Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, Florianópolis, 2014. / Made available in DSpace on 2015-02-05T20:21:04Z (GMT). No. of bitstreams: 1 328189.pdf: 16197737 bytes, checksum: ef7484371ab3bfb4817957e38ea6adb5 (MD5) Previous issue date: 2014 / Hoje as pesquisas em rochas de baixa permeabilidade (grande tendência no mundo e em breve na indústria petrolífera brasileira) se voltam à escala de poros seja para investigação petrofísica, morfológica, de distribuição de tamanhos de grãos ou poros ou escoamento de fluidos, prática descrita pelos valores de permeabilidade. A avaliação destas propriedades por sua vez, é essencial ao desenvolvimento e exploração de reservas de hidrocarbonetos. No entanto, a determinação de parâmetros do sistema poroso nessas rochas, arenitos de baixa permeabilidade (TGS) e rochas selantes (SR), continua a ser um grande desafio devido à extrema variabilidade de ambientes deposicionais e complexa microestrutura composta por argilas e tamanhos de poros de submícrons a ångströms. Nesta tese empregou-se um conjunto de técnicas experimentais para a caracterização da estrutura porosa de TGS e SR. De tal modo, o trabalho foi dividido em dois tópicos principais: (i) Caracterização do sistema poroso e propriedades petrofísicas em TGS utilizando-se as técnicas de permeabilidade por decaimento de pulso (PDP), NMR de baixo campo, adsorção gasosa N2 (N2GA), porosimetria por intrusão Hg (MICP), nano- e microtomografia de raios X (res. <0,7 µm); (ii) Estudo por espectrometria fotoacústica (PAS) em SR de distintos campos geológicos para a determinação de porosidade e difusividade térmica (TD), de forma a estimular a exploração segura de gás e óleo, o armazenamento de CO2, bem como a caracterização de folhelhos. Para SR os valores de TD variaram entre 0,0167 e 0,0930 (cm2/s) e a porosidade entre 1,42 e 9%; para TGS a caracterização 3D da estrutura porosa forneceu valores de tortuosidade e fator de forma entre 2,19-5,47 e 3,2-8,5. As distribuições de tamanho de poros mostraram-se bimodais nos ensaios MICP, trimodais na multiescala 3D e tetramodais na NMR, enquanto a porosidade pela combinação N2GA e MICP variou entre 1,94 e 11,96% e a permeabilidade PDP de 0,036 a 0,00066 mD. Alguns dos parâmetros microestruturais obtidos em TGS foram correlacionados na estimativa de permeabilidade utilizando-se modelos como Carman-Kozeny (Dullien, 1992) e Coates (1999). O conjunto de técnicas e metodologias aplicado nesta tese mostrou ser ferramenta imprescindível na caracterização de rochas de baixa permeabilidade, uma vez que permitem integrar atributos da rede de poros que influenciam nas macro-propriedades das rochas analisadas.<br> / Abstract : Nowadays, significant research effort in low-permeability rocks (a wide tendency elsewhere and soon in the Brazilian petroleum industry) has been focused on pore-scale petrophysics, morphologies and distributions, as well as fluid flow circulation described by the values of permeability. The evaluation of these properties in turn is essential for the assessment and exploitation of hydrocarbon reserves; however, determining pore system parameters in such rocks as tight gas sandstones (TGS) and seal rocks (SR) remains challenging because of the extreme variability in depositional environments resulting in complex pore structures comprised by clays and length scales from sub-microns to Angstroms. In this work we applied a set of techniques to characterize submicron-pore structures in TGS and SR. Therefore it was divided into two main topics of interest: (i) Characterization of petrophysical properties and pore systems in very low permeability TGS using Pulse-Decay Permeability (PDP), Low Field Nuclear Magnetic Resonance (LFNMR), Nitrogen Gas Adsorption (N2GA), Mercury Intrusion Capillary Pressure (MICP) and Multi-scale 3D X-ray Nano- and MicroCT (down to 0.7 µm resolution) techniques; (ii) Study of Photoacoustic Spectrometry (PAS) for determining thermal diffusivity (TD) and porosity in three seal rocks originating from dissimilar fields as a key issue for safe exploration, storage purposes (CO2 sequestration) and developments in shale characterization. The values obtained for TD were between 0.01667 and 0.09298 (cm2/s) while porosity ranged from 1.42 to 9%. For the analyzed TGS the 3D pore-structure characterization lead to pore tortuosity and shape factors ranges of 2.19-5.47 and 3.2-8.5, respectively, and pore size distributions tended to be bimodal for MICP, trimodal for 3D multi-scale and tetramodal for LFNMR measurements. The porosity values ranged from 1.94 to 11.96% obtained by the combination of N2GA and MICP techniques and permeability from 0.036 to 0.00066 mD by PDP technique. The measured pore-structure parameters were also used to predict empirical permeability in TGS (using e.g. Carman-Kozeny (Dullien, 1992) and Coates (1999) models). The set of applied methods has shown to be a useful tool for the unconventional reservoir characterization since it allows obtaining pore morphological and quantitative parameters which account for the permeability values.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, Florianópolis, 2014. / Made available in DSpace on 2015-02-05T20:24:24Z (GMT). No. of bitstreams: 1 331909.pdf: 2018035 bytes, checksum: e2d985f12ee368ad332e5e491f409093 (MD5) Previous issue date: 2014 / O presente trabalho se concentra na preparação de filmes finos de Azul da Prússia (PB) sobre substratos de ouro através da síntese eletroquímica por varredura cíclica de potencial. A variação dos parâmetros de deposição bem como das superfícies utilizadas como substrato permitiu o estudo das propriedades do material. Com o objetivo de determinar as reações de formação dos filmes de PB, a massa eletrodepositada no substrato foi monitorada com o auxílio de uma microbalança de cristal de quartzo e foi observado um aumento linear da massa em função do tempo. As propriedades estruturais e morfológicas dos depósitos foram investigadas utilizando Difratometria de Raios-X (DRX) e Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV), respectivamente; procedimentos que permitiram constatar que, quando modificado o substrato, os depósitos apresentam mudança na direção de crescimento. A caracterização ótica das amostras foi realizada por meio da técnica de Espectroscopia Ótica através de medidas de reflectância no intervalo de radiação do ultravioleta ao infravermelho próximo. A partir dessas medidas foi calculado o coeficiente de absorção do material ?? e utilizando o método de Tauc foram determinadas as energias correspondentes às transições óticas que ocorrem no PB. Essas transições se devem à transferência de carga entre orbitais FeIII e FeII e entre FeIII e FeIII(CN). Os valores de energia em que acontecem essas transições estão em concordância com resultados teóricos obtidos por cálculos de Teoria do Funcional de Densidade (DFT).<br> / Abstract : The present work focuses on the preparation of Prussian Blue (PB) thin films on gold surfaces by electrochemical synthesis by cyclic potential sweep. The different deposition parameters and surfaces used as substrates enabled study the properties of the material. In order to determine electrochemical reactions for PB films formation, the reduction and oxidation charges were took into account together with the electroplated mass on the substrate that was monitored with a quartz crystal microbalance and showed a linear increase as a function of time. The structural and morphological properties of deposits were investigated using X-ray diffraction (XRD) and Scanning Electron Microscopy (SEM), respectively; these procedures allowed to observe that deposits exhibited changes in direction of growth when the substrate is modified. The optical characterization of the samples were performed by Optical Spectroscopy through reflectance measurements of radiation in the range from ultraviolet (UV) to near infrared (NIR). From these measurements the material absorption coefficient (a) was calculated and using Tauc?s method were determined the energies corresponding to PB optical transitions due to molecular orbital charge transfer from FeIII to FeII and from FeIII to FeIII(CN). The transition energy values are in agreement with results obtained by Density Functional Theory (DFT).

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, Florianópolis, 2014. / Made available in DSpace on 2015-02-05T20:28:10Z (GMT). No. of bitstreams: 1 327165.pdf: 2503225 bytes, checksum: 9523c1fde676612a8b20a6bcea976eb9 (MD5) Previous issue date: 2014 / Este trabalho mostra a influência da porosidade do suporte poroso no fluxo de oxigênio de membranas suportadas de composição Ba0,5Sr0,5Co0,8Fe0,2O3-? (BSCF) utilizadas para separação de oxigênio do ar. Por meio de um modelamento, é mostrada uma prova do efeito de poros não-conectados e relações importantes para os fluxos de oxigênio. Assim, existe uma hipótese e uma forte prova da hipótese. Para essa pesquisa foram produzidas e caracterizadas membranas densas, suportes porosos e membranas suportadas do sistema BSCF de estrutura perovskita. As membranas densas, bem como os suportes porosos, foram produzidos por prensagem uniaxial e co-sinterização. Os suportes porosos foram produzidos utilizando dois diferentes agentes formadores de poros: copolímero em bloco de polioxietileno-polioxipropileno e carbono ativado. Camadas porosas de ativação utilizando carbono ativado como formador de poros também foram produzidas e depositadas sobre as membranas BSCF. Foi encontrado que o copolímero gera uma porosidade não interconectada, prejudicando o desempenho das membranas mais finas depositadas sobre o suporte. A limitação exercida pelo suporte reduziu o fluxo de oxigênio em torno de 30%, o que coincidiu com a redução na condutividade elétrica entre a membrana densa e o suporte (33%) e com o valor da porosidade (35%). Um modelo matemático foi proposto para explicar o transporte de oxigênio por meio do suporte de porosidade não conectada, o qual coincidiu com os resultados experimentais, relacionando a dependência do fluxo com a geometria dos poros, a espessura do suporte e a temperatura. Foi também observado que o carbono ativado gera uma porosidade interconectada, mas não homogênea em toda sua estrutura. As camadas de ativação auxiliaram no aumento significativo do fluxo de oxigênio e, por fim, foi observado que o novo suporte ainda exerceu uma influência negativa no fluxo total de oxigênio, no entanto, de 17% contra aproximadamente 30% em relação ao suporte poroso produzido anteriormente. As membranas densas, os suportes porosos e as membranas suportadas foram também avaliadas sob ensaios de microdureza. Foi observada a forte influência da porosidade nos resultados. Positivamente, foi observado que o ensaio não danificou as membranas assimétricas, mostrando a boa integridade das mesmas, as quais apresentaram valores similares de microdureza àqueles observados nas membranas densas.<br> / Abstract : This work shows the porosity influence of the porous support in the oxygen flux of supported Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3-? (BSCF) membranes composition for oxygen separation from air. Considering a modeling, it is shown a proof of the effect of non-connected pores and important relations to oxygen fluxes. Hence, there is a hypothesis and a strong proof of the hypothesis. For this research, dense membranes, porous supports and supported membranes of BSCF system and perovskite structure were produced and characterized. Dense membranes as well as porous supports were produced by dry pressing and co-firing. The porous substrates were fabricated using two different pore forming agents polyoxyethylene-polyoxypropylene block copolymer and activated carbon. Porous activation layers using activated carbon as pore former were also produced and coated on BSCF membranes. It was found that the copolymer generates a non-interconnected porosity, which impairs the performance of the thinner membranes on porous substrates in relation to the oxygen flux. The limitation exerted by the porous support reduced the oxygen flux by 30 %, which matched well with the reduction in electrical conductivity between the dense membrane and support (33 %) and the porosity (35 %). A mathematical model was proposed to explain the transport of oxygen through the non-connected pores, which matched well with the experimental results, by relating the dependence of the overall oxygen flux with the geometry of the pores, the support thickness and the temperature. It was also observed that the activated carbon creates an interconnected porosity, although not homogeneous throughout its structure. The activation layers assisted in a significant increase of oxygen flux and finally, it was also observed that the new support still exerted a negative influence on the oxygen flux, however, 17 %, against approximately 30% compared to the previously produced porous support. Dense membranes, porous substrates and supported membranes were also evaluated under micro hardness tests. It was observed the strong influence of the porosity in the results. Positively, it was observed that the test did not compromise the integrity of the asymmetric membranes, showing good integrity of those, which have presented similar micro hardness values to those observed for the dense membranes.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, Florianópolis, 2014. / Made available in DSpace on 2015-02-05T21:03:43Z (GMT). No. of bitstreams: 1 329509.pdf: 16417548 bytes, checksum: a1abcdb648ea8dbae156eb9d3371971c (MD5) Previous issue date: 2014 / Este trabalho teve como objetivo estudar o efeito da composição química e dos tratamentos termoquímicos na microestrutura e dureza de três aços submetidos a diferentes processos de cementação gasosa. Este tipo de cementação é largamente utilizado na indústria para aumentar a dureza superficial de pinhões, eixos e componentes mecânicos sujeitos ao desgaste e à fadiga. Amostras dos aços SAE 10B22, DIN 16MnCr5 e SAE 1020 foram tratadas em três diferentes ciclos de cementação, variando o tempo, tipo de atmosfera e temperaturas de revenimento. Análises microestruturais, microdurezas, teor de carbono ao longo da camada cementada, e métodos de medição do potencial de carbono da atmosfera foram os principais assuntos abordados no trabalho. Para os tratamentos termoquímicos realizados com 90 minutos, o aço DIN 16MnCr5 foi aquele que apresentou os maiores valores iniciais de microdureza. Para o tratamento realizado com 250 minutos, o maior valor inicial de microdureza na condição sem revenimento e revenido a 160°C foi obtido para o aço SAE 1020. Não foram observadas diferenças nas microestruturas dos aços estudados nas condições sem revenimento e revenido a 160°C, porém com o revenido a 300°C por uma hora foi possível notar alterações microestruturais. O aço SAE 10B22 apresentou microestruturas não-martensíticas na camada cementada para as condições sem revenimento e revenido a 160°C por uma hora. Isto pode ter sido causado pela formação de borocarbonetos devido à extrapolação da concentração ótima do boro nestas áreas, ocasionada pela difusão dos átomos de carbono. Para os dois primeiros tratamentos, o aço SAE 1020 apresentou os maiores teores superficiais de carbono. Não foi observada diferença significativa entre as atmosferas endotérmica e à base de nitrogênio comercial (mistura de nitrogênio e metanol). Os métodos usados para verificação do potencial de carbono da atmosfera não apresentaram resultados confiáveis quando comparados entre si.<br> / Abstract : This work aimed to study the effect of chemical composition and thermochemical treatments on the microstructure and hardness of three steels submitted to different gas carburizing process. Carburizing process is widely used at the industry to enhance the superficial hardness of pinions, shafts and mechanical components subjects to wear and fatigue. Samples of steels SAE 10B22, DIN 16MnCr5 and SAE 1020 were thermo chemically treated with three different carburizing cycles, varying time, furnace atmospheres and tempering temperatures. Microstructures analysis, microhardness, carbon content along the case and methods of measuring carbon potential were the main subjects studied in the present work. For thermochemical treatments performed with 90 minutes, steel DIN 16MnCr5 presented the highest initial microhardness values. For treatment performed with 250 minutes, under the conditions without tempering and tempering at 160°C, the highest microhardness values were obtained by steel SAE 1020. No microstructural differences were observed for the studied steels at the conditions without tempering and tempering at 160°C, but after tempering at 300°C for one hour it was observed a difference at the microstructure. Steel SAE 10B22 presented non-martensitic microstructures at the case for conditions without tempering and tempering at 160°C for one hour. This could have been caused by the formation of boron carbides due to an excess of boron optimums concentration at specific areas, caused by carbon diffusion. For the first and second treatment, steel SAE 1020 presented the highest carbon content at the surface. No significative difference was observed between endothermic and commercial nitrogen based atmospheres (nitrogen and methanol). Methods used to verify carbon potential at the atmosphere did not show trustable results when compared.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, Florianópolis, 2014. / Made available in DSpace on 2015-02-05T21:09:54Z (GMT). No. of bitstreams: 1 329162.pdf: 5788774 bytes, checksum: f68c196e38607bb59a9ce205ed4a29e3 (MD5) Previous issue date: 2014 / Um dos desafios da indústria de fabricação de moldes para injeção de plásticos é obter produtos, com redução no tempo de desenvolvimento aliado ao baixo custo. As técnicas de prototipagem rápida e de fabricação rápida contemplam esses requisitos permitindo a inserção deste produto mais rapidamente no mercado. Nesse sentido, novas tecnologias associada a tendência de aumentar a fabricação de produtos customizados têm impulsionado o mercado que é cada vez mais exigente. Este trabalho explorou o uso de um molde híbrido (inserto fêmea em aço e inserto macho intercambiável em resina epóxi/fibras curtas de aço obtido pelo vazamento em vácuo de resina em um molde de silicone) e a adição de nanoargila na injeção de polipropileno isotático (iPP), sob diferentes condições de processamento. Foram injetados corpos de prova variando a temperatura do molde, a velocidade de injeção e quantidades de nanoargila oriundas da diluição do masterbatch comercial na matriz de iPP, pelo método de intercalação por fusão. A definição das condições de processamento foram estabelecidas baseada no planejamento experimental utilizando um delineamento central composto para os três fatores, totalizando quinze experimentos, através do software Statgraphics Centurion. Os corpos de prova foram caracterizados a partir de análises de microscopia ótica com luz polarizada (MOLP), difração de raios X (DRX), calorimetria diferencial de varredura (DSC), reologia e análise dinâmico-mecânica (DMA). Os resultados mostraram que o módulo de flexão associado à rigidez do material apresentou um aumento significativo para a amostra PN 533, aproximadamente de 65%, quando comparado ao iPP puro (PP 331). Isso se deve principalmente ao efeito reforçante da nanoargila que foi comprovado pelo aumento do módulo de armazenamento (EÂ ) além da forte interação interfacial PP-nanoargila observada pela redução da altura do pico da tangente de perda (tan d), ambos via análise de DMA. Resultados de MOLP mostraram uma redução do tamanho e maior densidade dos esferulitos quando comparado ao iPP puro. A partir da técnica de DSC observou-se o efeito nucleante da nanoargila na matriz de iPP que foi acompanhado pelo aumento da temperatura de cristalização. O maior grau de cristalinidade foi observado exatamente para a amostra PN 533 que obteve elevado módulo de flexão, evidenciando uma relação de proporcionalidade entre ambos. A análise de DRX revelou o aparecimento de fase ? somente para determinadas condições específicas, em especial para a amostra PN 533. Assim, o maior módulo de flexão obtido para a amostra PN 533 pode estar associado ao efeito de reforço da nanoargila, elevada interação interfacial e maior cristalinidade além do surgimento da fase ?.<br> / Abstract : One of the challenges of manufacturing moulds for the plastics injection industry is to get them with reduction of the development time in addition to low cost. The techniques of rapid prototyping and rapid manufacturing may contribute to achieve those requirements allowing the faster insertion of the product in service. In this sense, the integration of new technologies in the mouldmaking chain tends to widen the availability of customized products in the market by satisfying the increasing demand of the customers. This work explored the use of a hybrid mould (cavity made in steel and interchangeable core in epoxy resin/short steel fiber composite obtained by vacuum casting of the resin composite into a silicone mould) and a compound of isotactic polypropylene (iPP) with nanoclay injection moulded using variable processing conditions. The specimen mouldings were produced by varying the temperature of the mould, the injection velocity and the amount of nanoclay coming from the dilution of the commercial masterbatch of iPP matrix by melt intercalation method. The definition of the processing conditions was established by experimental design using a central composite design for three factors accounting for a total of fifteen experiments. The specimens were characterized by optical microscopy with polarized light (MOLP), X-ray diffraction (XRD), differential scanning calorimetry (DSC), rheology and dynamic mechanical analysis (DMA). The results showed that the flexural modulus associated with rigidity of the material increased significantly to sample PN 533, approximately by 65%, when compared to pure iPP (PP 331). This improvement was mainly due to the reinforcing effect of the nanoclay which was also evidenced in the DMA analyses by the increase in the storage modulus (E') in addition to the strong PP-nanoclay interfacial interaction highlighted by the reduction of the peak height of the loss tangent (tan d) . MOLP results showed a reduction in size and an increased density of the spherulites compared to pure iPP. The DSC analyses showed that the nucleating effect of the nanoclay in the iPP matrix was accompanied by an increase in the crystallization temperature. The highest degree of crystallinity was observed in the ample PN 533 with higher flexural modulus, showing the direct relationship of proportionality between these two properties. The XRD analyses showed the appearance of only ? phase specific conditions particularly for the sample PN 533. Thus, the higher modulus obtained for the sample PN 533 may be associated with nanoclay enhancing effect, and high interfacial adhesion and crystallinity besides the appearance of the ? phase.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, Florianópolis, 2014 / Made available in DSpace on 2015-02-05T21:14:44Z (GMT). No. of bitstreams: 1 330258.pdf: 34323451 bytes, checksum: 1004735d0b335c77a84b0b46e1f02536 (MD5) Previous issue date: 2014 / O descarte indevido dos resíduos sólidos tem gerado grande acúmulo de material nos últimos anos. Os materiais biodegradáveis produzidos a partir de fontes renováveis podem ter um papel fundamental na redução do problema ambiental. Um dos polímeros que tem chamado atenção dos consumidores e das indústrias é o poli(ácido láctico), sigla PLA. O PLA é um polímero termoplástico biodegradável, compostável, atóxico e utilizado nos processos industriais para produção de artigos destinados à aplicação de engenharia, na área têxtil, agricultura e como material de embalagem. No entanto, não foram observados na literatura estudos do PLA com fibra de celulose (Eucalyptus spp.) e fibra/talco; tratamento da superfície da fibra com hidróxido de sódio (mercerização) e anidrido acético (acetilação), adição da fibra mercerizada e da fibra acetilada na matriz do PLA, aplicações do polímero com fibra acetilada/nanotubo de caulim (haloisita), fibra acetilada/nanopartícula de dióxido de titânio e nanopartícula de dióxido de titânio/nanotubo de caulim. Nesta pesquisa, a fibra de celulose foi modificada com diferentes soluções de hidróxido de sódio (1%, 5% e 10%) e em etapa seguinte, apenas a fibra resultante da mercerização com 1% de hidróxido de sódio foi tratada com anidrido acético em excesso. Na análise dos tratamentos da superfície da fibra foi verificado maior potencial de aplicação da fibra mercerizada (1% e 5%) com o PLA, devido a melhorias na adesão com a matriz do polímero. No estudo, os biocompósitos e bionanocompósitos foram preparados com matriz de PLA via extrusão e conformação dos filmes por prensagem a quente. Os resultados da caracterização dos filmes mostraram modificações na morfologia, propriedades térmicas, mecânicas e de permeabilidade ao vapor de água do PLA. A cristalinidade, a temperatura de fusão cristalina e as entalpias de cristalização e fusão do PLA não foram alteradas significativamente com a adição da fibra de celulose, talco, fibra/talco, fibra mercerizada, fibra acetilada, nanopartícula de dióxido de titânio, nanotubo de caulim e adição simultânea dos materiais nanopartícula/nanotubo. As temperaturas de transição vítrea e de cristalização do PLA foram reduzidas, respectivamente, apenas com a adição da fibra acetilada e dos materiais talco, fibra/talco, fibra acetilada, nanotubo de caulim. Na análise da morfologia e das propriedades mecânicas, o efeito da adição no PLA dos materiais 1 g da fibra mercerizada com 1%, 1 g da fibra mercerizada com 5% e 1 g da nanopartícula de dióxido de titânio favoreceram a adesão com a matriz do polímero, apresentando, respectivamente, elevação da tensão na ruptura em 13,7%, 9% e 13,5%. A permeabilidade ao vapor de água do PLA foi reduzida com a adição de 10 g do talco, 7,5 g da nanopartícula de dióxido de titânio, 7,5 g do nanotubo de caulim e 0,5 g dos materiais nanopartícula/nanotubo, apresentando melhorias, respectivamente, de 16%, 36%, 38% e 11% na matriz do polímero.<br> / Abstract: The unsuitable discard of solid waste has generated large accumulation of material in last years. Biodegradable materials made from renewable sources can play an essential role in reducing the exploration of environmental resources. The polymer that has attracted active interest of consumers and industries is poly(lactic acid) (PLA). PLA polymer is a biodegradable thermoplastic, compostable, nontoxic and is used in industrial processes for the production of articles to engineering applications, textiles, agriculture and packaging material. However, were not observed studies in literature with PLA/cellulose fiber (Eucalyptus spp.) and PLA/fiber/talc; fiber surface treatment with sodium hydroxide (mercerization) and acetic anhydride (acetylation);PLA application with mercerized fiber, acetylated fiber, acetylated fiber/halloysite nanotube, acetylated fiber/titanium dioxide nanoparticle, titanium dioxide nanoparticle/halloysite nanotube in the polymer matrix. In this search, the cellulose fiber was modified with solutions of sodium hydroxide (1%, 5% and 10%) and the next stage, only the fiber resulting from mercerization treatment (1% of NaOH) was treated with excess acetic anhydride. The treatments surface analysis was observed largest potential application of mercerized fiber (1% and 5% of NaOH) with the PLA, because of improvements in adhesion with the polymer matrix. Poly (lactic acid) biocomposites and bionanocomposites were prepared by extrusion process and the films were prepared by compression molding. The film characterization results showed morphology and thermal, mechanical, water vapor permeability properties changes the PLA matrix. The crystallinity, the melt temperature, crystallization enthalpy and melting enthalpy of PLA were not significantly changed with the addition of cellulose fiber, talc, fiber/talc, mercerized fiber, acetylated fiber, titanium dioxide nanoparticle, halloysite nanotube and addition of the nanoparticle/nanotube. The glass transition temperature and crystallization temperature of PLA were reduced, respectively, with the addition of acetylated fiber and talc, fiber/talc, acetylated fiber, halloysite nanotube. The results of morphology and mechanical properties analysis showed if the addition effect of the materials 1 g of mercerized fiber (1% of NaOH), 1 g of mercerized fiber (5% of NaOH) and 1 g of the titanium dioxide nanoparticle improved adhesion with the PLA matrix and also showed increased tensile stress, respectively, 13.7%, 9% and 13.5%. The water vapor permeability of PLA was reduced with addition of talc (10 g), titanium dioxide nanoparticle (7.5 g), halloysite nanotube (7.5 g) and materials nanoparticle/nanotube (0.5 g) and showed improvements, respectively, 16%, 36%, 38% and 11% in the polymer matrix.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-graduação em Ciências e Engenharia de Materiais, Florianópolis, 2014 / Made available in DSpace on 2015-02-05T21:22:35Z (GMT). No. of bitstreams: 1 330833.pdf: 4498359 bytes, checksum: 8602c7de15a23c39d99b03279590668b (MD5) Previous issue date: 2014 / A pesquisa na área de produção de petróleo tem como principal objetivo otimizar a exploração e elevar a recuperação nos campos petrolíferos. Assim, a caracterização e a determinação de propriedades petrofísicas de rochas reservatórios são alguns dos intentos da engenharia de petróleo. Embora existam diferentes tipos de rochas reservatórios, a maioria das reservas é encontrada em rochas areníticas e rochas carbonáticas, pois apresentam porosidade e permeabilidade adequadas à acumulação de petróleo. Enquanto arenitos são relativamente homogêneos, rochas carbonáticas podem apresentar significativas variações em relação ao tamanho e à distribuição de poros, dificultando a simulação de processos de transporte de fluidos ocorridos no meio poroso. Nesse sentido, o presente trabalho propõe o desenvolvimento de um modelo de rede que represente o meio poroso de rochas reservatório e possibilite a predição das propriedades. Este modelo, intitulado de esferas máximas, utiliza imagens tridimensionais de amostras de reservatórios para extração de uma rede de poros-gargantas, preservando, de maneira geral, a geometria e topologia do meio poroso real. Como complementação, foi também aplicada uma metodologia baseada no algoritmo do eixo médio para representação do espaço poroso. Denominado de Pore Analysis Tools, este algoritmo é aplicado para verificar a consistência dos resultados obtidos pelo modelo proposto. Ambas as metodologias foram utilizadas para caracterizar o espaço poroso de amostras de rochas areníticas e carbonáticas. Para tanto, foram determinadas propriedades como porosidade, permeabilidade e curvas de pressão capilar, sendo algumas comparadas a resultados obtidos a partir de ensaios laboratoriais. Para as amostras analisadas, foram encontradas discrepâncias nos resultados oriundos dos modelos de redes, porém, são justificáveis devido à diferença na identificação de poros e gargantas nas redes extraídas. Ainda assim, os modelos de redes fornecem um maior conhecimento das características das rochas reservatórios, bem como possibilitam a rápida, prática e menos onerosa predição de propriedades petrofísicas para a qualificação dos reservatórios.<br> / Abstract: Research in oil production area aims to optimize the operation and increase the recovery in oil fields. Thus, the characterization and determination of petrophysical properties of the reservoir rocks are some attempts of petroleum engineering. Although there are different types of reservoir rocks, most reservoirs are found in carbonate and sandstone rocks, since they have appropriate porosity and permeability to oil accumulation. While sandstones are relatively homogeneous, carbonate rocks can get significant variations in relation to the size and distribution of pores, making the simulation of fluid transport processes occurring in the porous media difficult. In this sense, this study proposes the development of a network model that represents the reservoir rock porous media and enables the prediction of the properties. This model, called maximal spheres, uses three-dimensional images of samples from reservoirs to extract a pore-throats network, preserving, in general, the geometry and topology of real porous media. As complementation it was also applied a methodology based on the medial axis algorithm to represent the pore space. Called Pore Analysis Tools, this algorithm is applied to verify the consistency of results obtained by the proposed model. Both methods were used to characterize the pore space of sandstone and carbonate rocks samples. For that, it was determined properties such as porosity, permeability and capillary pressure curves, some compared to the results obtained from laboratory tests. For the samples analyzed, discrepancies were found in the results derived from network models, however, it is justifiable due to the difference in the pore and throat identification in the extracted networks. Still, the network models provide a better understanding of the characteristics of reservoir rocks, as well as provide quick, practical and less costly prediction of petrophysical properties for reservoir qualification.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, Florianópolis, 2013. / Made available in DSpace on 2015-03-18T20:51:10Z (GMT). No. of bitstreams: 1 328112.pdf: 1735567 bytes, checksum: 03a5b0f8c386ab03e0cdee7fe961e4b9 (MD5) Previous issue date: 2013 / A metalurgia do pó ferrosa é um processo que oferece inúmeras soluções na indústria, principalmente devido a economia de escala. Este processo tem algumas limitações, como o tamanho e a geometria dos corpos a serem produzidos. No intuito de investigar outras soluções para a metalurgia do pó, principalmente no condicionante a componentes, tem-se o processo de brasagem, que é a união de dois ou mais corpos, de modo a formar um corpo final único. O intuito deste trabalho é realizar a união durante a sinterização, em processo definido como sinterbonding. Para tal, estudou-se ligas de ferro cobre, com percentuais de 0 a 20% de adição de cobre, no intuito de formar fase líquida durante o processo descrito anteriormente e promover a junção de dois sólidos através do posicionamento de topo, em condições de processamento semelhantes as já aplicadas na indústria (pressão de compactação e temperatura). No intuito de caracterizar a união as amostras foram preparadas metalograficamente, para verificar a continuidade da linha da junção e também comparadas mecanicamente através de ensaio uniaxial de tração em relação a uma amostra padrão. Para melhorar os resultados também utilizou- se a técnica de recompactação. Foram obtidos tensões de ruptura 20% inferiores em relação a amostra de referência, porém com significativa redução da capacidade de deformação, de 70 a 90%.<br> / Abstract : Metal powder metallurgy is a process that offers numerous solutions in the industry, mainly due economies of scale. But this process has some limitations, such as the size and geometry of the green bodies to be produced. In order to determinate other solutions for this process, especially concerning into the geometry, it has been applied the brazing process which is the union of two or more bodies, so as to form a single body end. The aim of this work is to provide the union during the sintering process, which is defined as sinterbonding. Iron-copper alloys, with a range from 0-20% of copper where studied, in order to form a liquid phase during the process and promote the joining by top-of-body positioning, under similar conditions of those already applied in industry (pressing pressure and temperature). To characterize the union, samples were prepared metallographically to verify the continuity of the junction and also compared mechanically through tensile-strength test in reference to a standard sample. To improve the results the double pressing technique also was used. It was observed that to the samples with higher content of copper and double-pressed it was obtained better results, but if compared with a standard sample, lower mechanical strenght, a great loss in elongation and low impact resistance were obtained.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, Florianópolis, 2014. / Made available in DSpace on 2015-03-18T21:00:58Z (GMT). No. of bitstreams: 1 332253.pdf: 8975903 bytes, checksum: 2ba28c9bfb1b9d4ea58745936975d05c (MD5) Previous issue date: 2014 / A microestrutura de superligas à base de níquel é constituída de grande quantidade de precipitados coerentes (y') com a matriz (y), conferindo excelentes propriedades em elevadas temperaturas de trabalho. No entanto, após longos períodos de serviço em elevadas temperaturas e tensões, a microestrutura destas ligas não se mantém em equilíbrio e os precipitados y' crescem e perdem a coerência com a matriz. Uma forma utilizada para aumentar a vida destes materiais é a realização de tratamentos térmicos intermediários para restauração microestrutural e aumento da vida em serviço dos componentes. A eficiência destes tratamentos térmicos é função dos ciclos térmicos de solubilização e reprecipitação de y'. O objetivo deste trabalho foi desenvolver uma metodologia para avaliação da degradação das superligas à base de níquel IN-738 e GTT-111, utilizadas em pás do primeiro estágio de turbinas de geração de energia termoelétrica a gás, através do estudo da cinética microestrutural ocorrida durante envelhecimento e durante tratamentos térmicos de rejuvenescimento. A liga IN-738 foi analisada a partir de amostras envelhecidas em serviço e submetidas a tratamentos de rejuvenescimento em laboratório. A liga GTD-111 foi envelhecida artificialmente em laboratório por 2000 horas em 1000°C e também submetida a tratamentos de rejuvenescimento. Análises foram realizadas ao longo de todo o processo de envelhecimento e rejuvenescimento, utilizando-se microscópio ótico, eletrônico de varredura, eletrônico de transmissão e dureza vickers. Análises realizadas na liga GTD-111 mostraram que durante o envelhecimento artificial o tamanho de y' variou de 0,20 µm2 nas amostras sem envelhecimento para 0,99 µm2 após 2000 horas de envelhecimento e a microdureza variou de 417 para 320 HV, respectivamente. A equação da "teoria do coalescimento de gama linha" foi determinada e pode ajudar na avaliação do grau de envelhecimento e do tempo para rejuvenescimento das pás de turbinas em serviço. Os tratamentos térmicos de rejuvenescimento seguiram três etapas: solubilização (com temperaturas de 1125, 1150, 1175 e 1190oC), pré-precipitação (1055 e 1120°C) e reprecipitação (845°C). Nos tratamentos realizados na liga IN-738 envelhecida em serviço, a temperatura de solubilização de 1125°C não apresentou total dissolução de y'. Com uma temperatura de solubilização de 1190°C as partículas de y', ao final do tratamento, apresentaram-se mais grosseiras, porém, coerentes com a matriz y, apresentando valores de dureza superiores (435 HV) em relação aos tratamentos com temperaturas de solubilização de 1175°C (426 HV) e 1150°C (400 HV). No rejuvenescimento da ligaGTD-111 envelhecida artificialmente, o tratamento térmico de solubilização a 1150°C não gerou total dissolução de y', e seu tamanho, ao final de todo o tratamento, apresentou uma distribuição bimodal com partículas grosseiras e finas. Nos tratamentos com solubilização a 1175 e 1190°C, y' apresentou-se refinado e homogêneo. Partículas coerentes foram verificadas no segundo caso, onde um grau mais avançado de precipitação ocorreu devido a temperatura superior de pré-precipitação (1120°C) além do maior valor de dureza (460 HV).<br> / Abstract : The microstructure of nickel-based superalloys consists of large amounts of gamma-prime precipitates coherent with the gamma matrix, giving excellent properties at elevated operating temperatures. Nevertheless, after long service periods under such conditions, the microstructure of these alloys is not in equilibrium, the y' precipitates grow and loose coherence with the matrix. One manner used to extend the life of these materials is to perform intermediate thermal treatments for microstructural recovery encreasing the life of components. Thermal cycles for y' dissolution and re-precipitation define the efficiency of thermal treatments. The objective of this study was to develop a methodology for evaluating the degradation of nickel-based superalloys IN-738 and GTT-111, used in blades of the first stage of gas turbines, by studying the microstructural kinetics occurred during aging and rejuvenation treatments. IN-738 alloy was analyzed from samples aged in service and subjected to rejuvenation treatments in the laboratory. The GTD-111 alloy was aged artificially in the laboratory by 2000 hours at 1000°C and also undergo rejuvenation treatments. Analyses were performed throughout the process of aging and rejuvenation, using optical, scanning electron, transmission electron microscopy and vickers hardness. Analyses performed in GTD-111 alloy showed that during artificial aging the size of y' was 0.20 µm2 in samples without aging for 0.99 µm2 after 2000 hours of aging and hardness ranged from 417 to 320 HV, respectively. The equation of the "gama prime coarsening theory" was determined and can help in assessing the degree of aging and the time for rejuvenation of turbine blades in service. The rejuvenation heat treatments followed three steps: solution (at 1150, 1175 and 1190°C), pre-precipitation (at 1055 and 1120°C) and re-precipitation (at 845°C) treatments. In the treatments performed in the IN-738 alloy aging in service, the solution treatment at 1125°C showed no total dissolution of y'. For the solution treatment at 1190°C the y' particles had become coarser, but coherent with the y matrix, with greater hardness values (435 HV) than solution treatments at 1175°C (426 HV) and 1150°C (400 HV). In the rejuvenation of artificially aged GTD-111 alloy, for the solution treatment at 1150°C total dissolution of y' particles did not occur and its size presented a bimodal distribution with coarse and fine particles at the end of the whole treatment. For the solution treatments at 1175 and 1190°C the y' particles were fine and homogeneous. Coherent particles were observed in the second case, in addition to the higher value of hardness (460 HV), where a moreadvanced degree of precipitation ocurred because the higher pre-precipitation temperature (1120°C).

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, Florianópolis, 2015. / Made available in DSpace on 2015-09-01T04:08:03Z (GMT). No. of bitstreams: 1 333863.pdf: 4459835 bytes, checksum: 875cbc576e50e1051979119c5f07c3bf (MD5) Previous issue date: 2015 / A crescente demanda por energia estimula a pesquisa em materiais que permitam ampliar a eficiência das usinas termelétricas a vapor, com a adoção de temperaturas e pressões de trabalho cada vez mais elevadas. O aço inoxidável martensítico X22CrMoV12-1 (equivalente ao aço 12Cr1MoV), laminado a quente e endurecível por precipitação, foi desenvolvido para uso em palhetas de turbinas a vapor, possuindo alta resistência à fluência e à corrosão. A precipitação de carbonetos M23C6 e MX no revenido permite que o aço X22CrMoV12-1 mantenha grande parte de suas propriedades mecânicas mesmo após longo tempo em serviço, onde pode atingir temperaturas próximas a 600 °C. É de grande interesse compreender a influência dos tratamentos térmicos de revenido na microestrutura e no comportamento mecânico, visando o aumento da eficiência energética de turbinas a vapor. Diferentes tratamentos foram empregados com o objetivo de obter elevada resistência mecânica, utilizando temperaturas de revenido de 660, 690 e 740 °C. Corpos de prova do material foram usinados e tracionados a quente, aplicando-se quatro velocidades de deformação (0,005; 0,05; 0,5 e 5 mm/min) e três temperaturas de ensaio (500, 550 e 600 °C), a partir dos quais foram obtidos parâmetros de Larson-Miller. Os corpos de prova revenidos a 660 °C apresentaram os maiores valores de resistência mecânica, quando comparados ao aço tratamento termicamente em temperaturas mais elevadas, enquanto sua microestrutura mostrou-se mais refinada.<br> / Abstract: The increasing demand for energy brings interest to materials that can raise the efficiency of thermoelectric steam power plants, with the adoption of higher temperatures and pressures of operation. The martensitic stainless steel X22CrMoV12-1 (equivalent to a 12Cr1MoV steel), hot rolled and hardened by precipitation, was developed for use in steam turbine blades, having high creep and corrosion resistance. The precipitation of M23C6 and MX carbides during temper allows the steel X22CrMoV12-1 to maintain great part of its mechanical properties even after long service, where temperatures around 600 °C can be reached. There is a great interest to understand the influence of precipitation treatment in its mechanical behavior, in order to increase the energy efficiency of thermoelectric turbines. Different treatments were applied to obtain high mechanical strength using tempering temperatures of 660, 690 and 740 °C. Specimens of the material were machined and hot tensile tested using four deformation rates (0.005, 0.05, 0.5 and 5 mm/min) and three test temperatures (500, 550 and 600 °C), obtaining Larson-Miller parameters. The specimens tempered at 660 °C showed higher mechanical strength compared to the steel specimens tempered at higher temperatures, also exhibiting a more refined microstructure.