Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2011 / Made available in DSpace on 2012-10-26T01:31:49Z (GMT). No. of bitstreams: 1 295282.pdf: 1621312 bytes, checksum: a8689596a3087e76da4aa145b5332a27 (MD5) / Nesta tese o problema da determinação da eficiência mecânica de máquinas é resolvido através da adaptação do Método de Davies. O método proposto é baseado nas teorias de grafos e helicoides e pode ser aplicado a qualquer máquina. Trens de engrenagens e robôs paralelos são usados como exemplos. O Método de Davies é modificado para incluir acoplamentos ativos que permitem que potência entre e saia da rede de acoplamentos. Com esta modificação, é possível modelar atrito como análogo da resistência elétrica, fontes de torque como fontes de corrente e fontes de velocidade como fontes de tensão. Os modelos de atrito podem incluir efeitos que dependem da velocidade e da carga. Fontes de perda, como atrito de engrenamento, atrito em mancais, selos e acoplamentos, podem ser levados em conta. São apresentados exemplos e os resultados são comparados com estudos anteriores encontrados na literatura.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica. / Made available in DSpace on 2012-10-22T14:06:12Z (GMT). No. of bitstreams: 1 226933.pdf: 1888261 bytes, checksum: f608be421f5c95904bef5bf2064ead7b (MD5) / Há grande necessidade da execução de emendas por solda de topo na construção civil utilizando o processo a arco elétrico com eletrodos revestidos. Nesse contexto, apesar das usinas siderúrgicas nacionais fabricarem o vergalhão CA-50 classificado como soldável, verificou-se junto a empresas de construção uma demanda por maiores informações sobre o comportamento dessas barras de aço, principalmente nas bitolas maiores, ou seja, com diâmetros de 20, 25, 32 e 40 mm, quando soldadas em condições típicas de um canteiro de obras. Dessa forma, o objetivo deste estudo foi elaborar um procedimento de soldagem para atender aos profissionais que utilizam a emenda por solda de topo de barras nervuradas do aço CA-50 na bitola de 32 mm, agregando recursos e informações técnicas que satisfaçam as necessidades dos clientes. São apresentados resultados comparativos sobre o comportamento de barras fornecidas por 2 grandes fabricantes do país. Análises química e metalográfica, medidas de dureza e ensaios mecânicos, tanto no aço no estado como fornecido como após testes de soldabilidade, mostraram que, apesar de pequena diferença na temperabilidade, associada ao carbono equivalente, ambos os materiais mostram boa soldabilidade, dispensando o preaquecimento nas condições típicas de soldagem em campo: emprego de eletrodos revestidos de maior diâmetro e elevado aporte térmico (maior que 15 kJ/cm). Emendas de topo foram aprovadas em ensaios de tração, entretanto ensaios de dobramento acusaram que a ductilidade pode ser afetada pela elevada energia de soldagem.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2012-10-22T15:17:46Z (GMT). No. of bitstreams: 1 229518.pdf: 3470059 bytes, checksum: 61428334e1ab4cea0b6964a8e5b88cb6 (MD5) / A caracterização de materiais porosos se constitui em um problema de grande interesse científico e tecnológico. A determinação de propriedades macroscópicas de transporte destes materiais tem aplicação em várias áreas, como a de solos, a de produção de petróleo e as de construção civil e construção mecânica, por exemplo. No presente trabalho, são apresentados métodos computacionais utilizados para a estimativa da permeabilidade intrínseca e do fator de formação. Aliadas a estes métodos computacionais são utilizadas técnicas de análise de imagens digitais. Para a estimativa da permeabilidade intrínseca, utilizou-se os modelos série-paralelo. Estes modelos utilizam a distribuição de tamanho de poros para o cálculo da permeabilidade e são caracterizados por permitirem uma rápida obtenção dos resultados. O fator de formação é determinado com uma relação entre a resistividade elétrica efetiva de um meio saturado com um fluido condutor e a resistividade deste fluido. Para a obtenção da resistividade efetiva de uma microestrutura porosa utilizou-se o método de Random Walk. A verificação da validade dos modelos aqui estudados foi feita aplicando tais modelos a rochas reservatório de petróleo. Utilizando-se lâminas delgadas confeccionadas a partir de amostras de rochas reservatório foram obtidas imagens digitais com o auxílio de microscópios ópticos. Estas imagens foram segmentadas e a partir delas foram obtidas a porosidade, a distribuição de tamanho de poros e a correlação das microestruturas destas amostras. Com a distribuição de tamanho de poros, obtida através de morfologia matemática, foram obtidos resultados de permeabilidade intrínseca utilizando algumas propostas de modelos série-paralelo. A correlação foi utilizada na reconstrução de imagens tridimensionais usando um modelo de Gaussiana truncada, e essas imagens foram utilizadas na obtenção de resultados para o fator de formação. The characterization of porous materials constitutes a problem of scientific and technological interest. Determination of the macroscopic properties of the porous medias have application in many areas, such as production of petroleum, civil and mechanical engineering, for example. In the present work are presented computational methods to estimate the intrinsic permeability and the formation factor. With this methods are used the techniques of digital image analysis. The intrinsic permeability is determined using series-parallel, or cut-and-rejoin, models. These models calculate the permeability from the porous size distributions functions and are characterized by the easy of use and for obtaining fast results. The formation factor is determined by the relation between the electrical resistivity of the porous media saturated with a conducting fluid and the electrical resistivity of this fluid. The Random Walk method is used to calculate the resistivity of the fluid saturated porous media. These computational methods to estimate the intrinsic permeability and the formation factor are applied to reservoir rocks. Digital images were captured from thin sections of the reservoir rocks with optical microscopes. This images were segmented, and from the binary images, the porosity, the porous size distribution and the correlation function of the cores were determined. Using the porous size distribution determined from mathematic morphology the results of intrinsic permeability are obtained using some propositions of series-parallel models. The correlations are used to reconstruct the three-dimensional images using a truncated Gaussian model, and the 3-D images are used to obtained the formation factor.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica. / Made available in DSpace on 2012-10-22T15:55:03Z (GMT). No. of bitstreams: 1 234135.pdf: 2475611 bytes, checksum: 44be404b3c1ad5ef28929139f078e0ff (MD5) / O presente trabalho trata da análise de sistemas de válvulas do tipo palheta, amplamente empregadas em compressores alternativos destinados à refrigeração doméstica. A abertura deste tipo de válvulas é controlada pela diferença de pressão entre o cilindro e as respectivas câmaras de sucção e descarga. Enquanto abertas, a sua dinâmica é função do escoamento de gás e dos parâmetros de rigidez e massa da válvula. Basicamente o projeto do sistema de válvulas almeja uma série de requisitos, tais como resposta rápida, vazão elevada, consumo reduzido de energia, ausência de refluxo de gás, além de confiabilidade. Para obter tal desempenho é necessário conhecer detalhadamente o escoamento através das válvulas, assim como a dinâmica das mesmas.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2012-10-22T17:26:43Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / As células a combustível são uma alternativa para a produção descentralizada de energia elétrica em relação aos sistemas tradicionais de geração (hidrelétricas e termelétricas) e permitem ampliar a base energética dos países. As células a combustível do tipo membrana de troca de prótons, ou PEM, utilizam hidrogênio como combustível, o qual pode ser produzido a partir da reforma de combustíveis hidrogenados, como os hidrocarbonetos e os álcoois. Neste aspecto, uma estratégia para reduzir o impacto ao meio ambiente, é a utilização, como fonte primária de hidrogênio, de combustíveis derivados de biomassa, dentre os quais, o etanol é uma possível alternativa. O objetivo deste estudo é analisar a reforma a vapor de etanol para a produção de hidrogênio e dimensionar os principais componentes de um reformador compacto de etanol capaz de alimentar uma célula a combustível para a geração de 1 kW de eletricidade. Para isto, inicialmente avaliam-se os limites termodinâmicos da reforma a vapor de etanol, visando determinar as concentrações de hidrogênio e subprodutos em equilíbrio e visando a selecionar as condições de concentração de reagentes, especificadas pela razão molar água-etanol na mistura reagente, temperatura e pressão do processo, a fim de maximizar a produção de hidrogênio, minimizar a produção de monóxido de carbono e inibir a formação de carbono sólido. A seguir, uma análise baseada na aplicação da Primeira e Segunda Leis da Termodinâmica permite verificar as condições de equilíbrio das reações químicas na reforma a vapor e fornece as taxas de transferência de calor necessárias para a operação dos subsistemas de evaporação e reforma de etanol. Então, se analisa e se dimensiona o evaporador e o reator catalítico de reforma, baseando-se na aplicação das equações de conservação da massa e da energia, incluindo a cinética química das reações de reforma. Finalmente, apresenta-se uma concepção de projeto de um reformador de etanol compacto, modular e de alta eficiência. Fuel cells are a possible alternative for decentralized electrical energy generation, when compared to the more traditional hydroelectric and thermoelectric power generation, and allow for expanding the national energy generation infrastructure. The proton-membrane fuel cells, or PEMFC, use hydrogen as fuel, which can be obtained from the reforming of hydrogenated fuels, such as hydrocarbons and alcohols. A possible strategy to reduce the impact of energy generation systems into the natural carbon dioxide cycle is to obtain the hydrogen from a biomass derived fuel, such as ethanol. The objective of this work is to analyze the ethanol steam reforming for hydrogen production and to size the main components of a compact and modular reforming unit designed for the generation of 1 kW of electrical power. For this, initially the thermodynamic limits for the steam reforming of ethanol are calculated in order to assess the limits in the production of hydrogen and other by-products and to select the best values of process stoichiometry, temperature and pressure for maximum hydrogen selectivity and minimum coke formation. In the following, a First and Second Laws analysis is performed to analyze the equilibrium conditions of the main chemical reactions and to estimate the magnitude of the heat transfer required by the heating, evaporation, superheating and reforming of ethanol. Then, the evaporator and the catalytic reformer are analyzed and sized, basing the analysis in the application of the laws of Conservation of Mass and Thermal Energy, including a chemical kinetic mechanism for ethanol steam reforming. Finally, a design is proposed accompanied by the corresponding sizes of the main components and operating conditions.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica. / Made available in DSpace on 2012-10-22T17:29:38Z (GMT). No. of bitstreams: 1 231345.pdf: 4600997 bytes, checksum: 178814db6c9ef89bd7a4f4c913fac2d2 (MD5) / De forma crescente a retificação é aplicada em processos de desbaste.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2012-10-22T18:39:17Z (GMT). No. of bitstreams: 1 225982.pdf: 5563451 bytes, checksum: 0d5ab605cd3b9c0dede854be418a93c3 (MD5) / A queima de gás é, nos dias de hoje, a segunda principal forma de obtenção de eletricidade no mundo. E, no Brasil, experimentou um grande crescimento na década de 1990, devido ao interesse despertado tanto na área pública quanto na privada, por conta da disponibilidade deste combustível, e menores dimensões e capacidade poluente com relação aos motores a diesel. A geração de energia elétrica utilizando gás é feita através de turbinas, e um de seus componentes mais difíceis de serem fabricados são os discos de pás do compressor. Assim, este trabalho apresenta uma análise da fabricação de pás de discos inteiriços de compressores de turbinas na liga de titânio TiAl6V4, através do fresamento em 5-eixos simultâneos. É iniciado por uma revisão bibliográfica a respeito do fresamento em 5-eixos simultâneos, processo pouco difundido e estudado no Brasil, seguido por um panorama da problemática referente ao fresamento de ligas de titânio. A parte experimental deste é composta por quatro testes. No primeiro, o desvio por deflexão da ponta de uma ferramenta com haste de aço é comparado com o de uma com haste de metal-duro. No segundo, é verificado se há algum ganho na vida da ferramenta com o uso de uma ferramenta com haste de metal-duro ao invés de uma de aço. Depois, são feitos testes de vida com fins comparativos variando-se o tipo de interpolação entre linear e por NURBS. No último ensaio, usinou-se uma peça-teste com cinco pás de BLISK buscando-se encontrar a melhor estratégia para este fim. Quanto ao uso de metal-duro para compor a haste das ferramentas, não foram percebidos ganhos, para as condições experimentadas, típicas de acabamento. O uso de interpolação por NURBS também não trouxe benefícios à vida da ferramenta nestas condições, porém melhoras no acabamento da superfície usinada são atingidas. Por fim, fresar uma pá contornando-a, seguindo suas curvas paramétricas na direção axial do disco, foi considerada a melhor estratégia, de maneira geral. Gas combustion, nowadays, represents the world's second principal way of electricity generation. In Brazil, the use of this energy source wiht this purpose has grown considerably in the last decade, since it has drawn public and private interest, due to its disposal, and smaller dimension and pollution capacity when compared with diesel combustion engines. The conversion of natural gas in electricity is made through gas turbines, and the rotors of its compressors are components that present significant difficulty in its manufacture. This document presents an analysis of the simultaneous five-axes milling of blades of TiAl6V4 integral bladed disks (BLISK). It begins with a bibliographic review of simultaneous 5-axes milling, a production process barely diffused and studied in Brazil, followed by an overview of the complexity faced when milling titanium alloys. The experimental part of this work is composed by four tests. The first one compares the deflection of a steel shaft mill with the deflection of a carbide shaft mill. In the second, it is checked if the use of carbide shaft mills brings some tool life time gain. In the sequence, comparative tool life tests were made changing the interpolation type between linear and NURBS. This part is concluded with the machining of a test-piece, a turbine compressor's BLISK section containing five blades, with which the best milling strategy for this purpose is sought. The results showed that there's no advantage in the appliance of carbide in tool shafts, within the experimental conditions limits, typically used for finishing operations. In terms of tool life, the same can be said for NURBS interpolation, but it is not the case for the surface quality, because better roughness is reached in comparison with linear interpolation. Finally, it was observed that milling a blade following its parametric curves in the BLISK axis direction is the best choice, among the strategies proposed.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica. / Made available in DSpace on 2012-10-22T18:51:36Z (GMT). No. of bitstreams: 1 232384.pdf: 2883919 bytes, checksum: c4f453c5ee3432af61013aee9185ebdc (MD5) / Vários processos de produção são utilizados para obtenção de objetos, muitos destes impondo restrições quanto à geometria de construção e à seleção de materiais. Visando diminuir estas restrições, diversas pesquisas vêm sendo desenvolvidas para tornar a produção de objetos mais rápida e eficiente, assim como diminuir o tempo de projeto. Uma saída encontrada nos últimos anos é a utilização de tecnologias de prototipagem rápida para a produção de objetos a partir de um arquivo CAD. Alguns processos de prototipagem rápida permitem a produção de objetos e ferramentas. Entre eles, destaca-se o processo de sinterização seletiva a laser, que produz peças e ferramentas sinterizando materiais em pó. Apesar de ser possível a construção de peças em uma grande variedade de materiais, os equipamentos comerciais ainda não são capazes de fabricar os assim chamados componentes com gradientes funcionais (FGM), ou seja, objetos com variações graduais de composição e microestrutura e por conseqüência de propriedades. O objetivo deste trabalho é a fabricação de um protótipo de um equipamento de sinterização seletiva a laser capaz de produzir peças com gradientes funcionais. O projeto do protótipo foi dividido em projeto informacional e projeto conceitual e projeto preliminar, por se tratar de uma tecnologia com desenvolvimento recente. Foram construídos corpos de prova em poliamida/grafite com gradiente funcional no protótipo desenvolvido para avaliar os princípios de solução encontrados no projeto conceitual. Os resultados mostraram a existência de variação micro-estrutural e de propriedades nos corpos de prova, comprovando a possibilidade de fabricar componentes com gradientes funcionais (FGM) no equipamento desenvolvido. Some processes of production are used for object attainment, many of these imposing restrictions to the geometry of construction and the selection of materials. Aiming at to diminish these restrictions, diverse research comes being developed to transform the object production faster and efficient, as well as, to diminish the project time. An joined exit in recent years is the use of technologies of Rapid Prototyping for the object production from an archive CAD. Some processes of Rapid Prototyping allow to the production of objects and tools. Among them the process of selective sintering is distinguished the laser, that produces parts and tools sintering material in dust. Although to be possible the construction of parts in a great variety of materials, the commercial equipment not yet is capable to manufacture thus the component calls with functional gradients (FGM), that is, objects with gradual variations of composition and microstructure and for consequence of properties. The objective of this work is the manufacture of an archetype of an equipment of selective sintering the laser capable to produce parts with functional gradients. The project of the archetype was divided in informational design and conceptual design and preliminary design, for if dealing with a technology with recent development. Bodies of test in polyamide/graphite with functional gradient in the developed archetype had been constructed to evaluate the found principles of solution in the conceptual project. The results had shown to the existence of micron-structural variation and properties in the test bodies proving the possibility to manufacture components with functional gradients (FGM) in the developed equipment.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica. / Made available in DSpace on 2012-10-22T19:30:09Z (GMT). No. of bitstreams: 1 228300.pdf: 1596249 bytes, checksum: ccd490abf00220434568a191612fae87 (MD5) / As misturas não-azeotrópicas de dois fluidos vêm sendo empregadas com relativo sucesso em várias aplicações da área de refrigeração, em particular na substituição dos cloro-fluor-carbonos (CFCs), podendo ser empregadas como fluidos refrigerantes em evaporadores, em uma faixa ampla de condições de operação, em função da concentração mássica. Os fluidos dielétricos, por sua vez, são de interesse no resfriamento de componentes eletrônicos, tanto em aplicações terrestres quanto espaciais.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica. / Made available in DSpace on 2012-10-22T22:46:56Z (GMT). No. of bitstreams: 1 236522.pdf: 3692219 bytes, checksum: f62b171ecaf387b589076b95c3370ef4 (MD5) / Uma das questões metrológicas recentemente discutida no contexto do desenvolvimento e publicação de novas normas internacionais na área de acústica é a incerteza de medição. Procedimentos para a determinação de níveis de potência sonora estão descritos na norma ISO 3741 versão 1999, International Organization for Standardization. Sendo considerada uma das normas cujos métodos são de precisão, ou seja, teoricamente produz resultados mais exatos que outras normas ISO, as normas que são consideradas como método de engenharia e de inspeção. Um dos problemas envolvendo a publicação de novas versões destas normas é a exigência, por parte dos grupos de pesquisas acústicas, da elaboração de pelo menos um apêndice tratando da questão da incerteza de medição. O qual possa dar informações e/ou procedimentos para a avaliação da incerteza envolvendo estes processos de medição. Neste trabalho foram investigados os parâmetros inerentes ao método direto de determinação de potência sonora. Destacaram-se como principais fontes de incertezas: os níveis de pressão sonora e os tempos de reverberação. Estes parâmetros foram medidos nas câmaras reverberantes do Laboratório de Vibrações e Acústica (LVA) da UFSC e do Laboratório de Ensaios Acústicos (LAENA) da Divisão de Acústica e Vibrações do INMETRO. Foram utilizadas neste trabalho experimental três câmaras reverberantes com volumes entre 145 e 197 m3, projetadas para este tipo de medição, nas quais foi testada uma fonte sonora de referência aerodinâmica modelo BK 4204. Esta última foi o padrão acústico para a comparação metrológica entre os dois laboratórios. Além de ensaios de qualificação, testes de difusividade do campo sonoro, e testes de potência sonora com outras fontes sonoras (secador de cabelo e liquidificador), para complementar as investigações e cálculos de incertezas do método. Este trabalho propõe diretrizes para o tratamento e estimativa das incertezas do método de medição investigado.