Determinação das tensões residuais e deformações resultantes do processo de soldadura TIG através do método dos elementos finitos

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Mecânica

Caracterização das águas residuais produzidas no campus universitário da FCT/UNL

Dissertação apresentada na Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa, para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia do Ambiente, Perfil de Engenharia Sanitária

Modelação e análise não-linear do comportamento dinâmico de um passadiço pedonal

Dissertação para obtencão do Grau de Mestre em Engenharia Civil - Perfil Estruturas

Produção de compósitos Alumínio/NiTi através do processo híbrido de fricção linear

Os compósitos inteligentes de matriz metálica (CIMM) têm sido intensamente explorados nas últimas décadas devido à capacidade destes sistemas poderem alterar as suas propriedades mediante um estímulo externo. As ligas de Níquel-Titânio (Ni-Ti) são materiais inteligentes e desempenham, maioritariamente, funções de atuação ou controlo de vibrações nos sistemas em que se inserem, permitindo que estes apresentem características funcionais. A soldadura por fricção linear (SFL) tem sido uma alternativa aos processos de soldadura por fusão para materiais difíceis de soldar como as ligas de alumínio (AA) ou ainda na ligação de materiais dissimilares. No entanto, devido à ocorrência de defeitos, gerados como consequência do deficiente fluxo visco-plástico produzidos pela SFL, surgiram novas variantes deste processo, como a SFL assistida por corrente elétrica (SFLACE), que, por efeito de Joule, provoca o aquecimento do material processado e, consequente, aumento do fluxo visco-plástico, diminuindo ou eliminando a presença de defeitos. Este trabalho incide na produção de CIMM utilizando chapas de AA1100 reforçadas com Ni-Ti por SFLACE em configuração de junta sobreposta. As interfaces e os fluxos de material resultantes foram analisados recorrendo às técnicas de microscopia ótica (MO), SEM, EDS e difração de raio-x (DRX). O controlo de vibrações do CIMM produzido foi também estudado através de ensaios de vibração à temperatura ambiente, bem como a temperaturas superiores à de fim da formação da fase austenítica, e efetuaram-se ensaios de flexão e pull-out com vista à caracterização mecânica. Observou-se que o compósito produzido apresenta um fator de amortecimento superior quando o reforço se encontra na fase martensítica. O ensaio de pull-out confirmou a existência da ligação entre a matriz e o reforço, igualmente observada por SEM. O compósito produzido apresenta uma forte ligação entre os materiais dissimilares, com franca melhoria no caso das amostras processadas com corrente elétrica, obtendo-se um material com características funcionais.

Optimização de sistemas de tratamento de águas de escorrência de estradas

A deterioração da qualidade do meio hídrico e a afectação de ecossistemas pela influência de estradas deve-se ao transporte da poluição acumulada no pavimento pelas águas pluviais,designando-se como águas de escorrência de estradas. Entre os poluentes mais comuns e preocupantes encontram-se os metais pesados (zinco, cobre, chumbo, cádmio, crómio),hidrocarbonetos, partículas (sólidos suspensos totais), óleos e gorduras. Onde não é possível evitar a descarga das águas de escorrência e tratando-se de zonas sensíveis (como recursos hídricos que não garantam a diluição dos poluentes rodoviários, estuários, captações públicas ou privadas de água superficial e subterrânea, canais e valas de distribuição de água para rega, campos agrícolas e infraestruturas hidráulicas), devem estabelecer-se sistemas de tratamento, promovendo a diminuição da poluição para níveis aceitáveis antes da descarga. Deste modo, mostra-se pertinente a análise de sistemas de tratamento de águas de escorrência de estradas, incluindo a determinação de critérios para o efeito e a sua optimização. A presente dissertação tem por objectivo contribuir para o avanço de conhecimentos no domínio dos sistemas de tratamento de águas de escorrência de estradas, nomeadamente a avaliação em função de vários critérios, incluindo a monitorização, visando o contributo para proposta de regionalização da solução mais eficiente/sustentável para sistemas de tratamento de águas de escorrência de estradas, numa perceção holística e, com a focalização na avaliação de impactes ambientais, na proteção dos recursos hídricos e na correta gestão das atividades inerentes ao projecto, construção, exploração, manutenção e monitorização dos sistemas de tratamento. A análise de resultados incidiu essencialmente sobre as melhores estratégias de gestão (a nível nacional e internacional). Procedeu-se à comparação das condições hidrológicas e região, do caudal a tratar, do tráfego médio diário das vias rodoviárias em estudo, da eficiência de remoção dos poluentes face aos sistemas de tratamento implantados e custos associados (investimento e manutenção).

Quantificação de metais pesados e de musks sintéticos em produtos alimentares

O presente trabalho surgiu com dois objectivos principais: avaliar o grau de contaminação, por metais pesados, em produtos hortícolas de duas zonas diferenciadas e avaliar as diferenças de concentrações de musks em diferentes amostras biológicas. Numa primeira fase, perante os resultados obtidos para os metais pesados nas duas zonas diferenciadas (Vila Nova de Mil Fontes e Carrasqueira) foi possível avaliar o risco de exposição das duas populações. Os produtos hortícolas utilizados no estudo do grau de contaminação foram: alfaces, couves, batatas e tomates. Numa tentativa de identificar uma possível fonte de contaminação foi analisado igualmente a água utilizada para rega e o solo que rodeava a cultura. O método usado na determinação foi a espectrometria de massa acoplada a plasma induzido (ICP-MS). Foram analisados os seguintes elementos: Manganês, Arsénio, Cádmio, Cobalto, Cobre, Chumbo, Estrôncio, Níquel, Crómio, Selénio e Zinco. Houve grandes variações das concentrações dos elementos entre as duas zonas em que os hortícolas, água e solo foram colhidos. Em todas as amostras, os elementos maioritários foram o zinco, o manganês e o estrôncio. Nas culturas, o chumbo era o elementos que apresentava concentrações mais baixas. Para a água utilizada nas regas, a zona da Carrasqueira apresenta concentrações muito baixas comparando com a zona de Vila Nova de Mil Fontes. Todos os valores encontrados nas culturas, na água e no solo se encontram abaixo dos valores máximos legislados. A análise de risco, revela situações de alerta, para um individuo da Carraqueira e quatro individuos de Vila Nova de Mil Fontes, uma vez que para o arsénio a dose diária tolerável segundo a EFSA é de 0,30 μg/kg/dia e os valores encontrados foram 0,30; 0,33; 0,61; 0,42 e 0,34 μg/kg/dia, respectivamente. A determinação de musks em amostras biológicas, como ostras e mexilhões, salmão (músculo, fígado e gónadas) e enguias de vidro, por cromatografia gasosa acoplada a espectrometria de massa (GC/MS) recorrendo ao metódo de QuEChERS revelou que o galaxolide e o tonalide foram os analitos maioritários em todas as amostras. De entre as amostras de ostras e mexilhões, as colhidas na ria de aveiro apresentam concentrações muito superiores para o galaxolide e o tonalide, 13,4 e 2,1 ng/g respectivamente, que as outras analisadas. Nas análises de salmão foram tidas em conta duas zonas diferenciadas, Nivelle e Bidassoa. Perante os resultados, a zona de bidassoa apresentou menor contaminação de musks nas amostras recolhidas. Por último as análises às enguias de vidro dopadas permitiu traçar a cinética de acumulação de galaxolide e tonalide por parte do organismo e por outro lado identificar o galaxolidone, metabolito resultante do galaxolide.

Estudo de uma estrutura adaptativa baseada no conceito de tensegridade

O principal objetivo desta dissertação é estudar o comportamento duma estrutura adaptativa baseada no conceito da tensegridade. As estruturas baseadas em tensegridade podem ser definidas como estruturas reticuladas, espaciais, em que todos os elementos estão sujeitos unicamente a esforços axiais, sejam eles de compressão ou de tração. Os elementos comprimidos são geralmente barras ou escoras que não devem estar em contacto entre si, enquanto que os elementos tracionados são geralmente cabos que devem ser pré-esforçados. O equilíbrio das estruturas tensíntegras é garantido através da implementação de um estado pré-esforçado entre as escoras comprimidas e os cabos tracionados. Respeitando os princípios básicos associados ao conceito da tensegridade, será proposta uma estrutura com múltiplas aplicações em engenharia civil. O comportamento desta estrutura será simulado através de modelos computacionais em elementos finitos recorrendo ao programa de cálculo automático SAP2000. É também modelado um protótipo experimental à escala reduzida. Os modelos desenvolvidos serão sujeitos a diversas solicitações dinâmicas, sendo analisada a resposta estrutural a essas solicitações. A estrutura proposta nesta dissertação é uma estrutura adaptativa, na medida em que está equipada com uma série de sensores que permitem monitorizar, em tempo real, as acelerações e deslocamentos da estrutura, sendo capaz de alterar a sua geometria inicial através do aquecimento de ligas com memória de forma colocadas em locais estratégicos da estrutura, melhorando a sua resposta dinâmica. Com a realização deste trabalho concluiu-se que pequenas alterações na forma e geometria duma estrutura são suficientes para provocar alterações na frequência própria da mesma e, consequentemente reduzir as acelerações e deslocamentos provocados por determinadas ações dinâmicas. Mostrou-se ainda que o mecanismo de alteração de forma proposto é especialmente eficaz na redução de acelerações originadas por ações dinâmicas periódicas.

Desenvolvimento experimental e simulação numérica em soldadura por fricção linear assistida por corrente elétrica

A soldadura por fricção linear (SFL) é um processo de ligação no estado sólido com capacidade para soldar materiais dissimilares e ligas metálicas de baixa soldabilidade. Contudo, nas juntas soldadas com uma configuração topo-a-topo é possível o aparecimento de defeitos na raiz do cordão, nomeadamente, de falta de penetração e de alinhamentos de óxidos. Estes defeitos são responsáveis pela diminuição da resistência mecânica das juntas, sobretudo quando sujeitas a esforços de fadiga. Existem variantes do processo para eliminar este tipo de defeitos, no entanto, verificam-se algumas dificuldades tecnológicas e a competitividade do processo é afetada. No âmbito deste trabalho desenvolveu-se uma variante do processo designado soldadura por fricção linear assistida por corrente elétrica (SFLAE). Esta variante consiste em introduzir uma corrente elétrica de elevada intensidade na zona da raiz do cordão, por forma a que o calor gerado por efeito de Joule aqueça o material e aumente o fluxo visco-plástico nessa zona, tendo em vista atenuar ou eliminar os defeitos na raiz. Foram concebidas e produzidas ferramentas de SFL dedicadas, melhorado um modelo analítico do processo, realizadas simulações numéricas para permitir compreender alguns fenómenos físicos envolvidos no processo, e realizados ensaios experimentais de validação. A análise aos cordões permitiu observar uma diminuição da espessura dos defeitos na raiz em três ensaios realizados na liga AA1100 e AA6084-T6 usando intensidades de corrente de 300 A. Dos resultados de microdureza e de medição de condutividade elétrica é possível concluir que a microestrutura do material não é significativamente alterada pela passagem de corrente elétrica.

Avaliação das constantes elásticas de bronzes vazados com alto teor em estanho

Este estudo pretendeu caracterizar as constantes elásticas de bronzes com alto teor em estanho e, em particular, da fase intermetálica delta (~32 wt.% Sn) à temperatura ambiente. Esta caracterização é importante para a previsão das propriedades acústicas dos sinos, pelo que especial atenção foi também dada à composição média das ligas Cu-Sn usadas na fundição sineira. Estes bronzes, devido ao caráter frágil da fase delta, não são processados termo-mecanicamente, apresentando-se na condição de vazados. Para o efeito, produziram-se provetes com teores de Sn variáveis (até 32 wt.% Sn), fundidos a 1150 ºC e arrefecidos em condições próximas das de fundição em moldação em areia. A composição e fases presentes foram estudadas com recurso a radiação X, enquanto que a microestrutura foi analisada com recurso a técnicas de microscopia. As constantes elásticas foram determinadas pela velocidade de propagação de impulsos ultra-sónicos, recorrendo a ondas longitudinais e transversais. Individualmente para a fase alfa e delta estas foram medidas por nanoindentação. Em conclusão, determinaram-se as constantes elásticas para as ligas de alto teor em Sn. Nas ligas hipo-eutectóides a estrutura grosseira de grão inviabilizou a técnica utilizada. Verificou-se também que a velocidade das ondas longitudinais pouco varia com o teor em Sn, contrariamente às ondas transversais.

Caracterização de materiais soldados com base na medição de perfis de condutividade eléctrica

Trabalhos recentes têm demonstrado que a medição de perfis de condutividade eléctrica é uma técnica eficaz, rápida e não destrutiva para a caracterização de materiais metálicos ligados por soldadura por fusão ou no estado sólido. Os resultados referentes às ligas de alumínio mostram que existe uma estreita correlação entre os perfis de condutividade eléctrica e os perfis de dureza, sendo os primeiros determinados sobretudo pelo tamanho de grão. Relativamente às ligas de aço, verifica-se que os perfis de condutividade eléctrica também permitem identificar as diferentes zonas termicamente afectadas devido aos processos de soldadura por fusão, as quais são geralmente descritas por zona fundida (ZF) e zona termicamente afectada (ZTA), sendo a sua extensão dependente sobretudo da Entrega Térmica (ET). Contudo, em algumas ligas, as características metalúrgicas que controlam as variações de condutividade eléctrica não estão devidamente descritas ou compreendidas. Nesse sentido, o objectivo do presente trabalho foi caracterizar os perfis de condutividade eléctrica em diferentes ligas de aço soldadas por fusão, identificando os principais aspectos metalúrgicos que lhes estão subjacentes. Foram realizados cordões de soldadura SER e TIG de aços P11, P22 e não ligado com diferentes parâmetros de soldadura. Os perfis de condutividade eléctrica foram medidos com sondas de correntes induzidas e com sondas de quatro pontos a diferentes profundidades, tendo sido comparados com os respectivos perfis de microdureza Vickers. Os resultados mostram que existe uma boa correlação entre a condutividade e a dureza, sendo que a condutividade é essencialmente determinada pelo tamanho de grão, e pela morfologia da fase ferrítica. A ferrite Witmanstatten facilita a passagem de corrente eléctrica ao contrário da ferrite poligonal que constitui um obstáculo à passagem de electrões. Pode confirmar-se que a medição dos perfis de condutividade é uma técnica com elevado potencial para complementar, ou em alguns casos substituir, a medição de durezas em ligas de aço soldadas por fusão.

Desenvolvimento e avaliação in vitro de um revestimento multifuncional para possível aplicação em implantes ósseos

As fraturas ósseas têm sido consideradas como um problema sócio económico mundial afetando sobretudo os jovens e idosos. No caso de pequenas correções de fraturas ou defeitos ósseos é necessário a aplicação de implantes biodegradáveis que atuem de forma temporária durante o período de formação do novo tecido ósseo. Uma das grandes vantagens da sua aplicação é evitar uma segunda intervenção cirúrgica para a sua remoção. Para isso, o Magnésio (Mg) e as suas ligas têm vindo a ser considerados como uma boa opção para este tipo de implantes temporários pois para além de serem biodegradáveis e biocompatíveis possuem propriedades semelhantes ao osso. No entanto, a sua elevada taxa de degradação em ambiente biológico é uma desvantagem para a sua utilização que conduz à perda da sua funcionalidade. O objetivo deste trabalho foi desenvolver revestimentos multifuncionais biocompatíveis, para a superfície do implante biodegradável, que permitam controlar a taxa de degradação do Mg e em simultâneo promovam a adesão e proliferação celular no local afetado. Neste trabalho, foram desenvolvidos três tipos de revestimentos biocompatíveis: Fosfatos, Fosfatos com nanopartículas de hidroxiapatite e fosfatos com nanopartículas de hidroxiapatite e óxido de grafeno aplicados na superfície da liga de Mg AZ31 através do método de eletrodeposição/eletroforese química. Foi realizado um tratamento térmico e avaliada a sua influência na resposta celular e na sua resistência à degradação. As propriedades físico-químicas do revestimento foram obtidas por microscopia electrónica de varrimento e de transmissão, microscopia de Raman, difração de raios-X e microscopia de força atómica. Foram ainda analisadas medições do ângulo de contacto da superfície dos revestimentos e realizados ensaios de degradação em soluções fisiológicas. A resposta celular aos revestimentos foi testada in vitro através da avaliação da adesão e proliferação de células osteoblásticas (Saos-2). Os resultados obtidos demonstram que o tratamento térmico modifica a estrutura do revestimento e promove a adesão celular. A incorporação do óxido grafeno no revestimento de fosfatos e hidroxiapatite permite aumentar a resistência à degradação e promover uma melhor resposta celular.

Efeito de background local e assinatura geoquímica de anomalias naturais em sedimentos de corrente e solos – aplicação à área envolvente do jazigo de urânio (Nisa, Portugal)

Na região de Nisa, concelho de Portalegre, situa-se um dos maiores e mais relevantes jazigos de urânio alguma vez descoberto em território nacional. Trata-se de um jazigo ainda inexplorado que encerra um potencial estimado em cerca de 32 milhões de toneladas de minério tal qual. Este jazigo ocorre à superfície e encontra-se em contexto metassedimentar embutido em xistos mosqueados, pertencentes ao Grupo das Beiras, nas proximidades do contacto com o granito do Maciço de Nisa. Este trabalho tem como objetivo estudar de forma qualitativa e quantitativa a dispersão geoquímica provocada por processos naturais de erosão e de transporte hidrogravítico na envolvente à anomalia geoquímica natural localmente induzida por este jazigo. Para o efeito estabeleceu-se uma metodologia com as seguintes etapas principais: (1) georreferenciação em SIG de elementos de cartografia; (2) planeamento e elaboração do plano de amostragem; (3) recolha e tratamento de amostras de solos e sedimentos; (4) ensaios não destrutivos de medição de radiação gama por SPP2 e determinações analíticas por XRF; (5) análise exploratória e tratamento estatístico de dados e análise espacial; (6) análise de resultados; (7) definição de teores geoquímicos de fundo local. As amostras de sedimentos foram retiradas de uma ribeira que intersecta a área da anomalia e alimenta uma barragem local de enrocamento; as amostras de solos foram retiradas de linhas de amostragem perpendiculares à ribeira. As determinações analíticas registaram os teores em diversos metais, como o urânio, crómio, molibdénio, nióbio, vanádio e zinco e do semimetal arsénio. Com exceção do zinco, os resultados evidenciam que as concentrações naturais nestes metais no local onde se localiza uma importante jazida de minérios de urânio são muito elevados, e quando comparados com os valores standard da norma Canadiana mostram poder existir risco para a saúde se não forem limitados os usos do local.

Mechanical, fatigue and wear properties of sintered Carbon Nanotube-based functionally graded materials

Tese de Doutoramento Engenharia Mecânica

Aproveitamento de alimentos de origem animal pela tartaruga-da-amazônia: Podocnemis expansa criada em cativeiro

Foi realizado um trabalho para determinar o aproveitamento alimentar da farinha de carne e ossos (FCO), farinha de vísceras de aves (FVA) e farinha de peixe (FP) em tartaruga-da-amazônia, por meio dos coeficientes de digestibilidade aparente (CDA) da matéria seca (MS), proteína bruta (PB), extrato etéreo (EE) e energia bruta (EB). Os animais experimentais foram 136 filhotes provenientes do Projeto Quelônios da Amazônia, no estado do Mato Grosso, mantidos em caixas com renovação de água e temperatura média de 29ºC. Os CDA foram determinados com dietas contendo 0,1% do marcador óxido de crômio III (Cr2O3). Os CDA da MS, PB, EE e EB foram, respectivamente, de 79,10; 87,61; 93,83 e 79,61% para FCO; 92,45; 94,89; 96,55 e 92,71% para FV e 93,53; 95,13; 94,05 e 93,18% para FP. Os melhores coeficientes foram obtidos com a farinha de peixe e a farinha de vísceras de aves.