Prensa electromagnética com recuperação de energia para corte e moldagem de chapas e tubos de AL

Foi desenvolvido um conversor de potência e atuador mecânico para a moldagem e corte, por ação de pressão magnética, de chapas e tubos de Al, com uma energia máxima de descarga de 10kJ. O conversor é composto por duas malhas de descarga em paralelo e duas malhas de recuperação de energia. O circuito é capaz de gerar uma corrente de pico de 50kA com uma taxa de variação máxima de 2kA/s através de um atuador, recuperar até 32% da sua energia inicial e diminuir o tempo de carga dos bancos de condensadores no mesmo valor, reduzindo assim a potência da fonte de alimentação primária Foram construídos vários atuadores de forma a otimizar o processo, considerando as várias funções pretendidas, como a deformação ou corte de chapas e compressão de tubos. O circuito elétrico aproximado desenvolvido em Matlab/Simulink foi validado, considerando apenas o funcionamento da malha primária sem o atuador e a dinâmica associada, sendo capaz de simular as respostas do sistema para várias situações específicas, tornando-se numa ferramenta para otimização do mesmo. Experimentalmente, os resultados obtidos provam ser possível cortar chapas Al de 0,5 e 0,8mm, com apenas 13% da energia total do circuito, e comprimir tubos de Al com 2mm de espessura e 50mm de diâmetro com apenas 2,4kJ. A topologia do circuito e a construção da máquina tiveram em conta vários aspetos que melhoram a proteção de pessoas e equipamentos e devida à sua configuração este é capaz de suportar variações de capacidade nos bancos de condensadores e variações de indutância nas bobinas de recuperação de energia sem se danificar.

Optimização do corte de chapas

O presente trabalho visa denotar a importância de ferramentas e técnicas utilizadas como apoio à tomada de decisão. Foi proposto um problema de corte cujo objectivo primordial procura minimizar o desperdício gerado resultante do processo de obtenção de um produto, utilizando um caso representativo de um produto em chapa, fabricado por uma empresa que conta três décadas de laboração contínua, proposeram-se e realizaram-se estudos no sentido de solucionar recursos causadores de desperdício. Neste trabalho aplicou-se um problema de corte bi-dimensional a uma indústria que recorre ao fabrico de produtos em chapa, por forma a minimizar o desperdício relativo ao processo utilizado. Propôs-se quatro alternativas à solução actual realizada na empresa, que passa pela disposição e combinação de vários tipos de cortes-padrão que podem ser executados nas diferentes dimensões de matéria-prima disponibilizada. Estas alternativas têm como vantagem apresentar reduções que se traduzam significativas para os custos implícitos à realização do processo produtivo. Os estudos computacionais praticados mostraram que as soluções propostas como alternativa obtiveram melhores resultados que os obtidos pela empresa, excepto num caso.

Revestimento de fachadas e coberturas com chapas de zinco e cobre

O presente trabalho tem como objetivo o estudo da utilização do zinco e do cobre como revestimento de coberturas e de fachadas em edifícios. O trabalho inicia-se com uma introdução sobre as características do zinco e cobre e a sua aplicação desde os primeiros tempos até à atualidade. Incluiu-se uma breve explanação sobre a sua produção, extração, disponibilidade de recursos, reciclagem e compatibilidade com outros materiais. O trabalho inclui também um capítulo destinado a compreender os princípios que justificam o seu uso em revestimentos, onde se aborda a sua importância na ventilação, sistemas de drenagem e noutras temáticas associadas ao processo construtivo. Em seguida desenvolve-se um capítulo orientado para os sistemas de revestimento mais comuns, onde se faz a separação entre sistemas com e sem ventilação e as diferentes técnicas e formas de instalação. Apresenta-se finalmente um caso prático de estudo de um sistema de revestimento de uma cobertura, onde se completa com um subcapítulo destinado à quantificação da ação do vento, da chuva e dos seus efeitos, mas também, onde se realça a importância da análise do comportamento e desempenho dos respetivos órgãos de drenagem.

Estudo de Ferramentas FEA Comerciais na Simulação Numérica de Processos de Conformação de Chapas Metálicas. Aplicação à Indústria Automóvel.

Os componentes obtidos através da conformação plástica de chapas têm uma grande importância, tanto na etapa de concepção do produto como na etapa de produção na indústria automóvel. Isto comprova-se pelo facto de, em média, cada automóvel integrar cerca de 500 componentes estampados para construir o chassis e a carroçaria [Alves 2003]. Deste total de componentes, 50 são de grandes dimensões (portas, tejadilho, painéis inferior e laterais, entre outros) e necessitam, em média, de cinco ferramentas para o seu fabrico, sendo o custo estimado para cada ferramenta de 230 000 € [Col 2000, Alves 2003]. Para além da indústria automóvel, a conformação plástica de chapas metálicas é um processo tecnológico presente nas indústrias relativas à aeroespacial, petrolífera, decoração, alimentar, entre outras. Do ponto de vista do enquadramento económico, cerca de 20% do custo total de um automóvel novo é devido à incorporação de componentes metálicos estampados. [Alves 2003]. A pressão do “Mercado Global” faz com que os custos relativos à matéria-prima, energia e mão-de-obra sejam uma constante em termos de redução do seu impacte no orçamento das empresas fornecedoras destes produtos. É neste contexto que surge a necessidade da realização deste estudo de Benchmark de Softwares, tornando-se bastante importante, quer ao nível da competitividade industrial, quer ao nível da inovação para novos produtos. A análise por elementos finitos desempenha um papel primordial no tryout virtual e otimização das ferramentas e processos de conformação plástica. Os objetivos principais deste estudo de simulação numérica são a identificação e comparação dos resultados obtidos pelo AUTOFORM e pelo PAMSTAMP, para cada uma das variáveis identificadas como as mais influentes na robustez dos processos de estampagem de chapa metálica. Estas variáveis identificadas são: consumo de material (Draw-in) após conformação; forças de conformação; valores de variação de espessura e dos valores de extensão e resultados de Springback. Os resultados obtidos são comparados com os resultados experimentais e, desta forma, avalia-se a capacidade inovadora e a eficácia de cada um dos softwares, obtendo-se assim, uma orientação mais real para o software mais indicado aos objetivos impostos pela indústria automóvel. Para este efeito, a indústria automóvel, como maior impulsionador e motor da investigação na área da simulação numérica aplicada aos processos de estampagem, tem aderido em peso ao Benchmarking. Um exemplo disto, é o que acontece nas conferências Numisheet. O Benchmark #2 da conferência Numisheet 2008 é analisado pormenorizadamente e os resultados numéricos e experimentais são comparados e apresentados. Dois materiais distintos (aço HC260LAD e liga de alumínio AC170), assim como três modelos com geometrias diferentes (com e sem freios) são apresentados neste relatório. Com vista à redução dos ciclos tentativa-erro, tem-se adotado ciclos virtuais ou numéricos e tem-se incrementado a interatividade entre as fases de concepção e projeto, num conceito muito próprio, mas cada vez mais abrangente, denominado “produção virtual”. É nesta filosofia que se insere a simulação numérica dos processos de conformação de chapa.

Otimização de secções de aço por chapas soldadas utilizando algoritmos genéticos

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Civil

Estudo da influência de chapas de ligação com cavilha na resistência à encurvadura de colunas de aço de secção tubular circular

Neste trabalho estuda-se a resistência à encurvadura (compressão uniforme) de tubos de aço de secção circular, com extremidades rotuladas por meio de cavilhas, tendo em conta a influência da chapa de ligação (gusset plate na designação em língua inglesa). Para o efeito, estuda-se uma ligação-tipo comum com chapa soldada e efetuam-se estudos paramétricos, recorrendo a modelos de elementos finitos de casca, para determinar a influência da chapa na (i) carga crítica e na (ii) carga de colapso do elemento. Os resultados mostram que a influência da chapa não pode ser desprezada para valores reduzidos da esbelteza do elemento. Propõe-se um método expedito e preciso para determinar a carga crítica tendo em conta a influência da chapa.

Caracterización y comparación de las propiedades mecánicas de dos chapas de acero avanzado de alta resistencia (AHSS): TRIP800 y DP800

En el presente trabajo, se lleva a cabo un estudio sobre las propiedades mecánicas de chapa de dos aceros avanzado de alta resistencia. La búsqueda de un modelo teórico que defina su comportamiento en régimen plástico, así como la comparativa de sus resultados con el fin de predecir su comportamiento en etapas de conformado, y ayudar a optimizar los resultados en simulación mediante elementos finitos. También se añade un ejemplo de simulación para ver la importancia de la precisión del cálculo de las propiedades mecánicas en este campo.

Avaliação de três tipos de estrutura de colchão e três níveis de resina fenólica na produção de chapas de partículas orientadas - OSB

O objetivo deste trabalho foi avaliar a influência da estrutura do colchão e de diferentes concentrações de adesivo nas propriedades de chapas de partículas orientadas (strands), contendo 50% de partículas de Eucalyptus grandis e 50% de Pinus elliottii. Foram avaliados três tipos de estruturas. Em uma das estruturas as partículas foram distribuídas em camadas indistintas. Uma segunda estrutura foi constituída de 50% de partículas de eucalipto no miolo do colchão e 25% de pinus em cada face. A terceira estrutura foi formada por 50% de madeira de pinus no miolo e 25% de eucalipto nas faces. Cada uma dessas estruturas foi aglutinada com 4, 6 ou 8% de sólidos resinosos em relação ao peso seco das partículas de um adesivo fenólico com viscosidade de 350 cps, pH 12,15 e 47,63% de sólidos. Para os nove tratamentos foram feitas três repetições, totalizando 27 chapas. As chapas foram submetidas aos testes de flexão estática, ligação interna, arranque de parafuso, inchamento em espessura e absorção de água, obedecendo aos critérios da norma ASTM D 1037 - 91. De modo geral os painéis feitos com 8% de adesivo apresentaram melhores resultados que os demais. Para a maioria das propriedades mecânicas, inclusive para os painéis fabricados com 4% de resina, obtiveram-se resultados superiores àqueles estabelecidos pela Norma CSA O437-93. Contudo, nenhum tratamento produziu chapas com inchamento em espessura inferior ao valor máximo permitido por aquela norma. Não se verificou diferença estatística, ocasionada pela estrutura de colchão, entre todas as propriedades avaliadas.

Adesivos à base de taninos das cascas de duas espécies de eucalipto para produção de chapas de flocos

Os taninos foram extraídos das cascas de Eucalyptus grandisW. Hill ex Maiden e Eucalyptus pellita F. Muell. com água quente e a adição de 4,5% de sulfito de sódio, durante três horas, nas temperaturas de 70 e 100 ºC, respectivamente. Para a produção dos adesivos, os taninos reagiram com ácido acético e sulfito de sódio, para a redução da viscosidade. Técnicas de DSC (calorimetria diferencial exploratória) foram utilizadas para determinar os parâmetros cinéticos dos adesivos. Foram produzidas, em laboratório, chapas de flocos de Eucalyptus grandis e Pinus elliottii, utilizando-se 8 e 10% de adesivo de tanino sulfitado e 8% de adesivo comercial de uréia-formaldeído. As propriedades das chapas foram determinadas segundo a norma ASTM D-1037 de 1993. As propriedades das chapas fabricadas apenas com adesivo à base de taninos foram superiores ao mínimo exigido pela norma comercial ANSI/A 208.1-93, com exceção daquelas relacionadas com umidade. As chapas produzidas com adesivos de taninos da casca de Eucalyptus grandis foram superiores àquelas fabricadas com adesivos de taninos da casca de Eucalyptus pellita.

Propriedades de chapas de flocos fabricadas com adesivo de uréia-formaldeído e de taninos da casca de Eucalyptus grandis W. Hill ex Maiden ou de Eucalyptus pellita F. Muell.

Os taninos foram extraídos da casca de Eucalyptus grandis e Eucalyptus pellita, com água quente, à qual se adicionaram 4,5% de sulfito de sódio, durante três horas. As temperaturas da solução foram iguais a 70 e 100 ºC para Eucalyptus grandis e Eucalyptus pellita, respectivamente. Para a produção dos adesivos e com o intuito de reduzir a sua viscosidade, os taninos foram sulfitados com sulfito de sódio e ácido acético. Formulações adesivas foram preparadas adicionando-se 0, 25, 50, 75 ou 100% de adesivos tânicos ao adesivo comercial de uréia-formaldeído. Foram fabricadas chapas de flocos de Pinus elliottii Engelm. e Eucalyptus grandis, utilizando-se 8% da formulação adesiva. As propriedades das chapas foram determinadas segundo a norma ASTM D-1037, de 1993. Observou-se que as propriedades das chapas foram superiores ao mínimo estabelecido pela norma ANSI/A 280.1-93, exceto no caso da resistência à umidade. Verificou-se, ainda, que o emprego de uma formulação adesiva contendo resina à base de uréia-formaldeído e tanino-formaldeído pode melhorar algumas propriedades.

Efeito de ciclos de umidade relativa e temperatura do ar na resistência de juntas colodas com lâminas de Eucalyptus grandis W. Hill ex Maiden, Eucalyptus saligna Smith e chapas de fibra de densidade média (MDF)

Este trabalho teve como objetivo avaliar o efeito de ciclos de umidade relativa e temperatura do ar na resistência da linha de cola, em juntas coladas entre lâminas de madeira de Eucalyptus grandis, Eucalyptus saligna e lâminas de chapa de fibras de média densidade (MDF) cujas densidades foram iguais a 0,60, 0,66, e 0,72g/cm³, respectivamente. Foram empregados adesivos de poliacetato de média viscosidade e uréia-formaldeído nas gramaturas de 150,0g/m² e 180,0g/m², respectivamente, em face simples. O teor médio de umidade no momento da colagem foi igual a 14%. Foram observadas diferenças significativas tanto na resistência da linha de cola quanto na percentagem de falha na madeira provocada pela composição das amostras, etapa de equilíbrio e tipo de adesivo. Os valores mais elevados de resistência foram observados nas juntas coladas com madeira de Eucalyptus saligna após a primeira etapa de equilíbrio, enquanto os menores valores ocorreram nas juntas combinando lâminas de eucalipto e MDF. Considerando apenas as lâminas de madeira, os valores mais elevados de falha na madeira foram observados nas juntas coladas entre lâminas de Eucalyptus grandis. Nas amostras compostas de madeira de eucalipto e lâminas de MDF, a porcentagem de falha foi total e o rompimento ocorreu exclusivamente no interior da chapa de MDF. Observou-se interação significativa entre a composição das amostras lâminas e o tipo de adesivo, em que os valores mais altos de resistência ocorreram nas juntas coladas com madeira de Eucalyptus saligna e adesivo à base de uréia-formaldeído.

Efeito de aditivos minerais sobre as propriedades de chapas cimento-madeira

O objetivo deste trabalho foi avaliar o efeito da adição de dois tipos de aditivos minerais (microssílica e metacaulim) sobre as propriedades de chapas de cimento-madeira, aplicando-se diferentes teores aditivos (0, 20 e 30%). O aglomerante empregado na produção dos painéis foi o cimento Portland tipo ARI, juntamente com partículas de madeira de Eucalyptus urophylla. Os resultados indicaram que a adição dos aditivos minerais não causou melhorias significativas nas propriedades mecânicas avaliadas. Já, em relação às propriedades físicas, o efeito positivo da adição de 20% de microssílica pôde ser observado no ensaio de absorção em água após a imersão em 2 e 24 horas. O aditivo metacaulim não apresentou tendência clara, porém, de forma geral, a sua adição causou redução na qualidade das chapas.

Utilização de fibras (epicarpo) de babaçu como matéria-prima alternativa na produção de chapas de madeira aglomerada

O objetivo deste trabalho foi avaliar a utilização de fibras (epicarpo) de babaçu (Orbignya spp) em combinação com partículas de Pinus elliottii em diferentes proporções na confecção de chapas de madeira aglomerada, bem como avaliar o efeito de dois teores de adesivo à base de uréia-formaldeído. As chapas foram prensadas a 160 ºC, utilizando-se dois níveis de resinas (6 e 8%, base peso seco de partículas) e tempo de prensagem de 10 min, obtendo-se oito tratamentos. Para cada tratamento foram feitas três repetições, totalizando 24 chapas, com densidade nominal de 0,70 g/cm³. As propriedades avaliadas foram: flexão estática - módulo de ruptura (MOR) e módulo de elasticidade (MOE); tração perpendicular-ligação interna (LI); estabilidade dimensional - inchamento em espessura (IE) 2 e 24 horas e absorção de água (AA) 2 e 24 horas, de acordo com a norma ASTM D 1037-91. O aumento do teor de fibras de babaçu associado ao aumento no teor de adesivo contribuiu para a redução nos valores de inchamento em espessura e absorção de água. O aumento do teor de adesivo de 6 para 8% foi fundamental para a melhoria das propriedades inchamento em espessura, absorção em água, módulo de ruptura e módulo de elasticidade. Utilizando até 30% de fibras de babaçu na composição das chapas, os valores de MOR foram superiores aos estabelecidos pela CS 236-66.

Propriedades de chapas tipo OSB, fabricadas com partículas acetiladas de madeiras de Eucalyptus grandis, Eucalyptus urophylla, Eucalyptus cloeziana e Pinus elliottii

Este trabalho teve como objetivo avaliar as propriedades de chapas de 0riented Strand Board (OSB), fabricadas com flocos de madeira de Eucalyptus grandis, Eucalyptus urophylla e Eucalyptus cloeziana e oriundas dos Municípios de Ponte Alta e Três Marias, no Estado de Minas Gerais. As massas específicas básicas das três espécies de eucaliptos das duas regiões foram, respectivamente: Ponte Alta (0,55; 0,61; e 0,70 g/cm³) e Três Márias (0,56; 0,58; e 0,69 g/cm³). Quando necessário, para manter as massas específicas das chapas próximas de 0,70 g/cm³ foram acrescentadas às partículas de madeira de eucalipto partículas de madeira de Pinus elliottii, oriundo da cidade de Viçosa, com massa específica de 0,45 g/cm³. Os flocos foram gerados nas dimensões médias de 90,00 x 20,00 x 0,46 mm. O adesivo utilizado foi o fenol-formaldeído, na proporção de 8% de sólidos, em relação à massa seca de partículas. Parte dos flocos de eucaliptos foram acetilados. As chapas foram prensadas à temperatura de 170 °C e 32 kgf/cm² de pressão. As propriedades das chapas foram determinadas segundo as normas da ABNT NBR 14810-3 (2002) e ASTM-D 1037 (1991). Os resultados foram comparados utilizando-se as normas ANSI/A - 208.1 (1993) e CSA 0437-93 (1993). As chapas contendo partículas acetiladas foram mais estáveis e adsorveram menos umidade. Na tração perpendicular, observou-se que as chapas contendo 100% de flocos acetilados apresentaram resultados inferiores ao estipulado pela norma CSA O437-0/93 (1993). A resistência ao arrancamento de parafuso, módulo de ruptura (paralelo e perpendicular) e compressão longitudinal (perpendicular), foi reduzida pela acetilação nas chapas contendo 100% dos flocos acetilados. As espécies que apresentaram, numericamente, as maiores médias para resistência mecânica foram: Eucalyptus grandis não acetilado (dureza Janka) e Eucalyptus cloeziana misturado com Pinus sp (módulo de ruptura). Somente a resistência à compressão longitudinal foi afetada pela região de origem da madeira. Os painéis fabricados com madeira de Eucalyptus urophylla, oriunda do Município de Três Marias, tiveram médias inferiores aos das chapas feitas com a mesma espécie, porém oriundas do Município do Rio Doce.

Propriedades de chapas de aglomerado confeccionadas com misturas de partículas de Eucalyptus spp e Pinus elliottii

Este trabalho teve como objetivo determinar as propriedades de chapas de madeira aglomerada confeccionadas com partículas geradas de maravalhas e flocos de Eucalyptus grandis, E. urophylla e E. cloeziana. Quando necessário, para manter a massa específica das chapas em 0,70 g/cm³ foram adicionadas partículas de Pinus elliottii. Os eucaliptos foram obtidos nos Municípios de Ponte Alta (Região do Vale do Rio Doce) e Três Marias (Região de Cerrado), em Minas Gerais. As densidades básicas das espécies procedentes do Município de Ponte Alta foram iguais a 0,55; 0,61; e 0,70 g/cm³, enquanto aquelas procedentes do Município de Três Marias foram iguais a 0,56; 0,58; e 0,69 g/cm³, respectivamente. A densidade do Pinus elliottii, cultivado no Município de Viçosa, foi de 0,45 g/cm³. As partículas para a confecção das chapas foram obtidas pelo processamento de flocos (0,48 x 20 x 90 mm) e maravalhas, em moinho de martelo, e selecionadas com peneiras manuais. Os coeficientes de esbeltez dessas partículas foram iguais a 19,87 e 4,66, respectivamente. Utilizou-se adesivo de uréia-formaldeído na proporção de 8% em relação à massa seca de madeira. As chapas confeccionadas com partículas processadas de flocos e contendo maior quantidade de madeira de eucalipto apresentaram maior adsorção de água, inchamento e expansão linear. Os maiores valores de dureza Janka e compressão paralela foram observados nas chapas confeccionadas com partículas processadas de maravalhas. Os valores médios de tração perpendicular, módulo de ruptura e módulo de elasticidade foram maiores nas chapas confeccionadas com partículas de flocos processados. As chapas confeccionadas com madeiras da Região de Três Marias apresentaram maiores resistências à compressão paralela, tração perpendicular e módulo de ruptura.