Modelagem térmica para avaliação da temperatura no fresamento de aços para moldes e matrizes

Pós-graduação em Engenharia Mecânica - FEIS

Avaliação da usinabilidade de cilindros para laminação de tiras a quente

Pós-graduação em Engenharia Mecânica - FEG

Estudo da relação entre velocidade de corte, desgaste de ferramenta, rugosidade e forças de usinagem em torneamento com ferramenta de metal duro

O entendimento do processo de fabricação por usinagem passa pelo estudo de fenômenos de formação de cavaco, esforços de corte, qualidade superficial do material usinado, mecanismos de desgaste de ferramenta e a influência de parâmetros de corte e tipo de material usado sobre essas variáveis. Neste contexto, o objetivo principal deste trabalho é analisar os efeitos do desgaste de ferramenta sobre as forças de corte e a rugosidade dos componentes usinados. O procedimento adotado foi a realização de ensaios de usinabilidade de longa duração em torneamento cilíndrico externo, durante os quais foram medidos desgaste de flanco, força de corte, força de avanço e rugosidade média dos componentes usinados. Os ensaios foram realizados para os aços ABNT 1040 e 1045 usando ferramentas de metal duro com revestimento duplo (TiN-Al2O3). Os resultados de vida de ferramenta foram analisados através da equação de Taylor, com maiores vidas de ferramenta observadas para o aço ABNT 1040 em todas as velocidades de corte testadas. As demais variáveis medidas foram analisadas em função do tempo de usinagem, desgaste de flanco máximo e acabamento superficial No domínio do tempo, foram encontradas correlações fortes para o desgaste de flanco máximo, força de corte e força de avanço para ambos os materiais. A relação entre a rugosidade média e o tempo de corte observada foi mais “estável” para o aço ABNT 1040. Contudo, variações no comportamento da rugosidade média foram observadas na velocidade de corte inferior usada na usinagem do aço ABNT 1045, devido ao desgaste mais lento do raio de ponta de ferramenta. Não se observou relação entre as forças de usinagem e a rugosidade média. A relação entre a força de corte e o desgaste de flanco máximo apresentou forte correlação para ambos os materiais, assim como a relação entre a força de avanço e o desgaste de flanco máximo, sendo realizada regressão linear para ambas as relações. Foi observada fraca influência da velocidade de corte nas relações força-desgaste de flanco, o que sugere que uma única equação pode descrever estas relações para toda a faixa de condições de corte estudada. Os resultados da análise de regressão permitem a determinação do desgaste de flanco máximo em função da força de corte com um erro médio de 15% para os aços ABNT 1040 e 1045. Para a previsão do desgaste de flanco em função da força de avanço, o erro médio encontrado foi de 19% para o aço ABNT 1040 e 15% para o aço ABNT 1045.

Influência na qualidade final de metais retificados através da variação da velocidade de mergulho

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Avaliação da usinagem do INCONEL 718

The nickel superalloys are known as being a material with poor machinability, they have some properties like high hardness, good resistance at high temperature, tendency to weld with the tool material at high temperature, etc. In the aerospace, biomedical and petrochemical industry, are increasing the need to use materials that resist to aggressive process and environment. In these uses, it has increased the use of nickel-based superalloys like Inconel 718 and consequently the need to research new techniques and tools to improve the machinability of this material. For the superalloys and resistant alloys at high temperatures is considered that the difficulty in the machining regards to the combination of the relatively high cutting forces and high temperatures that grow during the machine process, causing deformation or breakage of the cutting tool. This work purpose is to develop the study of the machining of external cylindrical turning of the nickel based alloy Inconel 718, using ceramic tools, seeking the optimization of machining this alloy, looking to provide real productive increases without the need of investments in new production means. The machining test were accomplished using commercials hard metal tools and the results were compared each other to find the best tool and the best parameter. The conclusion is that the tool TNMG160408-23 -class 1005- was the better one, when used with the parameter 60_15_08

Estudo da dinâmica e destino ambiental dos fluidos usados na usinagem industrial de peças metálicas

Este estudo consistiu na investigação sobre a interação dos lubrificantes empregados na usinagem de metais com a matéria orgânica natural (substâncias húmicas), a sua mobilidade no solo, a degradação microbiológica e a remoção dos mesmos do solo. Realizou-se, também, um estudo sobre as mudanças nas características dos fluidos após a sua utilização. Para o processo de degradação das amostras de fluido, submetidos aos efeitos de diferentes fatores ambientais, foram utilizados quatro tratamentos : (i) microrganismos nativos, chamada amostra controle; (ii) amostra controle com matéria orgânica proveniente de turfa; (iii) amostra controle acrescida de microrganismos existentes nos efluentes de máquinas de corte; e (iv) amostra controle com adição de microrganismos de compostagem. Para a pesquisa da degradação sem o efeito dos parâmetros climáticos, foram utilizadas amostras de solo contaminadas mantendo-se em estufa, e a inoculação dos microrganismos em meios de cultura com e sem acréscimo de fonte alternativa de carbono. Como técnicas analíticas, foram utilizadas a CG-DIC e a CG-EM. Essas técnicas são indicadas tanto para estudar a composição dos fluidos quanto dos produtos de degradação microbiológica, tendo sido otimizados métodos analíticos para serem empregados no monitoramento ambiental e de estudos de degradação. As análises por IVTF e por EF também foram empregadas na identificação e quantificação dos fluidos. Observou-se uma considerável interação dos fluidos solúveis com a matéria orgânica do solo, embora tenham se apresentado com alta mobilidade para alguns constituintes, bem como um acelerado processo de degradação durante o uso. De outro modo, os fluidos insolúveis se apresentaram mais imóveis, ficando retidos na matéria orgânica do solo, entretanto, foram mais prontamente degradados no ambiente que os solúveis. A adição de matéria orgânica e de microrganismos de compostagem acelerou o processo de degradação para todos os fluidos de corte investigados.

Influência na qualidade final de metais retificados através da variação da velocidade de mergulho

A retificação, processo final de usinagem de uma peça, utiliza fluidos de corte com a finalidade de lubrificação, refrigeração e remoção de cavacos. No entanto, esses fluidos são extremamente agressivos com o meio. Com o avanço tecnológico a tendência mundial é produzir peças cada vez mais sofisticadas, com elevado grau de tolerância geométrica, dimensional, com bom acabamento superficial, com baixo custo e, principalmente, sem causar danos ao meio. Para tanto, ao processo de retificação está intrínseca a reciclagem do fluido de corte, que se destaca pelo seu custo. Através da variação da velocidade de avanço no processo de retificação cilíndrica externa do aço ABNT D6, racionalizando a aplicação de dois fluidos de corte e usando um rebolo superabrasivo de CBN (nitreto de boro cúbico) com ligante vitrificado, avaliaram-se os parâmetros de saída da força tangencial de corte, emissão acústica, rugosidade, circularidade, desgaste da ferramenta, tensão residual e a integridade superficial através da microscopia eletrônica de varredura (MEV) dos corpos-de-prova. Com a análise do desempenho do fluido, do rebolo e da velocidade de mergulho, encontraram-se as melhores condições de usinagem propiciando a diminuição do volume de fluido de corte e a diminuição do tempo de usinagem, sem prejudicar os parâmetros geométricos e dimensionais, o acabamento superficial e a integridade superficial dos componentes.

Remoção de metais pesados de efluentes sintéticos aquosos por nanofiltração

O objetivo deste trabalho foi estudar a remoção de metais pesados de efluentes sintéticos aquosos através de nanofiltração, com utilização de membrana de poliamida. A membrana utilizada constituída de poliamida apresentou uma boa permeabilidade hidráulica, constatada pela linearidade de fluxo com a variação de pressão de trabalho. Os metais estudados foram cobre, cádmio, zinco, chumbo e níquel com especiação de nitrato e sulfato. O desempenho do sistema foi verificado pela variação dos parâmetros operacionais (pressão e fluxo), associados também com a variação da salinidade e da concentração do metal. Em uma etapa inicial estudou-se a remoção de metais (nitrato e sulfato) isoladamente em uma mesma concentração molar, na pressão de 10 bar, comparando-se as rejeições com e sem agente complexante (EDTA). Em uma segunda etapa, estudou-se o desempenho da membrana, com misturas dos metais (nitrato) e mistura de metais (sulfato), também com e sem agente complexante, os resultados mostraram que a presença de agente complexante melhorou a rejeição dos metais. Nestas misturas estudaram-se os efeitos das concentrações (0,001; 0,0005 e 0,0001mol/L) e das pressões (5; 7; 10 e 12,5 bar) no sistema de remoção, constatou-se que o aumento da concentração e diminuição da pressão afeta a remoção. Em uma terceira etapa, estudou-se a influência da salinidade pela mistura de dois metais de mesma especiação (sulfato), comparando a remoção na pressão de 10 bar. Os resultados atestaram uma rejeição maior que 94 % para todos metais, na pressão de 10 bar, indicando um excelente desempenho e fluxo adequado, daí viabilidade de processo para todas as concentrações testadas. A pertinência do teste se justifica pela adequação do permeado ao atendimento aos padrões ambientais de concentração de metais e confirmam a eficácia do sistema de nanofiltração na remoção de metais pesados

Análise de metais tóxicos em Sardinella brasiliensis (sardinha) no canal Sernambetiba da Lagoa da Tijuca (Rio de Janeiro/RJ)

Elementos-traço, de fontes naturais ou antropogênicas, são despejados continuamente nos rios, fato que acarreta sérios problemas, devido a sua toxicidade, longa persistência, bioacumulação e biomagnificação na cadeia alimentar. O sistema lagunar Tijuca-Jacarepaguá-Marapendi recebe um enorme aporte de nutrientes e poluentes devido aos impactos antrópicos em seus rios. Este estudo tem como objetivo principal avaliar os níveis de cobre, zinco, chumbo e alumínio em músculo e víscera na espécie Sardinella brasiliensis (sardinha), que habita a saída do Canal de Sernambetiba, Barra da Tijuca, Rio de Janeiro (RJ). Ao total foram analisados 44 indivíduos. O cobre em músculo apresentou uma concentração média de 0,5 0,66 mg/Kg e de 1,3 10,13 mg/Kg em víscera. Os valores de zinco em músculo e víscera foram de 5,2 3,69 mg/Kg e 25,6 48,16 mg/Kg, respectivamente. A concentração de chumbo foi de 2,48 3,09 mg/Kg (músculo) e 25,6 48,16 mg/Kg (víscera), enquanto a concentração de alumínio variou de 1,68 3,67 mg/Kg em músculo e 28,72 26,99 mg/Kg em víscera. Dentre as amostras, 56,8% apresentaram valores acima do limite estabelecido para consumo humano pela legislação brasileira para chumbo. Os elementos-traço apresentaram tendências de acumulação diferentes de acordo com o local (músculo ou víscera). As concentrações dos metais em músculo foram menores do que em vísceras. Os valores encontrados devem servir de alerta para uma contaminação da população de Sardinella brasiliensis que habita a saída do canal de Sernambetiba. Concluiu-se que a concentração de chumbo nos peixes encontrados estão acima dos limites permitidos para o consumo humano, e que a região encontra-se impactada

Quantificação de metais (Al, Fe, Mn, Pb, Zn e Cu) nos sedimentos do sistema estuarino das Ilhas de Tinharé-Boipeba (Bahia - Brasil)

O sistema estuarino das Ilhas de Tinharé-Boipeba está inserido na região do Baixo Sul baiano (Bahia Brasil), costa nordeste brasileira, e conectam-se com o oceano através de três saídas principais, Morro de São Paulo, Boipeba e Barra dos Carvalhos. Informações relacionadas à presença de metais no sedimento são quase inexistentes para a região. Nestes estuários foram coletadas 40 amostras de sedimento, onde analisou-se a concentração de metais (Al, Cu, Fe, Mn, Pb e Zn) através da extração com água-régia, segundo o protocolo do material de referência BCR-701 (RAURET et al., 2001). Baixas concentrações de metais foram registradas nas proximidades das saídas para o mar e no Canal de Garapuá e Rio Grande. Altas concentrações, porém praticamente dentro dos valores de referência na CONAMA 344/04, foram registradas no Rio Una, na maior parte do Rio Cairu, Rio das Almas, em quase todas as estações, no braço leste do Rio Cairu e na porção intermediária do Rio dos Patos. As concentrações dos metais (mg.kg1) apresentaram valores entre os seguintes intervalos, Al (3,57 x 104 a 3,19 x 102), Cu (1,02 x 102 a 0,35), Fe (4,33 x 104 a 2,05 x 102), Mn (1,44 x 103 a 2,73), Pb (6,67 x 101 a 2,66) e Zn (5,08 x 102 a 3,18). Através da análise estatística ACP (Análise dos Componentes Principais) e dos gráficos de correlação entre a granulometria do sedimento (areia, silte e argila) e os metais, observou-se maiores concentrações de metais com o aumento do percentual de silte e diminuição do percentual de areia. Também se identificou uma forte correlação entre a ocorrência do fósforo e a presença de metais. Acredita-se que a principal espécie química em questão seja o fosfato (PO43 ou P2O5) que é uma base dura, onde a ligação com os metais se dá pelo oxigênio, sendo o caráter iônico relevante. Não foi identificada uma correlação entre a presença de metais e a argila, fato atribuído ao baixo teor dessa granulometria para todas as amostras do estudo e a composição da argila desses estuários

Remoção de compostos sulfurados e nitrogenados de diesel hidrotratado por adsorção em argila, alumina e sílica-alumina, impregnadas com metais de transição

Na matriz energética brasileira, o óleo diesel tem lugar de destaque, porém ainda é comercializado com teores de compostos sulfurados e nitrogenados considerados altos para as legislações ambientais que entrarão em vigor nos próximos anos. Tradicionalmente, a remoção desses compostos de enxofre de correntes de petróleo é realizada por processos de hidrotratamento (HDT). No entanto, devido as características do diesel brasileiro, se faz necessária maior severidade para atingir as novas especificações dos combustíveis. Isto implica em investimentos e custos operacionais crescentes para atender a demanda que se instala. Neste contexto, a adsorção está sendo estudada para a purificação da corrente de óleo diesel oriunda da etapa de hidrotratamento como polimento final para alcançar as especificações mais exigentes. Sabe-se que os adsorventes comerciais apresentam limitações na remoção destes contaminantes e uma alternativa que tem se mostrado promissora é a incorporação de metais de transição na estrutura do sólido. No presente trabalho foram modificados adsorventes comerciais, tais como aluminas, sílica-aluminas e argilas pela introdução dos elementos níquel, colbalto e molibdênio e testado o desempenho dessas modificações frente à adsorção de compostos sulfurados e nitrogenados presentes em um diesel hidrotratado. Foram feitas caracterizações químicas, físicas, texturais e morfológicas dos sólidos com e sem incorporação de metais de transição na estrutura original. Os experimentos de adsorção foram realizados a 40C. Avaliando todos os sólidos, o adsorvente que mostrou o melhor desempenho na remoção de compostos sulfurados e nitrogenados por massa de adsorvente foi a sílica-alumina sem modificações, que foi capaz de remover em torno de 90% de compostos nitrogenados e 55 % de sulfurados para 2 g de sólido / 10 mL de diesel. Para os materiais modificados, observou-se que a incorporação dos metais de transição ocasionou redução da sua área superficial e do volume total de poros. Desta maneira, os efeitos esperados pelas interações entre o sítios metálicos e os compostos de nitrogênio e enxofre foram reduzidos

Estudos de metais pesados e isótopos de Pb nos sedimentos da Baía de Sepetiba baseados em geoquímica e na distribuição pelas possíveis áreas fontes

A Baia de Sepetiba é uma laguna costeira separada do oceano por uma ilha barreira. Localiza-se a 60 km da cidade do Rio de Janeiro, em uma importante região geoeconômica do Brasil. O objetivo deste trabalho foi avaliar a distribuição espacial da contaminação dos metais Cu, Pb, V, Cr, Cd, Co, Ni e Zn nos sedimentos da Baia. O mapa das concentrações elaborado pelo método de lixiviação permitiu caracterizar anomalias ao entorno da foz do Rio Guandu, na área da Coroa Grande, do Porto de Itaguaí, da Ilha do Martins, e anomalias ao longo de faixa com direção NW-SE. Os resultados das concentrações totais indicam contaminação por Zn, Cd, próximo a Ilha da Madeira com Pb e Cr associados e Cu e Zn na Restinga de Marambaia, com Ni, Pb e Cr associados. Os resultados dos isótopos de Pb para as razões de 206Pb/207Pb entre 1,23 e 1,27 representam os resíduos industriais e ocorrem em duas áreas: na parte leste da Restinga e entre as Ilhas de Jaguanum e Itacuruçá. A leste/sudeste destas ilhas foi reportada uma razão ainda mais alta (1.30), ainda não identificável na literatura. As correntes marinhas desempenham a redistribuição dos sedimentos e metais associados na Baia, com transporte de oeste para leste da pluma sedimentar descarregada pelos rios. Os principais causadores da poluição da Baia de Sepetiba são uma pilha de rejeito de Zn abandonada, resíduos industriais e domésticos não tratados de forma eficaz, poluentes atmosféricos de siderúrgicas e veículos, e por ventura resíduos de atividades navais e militares.

Traçadores isotópicos (Pb) e concentrações de metais em sedimentos superficiais: ferramentas na caracterização da poluição no setor oeste da baía de Sepetiba-RJ (SE do Brasil)

Este estudo teve como objetivo principal utilizar os teores de elementos-traço e análise isotópica de Pb (204Pb,206Pb,207Pb,208Pb) como ferramentas na caracterização da poluição da Baía de Sepetiba-RJ. As coletas de sedimento superficiais de fundo foram realizadas em três campanhas, em novembro de 2010, no setor oeste da Baía de Sepetiba RJ. A malha amostral é composta por 66 amostras (BSEP 001 a BSEP 066) coletadas com busca-fundo Van Veen. O pré-processamento das amostras ocorreu no Laboratório Geológico de Preparação de Amostras do Departamento de Geologia da Universidade do Estado do Rio de Janeiro. A digestão parcial das amostras de sedimento (< 0.072 mm) para obtenção do teor parcial dos elementos-traço (Ag, As, Cd, Co, Cr, Cu, Li, Mn, Ni, Pb, Sr, U, Zn) e de isótopo de Pb (lixiviação) foi executada no Laboratório de Geoquímica Analítica do Instituto de Geociências da UNICAMP e a leitura foi executada através do ICP-MS. Já as análises das concentrações totais dos elementos-traço (inclusive, Hg) e de isótopos de Pb (dissolução total) foram realizadas no laboratório ACTLABS (Ontário-Canadá) através do ICP Varian Vista. As leituras isotópicas foram feitas somente nas amostras que apresentaram concentrações parciais de Pb, acima de 0,5 g/g, totalizando 21 estações. Pôde-se constatar a existência de um enriquecimento de elementos-traço no setor oeste da Baía de Sepetiba. As médias dos teores totais de Ag (0,4 g/g), Cd (0,76 g/g), Cu (62,59 g/g), Li (43,29 g/g), Ni (16,65 g/g), Pb (20,08 g/g), Sr (389,64 g/g) e Zn (184,82 g/g) excederam os limites recomendados ou valores naturais. Isto pode ser reflexo da influência antrópica na região, principalmente relacionada à atividade de dragagem e à permanência dos resíduos de minério da desativada companhia de minério Ingá, na Ilha da Madeira. Os mapas de distribuição da concentração dos metais-traço destacaram a presença de vários sítios de deposição ao longo do setor oeste da baía de Sepetiba, com destaque para a região entre a porção centro oeste da Ilha de Itacuruça e o continente; Saco da Marambaia e Ponta da Pombeba; e porção oeste da Ponta da Marambaia. As razões isotópicas 206Pb/207Pb da área estudada variaram entre 1,163 a 1,259 para dissolução total e 1,1749-1,1877 para técnica de lixiviação, valores considerados como assinaturas de sedimentos pós-industriais ou comparados à assinatura de gasolina. Ainda sobre a técnica de lixiviação, destaca-se que os sedimentos superficiais do setor oeste (206Pb/207Pb: 1,1789) da baía de Sepetiba apresentaram uma assinatura uniforme e menos radiogênica do que setor leste (206Pb/207Pb: 1,2373 e 1,2110) desta baía. Através da assinatura isotópica de Pb encontrada nesta região é possível destacar a pouca contribuição das águas oceânicas para esse sistema, entretanto, a circulação interna intensa das águas da baía permite a homogeneização destas. O emprego destes tipos de ferramentas no monitoramento ambiental da área mostrou-se bastante eficiente, sendo importante a continuidade desta abordagem de pesquisa a fim de auxiliar na implementação de um plano de manejo local.

Quantificação e avaliação da biodisponibilidade de metais em sedimentos na Baía da Ribeira RJ

A toxicidade dos metais em ambientes aquáticos está relacionada à sua biodisponibilidade e esta, por sua vez, pode ser influenciada por diversos fatores. As características do sedimento fazem dele um importante compartimento para avaliação do nível de contaminação no ambiente aquático. A presente pesquisa teve por objetivo quantificar e avaliar a biodisponibilidade de metais em sedimentos da baía da Ribeira. Nessa região, encontram-se os bairros mais populosos de Angra dos Reis RJ. Essa baía está localizada na parte nordeste da baía da Ilha Grande, que consiste de um espaço pesqueiro, turístico e de importante valor econômico e industrial. Foram coletados 12 sedimentos na baía da Ribeira e determinados os teores dos metais Al, Cu, Cd , Cr, Fe, Mn, Ni, Pb e Zn, através da extração com água régia (protocolo BCR-701), e o potencial de toxicidade dos metais Cd, Cu, Ni, Pb e Zn pelo método de extração dos sulfetos voláteis em meio ácido e quantificação dos metais extraídos simultaneamente (em inglês Acid Volatile Sulfide and Simultaneously Extracted Metal, AVS/SEM). Também foram efetuadas medidas de pH, potencial redox (Eh), carbono orgânico, fósforo total e granulometria. Através desses dados, foi possível estudar correlações entre essas variáveis. As concentrações de cada metal são similares nas diferentes localizações dos sedimentos e não apresentam significativas diferenças com relação a estudos reportados para a área, com exceção do Pb que apresentou a mais alta concentração já reportada. Os valores de SEM/AVS (entre 0,02 e 0,2) menores que 1, indicam que há quantidade de sulfetos suficiente para o aprisionamento dos metais investigados. As correlações obtidas através da Análise dos Componentes Principais demonstram relação direta entre as concentrações da maioria dos metais extraídos por água-régia (Ni, Fe, Cr, Cu, Zn); entre os metais Mn, Pb, Al e o fósforo total; entre os teores de matéria orgânica, carbono orgânico total, fósforo total com as frações finas de silte e argila com o Eh. Os resultados sugerem que a região não sofre influência significativa de fontes antrópicas em relação a metais e que, segundo o AVS/SEM, esses se encontram pouco disponíveis para o ambiente e, portanto, apresentam baixo potencial tóxico