Desenvolvimento da técnica para determinação dos parâmetros térmicos de contorno aplicados ao projeto de peças forjadas

O presente trabalho descreve os resultados da pesquisa que tem por objetivo a determinação de parâmetros térmicos de um corpo sólido: o valor médio da emissividade total e o coeficiente médio de transferência de calor por convecção. Foi desenvolvido o modelo matemático do processo de resfriamento de um corpo forjado. Foram examinados os métodos da determinação dos parâmetros mencionados, que estão descritos na literatura, e também foram analisadas as possibilidades de aproveitá-los no processo de forjamento. No meio de métodos analisados, o método do Instituto IBF (Institut für Bildsame Formgebung, IBF, RWTH, Aachen, Alemanha), foi considerado o mais apropriado tendo a metodologia deste trabalho seguindo a mesma sistemática. Aproveitando a metodologia do IBF para a determinação dos parâmetros térmicos mencionados e o modelo matemático do resfriamento de um corpo forjado, foi desenvolvida uma nova técnica para determinar o valor médio da emissividade total e o coeficiente médio de transferência de calor por convecção de um corpo sólido. Os materiais analisados foram o aço ABNT 1045 e a liga de alumínio AA 6061. Foram feitas as comparações dos resultados obtidos pela técnica desenvolvida com o método do IBF.

Simulação numérica da transferência simultânea de energia e umidade através do solo em um sistema trocador-armazenador de calor

O presente trabalho pesquisa o fenômeno da transferência simultânea de calor e umidade em solos insaturados que envolvem dutos enterrados. Estes dutos e o solo envolvente compõem o chamado sistema trocador-armazenador de calor no solo, que é muitas vezes utilizado como fonte complementar de aquecimento em estufas solares agrícolas. O funcionamento do sistema trocador-armazenador de calor é baseado na energia armazenada no solo durante os horários de máxima insolação, sendo que durante a noite parte desta energia é recuperada. Durante o dia o ar quente do meio interno da estufa solar é bombeado para dentro do feixe de tubos enterrados, que devolvem o ar mais frio na outra extremidade. Por outro lado, durante a noite o ar mais frio do meio interno da estufa é bombeado para dentro dos dutos, os quais efetuam troca térmica com o solo envolvente, que neste horário possui a temperatura mais elevada do sistema. O objetivo geral deste trabalho é resolver o problema transiente periódico e tridimensional da transferência simultânea de calor e umidade em solos não-saturados, que compõem o sistema trocador-armazenador de calor, utilizando a simulação numérica. Como objetivos secundários têm-se: o melhoramento do sistema de troca térmica, a quantificação da parcela de calor transportado pela difusão da umidade no solo e a análise dos campos de temperatura e de conteúdo de umidade, sendo que a análise dos campos de umidade permite verificar se existe formação de frentes de secagem significativas na vizinhança dos dutos durante os sucessivos períodos de aquecimento e resfriamento a que o sistema é submetido. Na resolução do problema em questão é empregado o modelo clássico de Philip e De Vries para a transferência simultânea de calor e massa em meios porosos insaturados Neste modelo, as equações de conservação de energia e massa obtidas trazem explicitamente as influências combinadas dos gradientes de temperatura e de conteúdo de umidade nos processos de transporte de calor e umidade. O sistema de equações diferenciais governantes do problema em questão é resolvido numericamente utilizando o Método dos Volumes Finitos e na discretização destas equações é usada uma integração temporal totalmente implícita. Todas as propriedades difusivas e termofísicas empregadas são consideradas variáveis com a temperatura e o conteúdo de umidade. Os dutos de seção transversal circular do sistema trocadorarmazenador de calor no solo, são modelados como dutos de seção transversal quadrada de área equivalente para que coordenadas cartesianas possam ser utilizadas nos modelos analisados. Neste trabalho são simulados quatro modelos computacionais associados ao sistema trocador-armazenador de calor no solo. Estes modelos são compostos por: um duto isolado, um duto com convecção, dois dutos isolados e dois dutos com convecção. A variação da temperatura do ar na entrada do(s) escoamento(s), assim como a temperatura do meio ambiente, para os modelos com convecção, é dada por uma senóide com uma amplitude de 14 ºC. No modelo de um duto isolado, são realizadas simulações utilizando várias combinações dos parâmetros do modelo em questão e os resultados, assim obtidos, são comparados com aqueles encontrados na literatura Visando melhorar o sistema de troca térmica dos modelos computacionais investigados, são selecionados valores e intervalos de valores recomendados para os parâmetros do modelo de um duto isolado. Para este modelo, com um diâmetro de 0,1 m, são escolhidos valores (ou intervalos de valores) recomendados: de 4 m/s para a velocidade do escoamento interno dentro do duto, de 0,25 para o conteúdo de umidade do solo, de 5 até 20 metros para o comprimento do duto e de 0,20 até 0,30 m para a distância entre centros do dutos. As simulações dos quatro modelos computacionais realizadas utilizando as várias combinações dos valores recomendados para os parâmetros destes modelos, mostrou que não há diferença significativa entre os valores de calor volumétrico armazenado no solo empregando a resolução acoplada das equações de energia e de massa e a resolução da equação da temperatura. Mesmo para os modelos de um e de dois dutos com convecção a diferença percentual encontrada foi insignificante. Finalmente, são apresentados e analisados os campos de temperatura e de conteúdo de umidade para os quatro modelos computacionais avaliados. Os perfis de temperatura e de conteúdo de umidade em diferentes horários mostraram que, durante o dia, o solo absorve calor dos escoamentos internos de ar e, uma vez que, junto à superfície dos dutos tem-se regiões de maior temperatura, há, conseqüentemente, uma migração da umidade nestas regiões. Durante a noite, ocorre o contrário, o solo fornece calor aos escoamentos dentro dos dutos, e, desta forma, as regiões próximas aos dutos apresentam níveis de conteúdo de umidade superiores ao inicial. Ainda, os perfis de conteúdo de umidade para todas as situações analisadas mostraram que, não há formação de frentes de secagem significativas nas proximidades dos dutos que compõem os quatro modelos computacionais avaliados.

Transferência de calor e controle de temperatura em tubos capilares utilizados em eletroforese capilar

Este trabalho tem por objetivo estudar a transferência de calor em tubos capilares cilíndricos utilizados na técnica de separação de moléculas denominada Eletroforese Capilar. Esta técnica é usada, por exemplo, na análise de biomoléculas e no sequenciamento de DNA, onde o controle da temperatura está diretamente ligado ao desempenho destes métodos e à qualidade dos resultados. Para empregar esta técnica, tensões elétricas da ordem de 20 kV são aplicadas entre as extremidades dos tubos capilares, que possuem normalmente 50 cm de comprimento, 350 µm de diâmetro externo e 50 µm de diâmetro interno, preenchidos por uma solução aquosa. Tais tensões geram uma corrente elétrica na solução, provocando aquecimento distribuído por Efeito Joule. Os tubos capilares são construídos em quartzo amorfo e protegidos por uma camada de material polimérico (poliimida). Para implementar o controle da temperatura, os tubos capilares são colocados em contato com um fluido de resfriamento. Num primeiro momento, os estudos são realizados por simulação numérica, empregando o Método dos Volumes Finitos em rotinas escritas em FORTRAN. São simulados casos onde os tubos são recobertos por camadas cilíndricas de materiais com uma condutividade térmica relativamente boa, com o objetivo de aumentar a superfície de troca de calor com o fluido de resfriamento. Como resultado, obtêm-se curvas da temperatura no centro dos tubos capilares em função do coeficiente de transferência de calor por convecção. Um caso de interesse é quando os tubos capilares são posicionados excentricamente ao recobrimento cilíndrico Num segundo momento, é utilizado o software de simulação numérica ANSYS CFX®, onde é simulado o resfriamento dos mesmos tubos capilares expostos a um escoamento transversal de ar a 15°C. Neste caso, também são aplicados os recobrimentos cilíndricos e, além disso, opta-se por simular o resfriamento de um arranjo de vários tubos (sistema multicapilar) dispostos entre placas de vidro, no formato de um sanduíche. Como resultados mais importantes salientam-se: a) o aumento do raio do recobrimento resulta no aumento da transferência de calor, fazendo com que a temperatura no núcleo do capilar fique estacionada em valores baixos que não comprometem as separações/análises; b) chegou-se a um valor de raio crítico da ordem de 10 mm para a condição de operação mais típicas na área da Eletroforese Capilar; c) as montagens com o tubo capilar concêntrico e excêntrico ao recobrimento não apresentam diferenças significativas no perfil de temperatura da solução tampão; e finalmente d) observa-se que o uso de duas placas de material dielétrico com os capilares posicionados em forma de sanduíche entre elas permite uma eficiente dissipação do calor gerado na solução tampão.

Estudo da formação de trincas internas centrais em barras laminadas em aço SAE 1141

A qualidade SAE 1141 alia boas conformabilidade e usinabilidade em um mesmo aço – esta qualidade possui adição de teores de enxofre da ordem de 0,08 – 0,13% em peso. É largamente empregada no segmento de forjarias na confecção de componentes com relativa complexidade e exigência mecânica, tais como garfos e ponteiras para a indústria automotiva. Devido a esse fato, é imprescindível que a matéria-prima para a conformação destes componentes atenda às exigências impostas pelos esforços aplicados aos mesmos e, dado às solicitações que sofrem, apresente um desempenho satisfatório em sua forma final, principalmente no tocante à sanidade interna, visto que defeitos dessa natureza são extremamente deletérios à performance dos componentes conformados. Em função disso, o principal objetivo desta investigação é avaliar as causas potencialmente geradoras de defeitos denominados trincas internas centrais, as quais afetam fortemente a sanidade interna da matéria-prima, além de reduzir a sua incidência em barras de aço da qualidade SAE 1141. Para tanto, são apresentadas considerações sobre a avaliação destes defeitos, analisando-se as possíveis causas geradoras das trincas, as quais são caracterizadas sob o enfoque de bibliografia adequada. Através da realização de ensaios no lingotamento contínuo (LC) envolvendo a utilização do agitador eletromagnético final (FEMS), elaboração de curvas de ductilidade pelo emprego do simulador físico Gleeble para os materiais nas condições tarugo e barra laminada, experiências na laminação envolvendo análises de amostras após cada diferente grau de redução ou passe conferido ao material pelo processo e variação das taxas de resfriamento pós-processamento, busca-se reduzir as ocorrências destes defeitos, diminuindo conseqüentemente sucateamento e custos e melhorando o desempenho do material frente às expectativas dos componentes em serviço. A metodologia empregada para a detecção dos defeitos nas barras laminadas foi a submissão das mesmas ao ultra-som. Várias amostras tiveram os seus defeitos detectados através desse ensaio, os quais foram analisados e caracterizados previamente ao início da investigação das causas geradoras, balizando assim a tomada de decisão em relação aos experimentos a serem realizados. Os dados práticos foram obtidos na Gerdau Aços Especiais Piratini, onde a análise de defeitos internos gerados a partir do processo produtivo é um procedimento rotineiro. A interpretação dos resultados, bem como testes laboratoriais adicionais foram realizados na própria usina e no IAS – Instituto Argentino de Siderurgia. Em paralelo, realizou-se uma revisão na literatura aberta dos principais fundamentos e conceitos metalúrgicos referentes a trincas internas e causas de geração das mesmas, tais como, influência do FEMS na solidificação e na condição de segregação nos tarugos de LC, elementos de liga com caráter fragilizante e/ou deletério (por exemplo, hidrogênio, carbono, enxofre e manganês), influência das transformações de fase – velocidade de resfriamento pós-processamento e influência dos elementos de liga – na formação dos defeitos, entre outros. Os resultados obtidos permitiram concluir que a principal causa da geração das trincas internas do tipo centrais em barras laminadas está associada a uma combinação de variáveis. As transformações de fase, somadas a presença de altos teores de hidrogênio no aço – fato este de grande importância na geração dos defeitos detectado somente ao longo da realização do trabalho – fragilizam localmente o núcleo das barras, gerando trincas. Estas, por sua vez, têm a sua propagação facilitada através de cadeias ou redes de sulfeto de manganês, por vezes devido à alta incidência das mesmas nos aços da qualidade SAE 1141. Além disso, pode-se constatar que a geração dos defeitos é potencializada para barras de diâmetros superiores a 75,00 mm. Em barras de diâmetros menores, as falhas estão igualmente presentes e apresentam morfologia similar aos defeitos encontrados nas barras de maior diâmetro, porém, em escala não significativa, não sendo assim abordadas neste trabalho. Pode-se constatar ainda, que a redução da incidência dos defeitos do tipo trincas internas centrais em barras laminadas de diâmetros superiores a 75,00 mm – e conseqüente sucateamento – foi da ordem de mais de 95% desde o início do trabalho, reduzindo-se assim o sucateamento desta qualidade para níveis da ordem de, aproximadamente, 1,0%.

Efeito do tamanho de partícula e da altura de colheita das plantas de milho (Zea mays L.) sobre perdas, valor nutritivo de silagens e desempenho de novilhos confinados

O experimento de campo foi conduzido no Núcleo de Produção Animal (NUPRAN) da Universidade Estadual do Centro Oeste do Paraná (UNICENTRO) com o objetivo de avaliar o efeito do tamanho de partícula (pequena: entre 0,2 e 0,6 cm ou grande: entre 1,0 e 2,0 cm) e da altura de corte das plantas de milho para ensilagem (baixo:15 cm ou alto: 39 cm), sobre perdas, valor nutritivo das silagens e desempenho animal em confinamento, constituindo-se os tratamentos: T1 – silagem de partícula pequena com altura de corte baixo; T2 – silagem de partícula grande com altura de corte baixo; T3 – silagem de partícula pequena com altura de corte alto; e T4 – silagem de partícula grande com altura de corte alto. Foram utilizados 36 novilhos inteiros da raça Charolês, com idade média de doze meses e com peso vivo médio inicial de 355 kg. O confinamento compreendeu 84 dias de avaliação. As silagens foram fornecidas ad libitum em dietas com uma relação volumoso:concentrado de 67:33. A colheita à altura de 15,2 cm propiciou incremento (P<0,05) de 7,1% na produção de matéria seca ensilável em relação à altura de corte de 38,6 cm. A silagem de milho produzida a partir de plantas cortadas à 38,6 cm apresentou menores teores de fibra em detergente neutro e maior concentração de energia digestível. Partículas de tamanho pequeno determinaram maior eficiência de compactação da massa ensilada, diminuindo gradientes de temperatura entre meio ambiente e silagem e de pH na desensilagem, frente às silagens de partículas grandes. A silagem com tamanho de partícula grande resultou em maiores (P<0,05) perdas físicas na desensilagem e durante a alimentação dos animais confinados. Embora a colheita das plantas de milho a 38,6 cm tenha melhorado o valor nutritivo da silagem, as variáveis relativas ao consumo de alimentos, ao ganho de peso médio diário e à conversão alimentar não foram afetadas (P>0,05). Mesmo reduzindo o tempo de ruminação dos animais (P<0,05), recomenda-se a inclusão de silagem de milho colhida à altura de 38,6 cm com tamanho de partícula pequena na dieta de bovinos jovens em confinamento, por proporcionar melhor lucratividade no sistema de produção. O uso de silagens de milho colhidas às alturas tanto de 15,2 cm ou de 38,6 cm, porém com tamanho de partícula pequena na produção de superprecoce resulta em maior rendimento de carcaça e menores perdas no resfriamento.

New Ventures Brasil (Forum 2008) - Inoveo

Inoveo Automação de Sistemas: soluções inovadoras para o resfriamento de equipamentos eletrônicos, visando aumento de desempenho de eficiência energética

Exaustor

Este modelo é parte de um conjunto de modelos 3D produzidos pela equipe de audiovisual da SEaD/UFSCar para o jogo de realidade virtual “O Laboratório de Química”.

Interface entre arquitetura bioclimática e decisões projetuais

This research has as its object study focus bioclimatic in architecture and its conection with projects decisions, on what regards to environmental comfort for single-family dwelling. From the analysis of five architectural projects inserted in Natal/RN, warm-moist weather, this research gather informations regarding architectural features guided by shape and space arrengement, which embody important elements for the project design development. Computer simulations assisted as foundation to verify the efficiency grade for these projects strategies from shading analysis. Related strategies for the demands of natural ventilation circulation and thermal mass for refrigeration were analysed as well. Results show that there is an hierarchizing of priorities for the decisions made when it comes to shape and space disposition variables, as well as the way these variables will consider the bioclimatic demands. The analysis, even, show that there is no single way to respond to specific bioclimatic demands, as it points out the value of examination of the projectual solutions throughtout the conception process, in order to achieve an efficient project performance for the envimonment comfort

Influência de variáveis arquitetônicas no desempenho energético de hotéis no clima quente e úmido da cidade de Natal/RN

This master thesis aims to assess the influence of the design decisions on the energy building performance of hotels. The research is based on the integration of field study and computer simulation. Firstly, a detailed field study is carried out to identify the characteristics of hotels in Natal, Rio Grande do Norte. The items assessed are occupancies, light and equipment densities, types of air conditioning, total and monthly energy consumption, among others. A second and more comprehensive field study is carried out to identify the range of occurrence of architectural variables, with a larger number of buildings. A base case is modelled in VisualDOE, based on the first field study. Then, a first set of simulations are run to explore the sensitivity of the variables on the energy consumption. The results analyses were the base of a second set of simulations, which combined the most influential variables. The results of 384 models were assessed, and the impacts of design decisions were quantified. The study discusses tendencies and recommendations, as well as the methods advantages and disadvantages

Estudo sobre o efeito dos parâmetros de processamento dos pós e sinterização do aço inox 316l reforçado com NbC

This masther dissertation presents a contribution to the study of 316L stainless steel sintering aiming to study their behavior in the milling process and the effect of isotherm temperature on the microstructure and mechanical properties. The 316L stainless steel is a widely used alloy for their high corrosion resistance property. However its application is limited by the low wear resistance consequence of its low hardness. In previous work we analyzed the effect of sintering additives as NbC and TaC. This study aims at deepening the understanding of sintering, analyzing the effect of grinding on particle size and microstructure and the effect of heating rate and soaking time on the sintered microstructure and on their microhardness. Were milled 316L powders with NbC at 1, 5 and 24 hours respectively. Particulates were characterized by SEM and . Cylindrical samples height and diameter of 5.0 mm were compacted at 700 MPa. The sintering conditions were: heating rate 5, 10 and 15◦C/min, temperature 1000, 1100, 1200, 1290 and 1300◦C, and soaking times of 30 and 60min. The cooling rate was maintained at 25◦C/min. All samples were sintered in a vacuum furnace. The sintered microstructure were characterized by optical and electron microscopy as well as density and microhardness. It was observed that the milling process has an influence on sintering, as well as temperature. The major effect was caused by firing temperature, followed by the grinding and heating rate. In this case, the highest rates correspond to higher sintering.

Estudo da sinterização de cavacos de aço ferritico

This research studies the sintering of ferritic steel chips from the machining process. Were sintered metal powder obtained from machining process chips for face milling of a ferritic steel. The chip was produced by machining and characterized by SEM and EDS, and underwent a process of high energy mill powder characterized also by SEM and EDS. Were constructed three types of matrixes for uniaxial compression (relation l / d greater than 2.5). The differences in the design of the matrixes were essentially in the direction of load application, which for cylindrical case axial direction, while for the rectangular arrays, the longer side. Two samples were compressed with different geometries, a cylindrical and rectangular with the same compaction pressure of 700 MPa. The samples were sintered in a vacuum resistive furnace, heating rate 20 °C / min., isotherm 1300 °C for 60 minutes, and cooling rate of 25 °C / min to room temperature. The starting material of the rectangular sample was further annealed up to temperature of 800 ° C for 30 min. Sintered samples were characterized by scanning electron microscopy, optical microscopy and EDS. The sample compressed in the cylindrical matrix did not show a regular density reflecting in the sintered microstructure revealed by the irregular geometry of the pores, characterizing that the sintering was not complete, reaching only the second phase. As for the specimen compacted in the rectangular array, the analysis performed by scanning electron microscopy, optical microscopy and EDS indicate a good densification, and homogeneous microstructure in their full extent. Additionally, the EDS analyzes indicate no significant changes in chemical composition in the process steps. Therefore, it is concluded that recycling of chips, from the processed ferritic steel is feasible by the powder metallurgy. It makes possible rationalize raw material and energy by manufacture of known properties components from chips generated by the machining process, being benefits to the environment

Estudo sobre a redução aluminotérmica de Ta2O5 e TiO2 usando descarga de cátodo oco

In this study it was used two metallic oxides, Ta2O5 and TiO2, in order to obtain metallic powders of Ta and Ti through aluminothermic reduction ignited by plasma. Ta2O5 and TiO2 powders were mixed with Al in a planetary mill, using different milling times. A thermal analysis study (DTA and TG) was carried out, in order to know the temperature to react both the mixtures. Then, these mixtures were submitted to a hollow cathode discharge, where they were reacted using aluminothermic reduction ignited by plasma. The product obtained was characterized by XRD and SEM, where it was proven the possibility of producing these metallic particles, different from the conventional process, where metallic ingots are obtained. It was verified that the aluminothermic reduction ignited by plasma is able to produce metallic powders of Ta and Ti, and a higher efficiency was observed to the process with Ta2O5-Al mixtures. Among different microstructural aspects observed, it can be noted the presence of metallic nanoparticles trapped into an Al2O3 matrix, besides acicular structures (titanium) and dendritic structures (tantalum), which are a product characteristic from a fast cooling

Redução aluminotérmica do óxido de tântalo usando uma tocha de plasma como ignitor

In this work was used a plasma torch of non transferred arc with argon as work gas, using a power supply with maximum DC current of 250 A and voltage of 30 V to activate the plasma and keep it switched on. The flame temperature was characterized by optical emission spectroscopy, through Boltzmann-plot-method. The torch has been used like igniter in the aluminothermic reduction of the mixture tantalum oxide and aluminum, seeking to obtain metallic tantalum. In heating of the reagents only one particle will be considered to study interactions between plasma-particle, seeking to determinate its fusion and residence time. The early powders were characterized by laser granulometry, scanning electron microscopy (SEM) and X-ray diffraction analysis. The final product of this reaction was characterized by SEM and X-ray diffraction. Crystallite size was calculated by the Scherrer equation and microdeformation was determined using Willamsom-Hall graph. With Rietveld method was possible to quantify the percentile in weight of the products obtained in the aluminothermic reaction. Semi-quantitative chemical analysis (EDS) confirmed the presence of metallic tantalum and Al2O3 as products of the reduction. As was waited the particle size of the metallic tantalum produced, presents values in nanometric scale due the short cooling time of those particles during the process

Características bioquímicas da carne de bubalinos Mediterrâneo terminados em confinamento e abatidos em diferentes pesos

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Dose inseminante para fertilização artificial de ovócitos de dourado

Objetivou-se determinar a dose inseminante adequada para uso na fertilização artificial de ovócitos de dourado (Salminus brasiliensis). Os ovócitos foram distribuídos em delineamento inteiramente casualizado, e fertilizados com uma das relações espermatozoides/ovócito 6,0×10³; 6,0×10(4); 6,0×10(5); 6,0×10(6) ou 3,0×10(7), cada uma com quatro repetições. Considerou-se unidade experimental uma incubadora de volume útil de 2,5 L, contendo 2,0 mL de ovócitos não-hidratados. As taxas de fertilização foram mensuradas 8 horas após o início da fertilização. Com intuito de verificar possíveis efeitos da diluição seminal na movimentação dos espermatozoides, realizou-se a mensuração do tempo de duração da motilidade espermática dos espermatozoides de dourado, ativados por meio de diferentes relações de diluição: 6,8×10-5; 6,8×10-4; 6,8×10-3; 6,8×10-2; 3,4×10-1 e 1,0 mL de sêmen por mL de água. O tempo de duração da motilidade foi avaliado em delineamento inteiramente casualizado composto de seis tratamentos e três repetições. As taxas de fertilização apresentaram relação quadrática com o número de espermatozoides por ovócito. As relações de diluição do sêmen tiveram efeito inversamente proporcional sobre a duração da motilidade espermática. A relação que proporcionou melhores taxas de fertilização artificial de ovócitos de dourado (Salminus brasiliensis) foi de 30.722 espermatozoides por ovócio.