Made available in DSpace on 2015-05-08T14:57:19Z (GMT). No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 1298323 bytes, checksum: 6a19c3b38cf846b711c2c52ac67ab30a (MD5) Previous issue date: 2014-11-28 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / A thermoelectric generator is a solid-state temperature dependent device that provide power generation on thermoelectric conversion. For that, the thermoelectric modules needs a temperature difference to ensure the thermoelectric conversion process. However, being subject to temperature variations may compromise the thermoelectric generator lifetime. Thus, in order to evaluate the temperature variation (thermal cycling) that the thermoelectric generators are exposed, this work has proposed an experimental platform that submits the thermoelectric generators modules to thermal cycling. With the experimental platform proposed the parameters of the thermoelectric generators may be to investigate properly. To evaluate the degradation effects on TEG the parameters were evaluated before the thermal cycling and then the parameters were evaluated after the thermal cycling process. At the research end, the parameters are presented by a comparative table with parameters evaluation before the thermal cycling and parameters evaluation after thermal cycling which brings to the experimental platform reliability. / Objetivo: Os geradores termoelétricos são dispositivos de estado sólido que utilizam a diferença de temperatura para a conversão em energia elétrica. No entanto, submeter os geradores termoelétricos a variações de temperatura pode comprometer o tempo de vida desses dispositivos. Assim, com o objetivo de investigar a possível influência das variações de temperatura ciclos térmicos a que os módulos geradores termoelétricos (TEGs) estão expostos, este trabalho desenvolveu uma plataforma experimental capaz de submeter TEGs à influência de ciclos térmicos, permitindo assim que os TEGs possam ser avaliados. Para constatar os efeitos na degradação do TEG, alguns parâmetros foram avaliados antes da aplicação dos ciclos térmicos e após uma sequência de ciclos térmicos. Ao fim da pesquisa, as avaliações feitas nos parâmetros são apresentadas em uma tabela comparativa, em que são apresentados os valores obtidos antes da aplicação dos ciclos térmicos e os valores dos parâmetros após a aplicação dos ciclos térmicos.

Submitted by Rafael Santana (rafael.silvasantana@ufpe.br) on 2018-03-27T16:45:38Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) Tese Eduardo Rocha_ Março 2017_Final.pdf: 6940724 bytes, checksum: d7e77c81e57f723257434d9f0195799a (MD5) / Made available in DSpace on 2018-03-27T16:45:38Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) Tese Eduardo Rocha_ Março 2017_Final.pdf: 6940724 bytes, checksum: d7e77c81e57f723257434d9f0195799a (MD5) Previous issue date: 2016-12-22 / CAPES / Este trabalho visa realizar estudos de distribuição de temperatura num processo de soldagem com enchimento ao arco elétrico mediante aplicação de uma modelagem matemática e validados com o auxílio de equipamentos de medição de calor que operam no intervalo do espectro da radiação infravermelha. A metodologia numérica baseou-se no método de elementos finitos, suportados pelo software Abaqus 6.12 que permitiu realizar uma análise em três dimensões do calor envolvido neste enchimento. A modelagem da fonte de calor em movimento foi empreendida com base na dupla elipsoide de Goldak e consequente distribuição do volume de energia, onde incluem-se as propriedades termofísicas do material e respectivas condições de contorno inerentes ao sistema. O campo experimental serviu de base para alimentar os dados computacionais e neste, foram utilizados painéis retangulares de aço ASTM A36 medindo 300 mm x 200 mm x 4,76 mm com soldagem por enchimento, sem entalhe no cordão de solda, bem como o uso de painéis retangulares do aço API 5L X80 medindo 150 mm x 80 mm x 7,5 mm com profundidade de chanfro de 4mm, tendo sido realizados em ambos modelos, soldagem com sistema semi-automatizado na posição horizontal 2G, por intermédio do processo de soldagem GMAW (Gas Metal Arc Welding), especificamente MAG (Metal Active Gas). Os estudos para obtenção dos campos de temperatura foram realizados sob diferentes condições de aporte térmico, fazendo-se uso de dois sistemas independentes de termografia infravermelha aplicados na forma passiva: pirômetro e câmera termográfica. A primeira etapa coincide com o uso de ambos os sistemas de instrumentação quando estes, previamente calibrados, norteiam as respostas dos campos de temperatura e em comparação, pode-se validar a câmera termográfica como um instrumento confiável. Nesta fase, a temperatura captada na chapa atinge 670°C (≈ 943 K). A segunda etapa ocorreu em disposição semelhante, sendo captada temperaturas apenas através da câmera termográfica. Os resultados mostram que a chapa alcança a temperatura de 1.045ºC (≈ 1.318 K), sendo possível captar a curva completa do ciclo térmico de soldagem na face oposta ao cordão de solda. Propriedades térmicas dependentes no tempo, bem como, efeitos de mudança de fase foram considerados. Em substituição ao uso de termopares fora assumido aplicar-se a técnica da termografia infravermelha que, comparativamente à modelagem numérica, foram obtidos excelentes graus de coerência na quantificação dos demasiados campos térmicos vigentes na soldagem. / This work aims to conduct temperature distribution studies in a welding process that involves electric arc filling with the use of a mathematical model, where validation was performed with the aid of a heat measurement equipment operating in the infrared spectrum range. The numerical methodology was based on the finite element method, supported by Abaqus 6.12 software, which enabled a three-dimensional analysis of the heat involved in the filling. The modeling of the heat source in motion was based on Goldak's double ellipsoid and the consequent energy volume distribution, including the thermophysical properties of the material and the respective boundary conditions inherent to the system. The experimental field served as a basis for providing the computational data, in which rectangular panels made of ASTM A36 steel measuring 300 mm x 200 mm x 4.76 mm were used with welding by filling, without notch in the weld bead, as well as the use of rectangular panels made of API 5L X80 steel measuring 150 mm x 80 mm x 7.5 mm with a chamfer depth of 4 mm, where semi-automated welding system in the 2G horizontal position have been realized in both models through the GMAW welding process (Gas Metal Arc Welding), specifically MAG (Metal Active Gas). The studies required to obtain the temperature fields were carried out under different thermal input conditions, applying passively two independent infrared thermography systems: pyrometer and thermographic camera. The first step coincides with the use of both instrumentation systems which when previously calibrated, direct the temperature field responses and in comparison, it becomes possible to validate the thermographic camera as a reliable instrument. At this stage, the temperature captured on the plate reaches 670 ° C (≈ 943 K). The second stage occurred in a similar arrangement, with temperatures being captured only through the thermographic camera. The results show that the plate reaches a temperature of 1,045ºC (≈ 1,318 K), making it possible to capture the complete curve of the thermal welding cycle on the opposite side of the weld bead. Time-dependent thermal properties, as well as phase change effects were considered. In substitution to the use of thermocouples, the infrared thermography technique was applied, which, when compared to numerical modeling, demonstrated excellent coherence degrees with respect to other thermal fields in welding.

Motores de combustão interna são submetidos a carregamentos térmicos e mecânicos que podem resultar em trincas devido ao fenômeno de fadiga termomecânica, FTM. Ferros fundidos tem sido uma escolha comum para a fabricação de blocos e cabeçotes de motores a diesel. Para melhorar o desempenho dos motores é importante ter uma compreensão clara do comportamento em FTM destes materiais, permitindo a previsão de vida, melhorando as propriedades de novas ligas, bem como aumentar a confiabilidade desses componentes. Assim, este projeto teve como objetivo avaliar a vida em FTM de dois tipos de ferro fundido usado na fabricação de motores de combustão interna. Os testes foram realizados em um sistema de teste mecânico MTS 810, em controle de deformação com 100% de restrição (Δε = 0), utilizando um forno de indução de alta frequência para aquecimento e um dispositivo de resfriamento (condução e convecção), registrando as tensões e número de ciclos. Os ciclos térmicos aplicados simulam as condições de trabalho, em modo acelerado, de um motor de combustão interna, aplicando um ciclo térmico em forma de uma onda trapezoidal, com temperaturas mínimas e máximas de 50 e 420°C, respectivamente e um tempo de permanência de 180 s na temperatura máxima, e tempo de ciclo total de 300 s. Os resultados mostram que o ferro fundido vermicular apresenta uma vida em FTM maior que o ferro fundido cinzento porque a morfologia dos veios de grafita que atuam como concentradores de tensão no ferro fundido cinzento reduz acentuadamente a sua rigidez durante a tensão trativa, causando a formação de micro trincas em um número menor de ciclos. / Internal combustion engines are subjected to thermal and mechanical loads that may result in cracks due to thermomechanical fatigue phenomenon, TMF. Cast irons have been a common choice for the manufacture of blocks and cylinder heads of diesel engines. To improve the engines performance it is important to have a clear understanding of the FTM behavior of these materials, enabling life prediction, improving the properties of new alloys, as well as increase the reliability of these components. Thus, this project aims to evaluate the TMF life of two types of cast iron used in the manufacture of internal combustion engines. The tests were performed on a MTS 810 mechanical testing system, in displacement control and 100% restriction (Δε = 0), using a highfrequency induction furnace for heating and a cooling device (conduction and convection), recording the stresses, strains and number of cycles. The thermal cycles applied have heating and cooling cycles that simulate the work conditions, in accelerated mode, of an internal combustion engine, applying an trapezoidal wave shape, with minimum and maximum temperatures of 50 and 420°C respectively, and a 180 s dwell time at maximum temperature, and total cycle time of 300 s. The results showed that compact cast iron presents TMF life larger than the gray cast iron because the morphology of graphite flakes in the gray cast iron reduces markedly their rigidity during the traction portion of the tensile part of the cycle, causing the defects formation at smaller number of cycles. The thermomechanical behavior of these two types of cast irons are discussed in detail.

The MIG/MAG process is nowadays the most important welding process. This is due to its high production capacity, characteristic searched by industries to improve their manufacturing processes. Thus, due to this process relevance, development of tools that helps to understanding how it works comes out as necessary, especially in relation to proper welding setting up. One tool for this task is the transfer mode map, which predicts the type of metal transfer according to the welding setting up. However, these maps, normally, are more scientific oriented rather that for practical purposes. In this context, the objective of this work was to map the transfer modes in such a way that welders, supervisors and engineers could be helped in the choice of the best setting up needed. For this purpose, a methodology was developed to provide more information than transfer modes according to the parameter setting up. The proposed mapping had the intention of obtaining transfer regions with proper operating characteristics (stable transfer resulting of appropriate welding conditions) and also information about weld bead conditions, production, thermal cycle and arc radiation. For each transfer mode looked for working at typical welding conditions, which mean that the contact tip-to-work distance was different for the two main transfer modes (short-circuit and spray). A large number of experiments was performed to map the transfers, with the objective to determine a stable operating regions of short-circuit and spray transfer mode using the ER70S-6 welding wire with three different shielding gases. After mapping, single-welded butt joint were carried-out using specific points of the maps instead of bead-on-plate. The proposed methodology was efficient in exterminating regions of operational stability, according to the experiments. It was also possible to have better welding geometries, in general, for setting ups within the map region of operational stability, but the results also depend on the shielding gas and the transfer mode. For setting ups outside the map region of operational stability the bead finish gets worse, except for spray transfer mode when working below the region of operational stability. The deposition efficiency is lower for setting ups outside the region and with gases containing higher levels of CO2, except for short-circuit transfer. The arc radiation intensity is lower in regions below the operational stability and higher above this position, but it is highly dependent of the arc length. Changes in the contact tip-to-work distance and/or in the power source inductance have no influence on the region of operational stability, except for short-circuit transfer, in which the contact tip-to-work distance is able to reduce the set voltage for this region. / O processo de soldagem MIG/MAG é dos mais importantes processos de união de metais na atualidade. Isto se deve à sua alta capacidade de produção, característica constantemente cobiçada pelas indústrias em seus processos de fabricação. Assim, devido à relevância desse processo, torna-se necessária a construção de ferramentas que auxiliem no entendimento do funcionamento do mesmo, principalmente no que se refere à correta regulagem dos parâmetros de soldagem. Uma ferramenta utilizada para isto são os mapas de transferência metálica, que a partir dos parâmetros de regulagem, prevêem como resposta o tipo de transferência metálica. Porém, estes mapas, da forma que são normalmente confeccionados, são de caráter mais científico do que prático. Neste contexto, o objetivo deste trabalho foi a confecção de mapas de transferência práticos que venham auxiliar os usuários de soldagem (soldadores, supervisores e engenheiros) na escolha da melhor regulagem em função de suas necessidades. Para isto, foi desenvolvida uma metodologia que proporcionasse mais do que a informação sobre o tipo de transferência a partir da regulagem dos parâmetros. Nestes mapas propostos, objetivou-se obter uma região de transferência com característica operacional (transferência estável com condições de soldagem apropriadas) e também informações sobre o acabamento e perfil do cordão, rendimento de deposição, ciclo térmico e radiação emitida pelo arco. E para cada modo de transferência se procurou trabalhar apenas em condições típicas, o que fez com que a DBCP fosse diferenciada para dois modos principais de transferência (curto-circuito e goticular). Uma grande quantidade de experimentos foi realizada para mapear as transferências, com objetivo de delimitar uma região de estabilidade operacional de transferências por curto-circuito e outra goticular, utilizando o arame ER70S-6 e três gases de proteção para cada tipo de transferência. Após o levantamento, foram realizadas soldagens em pontos específicos dos mapas utilizando juntas ao invés de soldagem de cordão sobre chapa. Os resultados obtidos mostram que a metodologia proposta foi eficiente na determinação das regiões de estabilidade operacional. Mostraram também que o acabamento e a geometria do cordão, em geral, ficam melhores para regulagens dentro da região de estabilidade operacional, mas com resultados também dependentes do gás de proteção e tipo de transferência utilizada. Para regulagens fora da região de estabilidade operacional o acabamento piora, exceto para transferência goticular em regulagens abaixo da região. O rendimento de deposição é menor fora da região e com gases de proteção com maior teor de CO2, exceto para transferência por curto-circuito, onde, regulagens acima desta região não causam prejuízo. A intensidade de radiação emitida pelo arco é menor abaixo da região e maior acima desta, sendo dependente principalmente do comprimento de arco. A mudança da DBCP e da indutância da fonte não mostraram influência sobre a região de estabilidade operacional, exceto para transferência por curto-circuito, onde a DBCP promove a diminuição da regulagem das tensões desta região. / Mestre em Engenharia Mecânica

Fundação de Amparo a Pesquisa no Estado do Rio Grande do Sul / The aim of this study was to investigate the effect of heat treatments on the flexural strength, surface roughness and crystalline structure of a leucite reinforced glass ceramic (IPS Empress CAD, Ivoclar Vivadent, Liechtenstein). A hundred fifty (150) discs were machined by CEREC inLab MC XL (Sirona, Alemanha) and distributed into five groups, n=30: C (control, no heat treatment), A-575 (annealed at 575°C during 15 min, followed by slow cooling and furnace opening at 200°C), A-790 (annealed at 790°C during 15 min, followed by slow cooling and furnace opening at 200°C), G (glazed at 790°C during 1,5 min, followed by fast cooling - immediate furnace opening) and GM (modified glaze, at 790°C during 1,5 min, followed by slow cooling and furnace opening at 200°C). Biaxial flexural strength was determined by the piston-on-three ball test (ISO 6872/2008). Weibull modulus (m) and characteristic strength (σ0) were calculated from the results. The surface roughness (Ra and Rz) was measured before and after the treatments. One specimen from each group was used for X-ray diffraction. A-790 produced the highest values of fracture strength (211.7 MPa). The values of σ0 obtained for the other tested regimens (A-575: 167.9 MPa, GM: 157.7 MPa and G: 153.7 MPa) were lower than those from the control group (187.7 MPa). The value of m was statistically similar between the groups. All heat treatments were able to reduce the mean roughness (Ra) of the specimens. The mean amplitude (Rz), showed a significant reduction only for the groups submitted to the annealing treatments (A-575 e A-790). The X-ray diffraction analysis revealed no changes in the crystalline phase (tetragonal leucite) of the material after the different heat treatments. Variations in the size of the leucite crystallites after thermal cycles were not significant. Thus, high values of fracture strength and decreased surface roughness for a leucite reinforced glass ceramic are achieved by annealing above the glass transition (Tg=625 ± 20ºC) after machining. This regimen (A-790) was capable to produce favorable structural reorganization of the material, without modifying its original crystalline structure. Annealing bellow the glass transition (A- 575) and thermal cycle for glazing (G and GM) significantly reduced the strength of the material. / A proposição deste estudo foi investigar o efeito de tratamentos térmicos na resistência flexural biaxial, na rugosidade superficial e na estrutura cristalina de uma vitrocerâmica reforçada por leucita (IPS Empress CAD, Ivoclar Vivadent, Liechtenstein). Para tanto, 150 discos foram obtidos por usinagem em equipamento CEREC inLab MC XL (Sirona, Alemanha) e distribuídos em cinco grupos, de n=30: C (controle, sem tratamento térmico), A-575 (annealing à 575°C por 15 min, seguido de resfriamento lento com abertura do forno em 200°C), A-790 (annealing à 790°C por 15 min, seguido de resfriamento lento com abertura do forno em 200°C), G (glazeamento à 790°C por 1,5 min, seguido de resfriamento rápido com abertura imediata do forno) e GM (glazeamento modificado à 790°C por 1,5 min, seguido de resfriamento lento com abertura do forno em 200°C). A resistência flexural dos discos foi determinada pelo teste piston-on-three ball, conforme normas da ISO 6872/2008 e os dados submetidos à análise de Weibull para cálculo do módulo de Weibull (m) e da resistência característica (σ0). A rugosidade superficial (Ra e Rz) antes e após os tratamentos foi mensurada. Um espécime de cada grupo foi utilizado para difração de raios-X. O regime A-790 produziu os maiores valores de resistência à fratura (211,7 MPa). Os valores de σ0 promovidos pelos demais ciclos testados (A-575: 167,9 MPa, GM: 157,7 MPa e G: 153,7 MPa) foram inferiores aos do grupo controle (187,7 MPa). O valor de m não diferiu significativamente entre os grupos. Todos os tratamentos térmicos foram capazes de reduzir a rugosidade média (Ra) dos espécimes. Já os valores de amplitude média do perfil (Rz), apresentaram redução significativa apenas para os grupos submetidos à annealing (A-575 e A-790). A análise de difração de raios-x revelou não ter havido mudanças de fase cristalina (leucita tetragonal) do material após os tratamentos térmicos. As alterações no tamanho dos cristalitos de leucita após a realização dos ciclos térmicos não foram expressivas. Sendo assim, maiores valores de resistência à fratura e diminuição da rugosidade superficial para uma vitrocerâmica reforçada por leucita puderam ser conseguidos através de annealing acima da transição vítrea (Tg=625 ± 20ºC) após a usinagem. Tal regime (A-790) foi capaz de produzir reorganização estrutural favorável do material, sem contudo modificar sua estrutura cristalina original. Annealing abaixo da transição vítrea (A-575) e regimes de glazeamento (G e GM) reduziram significativamente a resistência do material.

Motores de combustão interna são submetidos a carregamentos térmicos e mecânicos que podem resultar em trincas devido ao fenômeno de fadiga termomecânica, FTM. Ferros fundidos tem sido uma escolha comum para a fabricação de blocos e cabeçotes de motores a diesel. Para melhorar o desempenho dos motores é importante ter uma compreensão clara do comportamento em FTM destes materiais, permitindo a previsão de vida, melhorando as propriedades de novas ligas, bem como aumentar a confiabilidade desses componentes. Assim, este projeto teve como objetivo avaliar a vida em FTM de dois tipos de ferro fundido usado na fabricação de motores de combustão interna. Os testes foram realizados em um sistema de teste mecânico MTS 810, em controle de deformação com 100% de restrição (Δε = 0), utilizando um forno de indução de alta frequência para aquecimento e um dispositivo de resfriamento (condução e convecção), registrando as tensões e número de ciclos. Os ciclos térmicos aplicados simulam as condições de trabalho, em modo acelerado, de um motor de combustão interna, aplicando um ciclo térmico em forma de uma onda trapezoidal, com temperaturas mínimas e máximas de 50 e 420°C, respectivamente e um tempo de permanência de 180 s na temperatura máxima, e tempo de ciclo total de 300 s. Os resultados mostram que o ferro fundido vermicular apresenta uma vida em FTM maior que o ferro fundido cinzento porque a morfologia dos veios de grafita que atuam como concentradores de tensão no ferro fundido cinzento reduz acentuadamente a sua rigidez durante a tensão trativa, causando a formação de micro trincas em um número menor de ciclos. / Internal combustion engines are subjected to thermal and mechanical loads that may result in cracks due to thermomechanical fatigue phenomenon, TMF. Cast irons have been a common choice for the manufacture of blocks and cylinder heads of diesel engines. To improve the engines performance it is important to have a clear understanding of the FTM behavior of these materials, enabling life prediction, improving the properties of new alloys, as well as increase the reliability of these components. Thus, this project aims to evaluate the TMF life of two types of cast iron used in the manufacture of internal combustion engines. The tests were performed on a MTS 810 mechanical testing system, in displacement control and 100% restriction (Δε = 0), using a highfrequency induction furnace for heating and a cooling device (conduction and convection), recording the stresses, strains and number of cycles. The thermal cycles applied have heating and cooling cycles that simulate the work conditions, in accelerated mode, of an internal combustion engine, applying an trapezoidal wave shape, with minimum and maximum temperatures of 50 and 420°C respectively, and a 180 s dwell time at maximum temperature, and total cycle time of 300 s. The results showed that compact cast iron presents TMF life larger than the gray cast iron because the morphology of graphite flakes in the gray cast iron reduces markedly their rigidity during the traction portion of the tensile part of the cycle, causing the defects formation at smaller number of cycles. The thermomechanical behavior of these two types of cast irons are discussed in detail.