, e correlacionados com V_L, e T_R. O comportamento apresentado pela liga Al- 5,5% Sn, durante a solidificação,é semelhante ao de outras ligas de alumínio, isto é, observa-se rede dendrítica mais grosseira com a diminuição da taxa de resfriamento, indicando que a imiscibilidade entre o alumínio e estanho não tem um efeito significativo sobre o relação entre o espaçamento dendrítico primário e taxa de resfriamento. A dependência da microdureza em V_L, T_R e no λ₁ foi também analisada. Verificaram-se menores valores de HV para maiores T_R. Por outro lado, os valores HV aumentam com valores crescentes de λ₁.

Determinação do calor específico de ligas AlCu produzidas em um dispositivo de solidificação unidirecional vertical ascendente

O conhecimento das propriedades termofísicas é de fundamental importância para o estudo de ligas metálicas obtidas por solidificação,uma vez que esta se relaciona de forma direta com o coeficiente de transferência de calor na interface metal/molde. Assim, o Grupo de Pesquisa em Metalurgia e de Meio Ambiente – GAPEMM da Universidade Federal do Pará desenvolve uma linha de pesquisa que propõe um conjunto de técnicas e procedimentos que visa determiná-las. Por outro lado, sabe-se que existe uma correlação significativa entre processo, estrutura e propriedades de um material obtido por solidificação, visto que a distribuição de soluto em uma liga metálica ocorre de maneira não uniforme. A maneira como ocorre solidificação e a quantificação das variáveis envolvidas no processo têm influência fundamental nas propriedades do material. O presente trabalho utilizou ligas Al-Cu (Al-2%Cu, Al-5%Cu e Al-8%Cu) obtidas por solidificação unidirecional vertical ascendente, realizado através de um dispositivo projetado, construído e aferido pelo GAPEMM. Através destas, pretende-se fazer um estudo do calor específico à medida que a frente de solidificação se afasta da chapa molde bem como com o aumento do teor de soluto. Para isso, foi utilizada uma técnica conhecida na literatura como Lei de Resfriamento de Newton, a qual possibilita através das curvas de temperatura x tempo determinar as temperaturas necessárias para o cálculo do calor específico.

Influência dos parâmetros térmicos de solidificação na transição colunar/equiaxial em ligas do sistema Sn-Pb sob condições transitórias de extração de calor

O principal objetivo deste trabalho é desenvolver um estudo teórico/experimental sobre a influência dos parâmetros térmicos de solidificação (V _L e T) na transição colunar/equiaxial das ligas Sn 5%Pb, Sn 15%Pb, Sn 20%Pb e Sn 25%Pb sob condições de solidificação unidirecional horizontal refrigerada à água. Inicialmente, são calculadas experimentalmente as velocidades da isoterma líquidus e as taxas de resfriamento das ligas em questão cujos resultados são comparados com as previsões teóricas de um modelo numérico. Em seguida, a posição da transição colunar/equiaxial é determinada por meio da análise macroestrutural assim como são avaliados os efeitos impostos por correntes convectivas devido ao efeito do soluto no comportamento da transição colunar/equiaxial das referidas ligas. Finalmente, é realizado um estudo experimental comparativo para as ligas estudadas quando solidificadas unidirecionalmente em diferentes sistemas refrigerados à água.

Projeto, construção e aferição de um dispositivo de solidificação unidirecional horizontal refrigerado à água

O estudo das estruturas de solidificação em função dos parâmetros térmicos é de fundamental importância para o comportamento mecânico dos materiais metálicos. Assim, tais estruturas são bastante influenciadas pelas condições de extração de calor do sistema metal/molde durante o processo de solidificação. Considerando o exposto, o principal objetivo deste trabalho é projetar, construir e aferir um dispositivo capaz de representar o processo de solidificação unidirecional horizontal refrigerado à água onde o efeito da convecção solutal é considerado. A aferição do dispositivo de solidificação em questão foi realizada através da avaliação da unidirecionalidade dos grãos colunares por meio da caracterização das macroestruturas das ligas Al-4%Cu, Sn-5%Pb, Sn-15%Pb e Sn-20%Pb. Os resultados experimentais obtidos da posição da isoterma liquidus em função do tempo são comparados com aqueles fornecidos por um modelo numérico proposto na literatura. Finalmente, é realizada uma comparação entre os valores dos coeficientes de transferência de calor na interface metal/molde levantados no dispositivo construído, com aqueles obtidos por outros trabalhos desenvolvidos recentemente para o caso da solidificação unidirecional vertical ascendente e descendente.

Variáveis térmicas de solidificação, espaçamento dentríticos secundários e resistência à corrosão de ligas hipoeutéticas Al-Ni

No presente trabalho, é realizada uma seqüência de experimentos com ligas hipoeutéticas Al-Ni para analisar a solidificação unidirecional vertical ascendente em condições transitórias de fluxo de calor. Abordagens experimentais são desenvolvidas para a determinação quantitativa de variáveis térmicas de solidificação, tais como: tempos locais de solidificação; velocidades de deslocamento das isotermas liquidus; taxas de resfriamento à frente da isoterma liquidus e gradientes térmicos à frente da interface sólido / líquido. O trabalho analisa também a dependência dos espaçamentos dendríticos secundários em relação às variáveis térmicas de solidificação e ao teor de soluto das ligas, além de relacionar estes parâmetros com a resistência à corrosão destas ligas. Esses parâmetros dendríticos experimentais, referentes à solidificação das ligas Al - 1, 1,4 e 1,8 % Ni, não puderam ser comparados com os principais modelos teóricos de crescimento dendrítico da literatura, pois, para as ligas em estudo há uma escassez de propriedades termofísicas, impossibilitando assim esta comparação. O comportamento corrosivo é analisado pela técnica de polarização potenciodinâmica e técnica de polarização potenciodinâmica cíclica conduzidas em solução de 3,5% NaCl em temperatura ambiente, estruturas dendríticas mais grosseiras tendem a aumentar as taxas de corrosão das ligas hipoeutéticas do sistema Al-Ni. Os resultados experimentais obtidos através de ensaios de corrosão são correlacionados com a microestrutura dendrítica. Dessa forma, são determinadas tendências experimentais de crescimento dendrítico e resistência à corrosão para a solidificação unidirecional vertical ascendente.

Geração de campo magnético direcional por combinação de dipolos magnéticos

A ferramenta de indução EM é utilizada na perfilagem de poço de prospecção com a finalidade de determinar a concentração de óleo na formação geológica. Formações com camadas que são relativamente de grande espessura já foram bem tratadas, entretanto zonas com camadas finas intercaladas com argila e areia com bom potencial de hidrocarbonetos precisam ser investigadas. Por isso, é necessário melhorar a resolução da sonda de indução para delimitar camadas finas com maior precisão. Teoricamente, se uma sonda de indução apresentar o feixe do campo magnético direcionado transversalmente ao eixo do poço, ela poderá ter um bom potencial para melhorar a resolução vertical das sondagens. Neste trabalho estudamos a geração do campo magnético direcional na forma de um feixe fino através de diferentes combinações de duas bobinas transmissoras (dipolos magnéticos) para determinar um arranjo que apresente uma melhor focalização na perfilagem de indução. Duas configurações com dois transmissores EM apresentam uma região em que só há contribuição da componente radial para a indução magnética: dois dipolos magnéticos paralelos transversais ao eixo do poço e dois dipolos magnéticos anticoaxiais ao eixo do poço. Para estas duas configurações foram analisados os possíveis espaçamentos entre os dois dipolos magnéticos transmissores, verificando-se que quanto mais próximos os dois dipolos magnéticos transmissores mais agrupadas ficam as linhas de fluxo magnético numa direção transversal ao eixo do poço. Conseqüentemente é gerado um feixe fino e direcional, concentrando energia em uma porção de volume estreita a partir dos transmissores, tendo um bom potencial para melhorar a resolução vertical da sonda de indução EM de poço.

A Escola Normal do Pará e a introdução do ensino das Ciências Naturais no Pará (1870 a 1930)

A presente pesquisa tem o objetivo de analisar o currículo da Escola Normal do Pará, mais especificamente no que se refere às Ciências Naturais que constaram em sua estrutura, desde 1870 até 1930. Esta instituição foi criada em 1871 com o fim de formar professores para atuarem na instrução primária. Situada em Belém, que era o centro mais urbanizado da região, a Escola Normal estava entre as principais instituições da instrução pública paraense. As Ciências Naturais fizeram parte do primeiro currículo da Escola Normal do Pará, sendo elas a Física e a Química, contudo deixaram de fazer parte em 1874. O retorno das Ciências da Natureza se deu durante a Primeira República, por meio da Física, da Química e da História Natural, as quais se consolidaram ao longo deste período. A pesquisa analisa esta trajetória partindo do pressuposto que o currículo é um artefato social e histórico, sujeito a flutuações e que refletiu e continua a refletir as relações de poder envolvidas nos processos de seleção e transmissão cultural. Outra perspectiva analítica deste estudo considera o currículo como um meio de difusão científica, que também determina os modos que esta deve ocorrer. Sobre a difusão científica, parte-se do princípio que este processo não é simétrico, que os saberes científicos são criados em centros mais fortes e que ao serem difundidos para a periferia tem que interagir com a cultura que os recebe, os quais são conformados e modificados, sendo-lhes agregados valores diferentes dos que possuem nos países de centro. Assim, a pesquisa divide-se em três capítulos. O primeiro tem o objetivo de ver o desenvolvimento das Ciências Naturais no currículo do município do Rio de Janeiro, entre 1850 e 1890, que era a sede do governo central e o principal centro difusor de idéias para outras localidades do país, tanto em termos de educação quanto em outras áreas da administração pública. Com isso, analisa-se o desenvolvimento curricular do ensino primário, secundário e normal do Rio, mais especificamente em relação as Ciências Naturais, a partir das Reformas Coutto Ferraz (1854), Leôncio de Carvalho (1879) e Benjamin Constant (1890), as quais determinaram mudanças no currículo e na educação de modo geral. O segundo capítulo faz um resgate do desenvolvimento curricular da instrução pública primária e secundária paraense (1840-1870), isto para ver qual era o cenário curricular da instrução pública as vésperas da criação da Escola Normal, o que permite perceber e analisar que mudanças foram introduzidas por esta instituição neste contexto. O terceiro capítulo, num primeiro momento, revê a trajetória da Escola Normal do Pará e, num segundo momento, analisa-se o desenvolvimento do currículo normalista do Pará em relação as Ciências Naturais, de modo que é evidenciado a emergência e solidificação dos saberes científicos, tal como a distribuição de carga-horária em relação aos outros saberes e as próprias ciências constituintes do currículo.

Memória e migração presentes em narrativas orais de migrantes nordestinos na Amazônia paraense

O presente estudo analisa narrativas orais e histórias de vida de migrantes nordestinos que estabeleceram residência na chamada Amazônia Paraense, mais precisamente, na região denominada Bragantina, no município de Igarapé Açu. Para tanto, usamos categorias como Memória e Migração, bem como sua relação com Cultura e Cultura Popular e como estas se inserem na Literatura Popular ou Literatura Oral dessa região. Acreditamos que a oralidade muito tem contribuído para a solidificação da Cultura Popular e sua diversidade, porém isto não é considerado. Vale ressaltar que este trabalho apresenta-se como uma contribuição para o entendimento dessa enorme diversidade cultural existente na região a partir dos fluxos migratórios ocorridos. Coletamos narrativas de migrantes que moram no município de Igarapé Açu, na tentativa de compreender toda essa gama cultural e efervescente, que é própria de regiões onde a migração é forte. A memória também tem contribuído de forma significativa para os estudos relativos à oralidade, e seus traços culturais resultantes dela.

Estudo da geometria e cinemática das rochas sedimentares arqueanas da mina do Igarapé do Azul – Carajás-PA

Mina de Manganês do Igarapé Azul posiciona-se geologicamente no interior do feixe da Falha Carajás, na porção central do Sistema Transcorrente de Carajás. O depósito do Manganês do Azul relaciona-se a rochas sedimentares pelíticas do Membro Azul, na base da Formação Águas Claras (Arqueano), em contato discordante, acima do Grupo Grão Pará (Nogueira et al, 1995). Três frentes de lavra a céu aberto estão atualmente em andamento na área: (1) Mina Principal (Mina 1), (2) Mina 2 e (3) Mina 3. Nestes locais encontram-se excelentes afloramentos de siltitos intercalados com argilitos e arenitos finos, intercalados com níveis manganesíferos. Essas rochas estão organizadas em conjuntos de dobras e falhas normais e inversas sob deformação heterogênea, particionada em diferentes escalas. As seções geológicas realizadas nas frentes de lavra mostram a predominância de siltitos intercalados com argilitos em contato com rochas pelíticas manganesíferas e minério (bióxido de Mn). Nessas rochas são comuns estruturas primárias tipo hummocky, estratificações cruzadas, e laminações plano-paralelas. O acamamento centimétrico a métrico (em média de 30 a 50 cm ) representa a principal estrutura primária, usada como marcador de deformação, observada nas rochas. A Mina do Igarapé Azul encontra-se dividida em dois blocos, separados por falha normal com rejeito de até dezenas de metros, com o bloco norte alto em relação ao bloco sul. O bloco sul encontra-se pouco deformado, apresentado uma regularidade no acamamento que mergulha com ângulos suaves para sul, colocando a camada de minério sucessivamente em níveis mais profundos na direção S. No bloco norte o acamamento apresenta um comportamento heterogêneo. A deformação é mais expressiva nessa região, estando o nível de minério deformado por dobras e falhas inversas. Além da cinemática vertical, as falhas apresentam deslocamento conjugado destral dando a essas feições um caráter oblíquo. Essa região pode ser definida como um corredor de deformação. O corredor observado no bloco norte, de acordo com os domínios principais separados pelas falhas anteriormente descritas, possui orientação NW-SE, com aproximadamente um quilômetro de extensão, sendo caracterizado por dobras assimétricas curvilineares com eixos de mergulhos suaves (10° a 25°) para NW e SE. Essas dobras são seccionadas por falhas normais sinuosas NW-SE e/ou E-W, com baixo ângulo de mergulho (em torno de 10° a 30°), subordinadas a transcorrências destrais, gerando em escala de detalhes feições como drag folds. Observam-se ainda falhas inversas retas e/ou sinuosas NW-SE e zonas de falhas sub-verticalizadas WNW -ESE. As dobras individuais nesta área são estruturas do tipo reversas, flexurais e com geometria en echelon com orientação semelhante às dobras curvilineares: eixos com baixo ângulo de mergulho (10° a 25°) e caimento para SE. O conjunto de feições anteriormente descrito desenha, em escala quilométrica, um antiforme aberto, provavelmente resultante da acomodação do acamamento em resposta a deformação dessas falhas. O paralelismo entre feições observadas na área da Mina do Igarapé Azul e os lineamentos maiores que desenham a Falha Carajás em planta sugere uma relação com dois importantes episódios deformacionais ocorridos durante a história tectônica da Falha Carajás. As falhas normais associadas a componente direcional destral, de maior expressividade da área da mina, estariam relacionadas ao episódio de transtensão destral responsável pela instalação da Falha Carajás anterior a 2.6 Ga (Pinheiro, 1997). As dobras, as falhas de cavalgamento e as zonas de falhas sub-verticalizadas estariam relacionados a deformações sob regime de transpressão sinistral, um segundo evento atuante na região, responsável pela reativação e inversão da maioria das estruturas próximas à zona da Falha Carajás (Pinheiro, 1997; Pinheiro & Holdsworth, 2000; Lima, 2002).

Modelamento do transporte eletrônico em dispositivos moleculares

No presente trabalho, simulamos as propriedades de transporte e espectro de absorção do composto orgânico Vermelho de Etila. Este é o primeiro estudo teórico de um indicador específico de pH utilizado como nanodispositivo, com base na teoria quântica e no modelo de transporte não-difuso. A distribuição de carga ao longo da molécula é determinada através da técnica, Ab initio, como uma função de um campo elétrico externo. Baseado em um modelo de multiníveis ressonantes também calculamos a corrente como função da tensão de polarização. O acúmulo de carga e a corrente apresentam comportamento semelhante, como a condução do tipo ressonante e curvas carga-tensão e corrente-tensão assimétricas. Os principais resultados sugerem que o sistema presente poderia funcionar como um transistor molecular bi-direcional. Estendemos esta metodologia de análise para outro dispositivo molecular, mas composto de três terminais. Para este sistema, nossa descoberta principal é a resistência diferencial negativa (RDN) na carga Q como uma função do campo elétrico externo. Para explicar este efeito RDN, aplicamos um modelo capacitivo fenomenológico, também baseado em um sistema de multiníveis localizados (que podem ser os LUMOs – Lowest Unoccupied Molecular Orbital – Orbitais moleculares desocupados mais baixos). A capacitância descreve, por efeito de carregamento, a causa do bloqueio de Coulomb (BC) no transporte. Mostramos que o efeito BC dá origem a uma RDN para um conjunto adequado de parâmetros fenomenológicos como: taxa de tunelamento e energia de carregamento. O perfil da RDN obtida nas duas metodologias, ab initio e fenomenológica, estão em comum acordo.