O objetivo deste trabalho foi desenvolver um processo de estruturação a laser em superfícies internas de componentes mecânicos com geometria cilíndrica que são de uso comum em máquinas e motores. A estruturação de superfícies com laser consiste da gravação na superfície do componente, de um grande número de micro-cavidades ordenadas que atuem como micro-reservatórios de lubrificante e como micro-armadilhas de resíduos de desgaste. É um método efetivo para reduzir o atrito e o desgaste de superfícies de contato em movimento. As micro-cavidades formam obtidas neste trabalho com a técnica de ablação a laser utilizando um laser de Nd-YAG bombeado por diodos em modo de chaveamento Q-switched e que emite pulsos curtos (~ 100 ns) de radiação visível (532 nm) com taxas de repetição de pulsos de até 20 kHz. O laser foi caracterizado espacial e temporalmente em uma vasta gama de taxas de repetição de pulsos e correntes de bombeamento. Observou-se que o diâmetro do feixe de laser e a duração temporal do pulso podiam ser descritos como função da energia de pulso do laser. Desse modo, os parâmetros mais importantes que controlam o processo de ablação a laser, i.e., fluência e intensidade foram estimados com uma medição simples da energia de pulso do laser. As micro-cavidades foram então geradas na superfície interna de cilindros de aço AISI 1070 com 30 mm de comprimento e 40 mm de diâmetro variando-se a energia de pulos do laser entre 0,2 mJ e 5 mJ. Um sistema de lentes tripleto f/2 foi projetado para focalizar o feixe multi-modo do laser com um diâmetro de 100 mm. Um dispositivo mecânico desenvolvido no IEAv permitiu posicionar com precisão o feixe de laser focalizado na superfície interna do cilindro com uma resolução inferior a 2,5 mm. O diâmetro e a profundidade das micro-cavidades foram medidas por microscopia óptica e através de um método não destrutivo baseado na réplica em acrílico da superfície estruturada. Foi estabelecida uma carta prática de processo correlacionando a energia e o número de pulsos com as dimensões das micro-cavidades o que permitiu um controle preciso do diâmetro das mesmas no intervalo entre 30 mm e 120 mm e profundidade entre 2 mm e 50 mm.

Submitted by Emanuel Varela Cardoso (emanuel.varela@ufcg.edu.br) on 2018-05-23T00:29:07Z No. of bitstreams: 1 ALUIZIO FREIRE DA SILVA JUNIOR – DISSERTAÇÃO (PPGEP) 2015.pdf: 8240920 bytes, checksum: 03c678880f1d1648e407849134c89aa4 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-05-23T00:29:07Z (GMT). No. of bitstreams: 1 ALUIZIO FREIRE DA SILVA JUNIOR – DISSERTAÇÃO (PPGEP) 2015.pdf: 8240920 bytes, checksum: 03c678880f1d1648e407849134c89aa4 (MD5) Previous issue date: 2015-07-31 / O presente trabalho tem como objetivo desenvolver ferramentas numéricas e computacionais tendo vista descrever processos difusivos em sólidos com formas cilíndricas. Para isto a equação de difusão, considerando os casos de um cilindro infinito e de um cilindro finito, foi discretizada via método dos volumes finitos com uma formulação totalmente implícita, admitindo uma condição de contorno do terceiro tipo. Para as soluções numéricas obtidas pelas discretizações, foram desenvolvidos softwares na plataforma Windows, utilizando a linguagem de programação Fortran. As soluções desenvolvidas foram validadas pela comparação com resultados fornecidos por soluções analíticas. Os testes realizados indicaram coerência nos resultados fornecidos pelas soluções numéricas. Além disso, a fim de obter os parâmetros físicos dos processos de transferência de massa, um otimizador foi desenvolvido e acoplado às soluções numéricas. Foram realizados testes com o otimizador desenvolvido tendo em vista analisar a capacidade deste em encontrar os valores ótimos de um processo de transferência de massa. Os testes indicaram que o otimizador tem capacidade para obter os parâmetros necessários ao estudo deste trabalho, conseguindo chegar a região que contém os valores ótimos para os parâmetros, mesmo quando considerados valores iniciais distantes destes valores ótimos. A partir dos dados obtidos em experimentos de desidratação osmótica de banana (cortada em pedaços de 10 mm) realizados em combinações de 40 e 70°C de temperatura e 40 e 60 °Brix de concentração, foram realizadas otimizações a fim de obter expressões para descrição das difusividades efetivas de água e sacarose e valores para o coeficiente de transferência convectiva de massa. Os resultados obtidos para as difusividades de água e sacarose estão de acordo com a literatura. Os valores fornecidos pelo otimizador para o coeficiente de transferência convectiva de massa indicaram uma condição de contorno do primeiro tipo. Foram realizadas otimizações a partir dos dados da secagem complementar das amostras osmoticamente desidratadas, e os resultados obtidos para a difusividade de água foram compatíveis com os encontrados na literatura. Foi concluído pelas otimizações que as altas concentrações da desidratação osmótica influenciaram a condição de contorno da secagem complementar. / This study aims to develop numerical and computational tools to describe diffusion processes in solids with cylindrical shapes. For this the diffusion equation, considering the case of an infinite cylinder and a finite cylinder, was discretized via finite volume method with a fully implicit formulation, assuming a boundary condition of the third kind. For the numerical solutions obtained by discretization, software has been developed on the Windows platform using the Fortran programming language. The solutions developed were validated by comparison with results provided by analytical solutions. The tests showed consistency in the results provided by the numerical solutions. Furthermore, in order to obtain the physical parameters of the mass transfer process, was developed an optimizer which was coupled with numerical solutions. Tests were performed with the optimizer developed in order to analyze the capacity of finding the optimal values of a mass transfer process. The tests indicated that the optimizer is able to obtain the parameters necessary for the study of this work, reaching the region containing the optimal values for the parameters, even when initial values were considered far from the optimal values. From the data obtained in banana (cut into pieces of 10 mm) osmotic dehydration experiments performed by combining temperature of 40 and 70 ° C and concentration of 40 and 60 ° Brix, optimizations were carried out to obtain expressions for describing the effective diffusivity of water and sucrose and values for convective mass transfer coefficient. The results obtained for the diffusivities of water and sucrose are in agreement with the literature. The values supplied by the optimizer for the mass convective transfer coefficient indicated a boundary condition of the first kind. Optimizations were carried out from the complementary drying data of osmotically dehydrated samples, and the results obtained for the diffusivity of water were consistent with those found in the literature. It was concluded by the optimizations that high concentrations of osmotic dehydration influenced the boundary condition of the complementary drying.