Hidróxidos duplos lamelares (LDHs) são uma classe materiais lamelares com fórmula química [M_(1-x)^II M_x^III (OH)_2 ] [A^(n-)]_(x/n).yH_2 O (onde M^II e M^III são metais di e trivalentes, respectivamente) formados pelo empilhamento de camadas positivamente carregadas de hidróxidos metálicos intercaladas por espécies aniônicas A^(n-). Este trabalho descreve uma estratégia inédita para a produção de nanotubos de LDHs autossuportados (Ø 20 nm e comprimentos >= 100 nm) através da coprecipitação de Zn^(2+), Al^(3+) e Eu^(3+) em pH controlado e sua auto-organização sobre micelas cilíndricas do surfactante Plurônico® P-123. A subsequente extração destes agentes estruturantes através de lavagem com metanol resulta em uma rede de nanotubos cilíndricos, ocos e interconectados, formados pela deposição de multicamadas de hidróxidos duplos intercalados pela molécula sensibilizadora ácido benzeno-1,3,5-tricarboxílico (ácido trimésico, BTC). A combinação de Eu3+ nas camadas de hidróxidos e BTC no meio interlamelar resulta em nanotubos com propriedades luminescentes, demonstrando de maneira notável como modificações químicas e morfológicas nos LDHs podem levar ao remodelamento das suas propriedades físico-químicas e consequentemente direcionar suas aplicações de maneira desejável. / Layered double hydroxides are a class of lamellar compounds with chemical formula [M_(1-x)^II M_x^III (OH)_2 ] [A^(n-)]_(x/n).yH_2 O (with M^II and M^III being di and trivalent metals, respectively) that are formed by the stacking of positively charged mixed-valence metal hydroxide sheets intercalated by anionic species A^(n-). This work describes a new strategy for the synthesis of self-supporting mesoporous LDH nanotubes (Ø 20 nm and length >= 100 nm) by coprecipitation of Zn^(2+), Al^(3+) and Eu^(3+) around non-ionic worm-like micelles of Pluronic® P-123 in controlled pH. Subsequent extraction of the structure-directing agent with methanol results in a network of interconnected, well-defined, multi-walled and hollow cylindrical LDH nanotubes intercalated by the sensitizing ligand BTC (1,3,5-benzenetricarboxilate). The combination of Eu^(3+) in the hydroxide layers and BTC in the interlayers results in nanotubes with luminescence properties in a notable demonstration on how chemical and morphological changes in LDHs can lead to materials with tuned physico chemical properties that can be tailored towards a range of applications.

Orientadores: José Roberto de França Arruda, Pierrick Lotton, Guillaume Penelet / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-24T19:14:04Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Bannwart_FlaviodeCampos_D.pdf: 33288736 bytes, checksum: 8166e34982ed775a474e0817a4157baf (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: O projeto de um motor termoacústico (TA) se torna viabilizado à medida da con?abilidade de sua previsão de desempenho. Uma tentativa para o êxito nessa previsão vem do conhecimento da matriz de transferência do núcleo termoacústico (NTA), que pode ser explorada em modelos analíticos para o motor considerado. A matriz de transferência por si só pode ser obtida ou por modelagem analítica ou medições acústicas. As últimas, no entanto, consistem em uma opção interessante para se evitar considerações termo-físicas ou geométricas de estruturas complexas, uma vez que o NTA é tratado como uma caixa preta. No entanto, antes de se prosseguir com a abordagem experimental, uma solução analítica é apresentada, apenas para ?ns de comparação, mas que contempla somente os casos de materiais de geometria simples, tal como um catalisador de cerâmica, por exemplo. Em relação à abordagem experimental, três diferentes métodos são apresentados. Um método clássico de duas cargas é aplicado em duas con?gurações distintas e, além disso, um método alternativo com base em medições de impedância é aqui desenvolvido e aplicado. Uma comparação entre estas três abordagens é realizada por meio de uma avaliação de performance experimental e também por uma análise de sensibilidade, de modo a se conhecer as perspectivas de viabilidade de cada método. Quatro diferentes materiais são testados, cada um sendo usado como o elemento poroso colocado no interior do NTA, que é por sua vez submetido a diferentes regimes de gradiente de temperatura. Estes materiais são escolhidos de tal maneira a cobrir uma vasta gama de porosidades compreendidas entre esperados stack puro e regenerador puro. O método alternativo foi bem sucedido no seu objectivo para todos os materiais, ao contrário do método clássico de duas cargas. Desta forma, as matrizes de transferência medidas são aplicadas em uma modelagem dedicada a prever tanto a frequência operacional como o ganho de ampli?ca- ção TA intrínseca. Tais parâmetros são otimizados em simulações para dois modelos de motores TA básicos, um de onda estacionária e outro progressiva, variando-se parâmetros geométricos dos componentes anexos ao NTA. Uma análise comparativa mostra em que condições o limiar TA é esperado ou não para cada material, e também revela as limitações do aparato experimental no que se refere às dimensões adequadas para melhor se ajustarem às investigações de desempenho / Abstract: The design of a thermoacoustic (TA) engine is improved towards the reliability of its performance prediction. An attempt to succeed in this prediction comes from the knowledge of the TA core (TAC) transfer matrix, which can be exploited in analytical models for the given engine. The transfer (T) matrix itself may be obtained either by analytical modeling or acoustic measurements. The latter consist in an interesting option to avoid thermo-physical or geometrical considerations of complex structures, as the TAC is treated as a black box. However, before proceeding with the experimental approach, an analytical solution is presented for comparison purposes, but it contemplates only cases of materials of simple geometry such as a ceramic catalyst. Concerning the experimental approach, three different methods are put forward. A classical two-load method is applied in two different con?gurations and an alternative method based on impedance measurements is here developed and applied. A comparison between these approaches is evaluated by means of a sensitivity analysis, in order to investigate the feasibility of each method in further explorations. Four different materials are tested, each one playing the porous element allotted inside the TAC, which is in its turn submitted to several different regimes of steady state temperature gradient. These materials are chosen in such a way as to cover the wide range of porosities comprised between expected pure stack and pure regenerator. The alternative method succeeds on its purpose for all materials, contrarily to the classical two-load method. In this manner, the measured transfer matrices are applied into a proper modeling devoted to predict both the operating frequency and the intrinsic TA ampli?cation gain. Such parameters are optimized for two basic TA engine models, either standing or traveling-wave con?guration, by searching for the corresponding geometrical parameters of the TAC surrounding components. A comparative analysis shows in what conditions the TA threshold is expected or not for each material, but it also reveals the limitations of the experimental apparatus in what concerns the appropriate dimensions to better ?t the performance investigations / Doutorado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Doutor em Engenharia Mecânica

Orientador: André Luiz Barboza Formiga / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Química / Made available in DSpace on 2018-08-21T22:34:48Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Ferreira_RicardoBarroso_M.pdf: 14699923 bytes, checksum: 14c38ecd37cab3267087c49c4b168a4e (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: O trabalho apresentado explora a modificaçãoo do processo de síntese de uma rede metalorgânica conhecida como MIL-101(Cr), um material formado por clusters trinucleares de crômio(III) unidos por ligantes tereftalato em ponte. A partir do uso de meios reacionais contendo uma mistura de componentes (ligantes ou metais), visou-se a incorporação de diferentes componentes em materiais contendo a mesma estrutura do MIL-101(Cr). Os produtos formados por esta estratégia foram analisados por difração de raios X pelo método de pó, onde se observou que, dependendo da composição do meio reacional, materiais contendo a mesma estrutura do MIL-101(Cr) foram formados. Evidências da incorporação dos diferentes componentes na estrutura dos materiais foram conseguidas pelo uso das espectroscopias nas regiões do infravermelho e ultravioleta e visível. Para os materiais contendo diferentes ligantes, observou-se um grau de incorporação de um dos ligantes substituídos de até aproximadamente 20%, apresentando áreas superficiais da ordem de 2300 mg. Já, para os materiais contendo diferentes metais, obteve-se uma incorporação de Fe(III) de até 17%. Além do mais, neste caso, alguns resultados mostram que há uma homogeneidade da distribuição de ferro nestes materiais. Desta forma, a partir do desenvolvimento deste trabalho, mostrou-se que o método de síntese utilizado foi bastante simples e eficiente para a produção de novos materiais que apresentam a estrutura do MIL-101, mas com superfícies com características e reatividade diferenciadas. / Abstract: This study explores modifications in the process of synthesis of a metal-organic framework known as MIL-101(Cr), formed by chromium(III) trinuclear clusters linked by terephthalate bridges. Through the use of reaction media containing a mixture of components (linkers or metals), we aimed the incorporation of different components in materials presenting MIL-101(Cr) structure. The products obtained from this approach were characterized by powder X-ray diffraction, where we could observe that materials isoreticular to MIL-101(Cr) were formed, depending on the composition of reaction medium. From infrared and ultraviolet and visible spectroscopies, the incorporation of the different components in the structures was confirmed. For the materials containing different linkers, we observed incorporation degrees up to 20% for one of the substituted linkers and these materials presented specific surface areas in the order of 2300 mg. For the systems containing different metals, we obtained incorporation degrees up to 17%. Moreover, some results show that iron centers are homogeneously distributed over the structures. In conclusion, we could show that this synthetic approach was very simple and efficient for the formation of novel materials that are isoreticular to MIL-101(Cr), but presenting surfaces with diverse characteristics and reactivity. / Mestrado / Quimica Inorganica / Mestre em Química

Orientador: Rosângela Barros Zanoni Lopes Moreno / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-20T08:21:26Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Silveira_BrunoMarcodeOliveira_M.pdf: 1762377 bytes, checksum: cbdcb4c20dc00b869c37775090896cf4 (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: As recentes descobertas do pré-sal no Brasil trouxeram novos desafios para as atividades de explotação de petróleo. Perfuração em formações carbonáticas apresentam grandes diferenças em relação a perfurações em rochas areníticas. Enquanto arenitos são mais homogeneos, rochas carbonáticas podem apresentar significativas variações em relação ao tamanho e à distribuição de poros, refletindo na produtividade de formação, como também na operação e manutenção de produção. A produtividade dos poços é avaliada logo após a perfuração dos mesmos, uma vez que danos à formação produtora podem alterar suas características originais. Diante disso, fluidos especificamente formulados para perfurar o reservatório, conhecidos como fluidos drill-in, vem sendo estudados com vistas à otimização da perfuração e à minimização de dano. Estes fluidos são desenvolvidos de acordo com as características do reservatório a ser perfurado e testes em laboratórios são necessários para que se possa adequar a formulação do fluido de perfuração com o menor custo, além de avaliar a invasão na rocha e verificar o possível dano residual para os fluidos candidatos. Este trabalho visa a comparação da invasão de fluidos drill-in e fluxo reverso de óleo em amostras de carbonatos e de arenitos de forma a avaliar a influência do tipo de rocha no dano à formação e sua interação com o fluido de perfuração testado. Os testes foram realizados usando dois aparatos experimentais diferentes, um para amostras com cerca de 7 cm de comprimento e outro para amostras medindo cerca de 30 cm, ambas com diâmetro de aproximadamente 3,7 cm. Os ensaios foram executados em amostras de carbonato e de arenito com permeabilidades absolutas ao gás semelhantes e submetendo-as ao respectivo protocolo de teste, cujas etapas incluíam a preparação das amostras, a caracterização de escoamento multifásico, a invasão com fluido de perfuração e o fluxo reverso de óleo. A invasão foi induzida por meio de um diferencial de pressão positivo através das amostras saturadas com óleo na condição de água conata, simulando o reservatório. O fluxo reverso ou deslocamento de óleo no sentido oposto ao de invasão representou a produção de óleo bem como a limpeza natural do reservatório. Durante a caracterização foi possível observar que as amostras de carbonatos utilizadas são menos molháveis à água em comparação aos arenitos. Com os resultados obtidos com o aparato utilizado para as amostras mais longas, foi possível identificar o deslocamento da frente de fluido invasor por meio dos pontos de medida de pressão distribuídos ao longo da amostra. A dinâmica de escoamento apontou que a invasão do fluido de perfuração foi mais rápida para as amostras de carbonatos em comparação com as amostras de arenito. Na etapa de fluxo reverso, pode-se observar que as amostras de carbonato apresentaram um retorno de produtividade maior e mais rápido relativamente aos arenitos / Abstract: The recent pre-salt discoveries in Brazil have brought new challenges to oil exploitation activities. Drilling in carbonate formations differs widely of drilling in sandstone rocks. While sandstones are more homogeneous, carbonate rocks are characterized by a large range of size and distribution of pores, which reflects in the reservoir productivity, as well as in the operation activities and production maintenance. The productivity and changes of original reservoir's characteristics due to formation damage are evaluated after drilling. Then fore, drilling fluids specifically designed to cross pay-zone, known as drill-in fluids, have been studied aiming at drilling optimization and damage minimizing. These fluids are developed according to the drilled reservoir characteristics and laboratory tests are performed to obtain proper drilling fluids formulations as fluid invasion and clean up are evaluated. The objective of this work is to compare drill-in fluids invasion (water-based polymer fluid) and backflow of oil in carbonates and sandstones samples to assess the rock type influence in damage formation and their interaction with the tested drilling fluid. Tests were run using two different apparatus, one for samples ~7,0 cm long and another for samples ~30 cm long, both with ~3,7 cm diameter. Lab tests were performed using carbonate and sandstone samples, with similar absolute permeability. These samples were submitted to a proper test protocol, that includes samples preparation, multiphase flow characterization, invasion and backflow processes. Damage formation was induced by injecting drill-in fluid with a positive differential pressure through samples saturated with oil and connate water, simulating the reservoir. Oil displaced in the opposite flow direction was performed to simulated natural cleanup or oil production. During the samples characterization, it was possible to observe that tested carbonate samples were less water wet than sandstones ones. From the results obtained with the apparatus used with longer samples, it was possible to identify the drill-in fluid displacement through pressure observation points distributed throughout the sample. The flow dynamics pointed out that the drilling fluid invasion was faster for carbonate samples comparing to sandstone samples. However, in backflow stage, a higher and faster productivity restoration was observed for carbonate samples than for sandstone ones / Mestrado / Reservatórios e Gestão / Mestre em Ciências e Engenharia de Petróleo

Orientador: Rosângela Barros Zanoni Lopes Moreno / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-20T08:17:10Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Lopes_LeandroFreitas_M.pdf: 2721752 bytes, checksum: 3eff0862fda0329e774f1b5e9dbeaf25 (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: A perfuração de poços de petróleo pode danificar fortemente a formação, incluindo a região de interesse: o reservatório. Perfurar sem que se danifique o reservatório caracteriza-se como um grande desafio, e por isso, tem sido estimulado o desenvolvimento de tecnologias de fluidos e otimização de processos de perfuração, incluindo, por exemplo, o projeto de fluidos com vistas à minimização de dano. Tem sido relatado que, um planejamento detalhado desde o projeto do fluido pode ajudar a minimizar o dano de formação e contribuir para uma melhor restauração da produtividade do poço. Este trabalho é focado na análise do dano de formação causado pela invasão de fluidos de perfuração de base água em reservatórios de petróleo areníticos. Os fluidos foram preparados com os seguintes componentes: sal, polímero e argila. O sal utilizado foi o iodeto de sódio (NaI) na concentração de 150000 ppm; o polímero foi, ora a poliacrilamida parcialmente hidrolisada (PHPA), ora a Goma Xantana (GX), e a argila utilizada foi a bentonita. Para simular o reservatório foram utilizadas amostras pequenas de arenito Botucatu de alta permeabilidade. As amostras, inicialmente 100% saturadas com óleo mineral (~ 24 cp @23º C), foram submetidas a um processo de invasão, simulando-se uma perfuração sobrebalanceada, e a um fluxo reverso de óleo, simulando-se o início de produção de petróleo, aplicando-se para ambos um diferencial de pressão manométrica de 20 psi (~ 138 kPa). A concentração de polímero foi de 3,5 lb/bbl (10 g/l ou 10000 ppm) quando preparados com PHPA, e de 3,0 lb/bbl (8,6 g/l ou 8600 ppm) quando preparados com GX. A concentração de bentonita variou de 2,5%, 2,0%, 1,5% e 0,0% em massa para ambos os polímeros, resultando em um total de oito fluidos preparados. Foram avaliadas a redução da permeabilidade e da razão de produtividade das amostras durante a invasão dos fluidos, bem como o retorno destas quando aplicado um fluxo reverso de óleo. Os resultados obtidos mostraram que os fluidos que continham argila resultaram em uma menor invasão ou perda de fluido para a formação do que os fluidos que continham somente polímero. Além disso, a concentração de argila influenciou nos resultados obtidos de redução de permeabilidade e do retorno da razão de produtividade. Quanto maior a concentração de argila, menor a invasão de filtrado, porém, o retorno da razão de produtividade também foi menor, evidenciando o potencial de dano da mesma. Os fluidos preparados com PHPA, quando injetados, resultaram em uma maior invasão de filtrado do que os fluidos preparados com GX, porém o retorno da razão de produtividade também foi maior, mostrando que estes fluidos, apesar de invadirem mais, danificaram menos as amostras. Os fluidos preparados com GX tamponaram as gargantas de poro mais rapidamente, e em alguns casos, por completo. O fato de tamponar ou não os poros das amostras teve influência no retorno da razão de produtividade, sendo observado maior retorno nas amostras não tamponadas em relação àquelas tamponadas por completo. Os resultados apresentados aqui podem contribuir para a tecnologia de fluidos de perfuração e avaliação do projeto do fluido, com vistas à minimização de dano à formação e manutenção da produtividade do reservatório o mais próximo da original / Abstract: Oil well drilling can strongly damage the formation, including the interest region: the reservoir. Drilling without damaging the reservoir is characterized as a hard challenge, and therefore, the development of technologies and optimization process has been stimulated, including, for example, the fluid design in order to minimize damage. It has been reported that a detailed fluid management plan addressing fluid design can help to minimize formation damage and contribute to a better well productivity restoration. This work is focused on formation damage analysis caused by water-based drilling fluids invasion in sandstone oil reservoirs. Fluids were prepared including the following components: salt, polymer and clay. It was used a 150,000 ppm concentration of sodium iodide (NaI) as salt, either a partially hydrolyzed polyacrylamide (HPAM) or a xanthan gum (XG) as polymer, and bentonite as clay. To simulate the reservoir, small samples of high permeability Botucatu sandstone were used. The samples, 100% initially saturated with mineral oil (~ 24 cp @ 23 ° C), were submitted to an invasion process, simulating an overbalanced drilling, and to an oil reverse flow, simulating the oil production beginning, applying to both a 20 psi (~ 138 kPa) gauge pressure difference. The polymer concentration was 3.5 lb/bbl (10 g/l or 10,000 ppm) when prepared with HPAM, and 3.0 lb/bbl (8.6 g/l or 8,600 ppm) when prepared with XG. The bentonite concentration ranged from 2.5%, 2.0%, 1.5% and 0.0% weight for both polymers, resulting in eight tested fluids. During fluids invasion, the permeability impairment and productivity ratio of the samples were evaluated, as well as their return when applied to an oil reverse flow. Obtained results pointed that fluids containing clay resulted in a lower fluid loss to the formation than fluids containing only polymer. Moreover, clay concentration influenced on permeability impairment and on obtained results for the productivity ratio return. The higher is clay concentration, the less is fluid invasion, however, productivity ratio return was also lower, highlighting the clay damage potential. HPAM fluids, when injected, resulted in a higher fluid invasion than XG fluids, but productivity ratio return was also higher, pointing that HPAM fluids, even though had invaded more, the damage was lower. XG fluids blocked pore throats faster and, in some cases, completely. The blocking effect on samples pores influenced on productivity ratio return, i. e., higher return was obtained for samples that weren't blocked. Results presented here may contribute to drilling fluids technology, fluid design evaluation and formation damage minimization aiming to keep the reservoir productivity closer to the original / Mestrado / Reservatórios e Gestão / Mestre em Ciências e Engenharia de Petróleo

Orientador: João Batista Fogagnolo / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-20T18:12:15Z (GMT). No. of bitstreams: 1 SallicaLeva_Edwin_M.pdf: 25527220 bytes, checksum: e74531ec342d519e6163a514595cb183 (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: Peças fabricadas em titânio com estrutura porosa apresentam vantagens como material para implantes basicamente pela redução do módulo de elasticidade, o que aproxima sua rigidez à de tecidos ósseos, tornando-as mais adequadas á sua função. Neste trabalho apresenta-se um estudo da microestrutura e propriedades mecânicas de peças porosas de Ti-6Al-4V fabricadas por sinterização seletiva a laser, que é uma das técnicas de prototipagem rápida, que consolida, camada a camada, peças com geometria complexa a partir de pó. As estruturas porosas foram modeladas em programa CAD e fabricadas em um equipamento EOSINT M 270. Os modelos computacionais têm forma cúbica com 15 mm de aresta e possuem arquitetura interna de poros interconectados também de forma cúbica. A porcentagem de porosidade foi variada na faixa de 61 a 76%, mudando-se o número e o tamanho dos poros e a espessura das paredes internas. Pó atomizado da liga Ti-6Al-4V foi utilizado como matéria-prima. Utilizaram-se dois níveis de energia fornecida, variando-se alguns parâmetros do processo, como a velocidade de varredura do feixe de laser, a potência do laser e distância entre linhas de sinterização. As amostras sinterizadas foram caracterizadas por microscopia óptica e eletrônica de varredura, ensaios de dureza e compressão. Em uma segunda etapa, foram realizados tratamentos térmicos em amostras com 69% de porosidade projetada. As peças sinterizadas apresentaram microestrutura martensítica, porosidade interconectada na faixa de 63 a 77%, com boa formação de parede, e superfície rugosa com aderência de partículas de pó não sinterizado. Testes de compressão das amostras sinterizadas mostraram que o módulo de Young variou de 5,36±0,01 a 8,73±0,07 GPa, o limite de escoamento variou de 91,5±0,7 a 170±5 MPa e a resistência mecânica à compressão variou de 106±1 a 219±5 MPa, dependendo da porcentagem de porosidade. O aumento da energia do processo resultou em paredes mais finas, para o mesmo modelo, e também uma porosidade não controlada, interna às paredes das peças, o que reduziu a rigidez e a resistência mecânica das peças. Os tratamentos térmicos feitos nas peças porosas com 69 % de porosidade projetada promoveram mudanças microestruturais, mas não resultaram em aumento das propriedades mecânicas / Abstract: Titanium porous parts have advantages as materials for implants due to their lower modulus of elasticity, which approximates their stiffness to the bone tissue stiffness, making them more appropriate to their biofunction. In this work we present a microstructural characterization and a mechanical property evaluation of porous parts of Ti-6Al-4V produced by selective laser sintering, which is a rapid prototyping technique that consolidates, layer by layer, parts with complex geometry from powder. The porous structures were designed in a CAD program and manufactured in the EOSINT 270 laser-sintering system. The computational models have cubic shape with 15 mm edge and an internal architecture of interconnected pores also with cubic shape. The percentage of porosity was varied in the range from 61 to 76 % by changing the number and size of the porous and the thickness the struts. Powder prealloyed of Ti-6Al-4V was using as raw material. Two energy levels were tested, by varying the process parameters, such as laser power, speed of laser and spacing between laser tracks. The as-sintered samples were characterized by optical and scanning electron microscopy, hardness and compressive tests. Further, thermal treatments were performed on samples with 69% of modeled porosity. The sintered parts presented martensitic microstructure, with interconnected porosities varying from 63-77%, with good formation of struts, and rough surface with adhesion of no-sintered powder particles. The compression tests of as- sintered samples showed the Young's modulus values ranging from 5.36 ± 0.01-8.73 ± 0.07 GPa, the yield strength values ranging from 91.5 ± 0,7-170 ± 5 MPa and the compressive strength values ranging from 106 ± 1-219 ± 5 MPa, depending on the percentage of porosity. Increasing the energy of the process resulted in thinner struts for the same model and also a no-controlled porosity in the internal struts of parts, which reduced the stiffness and the mechanical strength of the parts. Heat treatments performed in the porous parts with 69% porosity promoted microstructurals changes, but did not result in an increase of the mechanical properties / Mestrado / Materiais e Processos de Fabricação / Mestre em Engenharia Mecânica

Tese (doutorado)- Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, Florianópolis, 2015. / Made available in DSpace on 2016-05-24T17:46:15Z (GMT). No. of bitstreams: 1 338943.pdf: 4401784 bytes, checksum: f331216981fce2ee7b937a2c476b191a (MD5) Previous issue date: 2015 / Aços sinterizados contendo lubrificante sólido incorporado ao volume são materiais potencialmente interessantes para o controle de atrito e desgaste nos modernos sistemas mecânicos, onde são predominantes os regimes de lubrificação mista ou, até mesmo, lubrificação limite. Neste trabalho, partículas de grafita foram geradas in situ no volume de aços Hadfield via dissociação de carboneto de silício durante a sinterização. Estes aços foram processados via moldagem de pós por injeção, sendo o estudo dividido em três etapas: i) desenvolvimento da matriz do aço Hadfield; ii) geração de grafita no volume de aços Hadfield; iii) caracterização de aços Hadfield processados em forno tubular. As duas etapas iniciais foram realizadas com o objetivo de entender a influência dos pós e parâmetros de sinterização na formação microestrutural destes novos materiais. O uso de pó de ferromanganês de elevado teor de Mn e tamanho de partícula superior ao do pó de ferro resultou em porosidade secundária. Atmosfera de sinterização com baixo potencial químico de oxigênio foi recomendado para evitar a oxidação das partículas ricas em Si/Mn. Além disto, foi recomendado o resfriamento do forno a uma taxa maior que 50 ºC/min para evitar a precipitação de fase secundária em contorno de grão. Em termos de geração de grafita, observou-se que o elevado potencial químico causado pela mistura dos diversos pós de elementos de liga contribuiu para a rápida difusão dos átomos de C, provenientes da dissociação do SiC, na matriz metálica. Assim, a formação da grafita aparenta estar associado a um processo de solubilização e precipitação, o que faz com que a grafita gerada no volume dos aços Hadfield apresente características similares a do ferro fundido.<br> / Abstract : Sintered steels containing embedded solid lubricants in the volume are potential interesting materials to control friction and wear in modern mechanical systems, where regimes of mixed lubrication or even boundary lubrication are predominant. In this work, graphite particles were generated in situ in the volume of Hadfield steels via dissociation of silicon carbide during the sintering. These steels were processed by powder injection molding, and the study divided in three stages: i) development of the Hadfield steel matrix; ii) generation of graphite in the volume of the Hadfield steels; iii) characterization of Hadfield steels sintered in a tubular furnace. First two stages were carried out with the goal of understanding the influence of powders and sintering parameters on the microestrutural formation of these new materials. The use of high Mn content iron-manganese powder and with particle size bigger than the iron powder resulted in secondary porosity. Low oxygen chemical potential sintering atmosphere was recommended to avoid oxidation of the Si/Mn rich particles. Moreover, the ratio of furnace cooling was recommended to be over 50 ºC/min to avoid grain boundary precipitation of secondary phases. In terms of graphite generation, it has been observed that the high chemical potential caused by the mixture of several alloying powders contributed to the fast diffusion of C atoms, dissociated from SiC, into the metallic matrix. Thus, graphite formation is apparently associated to a solubilization and precipitation process, which meant that the graphite generated in the volume of the Hadfield steels presented similar characteristics to cast iron.

Orientadores: Euclides Jose Bonet, Kamal Abdel Radi Ismail / Dissertação (mestrado profissional) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-04T01:56:31Z (GMT). No. of bitstreams: 1 PompeoNeto_LuizBenedicto_M.pdf: 311727 bytes, checksum: f5aafe4c0c4ba7418df2f2fc710c02a8 (MD5) Previous issue date: 2004 / Resumo: Neste trabalho foram verificados experimentalmente os efeitos da vibração mecânica na permeabilidade absoluta de meios porosos saturados com água e sob a imposição simultânea de um escoamento uniforme. Após a identificação de uma faixa de excitação em que se excluem efeitos indiretos da vibração, como os decorrentes do aquecimento ultra-sônico do conjunto e da desintegração mecânica da matriz rochosa, foi possível verificar que a vibração a freqüências ultra-sônicas reduz a diferença de pressão ao longo da amostra e reduz a vazão através da amostra. A combinação de magnitude desses dois efeitos pode resultar em aumento da permeabilidade absoluta, sendo que as variações, além da freqüência, ainda dependem da velocidade do escoamento externamente imposto. A análise do problema através da mecânica do contínuo permitiu introduzir a descrição de um modelo físico, baseado no conceito da película viscosa de espessura inversamente proporcional à freqüência. O mecanismo é capaz de explicar o comportamento observado. Os fenômenos mostraram-se decorrência das propriedades elásticas, dadas as propriedades hidrodinâmicas, do sistema composto pela matriz sólida e pelo fluido que preenche o meio poroso saturado e por ele escoa / Abstract: This work verifies experimentally the effects of the mechanical vibration on the absolute permeability of saturated porous media upon which a uniform flow is simultaneously imposed. After finding a driving range within which indirect effects of the vibration are excluded, such as those resulting from ultrasonic heating and mechanical disintegration of the rock matrix, it was possible to verify that vibration at ultrasonic frequencies reduces the pressure drop across the sample and reduces the flow rate through it. The combination of amplitude of both these effects may result the improvement of the absolute permeability. Besides depending on the frequency, such changes depend on the velocity of the externally imposed flow. Analysis of the problem making use of continuum mechanics permitted introducing the description of a physical model, based on the concept of the viscous skin depth inversely proportional to the frequency. The mechanism is capable of explaining the observed behavior. The phenomena turned out to result from the elastic properties ¿ given the hydrodynamic properties ¿ of the system composed by the solid matrix together with the fluid, which fills and flows through the saturated porous medium / Mestrado / Instrumentação e Controle Industrial / Mestre Profissional em Engenharia Mecanica

Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de Minas Gerais / A utilização de sistemas de liberação controlada de fármacos é um tema que recebeu grande destaque nas últimas décadas no setor farmacêutico, devido aos grandes benefícios terapêuticos e às vantagens econômicas associadas. Materiais mesoporosos ordenados, como o SBA-15 e o MCM-41 são excelentes candidatos para serem utilizados como dispositivos de liberação controlada pois proporcionam uma distribuição homogênea da droga através da matriz e alcançam uma cinética de liberação controlada em função de algumas propriedades como: distribuição estreita de tamanho de poros, rede de canais e poros bem definidos na escala nanométrica (2 nm a 50 nm) e capacidade de incorporar uma variedade de espécies químicas com atividade terapêutica. As amostras mesoporosas foram sintetizadas em diferentes temperaturas, modificadas com colágeno, incorporadas com atenolol e caracterizadas por meio das seguintes técnicas: difração de raios X, espectroscopia de infravermelho, microscopia eletrônica de transmissão e adsorção de nitrogênio. Os resultados de difração de raios X e microscopia eletrônica de transmissão mostraram claramente a presença do arranjo hexagonal dos poros destes materiais. A presença de grupos funcionais característicos da rede de sílica, bem como a presença do atenolol e do colágeno nas matrizes mesoporosas foi verificada através da espectroscopia de absorção na região de infravermelho. As isotermas de adsorção de N2 indicaram a presença de mesoporos no material bem como a presença do fármaco incorporado nos poros das diferentes matrizes. Além disso, a técnica de adsorção de gases demonstrou que as características estruturais da sílica mesoporosa SBA-15 podem ser ontroladas modificando a temperatura de envelhecimento. O diâmetro de poros aumentou de 5,2 nm para 7,1 nm e a espessura de parede diminuiu de 5,86 nm para 4,95 com o aumento da temperatura de envelhecimento de 60C para 130C. Uma interessante característica observada é a presença de microporos nas paredes do SBA-15 que foi verificada nas matrizes envelhecidas a 60 e 80C. Os estudos de liberação do fármaco nas diferentes matrizes foram realizados in vitro utilizando um espectrofotômetro UV-VIS e as taxas de liberação foram expressas utilizando o modelo cinético de Higuchi. A cinética de liberação do fármaco das diferentes matrizes de sílica foi analisada e verificou-se que a taxa de liberação pode ser controlada considerando três parâmetros: estrutura, carga de compactação e modificação superficial. / In the last decade, progress in the development of nanosized hybrid therapeutics and drug delivery systems has been remarkable. Mesoporous materials such as SBA-15 and MCM-41 have been considered very promising materials for hosting and further delivery of biological agents within silica samples and for controlling their release kinetics from the matrix due to their well arranged structure and pores of well-defined size in the 2-50 nm nanoscale range. In this work, the characteristics of MCM-41 and SBA-15 prepared in different temperatures and the behavior of these systems regarding to microencapsulation of a model drug were investigated. The samples were characterized by XRD, FTIR, TEM, and N2 adsorption techniques. Atenolol was used as a model drug to study the kinetics of drug delivery. XRD results and TEM images showed an well-ordered mesopore structure, suggesting that the structure of samples can be described as a honeycomb of hexagonal mesopores separated by continuous silica walls. This structure is the result of hexagonal packing on unidimensional cylindrical pores. The presence of the drug on the mesopore walls was confirmed by FTIR. The N2 adsorption experiments showed that the SBA-15 materials posses an average pore size varying from 5.2 nm to 7.1 nm as a function of the synthesis temperature. A type IV adsorption isotherm was obtained, which is associated with the presence of mesopores. The adsorption of the drug in different materials leads to a decrease in the surface area and pore volume. It was concluded that the structural characteristics can be controlled by changing the synthesis temperature. Higher temperatures resulted in larger pore size and in thinner silica walls varying from 5.86 to 4.95 nm. The presence of microporosity was verified for the aged samples at low temperature. The release of atenolol from different matrices was carried out in vitro and the results were analyzed according to the kinetic model of Higuchi. The influence of the pore architecture and size, the pressure to form the disks and the surface modification of the device on the release kinetics of the atenolol was studied.

O carbono vítreo (CV) é um material carbonoso e é obtido por meio da carbonização de resinas termorrígidas, produzindo artefatos com formas complexas. Devido à sua inércia química e estabilidade a altas temperaturas (acima de 2000oC) em atmosfera inerte, o CV tem um excelente potencial para aplicação em diferentes áreas, como a aeroespacial, médica e química. Considerado como um material frágil, este apresenta como característica intrínseca a presença de poros, os quais variam em quantidade e tamanho em função das condições de processamento e das matérias-primas utilizadas. Os poros possuem uma significativa influência nas propriedades mecânicas, térmicas e elétricas do CV, causando uma larga dispersão das propriedades, principalmente mecânicas. Por meio do controle dos parâmetros de processamento e das matérias-primas é possível monitorar a porosidade. Este trabalho apresenta um estudo envolvendo a probabilidade de fratura usando análise de Weibull de corpos-de-prova de CV ensaiados em flexão em três pontos, correlacionando estes dados com observações obtidas por microscopia óptica assistida por análise de imagens. Os resultados mostram que os parâmetros de processamento como viscosidade da resina furfurílica utilizada, tempo de centrifugação, velocidade de centrifugação da resina e temperatura de cura da resina possuem uma grande influência sobre o tamanho e a distribuição dos poros e, conseqüentemente, sobre a resistência em flexão do CV. Foi determinado que a viscosidade da resina furfurílica igual a 3000 mPa.s é considerada como a mais adequada para o processamento do CV. Os resultados obtidos mostram que a correlação das análises de imagens com os ensaios de flexão em três pontos, tratados pelo uso da análise estatística de Weibull, é uma ferramenta útil para monitorar o processamento do CV.