Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / O emprego de materiais compósitos de matriz polimérica como reparo e reforço em estruturas nas indústrias do petróleo tem se tornado uma prática industrial comum. O uso destes reforços compreende desde o recobrimento de superfícies com defeitos, passantes ou não, até o reforço estrutural. Na última década, muitos estudos foram feitos para o desenvolvimento de uma metodologia alternativa para reforço e reparo de dutos com materiais compósitos. Recentemente, em 2006, o sistema ISO de normas técnicas apresentou a primeira especificação técnica de "Reparo em Compósitos para dutos das indústrias de Petróleo, Petroquímica e de Gás Natural Qualificação, projeto, instalação, testes e inspeção" ISO/PDTS 24817. O presente trabalho tem como objetivo o desenvolvimento de um sistema de reparo, utilizando materiais compósitos de matriz polimérica para o reparo e reforço estrutural de dutos e tubulações industriais, em conformidade com a Norma ISO 24817:2006. Foram desenvolvidos procedimentos para a confecção de corpos de prova destinados a ensaios mecânicos, e para aplicação do sistema de reparo. O sistema de reparo é destinado a defeitos tais como perda de espessura, amassamentos e danos transpassantes. Foi construída, em paralelo, toda a infraestrutura para a montagem de um laboratório destinado ao estudo de materiais compósitos, no Laboratório de Adesão e Aderência. São apresentados resultados de parte dos ensaios mecânicos necessários, comparação dos resultados obtidos com modelos teóricos e testes hidrostáticos. / The use of polymer matrix composites to repair and strengthen structures in the oil industry has become a common industry practice. The use of these reinforcements extends from covering surfaces with defects, through wall or not, to structural reinforcement. In the last decade, many studies have been done to develop an alternative approach to the strengthening and repairing of pipelines with composite materials. Recently, in 2006, the ISO system of technical standards presented the document technical support "Petroleum, petrochemical and natural gas industries Composite repairs for pipework Qualification, design, installation, testing and inspection" ISO/PDTS 24817. This study aims to develop a repair system using polymer matrix composite materials for repair and reinforcement of piping and pipelines in accordance with ISO 24817:2006. Procedures where developed for the confection of test specimens for mechanical testing, and application of the repair. The system is intended to repair defects such as thickness loss, gouges, and damage through wall or not. In parallel, an entire infrastructure was built for the conception of a laboratory for the study of composite materials at the Laboratory of Adhesion and Adherence. Here are presented the results of the required mechanical tests, the comparison results with theoretical models, and the hydrostatic testing.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / O emprego de materiais compósitos de matriz polimérica como reparo e reforço em estruturas nas indústrias do petróleo tem se tornado uma prática industrial comum. O uso destes reforços compreende desde o recobrimento de superfícies com defeitos, passantes ou não, até o reforço estrutural. Na última década, muitos estudos foram feitos para o desenvolvimento de uma metodologia alternativa para reforço e reparo de dutos com materiais compósitos. Recentemente, em 2006, o sistema ISO de normas técnicas apresentou a primeira especificação técnica de "Reparo em Compósitos para dutos das indústrias de Petróleo, Petroquímica e de Gás Natural Qualificação, projeto, instalação, testes e inspeção" ISO/PDTS 24817. O presente trabalho tem como objetivo o desenvolvimento de um sistema de reparo, utilizando materiais compósitos de matriz polimérica para o reparo e reforço estrutural de dutos e tubulações industriais, em conformidade com a Norma ISO 24817:2006. Foram desenvolvidos procedimentos para a confecção de corpos de prova destinados a ensaios mecânicos, e para aplicação do sistema de reparo. O sistema de reparo é destinado a defeitos tais como perda de espessura, amassamentos e danos transpassantes. Foi construída, em paralelo, toda a infraestrutura para a montagem de um laboratório destinado ao estudo de materiais compósitos, no Laboratório de Adesão e Aderência. São apresentados resultados de parte dos ensaios mecânicos necessários, comparação dos resultados obtidos com modelos teóricos e testes hidrostáticos. / The use of polymer matrix composites to repair and strengthen structures in the oil industry has become a common industry practice. The use of these reinforcements extends from covering surfaces with defects, through wall or not, to structural reinforcement. In the last decade, many studies have been done to develop an alternative approach to the strengthening and repairing of pipelines with composite materials. Recently, in 2006, the ISO system of technical standards presented the document technical support "Petroleum, petrochemical and natural gas industries Composite repairs for pipework Qualification, design, installation, testing and inspection" ISO/PDTS 24817. This study aims to develop a repair system using polymer matrix composite materials for repair and reinforcement of piping and pipelines in accordance with ISO 24817:2006. Procedures where developed for the confection of test specimens for mechanical testing, and application of the repair. The system is intended to repair defects such as thickness loss, gouges, and damage through wall or not. In parallel, an entire infrastructure was built for the conception of a laboratory for the study of composite materials at the Laboratory of Adhesion and Adherence. Here are presented the results of the required mechanical tests, the comparison results with theoretical models, and the hydrostatic testing.

Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de Minas Gerais / Engineering composite structures containing piezoelectric elements coupled with the so-named shunt circuits, with the aim of passive vibration attenuation, are characterized by inherent uncertainties in their parameters, which can affect significantly performance of the passive shunt circuit. In this context, this work presents the stochastic finite element modeling of a composite structure containing piezoelectric element to be coupled with a shunt circuit, in such a way, that uncertain parameters such as the fiber s orientation, layer thicknesses and the resistance and inductance in the shunt circuit are assumed as uncertain variables and, their corresponding dispersion, is characterized in the stochastic response by propagating the uncertainties into the model. First, the deterministic electromechanical problem is modeled by combining the First-Order Shear Deformation Theory and the concept of Equivalent Single Layer, in order to approximate the mechanical displacement fields, with the so-called Layerwise Theory used to model the discrete electric fields within the composite element. In the sequence, the shunt circuits coupled to the piezoelectric element are introduced in the model. The deterministic finite element modeling procedure was performed taking into the parameterization process of the design variables of interest to be further assumed as random variables in a straightforward way. In the present stochastic finite element modeling procedure, the uncertain variables are modeled as Gaussian stochastic homogeneous fields and discretized according to the Karhunen-Loève expansion method, with the aim of generating the exact stochastic matrices. The obtained results, in terms of the envelopes of the frequency response functions for a composite beam incorporating piezoelectric material coupled with a shunt circuit, demonstrate the interest in considering the uncertainties in the preliminary design phase of the shunt circuits to control the undesired vibrations. / Estruturas compósitas em engenharia contendo elementos piezelétricos acoplados a circuitos elétricos shunt, para fins de atenuação passiva dos níveis de vibração, apresentam incertezas inerentes em seus parâmetros de projeto, as quais, podem afetar significativamente a eficiência dos circuitos elétricos passivos. Neste contexto, este trabalho apresenta a modelagem por elementos finitos estocásticos de uma estrutura em material compósito laminado contendo elemento piezelétrico acoplado a circuitos elétricos shunt, de modo que, parâmetros incertos, como direções das fibras, espessuras das camadas e a resistência e indutância do circuito shunt, são assumidos como sendo variáveis aleatórias e, a dispersão destas variáveis, é caracterizada nas respostas estocásticas obtidas após a propagação das incertezas no modelo. Desta forma, realiza-se em um primeiro momento a modelagem do problema eletromecânico determinístico. Para tal, há combinação das teorias de Deformação Cisalhante de Primeira Ordem e da Camada Equivalente Única para aproximação dos campos de deslocamentos mecânicos, com a Teoria Layerwise, que utiliza o conceito de Camadas Equivalentes Discretas na consideração dos campos elétricos, os quais, são assumidos discretos ao longo da espessura da estrutura do laminado. Na sequência, faz-se a inclusão dos circuitos elétricos shunt no modelo eletromecânico. A modelagem determinística é realizada de forma parametrizada para que se possa realizar a introdução a posteriori das incertezas no modelo de forma mais eficiente. Utilizando-se do Método dos Elementos Finitos Estocásticos, os parâmetros fatorados das matrizes e os elementos do circuito são considerados como variáveis aleatórias e modelados como campos homogêneos estocásticos gaussianos. Estes campos são então discretizados de acordo com o método de expansão em série de Karhunen-Loève, onde são geradas as matrizes estocásticas exatas do sistema eletromecânico via modificação do processo de integração pelas funções de covariância. Os resultados obtidos, em termos dos envelopes das respostas em frequência para uma viga compósita contendo um elemento piezelétrico acoplado ao circuito shunt, evidenciam a importância de se considerar as incertezas durante as fases de concepção inicial e/ou pré-projeto de sistemas dinâmicos incorporando circuitos shunt para o controle passivo de vibrações. / Mestre em Engenharia Mecânica

Compósitos verdes são caracterizados por possuir matriz polimérica e reforço derivado de fontes naturais. Polímeros derivados do petróleo não são biodegradáveis e possuem solventes orgânicos na sua composição. Solventes orgânicos são tóxicos e poluentes. A poliuretana derivada do óleo de mamona é derivada de fonte renovável, biodegradável e não possui solventes orgânicos em sua composição. A casca de pinhão é um resíduo do pinhão, semente do pinheiro de Paraná. O objetivo desse trabalho é desenvolver e caracterizar o compósito de casca de pinhão com PU derivada do óleo de mamona. A fibra foi caracterizada quimicamente, por FTIR, TGA e MEV. A PU foi caracterizada por ensaio de resistência à flexão, FTIR e TGA e os compósitos, por testes de densidade, absorção de água, inchamento em espessura, resistência à flexão de três pontos, FTIR e TGA. A superfície da fratura foi avaliada por MEV e a homogeneidade dos compósitos por perfil de densidade e raios-X. O compósito de 35%PU apresentou resistência à flexão de 51,55 MPa, densidade de 1018 kg/m³, absorção de água em 24 horas de 7,95% e inchamento em espessura em 24 horas de 5,36%. O material apresenta propriedades mecânicas apropriadas para uso em mobiliário e artesanato. / Polymeric composites reinforced with natural fibers are denominated green composites. Polymers comes from petroleum source, a non-biodegradable material and has volatile organic compounds, VOC, in its composition. Organic solvent are toxics and pollute the environment. The Polyurethane derived from castor oil is polymer produced from renewable sources, biodegradable material and there are no VOC in its composition. Araucária pine nut shell is a residue from its Araucaria pine seed. The aim of this work is to develop and characterize composites of pine nut shell with polyurethane derived from castor oil. The fiber was chemically characterized, thermogravimetric analysis (TGA), Fourier-transform infrared spectroscopy (FTIR) and scanning electron microscopy (SEM). PU was characterized by flexural strength, FTIR and TGA and composites was characterizes by density test, water absorption and swelling in thickness, flexural strength, FTIR, TGA. SEM evaluated the fracture surface and X-ray and vertical density profile verified the composites homogeneity. 35%PU composites presented flexural strength of 51,55 MPa, density of 1018 kg/m³, 7,95% of 24h water absorption and 5,36% of 24h swelling in thickness of. The material exhibits properties suitable for use in furniture and handicrafts.

Pesquisa realizada para analisar o compósito de solo de decapagem (SD) considerado resíduos nas jazidas de minérios, em especial de calcário do município de Almirante Tamandaré, da Região Metropolitana de Curitiba neste trabalho, juntamente com o lodo e sedimentos de dragagem marinha do Porto de Antonina, no Estado do Paraná, e o uso cal virgem comum, como aglomerante pertencente à região de Almirante Tamandaré. Foram utilizados vários teores dos materiais para a determinação de 12 (doze) compósitos. Para o solo de decapagem os teores variaram entre 30% a 60%, para o material de dragagem os teores variaram entre 20% a 50% e o teor de aglomerante de cal virgem comum variou entre 15% a 30%. Foram moldadas idades de cura de 3 dias, 7, 14, 28, 60, 90, 180 e 365 dias. O aumento da resistência à compressão durante a cura foi proveniente das reações químicas das partículas sólidas das matérias-primas em ambiente alcalino gerando novas formações amorfas. Também foram analisados os materiais nos métodos de MEV com EDS, DRX e FRX, para a obtenção da composição química e formação estrutural dos novos compósitos. Todos os resultados da resistência à compressão uniaxial, com 28 dias de cura ao meio ambiente das 12 (doze) composições, obtiveram resultados médios de 7,7 MPa, atendendo satisfatoriamente a norma NBR 7170:1983 que determina a resistência à compressão igual ou acima de 4,0 MPa, destinada à produção de materiais de construção para alvenaria de vedação, sem fins estruturais. Comprovando o uso desses compósitos em materiais de construção civil, principalmente para os segmentos de blocos ou tijolos de vedações, sem fins estruturais, sem a necessidade de cozimento ou empreendimento de energia calorífica para a cura das peças, contribuindo para o meio ambiente e a sustentabilidade ambiental. / Research conducted to analyze the composite with pickling soil (SD), considered waste in mineral deposits, especially of limestone in the city of Almirante Tamandaré, the Metropolitan Region of Curitiba in this work, along with the sludge and marine dredging sediment from the Port of Antonina, State of Paraná, and use the common quicklime as binder belonging to the same region of Almirante Tamandaré. Various amounts of materials were used for the determination of twelve (12) composites. For the stripping soil content ranged from 30% and 60%, for the dredging material contents ranged from 20% and 50% and binder common quicklime content ranged from 15% to 30%. Were molded curing ages of 3 days, 7, 14, 28, 60, 90, 180 and 365 days. The increase in compressive strength during curing was derived from the chemical reactions of solid particles of raw materials in alkaline environment generating the new amorphous formations. Also the raw materials were analyzed in the SEM with EDS method, DRX and FRX, to obtain the chemical composition and formation structures of the new composite. All results of the uniaxial compressive strength, with 28 days of curing the environment of the twelve (12) compositions, obtained average results of 7.7 MPa, satisfactorily meeting the NBR 7170:1983 standard that determines the resistance to compression equal or above 4.0 MPa, for the production of building materials for sealing masonry without structural purposes. Proving the use of these composites in construction materials, especially for thread block or brick fences without structural purposes, without the need for cooking or heating energy project for the healing of parts, contributing to the environment and sustainability Environmental.