Orientador: Maria Helena Robert / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-23T10:48:15Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Ferreira_LygiaMariaPolicarpio_M.pdf: 14529538 bytes, checksum: f34c04de7772ea86ea3d164ba7a34c41 (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: Este trabalho explora a aplicação da tecnologia de metais semi-sólidos para a fabricação de compósitos de matriz metálica (CMM), e ainda a possibilidade de reciclagem de cavacos de usinagem para a produção destes materiais, buscando o desenvolvimento de uma engenharia de baixo custo. São empregados como matriz a liga AA7075, dada a grande geração de cavacos de usinagem na indústria aeronáutica, e SiC ou NiAl2O4 particulados como reforços. O processo é baseado na tixoconformação de misturas de cavacos e partículas de reforço; é esperada a penetração destas últimas em contornos de glóbulos, contendo líquido, no interior do cavaco no estado semi-sólido. São avaliados parâmetros de processo e sua influência na qualidade do produto, em particular na distribuição de reforço na matriz e interação matriz/reforço. Compósitos tixoconformados contendo 10, 20 e 30% em peso de SiC são avaliados mecanicamente através de ensaios de microindentação instrumentada e desgaste micro-abrasivo. Os resultados mostraram, de modo geral, a viabilidade do processo proposto para a fabricação de diferentes tipos de compósitos, o qual envolve procedimento simples e de reduzido custo, além de mostrar a possibilidade de produção de materiais com boas propriedades mecânicas a partir da reciclagem de cavacos, particularmente importante em uma indústria que envolve elevada demanda de energia, como a do Al. Os resultados indicaram que a qualidade geral do produto, em termos de distribuição do reforço e interação reforço/matriz dependem da adequada seleção dos parâmetros de processo: temperatura, tempo de aquecimento, pressão de tixoconformação. Entre as várias condições estudadas, as composições nas quais foi utilizado NiAl2O4 como reforço apresentaram melhores características microestruturais, com melhor interface entre matriz e reforço e baixa porosidade. Boa dispersão das partículas de reforço e baixa porosidade também foram observados para compósitos reforçados com SiC nos quais foram adicionadas partículas finas de silício e alumina / Abstract: This work explores the application of semi-solid technology to produce metal matrix composites, and also the possibility of using machining chips as raw material. The main aim is to develop a process inserted in a low cost engineering concept. To achieve this general objective, the alloy AA7075 is used as matrix, once a significant amount of rejected chips of this high resistance, low weight alloy is generated in the aeronautical industry. As reinforcing material, SiC or NiAl2O4 particles are used. The proposed process is based on the thixoforming of pre-compacted mixtures of chips and reinforcing particles; it is expected the penetration of reinforcing particles within the semi-solid, thixotropic material. It is analyzed the influence of processing parameters in the final quality of products, particularly in the reinforcement dispersion in the matrix and matrix/reinforcement interface. Thixoformed composites containing 10, 20 and 30% weight SiC are produced and evaluated concerning mechanical properties through indentation tests and micro wear. Results showed the general viability of producing composites by the proposed technique, based on a simple and low cost procedure. It was also shown the possibility of producing materials with good mechanical properties from recycled chips, which is particularly important in the high energy demanding Aluminium industry. Results showed the importance of choosing appropriate processing parameters (temperature, heating rate / soaking time and thixoforming pressure), to achieve desired product quality. Among the various conditions studied, the compositions in which NiAl2O4 was used as reinforcement showed better microstructural characteristics with better interface between matrix and reinforcement, and lower porosity. Good dispersion of the reinforcement particles and low porosity were also observed for SiC reinforced composites in which fine particles of silicon and alumina were added / Mestrado / Materiais e Processos de Fabricação / Mestra em Engenharia Mecânica

Orientador: Maria Helena Robert / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-11-08T18:35:02Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Ribeiro_DanielTadeudeCarvalho_M.pdf: 21302819 bytes, checksum: 8a7a0a9d878be3b8ccb6833173c35aef (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: Este trabalho tem como objetivo desenvolver um método alternativo para a fabricação de espumas metálicas pela reciclagem de cavacos de Al e a caracterização mecânico-metalúrgica do produto obtido. O processo investigado envolve a espumagem de compactados de misturas de cavacos e pó de agente espumante, com a espumagem ocorrendo na liga em estado semi-sólido tixotrópico. Foram fabricados precursores espumáveis pela mistura de cavacos da liga de Al AA356, com duas distintas granulometrias, a 1,5wt% do agente espumante TiH2 e posterior compressão também em duas distintas condições: compressão simples a frio e compressão dupla, a frio e a quente. Os elementos precursores foram aquecidos, sofrendo espumagem em estado semi-sólido, pela dissociação do agente espumante formando gás H2 no interior do metal. As espumas metálicas produzidas foram analisadas quanto à sua qualidade interna, arquitetura celular (dimensões, geometria de poros, espessura de paredes metálicas), propriedades físicas (densidade, teor de porosidade, condutividade e difusividade térmicas) e mecânicas em compressão semi-estática. O comportamento mecânico em compressão e o comportamento térmico das espumas produzidas foram também estimados teoricamente utilizando modelos da literatura. Os resultados obtidos mostraram que o processo proposto é eficaz para a produção de espumas de boa qualidade. Os melhores resultados são obtidos com o emprego de compactação dupla e espumagem direcional do precursor. Não foi possível observar influência das dimensões dos cavacos utilizados, na faixa de tamanhos empregada, nas características e propriedades das espumas produzidas. O comportamento das espumas metálicas sob compressão semi-estática demonstrou a formação de um platô de deformação plástica ascendente, o que indica uma grande capacidade de absorção de energia mecânica; todas as amostras apresentaram condutividade térmica bastante inferior e difusividade superior à do metal maciço, representando boas propriedades isolantes térmicas. Os valores de propriedades mecânicas estimadas teoricamente diferem dos obtidos experimentalmente, indicando necessidade de cuidado no emprego destes modelos / Abstract: This work aims to develop an alternative method for manufacturing metal foams by Al alloy machined chips recycling and mechanical and metallurgical characterization of the product. The process investigated involves foaming a compressed mixture of Al chips and foaming agent powder, with foaming occurring with the alloy in semi-solid thixotropic state. Foamable precursors were manufactured by mixing Al alloy A356 machined chips in two different particle sizes, to 1.5 wt% of the foaming agent TiH2 and its posterior compression also in two distinct conditions: simple cold compression and double compression, cold and hot. The precursors were heated, being foamed in semisolid state, by dissociation of the foaming agent generationg H2 into the bath. The internal quality, cellular architecture (pore size and geometry, cell wall thickness), physical properties (density, porosity level, thermal conductivity and thermal diffusivity) and mechanical behaviour under semi-static compression were analyzed for the metal foams produced. The mechanical behavior under compression and thermal behavior of the foams produced were also calculated using theorical models from literature. The results showed that the procedure proposed is effective for the production of foams of good quality. The best results are obtained foaming directionaly precursors manufactured by double compression. It was not possible to observe the influence of the dimensions of the machined chips, considering the size range adopted, on the characteristics and properties of the foams produced. The mechanical behavior of metallic foams under semi-static compression showed the formation of a ascendent plateau of plastic deformation, which indicates a great capacity of absorbing mechanical energy; all samples showed significantly lower thermal conductivity and diffusivity compared to the solid metal, what represents good thermal insulation properties. The theorical estimative of the sample's mechanical properties differ from those obtained experimentally, indicating that the matematical models proposed has to be used carefully / Mestrado / Materiais e Processos de Fabricação / Mestre em Engenharia Mecânica

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Levando em consideração medidas para diminuir os efeitos das mudanças climáticas e tecnologias que auxiliam na segurança energética, esta dissertação tem como tema central o estudo da geração de gás hidrogênio como energia alternativa. O gás hidrogênio é um vetor energético com reduzidas emissões de poluentes na atmosfera se comparados com as fontes tradicionais existentes de energia. No entanto, estudos e pesquisas sobre suas potencialidades e viabilidades, tanto técnicas quanto socioeconômicas e ambientais, precisam ser desenvolvidas para amadurecimento tecnológico. O objetivo desta dissertação é analisar a produção de hidrogênio por hidrólise alcalina, com a reutilização de alumínio, correlacionando-a aos aspectos da sustentabilidade. Parte-se de um processo já conhecido e bem difundido no meio científico o qual será analisado e discutido suas possibilidades como tecnologia alternativa para produção de energia. O método empregado para a análise foi bibliográfico junto com o levantamento de dados primários em laboratório de um processo com requerimento de patente, dando caráter de pesquisa exploratória e descritiva. Os principais resultados técnicos foram: vazão média 77,53 ml.(min.g) -1 de H2, com pureza de 84,20%. Em seguida, realizou-se uma análise econômica, em moeda nacional, real R$/(m³.H2) e dólar norte-americano US$/kWh, comparando com outros estudos que determinaram o custo de produção em processos de geração deste tipo do gás. Estruturou-se uma matriz de aspectos e impactos que ilustram os potenciais efeitos na geração de energia. Concluiu-se que à geração de gás hidrogênio por hidrólise alcalina com a reutilização de alumínio secundário contribui para a visão direcionada para a sustentabilidade do planeta, podendo ser uma alternativa energética descentralizada. / Taking into account measures to reduce the effects of climate change and technologies that help energy security, this dissertation focuses on the study of generation of hydrogen gas as alternative energy. Hydrogen gas is an energy vector with reduced emissions of pollutants into the atmosphere compared to existing traditional sources of energy. However, studies and research on their potentialities and viabilities, both technical and socioeconomic and environmental, need to be developed for technological maturation. The objective of this dissertation is to analyze the production of hydrogen by alkaline hydrolysis, with the reuse of aluminum, correlating it to the aspects of sustainability. It starts from a process already known and well diffused in the scientific environment which will be analyzed and discussed its possibilities as alternative technology for energy production. The method used for the analysis was bibliographic along with the collection of primary data in the laboratory of a process with patent application, giving character of exploratory and descriptive research. The main technical results were: average flow 77.53 ml (min.g) -1 .H2, with a purity of 84.20%. Then, an economic analysis was performed in national currency, real R $ / (m³.H2) and US$ / kWh, comparing with other studies that determined the cost of production in this type of generation processes. gas. A matrix of aspects and impacts was drawn up illustrating the potential effects on energy generation. It was concluded that the generation of hydrogen gas by alkaline hydrolysis with the reuse of secondary aluminum contributes to the vision aimed at the sustainability of the planet, and can be a decentralized energy alternative.

Tratando-se de construções leves, para as condições climáticas de Curitiba, é recomendável o uso de materiais de cobertura que minimizem a transferência de calor no verão, porém evitando perdas de calor no inverno. A utilização de materiais isolantes como barreiras radiantes, formadas, por exemplo, por folhas de alumínio justapostas, pode trazer vantagens térmicas nessas duas situações. Uma opção de baixo custo para exercer a função de uma barreira radiante baseia-se no uso de embalagens Tetra Pak® , as quais têm uma de suas faces aluminizada. A pesquisa teve por objetivo avaliar o desempenho térmico das seguintes mantas isolantes: placas de 50 mm de Isopor® , foil dupla face e mantas Tetra Pak® em coberturas de guaritas de fibra de vidro, em condições reais de exposição aos elementos do clima e nos períodos de transição outono-inverno e primavera-verão. Os procedimentos metodológicos no período de transição outono-inverno compreenderam a comparação das temperaturas do ar e superficiais da cobertura. No período de transição primavera-verão, realizou-se a comparação das temperaturas do ar, superficiais da cobertura e das paredes face leste e face sul e da medição do fluxo de calor, para cálculo da resistência térmica. A utilização das mantas Tetra Pak® com a face aluminizada voltada para a cobertura ou com revestimento em dupla face (duas mantas Tetra Pak® coladas - ambas as faces aluminizadas expostas) apresentaram uma redução na temperatura superficial máxima de 9,8°C e 9,3°C, respectivamente e um aumento na temperatura superficial mínima de 2,7°C e 2,0°C, respectivamente. Para o período de transição primavera-verão os resultados para as mantas Tetra Pak® mostraram-se superiores aos das placas de Isopor® e do foil dupla face. / In light-weight buildings under the climatic conditions of Curitiba, it is recommended the use of roofing materials that minimize heat gains in summer while avoiding heat losses in winter. The use of insulating materials such as radiant barriers, formed, for example, by juxtaposed aluminum sheets, can bring thermal advantages in such situations. A low-cost option to perform the function of a radiant barrier is based on the use of open Tetra Pak® packages, which have one of their aluminized sides exposed. The aim of the study was to evaluate the thermal performance of the following insulation sheets: 50mm Styropor® , double-sided foil and Tetra Pak® sheets for fiberglass enclosures, in conditions of natural exposure to weather elements and in transitional periods in fall-winter and spring-summer. The methodological procedures in the autumn-winter transitional period comprised the comparison of air and surface temperatures of the roof elements. In spring-summer, air and surface temperatures of roof and walls (east- and south-facing) were compared and the measurement of the heat flow, to calculate the thermal resistance. The use of Tetra Pak® sheets with an upward-facing aluminized side or with double-sided coating (two glued, open Tetra Pak® packages - aluminized faces exposed) showed a reduction in the maximum surface temperature of 9.8°C and 9.3°C, respectively, and an increase in the minimum surface temperature of 2.7°C and 2.0°C, respectively. For the spring-summer transitional period, results for Tetra Pak® sheets were superior to those of Styropor® and double-sided foils.

Tratando-se de construções leves, para as condições climáticas de Curitiba, é recomendável o uso de materiais de cobertura que minimizem a transferência de calor no verão, porém evitando perdas de calor no inverno. A utilização de materiais isolantes como barreiras radiantes, formadas, por exemplo, por folhas de alumínio justapostas, pode trazer vantagens térmicas nessas duas situações. Uma opção de baixo custo para exercer a função de uma barreira radiante baseia-se no uso de embalagens Tetra Pak® , as quais têm uma de suas faces aluminizada. A pesquisa teve por objetivo avaliar o desempenho térmico das seguintes mantas isolantes: placas de 50 mm de Isopor® , foil dupla face e mantas Tetra Pak® em coberturas de guaritas de fibra de vidro, em condições reais de exposição aos elementos do clima e nos períodos de transição outono-inverno e primavera-verão. Os procedimentos metodológicos no período de transição outono-inverno compreenderam a comparação das temperaturas do ar e superficiais da cobertura. No período de transição primavera-verão, realizou-se a comparação das temperaturas do ar, superficiais da cobertura e das paredes face leste e face sul e da medição do fluxo de calor, para cálculo da resistência térmica. A utilização das mantas Tetra Pak® com a face aluminizada voltada para a cobertura ou com revestimento em dupla face (duas mantas Tetra Pak® coladas - ambas as faces aluminizadas expostas) apresentaram uma redução na temperatura superficial máxima de 9,8°C e 9,3°C, respectivamente e um aumento na temperatura superficial mínima de 2,7°C e 2,0°C, respectivamente. Para o período de transição primavera-verão os resultados para as mantas Tetra Pak® mostraram-se superiores aos das placas de Isopor® e do foil dupla face. / In light-weight buildings under the climatic conditions of Curitiba, it is recommended the use of roofing materials that minimize heat gains in summer while avoiding heat losses in winter. The use of insulating materials such as radiant barriers, formed, for example, by juxtaposed aluminum sheets, can bring thermal advantages in such situations. A low-cost option to perform the function of a radiant barrier is based on the use of open Tetra Pak® packages, which have one of their aluminized sides exposed. The aim of the study was to evaluate the thermal performance of the following insulation sheets: 50mm Styropor® , double-sided foil and Tetra Pak® sheets for fiberglass enclosures, in conditions of natural exposure to weather elements and in transitional periods in fall-winter and spring-summer. The methodological procedures in the autumn-winter transitional period comprised the comparison of air and surface temperatures of the roof elements. In spring-summer, air and surface temperatures of roof and walls (east- and south-facing) were compared and the measurement of the heat flow, to calculate the thermal resistance. The use of Tetra Pak® sheets with an upward-facing aluminized side or with double-sided coating (two glued, open Tetra Pak® packages - aluminized faces exposed) showed a reduction in the maximum surface temperature of 9.8°C and 9.3°C, respectively, and an increase in the minimum surface temperature of 2.7°C and 2.0°C, respectively. For the spring-summer transitional period, results for Tetra Pak® sheets were superior to those of Styropor® and double-sided foils.

Os resíduos decorrentes da construção civil apresentam, na maioria das vezes, a predominância de materiais inertes e passíveis de reaproveitamento, que não tem em grande parte uma finalidade. Esta dissertação apresenta uma abordagem sobre destinação correta dos resíduos, utilizando resíduos de argamassa, lodo de anodização de alumínio e cal para a formação de um novo compósito. O maior objetivo desta dissertação é caracterizar os materiais como componentes de novos compósitos para a construção civil, além de identificar novas composições (ao todo são 13 composições) atendendo as normas e leis existentes, analisar os processos físico-químicos, determinar as propriedades mecânicas e adaptar tecnologias existentes no processo de fabricação, além de destinar sem danos ambientais todas as matérias primas. Para análises físico-químicas e mecânicas foram estudados os seguintes parâmetros: resistência uniaxial média, absorção de água, densidade aparente, retração linear, microscopia eletrônica de varredura (MEV), espectrometria por energia dispersiva, difração de raios-X e espectrometria de fluorescência de raios-X (FRX). Dentre as 13 composições foram escolhidas as composições 4 e 11 para analisar mais o comportamento físico-químico. A resistência à compressão média uniaxial, aos 90 dias da composição 11 alcançou 9,18 MPa, com coeficiente de absorção de água de 12%, a retração foi de 1,53% e a densidade ao longo de 180 dias de cura variou apenas 4%. Os estudos físico-químicos identificaram a presença de Carbono, Sódio, Magnésio, Alumínio, Silício e Cálcio na composição 11, e através do MEV e FRX foi possível identificar que se trata de uma estrutura amorfa. Através desses estudos propõe-se alternativas que sejam revertidas em vantagens sociais e ambientais, tais como a fabricação de blocos vazados de concreto simples para alvenaria sem função estrutural, blocos cerâmicos para alvenaria de vedação, tijolos maciços para a alvenaria em relação a categoria A, entre outros. / Waste from the construction, have in most cases the predominance of inerts materials and insusceptible reuse, which has a few purpose. This dissertation presents an approach on the correct disposal of this waste, using mortar residue, anodizing aluminum sludge and lime to form a new composite. The main objective of this project is to characterize the materials as components of new composites for the construction industry, and identify new compositions (they are 13 compositions) meet the existing standards and laws, analyze the physical and chemical processes, determine the mechanical properties and adapting existing technologies in the manufacturing process, beyond to appropriate correctly without environmental damage for all the materials. For physical-chemical and mechanical analysis, the following parameters were studied: resistance average uniaxial, water absorption, apparent density, linear retraction, environment-scanning electron microscopy, energy dispersive x-ray, x-ray diffraction and x-ray fluorescence. Between the 13 compositions, chosen compositions 4 and 11 to analyze the behavior. The average uniaxial compressive strength at 90 days composition 11 reached 9,18 MPa with 12% water absorption coefficient, the shrinkage was 1,53% and the density over 180 days varied only 4%. The physic-chemical studies have identified the presence of Carbon, Sodium, Magnesium, Aluminum, Silicon and Calcium in the composition 11 and about scanning electron microscopy and XRF identified that it is an amorphous structure. Through these studies, it was possible to propose alternatives that are reversed in social and environmental benefits, such as the manufacture of simple concrete hollow blocks brickwork without structural function, ceramic blocks for sealing brickworks and solid bricks for brickworks in relation to category A, among others.