Made available in DSpace on 2017-07-21T19:25:50Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Aloisi Somer2.pdf: 7687974 bytes, checksum: 2416565c5d4c2106a977eae2ad58cbfe (MD5) Previous issue date: 2016-02-19 / Fundação Araucária de Apoio ao Desenvolvimento Científico e Tecnológico do Paraná / The generation of mechanical waves can be produced in the air in contact with the surface of a sample since a modulated light focus on that sample. This feature is well known, and there are several techniques and theoretical models to elucidate this process. One of the techniques used to measure such waves is the technique of cell Open Photoacoustic (OPC), and why it is can estimate the thermal diffusivity of a sample. The hypothesis in this thesis is that small structural changes in thin superficial layers can influence on effective thermal diffusivity measured by the OPC technique. Initially, it was carried out a review of mathematical models presented in the literature for samples with double layer, and the approach of a second thin layer. It has been found that the influence of a thin layer on a thick sample is negligible, and, therefore, the effective thermal diffusivity tends to the value of the thermal diffusivity of the bulk sample in all models. To check the influence of structural modification in a second thin layer were produced two sets of samples with two kinds of surface structural changes in samples with metallic volume. The first set was with changes in the proportions of rutile and anatase, the structural phases TiO2 film which was grown by thermal oxidation treatment in three types of titanium metal: two degrees of purity titanium, Ti and TiG2, and a TiG5 alloy (Ti-6Al-4V). The correlation of effective thermal diffusivity and the structural modification of layers grown by different thermal treatment (at 600 and 700ºC) in various treatment times was established. The effective thermal diffusivity determined by OPC is directly proportional to anatase quantity in the thermally grown layer of samples. In the second set were created different concentrations of structural martensite phase by mechanical polishing of austenitic AISI304 steel samples, having an austenitic volume. The effective thermal diffusivity values are influenced as the ratio martensite/austenite as the thickness of the sample. It was expected a decrease in effective thermal diffusivity values with decreasing the martensite quantity on the surface of samples as with the increase in the thickness of samples. This behavior was partially observed, however for small proportions of martensite and higher thickness values the effective thermal diffusivity increases. This feature can be associated with non-linear effects. Also, a method to check the thermal diffusivity values obtained by the OPC technique was proposed. This procedure comes from the dependency of the weight parameter thermoelastic bending C2, which depends on the thickness of the sample. If the dependence of C2 is as close to ls-3 confirms the values of thermal diffusivity. The method was tested for aluminum samples successfully. In conclusion, the variation in concentration of structural changes on sample´s surface and thin layers can influence the effective thermal diffusivity obtained by OPC technique, contrary to the theoretical models predict. / A geração de ondas mecânicas pode ser produzida no ar em contato com a superfície de uma amostra desde que sobre a mesma incida uma luz modulada. Isso já é bem conhecido e existem várias técnicas e modelos para elucidar tal processo. Uma das técnicas utilizadas na mensuração de tais ondas é a técnica de Célula Fotoacústica Aberta (OPC – Open Photoacoustic Cell), pela qual é possível estimar a difusividade térmica de uma amostra. A hipótese levantada nesta tese é que pequenas modificações estruturais em finas camadas superficiais possam influenciar a difusividade térmica efetiva mensurada pela técnica OPC. Inicialmente foi realizada uma revisão bibliográfica dos modelos matemáticos para amostras com dupla camada, e para a aproximação de uma segunda camada muito fina. Foi verificado que a influência de uma fina camada sobre uma amostra espessa é desprezível, e consequentemente, a difusividade térmica efetiva tende ao valor da difusividade térmica do volume da amostra, em todos os modelos. Para verificar a influência de uma modificação estrutural em uma segunda camada muito fina foram produzidos dois conjuntos de amostras, com dois tipos de modificações estruturais superficiais em amostras metálicas. O primeiro conjunto com alterações das proporções entre rutilo e anatásio, fases estruturais do filme de TiO2, que foi crescido por meio de tratamento de oxidação térmico um volume de titânio metálico para três tipos deste metal: dois graus de pureza de titânio, Ti e TiG2, e uma liga TiG5 (Ti-6Al-4V). A correlação de difusividade térmica e a microestrutura das camadas crescidas por tratamento de oxidação térmico sobre Ti, TiG2 e TiG5 a 600 ºC e 700 ºC, em diferentes tempos foi estabelecida. Observou-se que a difusividade térmica efetiva medida pela técnica OPC é diretamente proporcional a quantidade de anatásio na camada criada por tratamento térmico. No segundo conjunto foram criadas diferentes concentrações da fase estrutural martensita por polimento mecânico em amostras de aço austenítico AISI304, que possui um volume austenítico. Foi observado que a difusividade térmica efetiva teve influência tanto da razão martenstia/austenita quanto da espessura do volume da amostra. Esperava-se uma diminuição da difusividade térmica efetiva com a redução da quantidade de martensita na superfície e com o aumento da espessura do volume da amostra. Esse comportamento foi parcialmente observado, mas para pequenas proporções de martensita e maiores espessuras a difusividade térmica efetiva tornou a aumentar. Comportamento que pode ser associado a possíveis efeitos não lineares. Ainda, foi proposto um método de confirmação para os valores da difusividade térmica medida pela técnica OPC. Esse método parte da dependência do parâmetro peso da flexão termoelástica C2, o qual depende da espessura da amostra. Quando a dependência medida para o parâmetro C2 estiver próxima ls-3 confirma-se os valores da difusividade térmica. O método foi testado para amostras de alumino com êxito. Em conclusão é constatado que modificações na concentração da fase estrutural na superfície e em finas camadas têm influência na difusividade térmica efetiva medida pela técnica OPC, ao contrário do constatado pelos modelos teóricos presentes na literatura.

Made available in DSpace on 2017-07-21T19:26:02Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Ricardo Oyarzabal.pdf: 3669233 bytes, checksum: 4e83f2e83bacb45a6f0ae5f95c2dfa29 (MD5) Previous issue date: 2012-03-22 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / The photoacoustic technique is a method used in the study of physical and thermal properties of solids, liquids or gases and it is based on the photothermal effect. The photothermal effect results from the combination of physical mechanisms such as thermal expansion, thermal diffusion and thermoelastic bending. Thermal diffusivity is a parameter that measures how much heat is diffused over a sample and depends on the thermal conductivity k, density ρ and specific heat c of the material under analysis. For this study, we used the open cell photoacoustic (OPC) technique to measure the thermal diffusivity of samples of AISI 316 steel. The standard sample has a thickness of 490 micron and a diameter of 31.73 mm as the others received coatings by plasma treatment nitrocarburizing. This process of ion implantation modifies the tribological properties and mechanical characteristics of the region around the surface of a material, as different precipitates are formed, thus changing the thermal diffusivity. In this investigation we divided the samples into three distinct regions, and the area A in the center, an intermediate region B and C is the region most extreme. The theoretical value of diffusivity for the steel AISI 316 is 4.05 x10-6 m2/s. Through the OPC technique the results for each region were: αA = 4.08 x10-6 ± 0,18 m2/s, αB = 4.09 x 10-6 ± 0,12 m2/s , αC = 4.09 x 10-6 ± 0,22 m2/s. These results are close to theoretical values and show that the thermal diffusivity does not radially change from the center to the edge of the sample. For the nitrocarburized samples with circular, circular center hole, triangular and square geometries it was observed, by optical microscopy and thermal diffusivity determination, that the nitrocarburizing is not uniform across the surface of the sample and varies according to its region, with greater intensity at the edges than the center. Thus, OPC is a technique sensitive to the structural changes at surfaces of a bulk so that can be used to distinguish surfaces that have suffered or not nitrocarburizin. / A técnica fotoacústica é um método utilizado no estudo de propriedades físicas e térmicas de materiais sólidos, líquidos ou gasosos, com base no efeito fototérmico. O fenômeno fototérmico resulta da combinação de mecanismos físicos como a expansão térmica, difusão térmica e a flexão termoelástica. A difusividade térmica é um parâmetro que mede quanto o calor é difundido ao longo de uma amostra e depende da condutividade térmica k, da densidade ρ, e do calor específico c do material em análise. Para realização deste trabalho utilizou-se o sistema de Fotoacústica em Célula Aberta (OPC) para a medida da difusividade térmica de amostras do aço AISI 316. A amostra padrão possui espessura de 490 μm e diâmetro de 31,73 mm e nas outras houve a produção de camadas superficiais pelo tratamento de nitrocementação por plasma. Este processo de implantação iônica modifica as propriedades tribológicas e mecânicas da região em torno da superfície de um material, pois diferentes precipitados são formados, alterando assim a difusividade térmica. Nesta investigação dividiu-se as amostras em três regiões distintas, sendo a região A no centro, B uma região intermediária e C a região mais extrema. O valor teórico da difusividade para o aço AISI 316 é 4,05 x10-6 m2/s. Através da medida em OPC os resultados obtidos para cada região na amostra padrão foram: αA = 4,08 x10-6 ± 0,18 m2/s, αB = 4,09 x 10-6 ± 0,11 m2/s, αC = 4,09 x 10-6 ± 0,21 m2/s. Estes resultados são próximos aos valores teóricos esperados e apresentam que a difusividade térmica não é alterada radialmente do centro para a extremidade da amostra. Nas amostras nitrocementadas, de geometria circular, circular com furo ao centro, triangular e quadrangular observou-se, pela microscopia óptica e pela determinação da difusividade térmica, que a nitrocimentação não é uniforme ao longo da superfície da amostra e varia conforme sua região, sendo a intensidade maior nas bordas do que no centro. Desta forma, a OPC é uma técnica sensível às mudanças estruturais na superfície de um material, podendo assim ser utilizada para distinguir superfícies que sofreram ou não nitrocementação. Palavras chave: difusividade térmica, fotoacústica, OPC, aço AISI 316

Made available in DSpace on 2015-05-08T14:59:38Z (GMT). No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 6363993 bytes, checksum: e8cfe3d37bd9a2f2218e5522ba2ddff7 (MD5) Previous issue date: 2009-08-11 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / The analysis of properties of heat and mass transfer in foods has recently received increased attention due to its importance in modeling, and in the optimization of equipments and processes. In this work, an experimental procedure was performed with commercial-type, natural and skimmed yoghurt purchased from the local market, in order to estimate the thermal diffusivity. The experimental procedure was developed for liquid sample. The sample was placed between two metal plates. The thermal diffusivity was obtained from measurements of frontal temperature. The experimental procedure was performed in a micro-flash apparatus, model 457 LFA and thermal conductivity was determined in the calorimeter model 2920 mark TA Modulated. The results for thermal diffusivity and thermal conductivity present a good agreement with the available values from the literature. / A análise das propriedades de transferência de calor e massa em alimentos tem recebido maior atenção recentemente devida sua importância fundamental na modelagem, na otimização e nos projetos de equipamentos para processos. Neste trabalho, procedimentos experimentais foram realizados com iogurtes comerciais do tipo natural e desnatados, obtidos no mercado local com o objetivo de estimar a difusividade térmica. O procedimento experimental foi desenvolvido para líquidos entre placas metálicas e uma amostra liquida e mediu a avaliação da temperatura sobre a face frontal, a partir da qual foi obtida a difusividade térmica. O procedimento experimental foi realizado em um aparelho micro-flash, modelo LFA 457 da Netzsch e o calor específico foi determinados no calorímetro modelo 2920 Modulated marca TA. Os resultados obtidos para a difusividade térmica e condutividade térmica apresentam boa concordância com os valores disponíveis na literatura.

Orientador: Maria Aparecida Mauro / Banca: José Roberto Delalibera Finzer / Banca: Javier Telis Romero / Resumo: O alho (Allium sativum) possui excelente valor nutricional, contendo em sua composição vitaminas do tipo A, B2, B6 e C, aminoácidos, enzimas, compostos biologicamente ativos e minerais como ferro, zinco, selênio e iodo. Seus diversos benefícios à saúde são geralmente atribuídos à presença de compostos organosulfurosos. O alho negro é produzido a partir do alho cru através da aplicação de tratamento térmico em temperatura e umidade relativa controlada, por longos períodos de tempo. A coloração negra do alho se deve à reação de Maillard e consequente formação de melanoidinas, produto da reação entre o açúcar e os aminoácidos presentes no alho fresco. Apesar de alguns autores reportarem que durante o processo de maturação a quantidade de antioxidantes é aumentada, a fabricação do alho negro se apresenta ainda muito empírica e estudos sobre seu processamento não estão bem esclarecidos na literatura. Diante disso, o objetivo do presente trabalho foi investigar o processamento do alho negro por envelhecimento ou maturação, avaliando a influência da temperatura e umidade relativa sobre sua qualidade nutricional e sensorial, com o intuito de selecionar as melhores condições operacionais. Para tanto, bulbos de alhos foram expostos a atmosferas com umidade relativa controlada por meio de soluções salinas saturadas de NaCl e KCl, em três níveis de temperatura (65 °C, 72,5 °C e 80 °C). Curvas de desidratação foram determinadas por pesagens periódicas das amostras. A equação de difusão foi capaz de representar bem a variação de umidade durante o envelhecimento do alho a 80 °C, enquanto que a 72,5 °C o modelo foi razoável e a 65 °C foi pouco eficiente. Constatou-se considerável dependência da difusividade com a temperatura, que variou de 2,4310-11 a 1,2710-10 m2s-1, entre as temperaturas de 65 e 80 °C, quando envelhecido em ambiente condicionado por solução saturada de NaCl, e de... / Abstract: Garlic (Allium sativum) has excellent nutritional value, due to its vitamins content like A, B2, B6 and C, amino acids, enzymes, biologically active compounds and minerals like iron, zinc, selenium and iodine. The various health benefits are generally attributed to organosulfur compounds. Black garlic is obtained from raw garlic submitted to thermal treatment at controlled temperature and relative humidity for long time periods. The black color of the garlic is due to the Maillard reaction and consequent melanoidins formation, as product of the reaction between sugar and amino acids present in fresh garlic. Although some authors have reported that during the maturation process the amount of antioxidants increases, the manufacturing of black garlic is still very empirical and studies about this processing have not been sufficiently clarified in the literature. Thus, the objective of this study was to investigate the processing of black garlic by aging or maturation, assessing the influence of temperature and relative humidity on the nutritional and sensory quality, in order to select the best operation conditions. For this purpose, garlic bulbs were exposed to atmospheres with controlled relative humidity by means of saturated salt solutions of NaCl and KCl, and three levels of temperatures (65 °C, 72.5 °C and 80 °C). Drying curves was determined by weighing the samples periodically. The diffusion equation adequately represented the moisture variation during the aging of garlic at 80 °C, whereas the 72.5 °C it was reasonable, and at 65 °C was less efficient. Occurred considerable temperature influence on diffusivity, which ranged from 2.4310-11 to 1.2710-10 m2/s, between the temperatures of 65 and 80 °C, when aged at ambient conditioned by saturated solution of NaCl, and the 1.5210-11 to 6.9210- 11 m2/s, between the same temperatures, with saturated solution of KCl. Influences of temperature, relative humidity and ... / Mestre

Os discos de freio, durante a frenagem, são submetidos a tensões térmicas e mecânicas que podem ser relativamente altas quando muito bruscas (frações de segundo), situação em que a temperatura pode chegar a valores próximos de 600ºC. Esta variação de temperatura provoca choques térmicos que podem gerar trincas e/ou uma grande quantidade de deformação plástica no disco. A proposta deste trabalho foi a de investigar, através de experimentos, o comportamento mecânico e físico em quatro ligas de ferro fundido cinzento (A, B, C e E), utilizadas para produzir discos de freio de veículos automotivos. Para tanto, foram realizados ensaios termomecânicos de baixo ciclo em corpos de prova, entre 300ºC e 600ºC, nas condições em fase e fora de fase, adotando o critério de falha em 50% da tensão máxima (ASTM E-606) e em componentes (discos), além daqueles de difusividade térmica desde a temperatura ambiente até 600ºC. As curvas deformação em função da vida ( N) foram obtidas e analisadas segundo norma ASTM E 466/468. A análise microestrutural nos corpos de prova e peças, após os ensaios de fadiga, serviu para revelar a influência da morfologia e quantidade de grafita e da matriz sobre as propriedades mecânicas. A medição das difusividades térmicas teve como objetivo a verificação da influência do carbono equivalente e dos elementos de liga sobre esta propriedade física. Observou-se que, durante os ensaios de fadiga termomecânica em fase, em função da decomposição de parcela da cementita da perlita, houve, nos materiais, a chamada expansão grafítica, que teve influência na parte trativa do ciclo, diminuindo as tensões necessárias para se alcançar determinadas amplitudes de tensão mecânica. Pelos gráficos de amplitude de deformação mecânica em função do número de reversos para falhar, sob fadiga termomecânica em fase e fora de fase, observou-se que a melhor liga de ferro fundido cinzento foi a liga E. Esta constatação implicará em uma significativa redução dos custos de produção dos discos de freio, pois se poderá prescindir do elemento de liga Molibdênio, extremamente caro. Comparando-se os resultados de fadiga termomecânica com os de fadiga isotérmica a 25ºC, 300ºC e 600ºC, pôde-se verificar que os ensaios mais críticos foram os fora de fase, pois conduziram, comparativamente, a vidas menores. / Brake discs are submitted to thermal and mechanical stress that can be relatively high during abrupt braking action happens (fractions of seconds), causing the temperature to reach values as high as 600ºC. This temperature variation results in thermal shocks that can generate cracks and/or a large amount of plastic deformation in the disk. The main aim of this work was to investigate, through experiments, the mechanical and physical behavior of four alloys of gray cast iron (A, B, C and E), used to produce brake discs of automotives vehicles. Low cycle thermomechanical fatigue tests were carried out in components (discs) and in test specimens, between 300ºC and 600ºC, in the conditions in-phase and out-of-phase, adopting the failure criterion of 50% drop of the maximum tensile stress (ASTM E - 606). Thermal diffusivity values were measured from room temperature up to 600oC in order to analyze the effects of carbon content and alloying elements in physical properties. Curves -N were obtained and analyzed according to ASTM E 466/468 standard. Microstructural analysis was employed to reveal the influence of the matrix and morphology/amount of graphite on the mechanical properties. It was observed that, during in-phase thermomechanical fatigue tests, the volume expansion due to cementite decomposition into graphite and ferrite caused a decrease in the tensile stress necessary to achieve the mechanical strain imposed during tests. From M/2 x 2Nf graphs it was inferred that alloy E presented the best performance both in in-phase and out-of phase tests. The lack of Mo in this alloy implies in a significant reduction of cost production of the brake discs, due to the high cost of such alloying element. Out-of-phase thermomechanical fatigue tests resulted in shorter lives compared to isothermal fatigue tests carried out at 25ºC, 300ºC and 600ºC.

Orientadores: Edson Correa da Silva e Antonio Manoel Mansanares / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin. / Made available in DSpace on 2018-09-26T17:40:21Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Albuquerque_MarcosLazarodeSouza_D.pdf: 2664850 bytes, checksum: 47305c651cc9350b772372c3f4181f3e (MD5) Previous issue date: 2008 / Resumo: Neste trabalho desenvolveu-se um experimento de detecção fototémica com dois sensores piroelétricos em uma célula capacitiva que permite a realização de medidas térmicas e elétricas em materiais pastosos em função da temperatura.A célula idealizada para medidas elétricas e térmicas é um capacitor plano de placas paralelas capaz de obter das amostras investigadas os parâmetros de efusividade térmica, difusividade térmica,condutividade térmica e constante dielétrica relativa,simultaneamente,além de detectar transições,em especial fusão.A célula capacitiva fotopiroelétrica é composta por dois sensores piroelétricos entre os quais a amostra é posicionada.Um elemento Peltier associado a um termistor é utilizado para o controle de temperatura.Incide sobre a célula um feixe de radiação eletromagnética oriunda de uma fonte Laser Ar + (514,5 nm ).A radiação modulada atinge diretamente um dos sensores que é opaco e que está em contato térmico com a amostra.O calor gerado no primeiro sensor se propaga, então,pelo sistema amostra-segundo sensor gerando sinais nos dois sensores que são amplificados em amplitude e fase por dois amplificadores seletivos.Ao mesmo tempo,os sinais elétricos da célula capacitiva são registrados por uma ponte RCL operando em 2 kHz.A aquisição de dados dos sinais térmicos é procedida em programa escrito em ambiente LabView para varredura de freqüência de 0 a 100 Hz.Preliminarmente,medidas foram realizadas com margarina e mostraram o potencial da metodologia na verificação do comportamento térmico e elétrico de materiais pastosos.Foi investigado um conjunto de oito amostras constituídas por pares de componentes em proporções e métodos de sínteses diferentes de três tipos de óleos vegetais:algodão,palma e soja.Para a obtenção da constante dielétrica relativa da amostra,o valor da capacitância da mesma foi normalizado pelo valor de capacitância da célula vazia (dielétrico o ar).Modelos para a interpretação dos dados experimentais das medidas térmicas e elétricas foram desenvolvidos.Os gráficos dos sinais de amplitude e fase térmicas detectados pelos sensores foram plotados em função da freqüência de modulação e ajustados pelas equações teóricas dos sensores para a obtenção dos parâmetros térmicos.Foram obtidos valores dos parâmetros efusividade térmica, difusividade térmica,condutividade térmica e constante dielétrica relativa das oito amostras investigadas, além da identificação da região do ponto de fusão das mesmas.Os resultados mostraram que a célula desenvolvida neste trabalho para a aplicação em materiais pastosos pode identificar a região do ponto de fusão,obter os parâmetros térmicos e a constante dielétrica relativa das amostras investigadas / Abstract: This work consists in the development of an experimental apparatus of photopyroelectric detection using two pyroelectric sensors in a capacitive cell which allows the accomplishment of electrical and thermal measurements of pasty materials as a function of the temperature.The idealized cell for electrical and thermal measurements is based in a parallel plane-plate capacitor whose metallic plates are the internal surfaces of the pyroelectric sensors.The system is capable to obtain thermal parameters like effusivity, diffusivity and conductivity,and electric parameters like the dielectric constant for the investigated samples.The identification of the melt point region from either the thermal measurements of the photopyroelectric signal amplitude and phase or the electrical measurements is possible as well.The capacitive photopyroelectric cell is composed by two pyroelectric sensors.An insulator support is used to accommodate the samples which are placed between the sensors.An aluminum piece hold all parts of the cell;one Peltier element is associated with a termistor to control the temperature.An eletromagnetic radiation beam from a Ar + laser incides on the cell and is modulated by an acoustic-optic modulator.The modulated radiation reaches one of the sensors which is opaque and in contact with the sample.Two L ck-in amplifiers amplify the signals originated in each sensor due to the propagation of heat while the electrical signals are registered by an automatic RCL bridge operating at 2 kHz.For data acquisition a Labview language computer software was used allowing to frequency scanning from 0 to 100 Hz. Preliminary experiments were carried out with margarine and showed the methodology pontential in the verification of the thermal and electrical behavior of pasty materials.It was investigated a set of eight samples formed by different compositions of three vegetable oils:cotton,palm and soy in different proportions and within two synthesis methods (basic mixture of intersterification).The sample capacitance was normalized by the empty cell to obtain the relative dielectric constant of the sample.The models for the thermal and electrical data interpretation were developed.For the thermal case simulations were proceeded for a basic oil in order to verify the model.The graphs for thermal amplitude and phase from both sensors were plotted as a function of modulation frequency from which the thermal properties were obtained by fitting the model equations.The values of thermal effusivity,thermal diffusivity, thermal conductivity and relative dielectric constant were obtained for the samples and the transition melting region as well.The results have shown that the cell here developed is very suitable for the determination of thermal and electrical properties of pasty samples and the determination of transition as well. / Doutorado / Física Geral / Doutor em Ciências

Orientador: Jorge Roberto Pimentel / Banca: Roberto Naves Domingos / Banca: Osvaldo Missiato / Resumo: A questão da disposição final dos resíduos sólidos, gerados pelas indústrias e pela população, é um grande desafio a ser solucionado pelas empresas e entidades ligadas à conservação do meio ambiente. Uma das alternativas para o descarte racional destes resíduos é a sua incorporação ao solo. O conhecimento das propriedades térmicas de um solo incorporado com resíduo é importante para garantir que esta alternativa não interfira, por exemplo, na capacidade do solo em difundir energia necessária para o crescimento das plantas. Este trabalho envolveu a determinação da difusividade térmica de amostras de um solo incorporado com resíduo gerado por uma Estação de Tratamento de Água, da cidade de Rio Claro. A determinação da difusividade térmica das amostras foi baseada no método utilizado por CLIVATI (1991). A partir da medição da temperatura em função do tempo, numa determinada posição, foi possível obter as difusividades térmicas de cada amostra em duas condições de umidades diferentes. Para as umidades utilizadas, os resultados mostraram que a incorporação do resíduo de E.T.A nas proporções especificadas não alterou, significativamente, os valores da difusividade térmica do solo estudado. Estes resultados indicam que o fluxo de calor no solo praticamente não é afetado pela incorporação do resíduo. / Abstract: The question of the final disposition of the solid residues generated by the industry and the population is a big challenge to be solved by the corporations and entity concerned with the preservation of the environment. One of the alternatives for the rational dump of these residues is its incorporation to the soil. The knowledge of the thermal properties of a soil incorporated with residue is important to assure that this alternative, for example, doesn't interfere in the capacity of the soil to diffuse the necessary energy for the growth of the plants. This work has involved the determination of the thermal diffusivity in the samples of a soil incorporated with residue generated by a Treatment Water Station (T.W.S.), in the city of Rio Claro. The determination of the thermal diffusivity of the samples was based in the method used by CLIVATI (1991). From the temperature measurement in time function, in the certain position, it was possible to obtain the thermal diffusivities of each sample in two conditions of different moisture. For the used moisture, the results showed that the incorporation of the T.W.S. residue, at the specified proportions, did not change, the thermal diffusivities values of the studied soil in a significant manner. These results indicate that the heat flux in the soil practically is not affected by the residue incorporation. / Mestre

Os discos de freio, durante a frenagem, são submetidos a tensões térmicas e mecânicas que podem ser relativamente altas quando muito bruscas (frações de segundo), situação em que a temperatura pode chegar a valores próximos de 600ºC. Esta variação de temperatura provoca choques térmicos que podem gerar trincas e/ou uma grande quantidade de deformação plástica no disco. A proposta deste trabalho foi a de investigar, através de experimentos, o comportamento mecânico e físico em quatro ligas de ferro fundido cinzento (A, B, C e E), utilizadas para produzir discos de freio de veículos automotivos. Para tanto, foram realizados ensaios termomecânicos de baixo ciclo em corpos de prova, entre 300ºC e 600ºC, nas condições em fase e fora de fase, adotando o critério de falha em 50% da tensão máxima (ASTM E-606) e em componentes (discos), além daqueles de difusividade térmica desde a temperatura ambiente até 600ºC. As curvas deformação em função da vida ( N) foram obtidas e analisadas segundo norma ASTM E 466/468. A análise microestrutural nos corpos de prova e peças, após os ensaios de fadiga, serviu para revelar a influência da morfologia e quantidade de grafita e da matriz sobre as propriedades mecânicas. A medição das difusividades térmicas teve como objetivo a verificação da influência do carbono equivalente e dos elementos de liga sobre esta propriedade física. Observou-se que, durante os ensaios de fadiga termomecânica em fase, em função da decomposição de parcela da cementita da perlita, houve, nos materiais, a chamada expansão grafítica, que teve influência na parte trativa do ciclo, diminuindo as tensões necessárias para se alcançar determinadas amplitudes de tensão mecânica. Pelos gráficos de amplitude de deformação mecânica em função do número de reversos para falhar, sob fadiga termomecânica em fase e fora de fase, observou-se que a melhor liga de ferro fundido cinzento foi a liga E. Esta constatação implicará em uma significativa redução dos custos de produção dos discos de freio, pois se poderá prescindir do elemento de liga Molibdênio, extremamente caro. Comparando-se os resultados de fadiga termomecânica com os de fadiga isotérmica a 25ºC, 300ºC e 600ºC, pôde-se verificar que os ensaios mais críticos foram os fora de fase, pois conduziram, comparativamente, a vidas menores. / Brake discs are submitted to thermal and mechanical stress that can be relatively high during abrupt braking action happens (fractions of seconds), causing the temperature to reach values as high as 600ºC. This temperature variation results in thermal shocks that can generate cracks and/or a large amount of plastic deformation in the disk. The main aim of this work was to investigate, through experiments, the mechanical and physical behavior of four alloys of gray cast iron (A, B, C and E), used to produce brake discs of automotives vehicles. Low cycle thermomechanical fatigue tests were carried out in components (discs) and in test specimens, between 300ºC and 600ºC, in the conditions in-phase and out-of-phase, adopting the failure criterion of 50% drop of the maximum tensile stress (ASTM E - 606). Thermal diffusivity values were measured from room temperature up to 600oC in order to analyze the effects of carbon content and alloying elements in physical properties. Curves -N were obtained and analyzed according to ASTM E 466/468 standard. Microstructural analysis was employed to reveal the influence of the matrix and morphology/amount of graphite on the mechanical properties. It was observed that, during in-phase thermomechanical fatigue tests, the volume expansion due to cementite decomposition into graphite and ferrite caused a decrease in the tensile stress necessary to achieve the mechanical strain imposed during tests. From M/2 x 2Nf graphs it was inferred that alloy E presented the best performance both in in-phase and out-of phase tests. The lack of Mo in this alloy implies in a significant reduction of cost production of the brake discs, due to the high cost of such alloying element. Out-of-phase thermomechanical fatigue tests resulted in shorter lives compared to isothermal fatigue tests carried out at 25ºC, 300ºC and 600ºC.

Submitted by Renata Lopes (renatasil82@gmail.com) on 2017-07-24T12:08:43Z No. of bitstreams: 1 alexandrepinheirodasilva.pdf: 29097377 bytes, checksum: 94bcde5f459e88c78cffbdf774e348a0 (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2017-08-09T13:30:24Z (GMT) No. of bitstreams: 1 alexandrepinheirodasilva.pdf: 29097377 bytes, checksum: 94bcde5f459e88c78cffbdf774e348a0 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-08-09T13:30:24Z (GMT). No. of bitstreams: 1 alexandrepinheirodasilva.pdf: 29097377 bytes, checksum: 94bcde5f459e88c78cffbdf774e348a0 (MD5) Previous issue date: 2011-09-30 / Neste trabalho vamos apresentar a implantação de duas técnicas fototérmicas: a fotoacústica de câmara aberta que possibilita encontrarmos a difusividade térmica dos materiais, e a técnica pc que fornece o valor do produto da densidade pelo calor específico da substância, conhecido como capacidade térmica volumétrica. Utilizamos também a técnica de lente térmica para a medida da difusividade térmica e do parâmetro dS/dT (taxa de variação do caminho óptico S). As técnicas mencionadas fornecem os parâmetros termo-ópticos (Difusividade Térmica, Condutividade Térmica e dS/dT ) para materiais vítreos como os vidros ferro fosfato, telurito, borossilicato e simulado lunar JSC-1. Modelos teóricos são apresentados e testados. Mostramos que o modelo da flexão termoelástica é dominante na maioria das amostras estudadas. Exceção foi observado no caso de vidros semicondutores (ferro fosfato). Neste caso, correções foram necessárias para o modelo da flexão termoelástica, possibilitando obter: difusividade térmica, coeficiente de difusão de portadores, velocidade de recombinação dos portadores na superfície e tempo de recombinação na superfície. As técnicas foram testadas com amostras de alumínio com 99,99 % de pureza, que possuem as informações térmicas disponíveis na literatura. Nos resultados, identificamos, através da técnica fotoacústica, que o vidro ferro fosfato é um vidro semi-condutor. Vidros ferro fosfato são candidatos para aplicações de vitrificação de resíduos nucleares. Comparações foram feitas com vidros borossilicato que são atualmente usados na vitrificação dos resíduos nucleares. Obtivemos a difusividade térmica, a capacidade térmica volumétrica e a condutividade térmica dos vidros do simulado lunar JSC-1 e telurito. O primeiro se mostrou eficiente para aplicações em exploração espacial e o segundo tem potencial aplicação em dispositivos fotônicos. / In this work we present the implantation of two photothermal techniques : the open cell photoacoustic which allows one to find thermal diffusivity of materials, and pc technique which gives the value of the product of density by specific heat of substance, known as the volumetric heat capacity. We also used the technique of thermal lens for measurement of thermal diffusivity and the parameter dS/dT (the temperature coefficient of the optical path S). The mentioned techniques furnished the thermo-optical parameters (Thermal Diffusivity, Thermal Conductivity and dS/dT) of glassy materials such as iron phosphate, tellurite, borosilicate glasses and lunar simulate JSC-1. Theoretical Models are presented and tested. It was shown that the model of thermoelastic bending is dominant in most samples studied. Exception is observed in the case of semiconducting glasses (iron phosphate). In this case, corrections were necessary to the bending model, and allowed one to obtain: thermal diffusivity, carrier 's diffusion coefficient, carriers surface recombination velocity and surface recombination time. Techniques were tested with aluminum samples with 99.99 % purity, which have the thermal information available in the literature. As a result, we identified, through the photoacoustic technique, that iron phosphate glass is a semiconductor glass. Iron phosphate are candidates for nuclear waste vitrification applications. Comparison was made with borosilicate glasses that are currently used for nuclear waste vitrification. We also obtained the thermal diffusivity, the volumetric heat capacity and thermal conductivity of simulated lunar JSC-1 and tellurite glasses. The former proved efficient applications in space exploration and the latter has potential applications as photonic device.

Submitted by Emanuel Varela Cardoso (emanuel.varela@ufcg.edu.br) on 2018-08-17T17:30:45Z No. of bitstreams: 1 JOSÉ RICARDO FERREIRA OLIVEIRA – DISSERTAÇÃO (PPGEM) 2017.pdf: 2648257 bytes, checksum: 5e08d81aaa5973d7c6fd8bac23c313cc (MD5) / Made available in DSpace on 2018-08-17T17:30:45Z (GMT). No. of bitstreams: 1 JOSÉ RICARDO FERREIRA OLIVEIRA – DISSERTAÇÃO (PPGEM) 2017.pdf: 2648257 bytes, checksum: 5e08d81aaa5973d7c6fd8bac23c313cc (MD5) Previous issue date: 2017-11-30 / CNPq / A caracterização termofísica dos materiais utilizados na Engenharia é de grande importância para realização de projetos nas mais diversas áreas de conhecimento onde os fenômenos ligados aos processos de transferência de calor exercem um papel fundamental. A difusividade térmica é uma propriedade termofísica importantíssima na análise de problemas de difusão de energia térmica. Este trabalho teve como proposta a determinação desta propriedade utilizando um campo de temperatura periódico. Para isto, foi construído um dispositivo experimental com princípio de funcionamento no método de Angstrom, o qual faz uso de um fluxo de calor periódico de uma fonte controlada, gerando assim, um campo de temperatura periódico na amostra em teste. Termopares foram instalados nas amostras para captar os sinais de temperatura gerados pelo fluxo de calor periódico. A amplitude e a fase destes sinais foram obtidas por meio de um software de análise gráfica. O termopar mais próximo da fonte de calor foi adotado como referência, ao passo que a razão de amplitudes e a defasagem, entre os sinais térmicos registrados pelos demais termopares em relação ao registrado por àquele termopar , foram calculadas. Estes resultados foram utilizados em modelos matemáticos para determinar a difusividade térmica, que pode ser identificada ou atra vés da razão de amplitudes ou através da defasagem entre os perfis de temperatura. As amostras utilizadas neste trabalho foram de aço inox AISI 304, aço inox AISI 316 e de uma liga de memória de forma de níquel-titânio. Os valores de difusividade térmica identificados para estes materiais, quando foram comparados com valores disponíveis na literatura, obtiveram uma boa concordância, tendo em vista a faixa de incerteza apresentada. / Thermophysical characterization of materials used in engineering is very important for realization of projects in the most diverse areas of knowledge where the phenomena related to the process of heat transfer play an important role. Thermal diffusivity is a very important thermal property on the analysis of problems of diffusion of thermal energy. This work proposes the determination of this property using a periodic temperature field. For this, an experimental device was built with principle of operation in Angstrom’s method, which makes use of a periodic heat flow from a controlled source, thereby generating a periodic temperature field in the test sample. Thermocouples were installed on the samples for capture of signals generated by the periodic heat flow. Amplitude and phase of these signals were obtained by means of graphic analysis software. The thermocouple closest to the heat source was adopted as reference, and the ratio and phase lag, between the thermal signals registered by other thermocouples in relation to that registered by that thermocouple, were calculated. These results were utilized in mathematical models to determine the thermal diffusivity, whose identification can be performed either through the amplitude ratio or through the phase lag between the temperature profiles. Samples utilized in this work were stainless steel AISI 304, stainless steel AISI 316 and a shape memory alloy of nickel-titanium. Identified values of thermal diffusivity of these materials, when compared whit values available in literature obtained a good agreement, considering the range of uncertainty presented.