Células termogalvânicas são dispositivos eletroquímicos termoconversores onde dois eletrodos, não necessariamente idênticos quimicamente ou reversíveis, são mantidos em temperaturas diferentes. A diferença de temperatura entre os eletrodos cria uma diferença de potencial que pode ser utilizada para extrair corrente para um circuito externo. Deste modo, ocorre conversão direta de energia térmica em energia elétrica. Os eletrodos geralmente são confeccionados com metais nobres e estão imersos em uma solução eletrolítica aquosa contendo um par redox e sais que atuam como eletrólitos suportes. Contudo, estes metais têm um custo elevado e o meio aquoso apresenta uma janela eletroquímica de trabalho reduzida. O presente trabalho apresenta como proposta a utilização do metal alumínio, que é um metal de baixo custo em relação aos metais nobres e possui propriedades, como resistência à corrosão, que permitem a sua aplicação na confecção de células termogalvânicas. Além disso, apresenta, de forma inédita, resultados da utilização de soluções dos líquidos iônicos BMIBF4 (tetrafluoroborato de 1-n-butil-3- metilimidazólio) e BMPNTf2 (bis(trifluorometanosulfonil)imidato de 1-n-butil-1- metilpirrolidíneo) como solventes e eletrólitos em substituição à água e aos sais inorgânicos e/ou orgânicos. O objetivo principal foi avaliar o desempenho destas células termogalvânicas empregando eletrodos confeccionados de alumínio nestes meios. As técnicas eletroquímicas utilizadas para analisar a eficiência das células com diferentes soluções eletrolíticas compostas pelos líquidos iônicos na presença do par redox quinidrona (mistura equimolar de 1,4-benzoquinona e hidroquinona) e na presença ou ausência de água foram: cronopotenciometria, cronopotenciometria galvanostática, cronoamperometria, voltametria linear, voltametria cíclica e curvas de carga/descarga. A influência da diferença de temperatura entre os eletrodos também foi estudada. Verificou-se que o alumínio e as soluções de BMIBF4 são promitentes para a aplicação em células termogalvânicas. A presença de água nas soluções de BMIBF4 aumentou significativamente a condutividade do sistema e seu desempenho e eficiência de conversão energética. A diferença de temperatura entre os eletrodos é um fator importante a ser considerando durante a operação destas células. Todos os sistemas mostraram-se estáveis e reprodutíveis durante os experimentos eletroquímicos. / Thermogalvanic cells are thermoconverter electrochemical devices where two electrodes, not necessarily chemically identical or reversible, are held at different temperatures. The temperature difference between the electrodes creates a potential difference that can be used to drive current to an external circuit. Thus, direct conversion from thermal energy to electrical energy occurs. The electrodes usually are made from noble metals and are immersed in an aqueous electrolytic solution containing a redox couple and salts that act as supporting electrolytes. However, these metals have a high cost and the aqueous medium shows a reduced electrochemical working window. This thesis proposes the utilization of aluminum metal, which is a metal of low cost compared to noble metals and has properties such as corrosion resistance that allow its use in the confection of thermogalvanic cells. Moreover, it presents, unprecedentedly, results of the use of BMIBF4 (1-n-butyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate) and BMPNTf2 (1-n-butyl-1-methylpyrrolidinium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide) ionic liquid solutions as solvents and electrolytes instead of water and inorganic and/or organic salts. The goal of this work was to evaluate the performance of these cells employing aluminum electrodes in those media. The electrochemical techniques used to analyse the cell efficiency with different electrolytic solutions composed by the ionic liquids in the presence of the redox couple (1:1 1,4-benzoquinone/hydroquinone) and in the presence or absence of water were: chronopotentiometry, galvanostatic chronopotentiometry, chronoamperometry, linear sweep voltammetry, cyclic voltammetry and charge/discharge chronopotentiometric curves. The influence of the temperature difference between the electrodes was also studied. It was verified that the aluminum and the BMIBF4 solutions are promissory to the application in thermogalvanic cells. The presence of water in the solutions increased significantly the conductivity of the system and its performance and efficiency. The temperature difference between the electrodes is an important factor to be considered during cell operation. All the systems proved to be stable and reproducible during the electrochemical experiments.

A formação interna da estrutura de uma peça fundida deve determinar as características mecânicas dessa peça, quando em serviço. Dessa forma, torna-se fundamental conhecer e parametrizar os elementos que influem na formação da estrutura do componente sólido, para o desenvolvimento adequado de sistemas de solidificação que permitam conduzir a melhoria da qualidade de uma peça no processo de solidificação. Modelos numéricos podem ser empregados para a determinação da formação estrutural, entretanto estes devem ser aferidos adequadamente para garantir sua aplicabilidade. No trabalho em questão, desenvolveu-se uma metodologia que permitiu a aferição de um modelo numérico para a previsão das condições de resfriamento de ligas de alumínio. Elaborou-se um conjunto de coquilhas e moldes que permitiram o acoplamento e verificação da estrutura formada na solidificação em diferentes situações de resfriamento, observando principalmente a direção de extração de calor e a taxa de resfriamento associada. O modelo numérico aplicado respondeu coerentemente aos resultados obtidos permitindo a previsão da estrutura solidificada pela observação dos resultados de evolução das isotermas solidus e liquidus no interior dos sistemas.

Este trabalho analisa o processo de obtenção da Curva Limite de Conformação (CLC) através do procedimento adotado por Nakazima, 1968. Ele variando o formato dos corpos de prova submeteu os mesmos a um ensaio de estiramento simulando uma ampla faixa de deformações que vão desde o embutimento profundo passando pela deformação de tração simples até a deformação biaxial de tração. Foram feitos ensaios com corpos de prova em formato de tiras, exatamente como Nakazima propôs. A ruptura para estes corpos de prova ocorre de modo aleatório rompendo inclusive na região de contado da matriz com o mesmo. Fez-se ensaios com corpos de prova com tiras entalhadas. Esse entalhe tem a função de promover a estricção ou ruptura dependendo do ponto de parada do ensaio, na região de contato entre punção e corpo de prova ensaiado. No presente trabalho utiliza-se o mesmo método de Nakazima variando o formato do punção, em vez de um domo ou ponta hemisférica optou-se pela ponta eliptica. Foi analisada a influencia na CLC obtida, uma vez que a forma elíptica proporciona uma área de contato inicial maior gerando menores solicitações mecânicas no inicio do ensaio resultando numa CLC mais para cima quando comparada com uma CLC gerada com punção hemisférico. Para esta análise utilizou-se como matéria prima o alumínio comercialmente puro liga AA1050-O.

O objetivo deste estudo é apresentar uma metodologia que visa otimizar e melhorar o processo de obtenção de materiais no estado semi-sólido. O material escolhido é a liga AA7075 utilizada em operações de forjamento. Para alcançar este objetivo foi construído um protótipo para obtenção do material nesta condição. A tecnologia utilizada é a globularização da microestrutura da liga através da agitação mecânica seguida de um resfriamento rápido. Parte-se do princípio que a qualidade e a caracterização do produto final demandam por um sistema de monitoração e controle das variáveis envolvidas no processo de fabricação. Além disso, considera-se que a evolução tecnológica da reofundição precisa ser mais centrada nos métodos de produção do que na novidade do evento. Foram avaliadas as relações existentes entre a morfologia da microestrutura, comportamento da viscosidade aparente durante a aplicação de forças externas, deformabilidade e dureza do produto obtido nas condições experimentais propostas. / This study aims at presenting a methodology so as to improve and optimize the process of obtaining materials under a semi-solid state. The material chosen is the AA7075 alloy used in forging procedures. In order to achieve our objectives, we built a prototype so as to obtain the material under the desired conditions. The technology used is the globularization of the alloy microstructure, which was achieved through mechanical shaking followed by sudden cooling. Our fundamental basis is that both the quality and the characterization of the final product depend on a monitoring system as well as the control of the variables involved in the manufacturing process. Besides, we believe that the technological rheocast evolution needs to focus more on the production methods rather than on the novelty of the event. Finally, we have evaluated the existing relations involving the microstructure morphology, the viscosity behavior during the application of external forces, the deformation and the hardness of the product obtained under the proposed experimental conditions.

O presente trabalho trata do desenvolvimento de superfícies superrepelentes a líquidos em substratos de cobre e alumínio. As superfícies foram tratadas a fim de se produzir uma nano/micro estrutura rugosa apropriada para a superrepelência e receberam recobrimentos de compostos de baixa energia livre de superfície. Os substratos de cobre tiveram sua superfície modificada por meio da deposição de prata em forma dendrítica em sua superfície por uma reação de oxi-redução espontânea ou por etching em solução de ácido clorídrico e sua energia livre de superfície modificada por recobrimentos de trimetoxipropilsilano, politetrafluoretileno ou 1H,1H,2H,2H-perfluorodeciltrietoxisilano, enquanto que os substratos de alumínio tiveram suas superfícies modificadas por etching em solução de acido clorídrico e receberam recobrimentos de 1H,1H,2H,2H-perfluorooctiltrietoxisilano ou 1H,1H,2H,2H-perfluorodeciltrietoxisilano. As superfícies obtidas tiveram seus ângulos de contato estático e dinâmico com água e outros líquidos de menor tensão superficial medidos e foram caracterizados por meio de MEV, MEV-EDS e XPS. As superfícies resultantes se mostraram superhidrofóbicas em todos os casos e superoleofóbicas em alguns dos casos. As amostras de cobre atingiram, nos melhores casos, valores de ângulo de contato com água de 169,8º e com hexadecano 152,6º enquanto que os valores mais altos para as amostras de alumínio foram 162,0o com água e 151,6º com hexadecano. Também se realizou um teste de regeneração em uma das superfícies após essa ter sido danificada mecanicamente, confirmando uma fácil e simples regeneração das áreas danificadas sem perdas nas propriedades superrepelentes. / The present work deals with the development of super-liquid-repellent surfaces on copper and aluminum substrates. The surfaces were treated in order to produce a nano/micro roughness structure suitable for superrepellency and were coated with low surface free energy compounds. The copper substrates were modified through the deposition of silver in a dendritic form on its surface by a spontaneous redox reaction or by chemical etching in hydrochloric acid solution and had their surface free energies modified by trimethoxypropilsilane, polytetrafluoroethylene or 1H, 1H, 2H, 2H-perfluorodecyltriethoxysilane coatings, while the aluminum substrates had their surfaces modified by chemical etching in hydrochloric acid solution, and received 1H, 1H, 2H, 2H-perfluorooctyltriethoxysilane or 1H, 1H, 2H, 2H-perfluorodecyltriethoxysilane coatings. The obtained surfaces had their static and dynamic contact angles with water and other low surface tension liquids measured and were characterized by SEM, SEM-EDS and XPS. The resulting surfaces were superhydrophobic in all cases and, in some cases, superoleophobic. Copper samples reached, in the best cases, values of contact angles with water and hexadecane of 169,8º and 152,6º while the highest values for of aluminum samples were 162,0o with water and 151,6º with hexadecane. It was also conducted a regeneration test on one of surfaces after it being mechanically damaged, resulting in an easy and simple regeneration of the damaged areas without any superrepellent properties lost.

Neste trabalho, procurou-se investigar a fundição de peças metálicas pelo método de sucção em câmara de vácuo, bem como, estudar características e propriedades de discos de alumínio obtidos por este processo. Experiências foram realizadas com o propósito de obter informações acerca dos parâmetros que devem ser seguidos na operação do equipamento de sucção e sobre a influência de variáveis importantes, corno o grau de superaquecimento, a temperatura inicial da coquilha, a taxa de aspiração e o tipo de liga, nas propriedades das pecas produzidas. Nas condições de realização dos testes de vazamento por aspiracao em câmara de vácuo, os resultados obtidos foram satisfatórios, permitindo a produção de petas com e. sanidade de sejada. Quanto às propriedades dos discos obtidos por aspiração em coquilha, verificou-se ser a estrutura macrográfica do tipo colunar e bi-partida nos degraus. Além disso, comprovou-se a influência das variáveis anteriormente citadas sobre o nível de fluidez. Finalmente, pode-se concluir ser possível a obtenção de discos com espessuras variando de 0,5 a 0,8 mm, quando se usa moldes metálicos pré-aquecidos. / The aim of this work was to study the production of aluminum parts by the counter gravity casting method. The study covers the aspects of the process, like the construction of a vacuum system and the solidifica ti on properties of aluminum(fluidity), as a function of the process parameters. The conclusions show that it is possible to obtain very thin aluminum disks with thickness ranging from 0,5 mm to O, 8 mm, Vlhen using pre-heated metalic molds. It also shows an increase in fluidity in aluminum alloys with the increase of mold temperature, s u perheating degree and aspiration rate.

A inibição do crescimento das culturas causada na condição de solos ácidos, devido principalmente pela deficiência de fósforo (P) e toxidez de alumínio (Al), é um sério problema para a produção agrícola. Em trigo, a cv. Toropi foi identificada como altamente tolerante ao Al e, também apresenta tolerância à presença de baixo P, quando comparada a cultivar sensível, Anahuac. Para compreender os mecanismos de aclimatação de Toropi na coexistência dos estresses, análises genéticas e fisiológicas comparativas foram realizadas em plântulas sob condição de hidroponia. Análises relacionadas ao requerimento de P nos genótipos e na população segregante (Toropi X Anahuac) permitiram confirmar a tolerância de Toropi à deficiência de P pela maior capacidade de estabilizar os níveis de fosfato livre na parte aérea, possivelmente por regular mais adequadamente a translocação de P para parte aérea em comparação com Anahuac. Foram identificados QTLs (Quantitative Trait Loci) relacionados às características de deficiência de P e tolerância ao Al com ampla distribuição nos grupos de ligação. Quanto à característica de Al foi reforçada a superioridade do cromossomo 4DL na característica, contribuindo com cerca de 20% da variação fenotípica. Neste mesmo cromossomo, foi localizado um QTL para a concentração de fosfato livre nas raízes explicando cerca de 10% da característica, em apenas 4cM de distância. Colocalização de QTLs foi encontrada também no grupo de ligação 19. Análises genéticas pelo método de subtração supressiva, SSH (Suppression Subtractive Hybridization) permitiram identificar sequências diferencialmente expressas relacionadas a ambos os estresses e avaliar seu comportamento temporal nos genótipos sob deficiência de P. Evidenciou-se uma complexa rede de ativação de genes em Toropi relacionada às mais diversas vias metabólicas, mas principalmente no metabolismo secundário e vias de sinalização. Análises enzimáticas relacionadas ao metabolismo antioxidativo sugerem comportamento diferencial de Toropi para a enzima catalase. A partir dos resultados pode-se inferir que, pelo menos parcialmente, há compartilhamento das rotas induzidas na resposta aos estresses de Al e P. / The inhibition of crop growth caused by acid soils mainly due to phosphorus (P) deficiency and aluminum (Al) toxicity is a significant problem to agriculture. In wheat, the cultivar Toropi was identified not only as highly tolerant to Al but also to low P availability, when compared to the sensitive cultivar Anahuac. Aiming to understand Toropi's acclimation mechanisms, in the co-existence of these stresses, genetic and physiologic analysis were performed in seedlings on hydroponics. Studying the P requirements, in both genotypes and in its segregating population (Toropi X Anahuac), allowed confirming Toropi's tolerance to P deficiency. It was due to its higher capacity of stabilizing shoot free phosphate levels caused by better regulation of P translocation to the shoot. QTLs (Quantitative Trait Loci) related to P deficiency and Al tolerance were identified distributed at several ligation groups. In relation to the trait Al tolerance it was reinforced the superiority of chromosome 4DL. It contributed with about 20% of the phenotypic variation. At this chromosome was also located, at 4 cM of distance, a QTL related to free phosphate in the roots explaining about 10% of this trait. QTL colocalization was found also at ligation group 19. Genetic analysis using suppressive subtraction, SSH (Suppression Subtractive Hybridization) permitted identification of differentially expressed sequences related to both stresses as well as evaluation of temporal behavior of sequences in the genotypes under P starvation. A complex gene activation network was observed in Toropi related to several metabolic pathways, especially to the secondary metabolism and transduction pathways. Enzymatic analysis of antioxidative metabolism suggested a differential behavior of the enzyme catalase for Toropi. Based on these results it is suggested that, at least partially, sharing of pathways exists between the responses to P and Al stresses.

Genótipos de aveia variam quanto à tolerância ao alumínio no solo. Uma maneira fácil, rápida e eficiente de identificar a tolerância ao alumínio é através do uso de solução nutritiva, em laboratório. Os objetivos deste estudo foram ajustar a metodologia de avaliação da tolerância ao alumínio, avaliar linhagens recombinantes quanto à tolerância ao alumínio em laboratório e a campo e estimar o número de genes que controlam o caráter, identificar marcadores morfológicos associados com a tolerância ao alumínio e avaliar os efeitos do gene de tolerância ao alumínio sobre caracteres de importância agronômica. Os ajustes na metodologia foram realizados envolvendo genótipos de aveia e trigo com resposta conhecida ao alumínio tóxico. Uma população de 333 linhagens recombinantes nas gerações F5:6 e F5:7 provenientes do cruzamento entre os genitores UFRGS 930598-6 (sensível) e UFRGS 17 (tolerante) foi avaliada em solução nutritiva. O número de genes que controlam a tolerância ao alumínio foi estimado pela distribuição de freqüência do recrescimento médio da raiz principal. Uma amostra de 22 linhagens recombinantes sensível e tolerante ao alumínio tóxico foi avaliada no campo, com alta concentração de alumínio no solo. A associação e o efeito do gene de tolerância ao alumínio com outros caracteres agronômicos foram realizados a campo em solo livre de alumínio. A técnica de avaliação da tolerância ao alumínio permitiu a discriminação mais eficiente dos genótipos após os ajustes realizados. A tolerância ao alumínio em aveia é governada por um gene de grande efeito, sendo que os genótipos tolerantes possuem os alelos AlaAla e os genótipos sensíveis os alelos alaala. A avaliação da tolerância ao alumínio em laboratório foi confirmada a campo. O caráter tolerância ao alumínio não apresenta alta associação com outros caracteres agronômicos. A presença do gene de tolerância ao alumínio não está associada a efeitos negativos em caracteres de importância agronômica.

A moldagem por injeção em baixa pressão (MIBP) é uma técnica que já vem sendo empregada na produção de peças cerâmicas com formas e geometrias complexas. A composição e a homogeneidade da mistura de ligantes orgânicos e pós cerâmicos, são fatores determinantes que devem ser controlados para minimizar a formação de imperfeições no processamento do feedstock2 para MIBP. Defeitos típicos de processamento por MIBP, como bolhas de ar e aglomerados, geram gradientes de densidade nas misturas, que após conformadas, possuem poucas possibilidades de remoção. Essas imperfeições comprometem o desempenho dos produtos obtidos por essa técnica. Sendo assim, este trabalho tem por objetivo avaliar a influência que variáveis de processo, tais como o tipo de misturador, o uso ou não de vácuo durante o processamento e o tempo de mistura, exercem na densidade aparente das amostras a verde. Também foi analisada a influência que a distribuição do tamanho de partículas, os modificadores de superfície e o percentual de cera de carnaúba exercem no comportamento reológico dessas misturas. Para tanto, usou-se alumina submicrométrica (como recebida ou desaglomerada), foi adicionada a uma mistura fundida de ligantes (a base de parafina, ceras e aditivos) e processada em dois tipos diferentes de misturadores, com e sem o auxílio de vácuo. Além disso, foram preparadas misturas variando-se a composição, trocando o modificador de superfície utilizado ou alterando o percentual de cera de carnaúba presente no veículo orgânico (V.O.). Foi observada a presença de aglomerados na alumina como recebida, possivelmente gerados durante a etapa de calcinação. Também foi observado que o tipo de misturador e a aplicação ou não de vácuo durante a etapa final do processamento tem grande influência na densidade das amostras a verde, bem como na viscosidade do feedstock para a injeção. Além disso, observou-se que a composição com dois modificadores de superfície (ácido oleico e ácido esteárico) apresenta viscosidade menor do que quando se usa um único agente modificador de superfície. Finalmente, foi observado que a adição de cera de carnaúba diminui exponencialmente a viscosidade das amostras a verde, abrindo assim a possibilidade de aumentar o percentual de sólidos ou diminuir o tempo de processamento, o que pode auxiliar na redução de custos na produção de peças cerâmicas utilizando o método de moldagem por injeção em baixa pressão. / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Low-pressure injection molding (LPIM) is a technique that has been used in the production of ceramic parts with complex shapes and geometries. The composition and homogeneity of the mixture of ceramic powder and organic binders are determining factors that must be controlled to minimize the defect formation in LPIM parts. Typical defects generated in LPIM processing, such as bubbles and agglomerates, form density gradients in the mixtures, that after molded, have a low probability of removal. These imperfections compromise the performance of the products obtained by this technique. Therefore, this work aims to evaluate the influence of process variables (such as mixers, the use or not of vacuum during the processing and mixing time), on the apparent density of green samples. It was also evaluated the influence of particle size distribution, the surface active agents and the percentage of carnauba wax on the rheological behavior of these mixtures. For that, purpose submicrometric alumina (as received and deagglomerated), was added to a molten binder mixture (based on paraffin wax and additives) and processed in two different mixers, with and without vacuum assistance. Furthermore, mixtures were prepared varying the composition, changing the surface active agent used or modifying the percentage of carnauba wax presents in the organic vehicle (O.V.). It was observed the presence of alumina agglomerates in the powder as received, possibly generated during the calcination step. It was also observed that the kind of the mixer and the application or not of vacuum during the final stage of process has a great influence on the density of green samples, as well as in the viscosity of feedstock for injection. Furthermore, it was observed that the mixture with two surface active agents (oleic acid and stearic acid) presents lower viscosity than only one surface active agent. Finally, the addition of carnauba wax reduces exponentially the viscosity of feedstock, allowing the possibility to increase the percentage of solids or reduce the time of processing, which can help in the production cost reduction of ceramic parts using the low-pressure injection molding method.

Orientador: Rubens Caram Jr / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-07-21T07:06:36Z (GMT). No. of bitstreams: 1 TrivenoRios_Carlos_M.pdf: 6522727 bytes, checksum: 88fd5f064bc0cbb6708b072bbba53f63 (MD5) Previous issue date: 1996 / Resumo: O presente trabalho trata do desenvolvimento de uma metodologia de previsão da microestrutura dendrítica no processo de fundição de ligas de alumínio. O trabalho foi iniciado pela escolha uma liga de alumínio utilizada na fabricação de pistões automotivos como objeto de análise. Tal liga continha aproximadamente 9,0% de silício e 2,5% de cobre, em peso. O desenvolvimento do trabalho envolveu a caracterização metalográfica e térmica da liga, com o objetivo de identificar qualitativamente e quantitativamente as fases e estruturas formadoras de sua microestrutura metalúrgica, e também seus pontos de transformação. Tal caracterização teve como objetivo, basicamente, estabelecer o início e o fim da solidificação. Em seguida, foi elaborado o estudo do crescimento dendríticos da liga, por meio de solidificação direcional, tendo como meta determinar correlações entre microestrutura dendrítica e parâmetros térmicos. Finalmente, foram executados experimentalmente e simulados numericamente, os processos de fundição em areia e em aço. Os resultados obtidos da solidificação direcional foram empregados na simulação do processo, o que resultou na possibilidade de previsão da microestrutura dendrítica das peças fundidas. A comparação de dados fornecidos pela simulação da microestrutura, com dados obtidos experimentalmente, mostraram boa concordância, o que mostra que a previsão microestrutural é possível e pode ser empregada na otimização da microestrutura metalúrgica de peças fundidas industrialmente / Abstract: This work deals with the development of a method to predict the dendritic microstructure in aluminum alloy foundry process. Firstly, an aluminum alloy used in automotive pari production was chosen to be studied in this work. Such an alloy had an average amount of 9.0% wt. of Si and 2.5% wt. Of Cu. The work was started by making the alloy metallography and thermal analysis, where the aim was to identify its phases and structures, as well its phase transformation temperatures. The final objective of such a characterization was to detect the beginning and the end ot he alloy solidification. The next step was related to the study of the alloy dendritic growth by using directional solidification technique and its purpose was to find a relationship between the solidification thermal parameters and the dendritic microstructure. Finally, two types of foundry process, in sand and in steel molds, were performed experimentally and numerically. The results obtained from directional solidification were used to simulate numerically the foundry process. The comparison between the microstructure prediction and the experimental results showed good agreement. Such a result allows one confirm that this process simulation may be used in optimization of the foundry product microstructures / Mestrado / Materiais e Processos de Fabricação / Mestre em Engenharia Mecânica