Orientador: Paulo Correa Lima / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-07T04:02:28Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Calado_RobisomDamasceno_M.pdf: 2515663 bytes, checksum: 21c4fbba4a8cbe4ea49b31b3b7a19b49 (MD5) Previous issue date: 2006 / Resumo: A competitividade em mercados globalizados, bem como a inovação e difusão de novas técnicas e métodos, oriundas do Sistema Toyota de Produção e Controle de Qualidade Total, são aplicadas em fábricas de todo o mundo e tem alavancado constante melhoria nos postos de trabalho e considerável redução dos riscos de acidente, pois a segurança está no escopo da melhoria de produtividade e qualidade. Neste trabalho foca-se a eliminação do risco de acidente (problemática específica do objeto de estudo) através da aplicação dos conceitos e ferramentas da manufatura enxuta, como mapeamento do fluxo de valor e célula de manufatura, de forma integrada ao objeto de estudo e seus trabalhadores com uso da metodologia de pesquisa-ação, desta forma foi possível obter resultados qualitativos e aumento da produtividade no processo de injeção e tampografia de peças plásticas, este trabalho pode servir de motivação e fonte de pesquisa para se implementar melhorias nas inúmeras empresas do ramo plástico entre outros segmentos de manufatura de bens de consumo / Abstract: The competitiveness in global markets, as well as the innovation and diffusion of new techniques and methods, original from Toyota Production System and Total Quality Control, are applied in factories worldwide and have provided continuous improvement in workstations and a deep reduction of accident risks, because larger safety is the target of productivity improvement and quality. In this paper focused the elimination of the accident risk (specific problem of the object of study) through the application of the concepts and tools of Lean manufacturing, as Value Stream Mapping and Manufacture Cell, on way integrated the study object and their workers with use of research-action methodology, have been able to obtain qualitative results that can be useful as motivation and research sources for improvements implementation in many companies of plastic activity among other segments of consumption goods production / Mestrado / Materiais e Processos de Fabricação / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: Ioshiaki Doi / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-08T12:57:52Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Pereira_MarcusAnibal_M.pdf: 4318576 bytes, checksum: 61cdc38456d21cf10bf9ccfef5d0bff4 (MD5) Previous issue date: 2005 / Resumo: Isolantes de nitreto de silício (SiNx) para aplicação na tecnologia de isolação LOCOS foram depositados por ECR-CVD a temperatura ambiente e RP/RTCVD, a baixa pressão (5mTorr), com fluxos de gás de N2 de 2.5, 5, 10 e 20sccm, com fluxos de gases de SiH4/Ar fixos de 200sccm/20sccm, e potência de microondas de 1000W em substratos de SiO2-Pad/Si e Si. As estruturas de SiNx/SiO2-Pad/Si e SiNx/Si obtidas foram utilizadas para analisar as características físicas do nitreto de silício. Análises de espectroscopia de infravermelho (FTIR) revelaram a presença de trocas de posição do pico principal das ligações Si-N, das ligações N-H e das ligações Si-N (modo de vibração stretching) nos filmes de nitreto de silício, que está relacionado aos fluxos de N2 na mistura de gases. Os índices de refração entre 1.88 e 2.48 e as espessuras entre 120nm e 139nm foram determinados através de elipsometria. Com estes valores de espessura e com os tempos de ataque em Buffer de HF, foram determinadas as taxas de deposição de 9,6 a 11,1nm/min e taxas de corrosão de 2 a 86nm/min. O processo LOCOS, com etapas seqüenciais de fotolitografia e oxidação térmica, foi executado nas estruturas de SiNx/SiO2-Pad/Si e também de SiNx/Si (sem a presença de óxido "almofada"), com a espessura de cada tipo de nitreto entre 110nm a 215nm e espessura do óxido ?almofada? de 0 a 124nm. Análises de microscópio óptico e de microscopia eletrônica de varredura (SEM) foram utilizadas respectivamente para investigar a resistência dos nitretos de silício à oxidação térmica, executada sob altas temperaturas (1000ºC) e o efeito ?bico de pássaro? formado nas estruturas LOCOS. O nitreto depositado com fluxo de N2 de 10sccm (N10) foi o que apresentou a menor invasão lateral por parte do óxido de campo dentre os nitretos estudados, tanto com quanto sem a camada de óxido de ?almofada? sob o nitreto. O efeito "bico de pássaro" formado nas estruturas LOCOS teve comprimento de avanço lateral variando de 330nm a 2160nm tomando como base a oxidação local executada em temperatura de 1000ºC durante 180 minutos / Abstract: Silicon nitride (SiNx) insulators for LOCOS applications have been deposited by RP/RTCVD and ECR-CVD at room temperature, at low pressure (5mTorr), with N2 flows of 2.5, 5, 10 and 20sccm with fixed SiH4/Ar flows of 200/20sccm with a microwave power of 1000W on SiO2-Pad/Si and Si substrates. SiNx/Si structures were obtained to analyze the physical characteristics of silicon nitride. Fourier transform infrared (FTIR) spectrometry analyses revealed the main peak position shifts of Si-N, N-H and Si-N (stretching mode) bonds for each silicon nitride films, which is related to N2 flows in gas mixture. The refractive indexes between 1.88 and 2.48 and the thickness between 120nm and 139nm were determined by ellipsometry. With these thickness values and with buffered HF etching times, it was also determined the deposition rates of 9,6 - 11,1nm/min and etch rates of 2 -86nm/min. On the SiNx(110 -215nm)/SiO2-Pad(0 - 124nm)/Si and SiNx/Si (without pad oxide) structures, the LOCOS process, with sequential photolithography and thermal wet oxidation steps, was performed. Optical and scanning electron microscopy (SEM) analysis were used to investigate the silicon nitride to thermal oxidation accomplishement at high temperature of 1000 ºC, and bird's beak in the obtained LOCOS structures. On both structures (with and without pad oxide), the smallest lateral extension of the field oxide (bird's beak) was observed for the nitride films obtained with N2 flows of 10sccm (N10). The lengths of the bird's beak, in the obtained LOCOS structure, have resulted between 330nm and 2160nm / Mestrado / Eletrônica, Microeletrônica e Optoeletrônica / Mestre em Engenharia Elétrica

Orientador: Antonio Batocchio / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-08T16:29:28Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Pinto_ClaudioRicardoMonteiro_M.pdf: 1016323 bytes, checksum: 092608f0049fe6576d6787fc00dd93ca (MD5) Previous issue date: 2006 / Resumo: Atualmente o aumento da competitividade industrial e da concorrência, está gerando uma busca constante de produtos inovadores e de baixo custo. Alguns seguimentos industriais também tem sentido o poder das 'commodities', onde grande parte dos custos envolvidos nos processos, principalmente matérias-primas, não são de controle da empresa dificultando e reduzindo a sua margem de atuação frente a concorrência. Existem diversas técnicas administrativas que demonstram excelentes resultados com as suas implementações, como a Teoria das Restrições (TOC), Manufatura Enxuta, Manufatura Agil, etc e estes sistemas podem ser tratados de forma integrada e comparativa (Godinho Fº e Fernandes, 2005). O objetivo deste trabalho é avaliar a aplicação destas ferramentas em uma empresa com regime de produção semi-contínuo de condutores elétricos, analisando os resultados das implementações realizadas através de métricas aplicadas ao setor. A Empresa estudada é uma empresa multinacional do ramo Eletroeletrônico, mais especificamente Condutores Elétricos, que atua principalmente no segmento de Energia e a linha de produtos selecionada para este estudo foi a de cabos flexíveis. Realizou-se o levantamento do fluxo de valor da empresa adotando a metodologia da Manufatura Enxuta e avaliou-se o impacto de cada fase do processo em relação ao processo como um todo, através deste levantamento determinou-se o ponto de restrição do sistema, e a partir daí foram definidas algumas ações de controle, como kanban, supermercado de peças e planos de manutenção preventiva nos equipamentos. Como resultado atingiu-se um incremento de 100% de capacidade de fabricação de cabos flexíveis com um aumento de produtividade na ordem de 90%, uma redução do nível de inventário de 33% e uma melhoria de qualidade com a redução de 20% no nível de ppm?s gerados por falhas. Outro fator importante foi a redução no tempo de dimensionamento e implementação dos novos processos com o auxílio da Simulação por computador. Foi possível observar que é viável o uso conjunto da TOC e da Manufatura Enxuta comprovando a aplicabilidade destas teorias em um processo de fabricação de condutores elétricos / Abstract: The increasing degree of industrial competitivity and competition has been generating recently a constant search for innovative and low-cost products. Some industrial segments have also been affected by the power of 'commodities', in relation to which a significant part of process-related costs, chiefly raw-materials, are not controlled by the enterprise, something that makes difficult and reduces its margins for maneuver before competition. There are several managing techniques that present optimum implementation results, as is the case of the Theory of Constraints - TOC), Lean Manufacturing and Agile Manufacture, systems that can be approached in a integrated and comparative way (Godinho Fº e Fernandes, 2005). This work aims to evaluate the application of these tools in a company producing electric conductors in a semi-continuous production regime by means of the evaluation the results of implementations introduced by metrics applied to the sector. The Enterprise studied is an Electronics multinational that produces electrical conductors, chiefly for the Power segment, and we selected for this study the production of flexible cables. The value flow of the company was evaluated adopting the "Lean Manufacture" philosophy and we examined the impact of each phase of the process in relation to the process as a whole. This survey allowed determining the system?s point of restriction, and the identification of the system?s restrictions allowed to define some controlling actions, like kanban, parts supermarket and preventive equipment-maintenance plans. As a result, an increment of 100% in manufacture capacity of flexible cables was reached, with an increase in productivity of 90%, a reduction in the level of inventory of 33% and a quality improvement with the reduction of 20% in the level of failure-induced PPMs. Another important factor was the reduction in the time of dimensioning and implementation of the new processes with the help of computer-based simulation. The work showed the joint use of TOC and Lean Manufacturing to be possible, proving these theories to be applicable to a manufacturing process of electric cables production / Mestrado / Materiais e Processos de Fabricação / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: Nivaldo Lemos Coppini / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-15T08:50:52Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Yamada_Yoshio_M.pdf: 2447082 bytes, checksum: c2b6d6ed800ac7addff199bda2a55b5a (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: O objetivo deste trabalho consiste em aperfeiçoar o processo de fabricação de furos realizados pela empresa X em um de seus produtos. Além da otimização deverá ser mantida a qualidade dimensional através do controle do diâmetro, da cilindricidade, da circularidade e do acabamento superficial de furos cilíndricos obtidos pelo processo de alargamento, com ferramentas de aço rápido em de liga de alumínio Al 7175 T66, para se obter furos com alta qualidade superficial e precisão de forma, que atendam as especificações de projeto de componentes da indústria aeronáutica. É estudada a influência das variáveis do processo: velocidade de corte, avanço, sobre as variáveis de resposta: força de avanço e momento torsor. O processo de alargamento estudado é realizado em 04 operações sendo 02 operações de furação e 02 operações de alargamento com ferramentas de aço rápido, na primeira etapa os ensaios foram realizados com os parâmetros de usinagem do processo produtivo para caracterizar o processo, na segunda etapa foi implementada uma elevação dos parâmetros de usinagem com uma redução do tempo de produção. Na terceira etapa os ensaios foram realizados para avaliar a influência do pré-furo e do pré-alargamento na qualidade final, acarretando em uma maior redução do tempo de processo comparado com o processo otimizado. Pretende-se obter tal furo com a realização de apenas uma etapa de furação e uma de alargamento. Para isso, é necessária a observação não só da qualidade das peças em relação aos requisitos exigidos pelos clientes, mas também do tempo de ciclo de produção. As condições otimizadas e resultantes foram: velocidade de corte 100 m/min., avanço 0,2 mm/rot., com operação de pré-furação e sem operação de pré-alargamento. Com estas condições reduziu-se o tempo de produção por peça de 1,42 min. para 0,63 min / Abstract: The purpose of this study is to optimize the manufacturing process of holes made by Company X in one of their products. Besides the optimization, should be maintained the dimensional quality by controlling the diameter, roundness, circularity, and surface finish of cylindrical holes obtained by the widening process, with high-speed steel reamers in a aluminum alloy 7175-T66, to obtain holes with high surface quality and precision of form that meet the design specifications of aviation industry components. It is studied the influence of process variables: cutting speed, feed, about the response variables: feed force and torsion moment. The widening process studied is realized in four operations, consisting of two drilling operations and two widening operations with high-speed steel tools. In the first stage, the tests were carried out with machining parameters of the company to characterize the process. In the second stage, was implemented an increase in machining parameters with a reduction in the production time. In the third stage, the tests were realized to evaluate the influence of pre-drilling and pre-widening on the final quality, resulting in a further reduction of processing time compared with the optimized process. We intend to obtain this hole with the realization of only one drilling stage and one widening stage. For this, it's necessary not only the observation of the quality of the pieces in relation to the requirements demanded by the customers, but also the cycle time of production. The optimized conditions and resulting were: cutting speed of 100 m/min., feed of 0.2 mm/rev, with pre-drilling operation and without pre-widening operation. With this conditions, reduced the production time per piece of 1.42 min. to 0.63 min / Mestrado / Engenharia de Fabricação / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: Sergio Tonini Button / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-11T13:27:48Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Silva_MarioLuizNunesda_D.pdf: 5214131 bytes, checksum: d3b65bf8a08ad05e43b1a4cb009f56b7 (MD5) Previous issue date: 2008 / Resumo: O processo Laminação Transversal com Cunha (conhecido em inglês como cross wedge rolling ou CWR) consiste na conformação plástica de produtos por meio de ferramentas em forma de cunhas fixadas em placas planas, côncavas ou convexas ou ainda em rolos de equipamentos de laminação. Apesar das vantagens desse processo associadas à elevada produtividade e minimização das perdas de matéria-prima, o surgimento do defeito interno denominado Mannesmann exige uma inspeção cuidadosa das peças produzidas. Esse defeito tem sua origem no centro das peças laminadas e suas causas ainda não estão totalmente identificadas. Baseando-se no método de elementos finitos, simulações numéricas em três dimensões do processo CWR foram estudadas utilizando-se o programa de simulação MSC Superform para analisar-se a influência das variáveis geométricas (ângulos de conformação e de estiramento e redução relativa) e de processo (temperatura de pré-aquecimento e velocidade de laminação) no aparecimento desse que é considerado o principal defeito do processo. Ensaios experimentais em equipamento existente no Laboratório de Conformação Mecânica da Faculdade de Engenharia Mecânica também foram realizados abrangendo as mesmas variáveis citadas para a simulação. Os dados obtidos nestes ensaios foram confrontados com os das simulações para se estudar as possíveis causas do defeito e também para se avaliar o grau de representatividade do processo pelo programa de simulação. Concluiu-se que sob o critério de análise da deformação máxima equivalente, à medida que se aumenta a redução relativa e diminuem-se o ângulo de conformação e a velocidade de processo aumenta-se a probabilidade de ocorrência dos defeitos internos. Tanto nas simulações como nos ensaios práticos, não se notou uma tendência definida para a variável temperatura com relação à sua influência na formação dos defeitos internos / Abstract: Cross-wedge rolling (CWR) is a metal forming process in which wedge shaped tools are assembled to rollers, and concave or convex plates. Despite the advantages of this process associated with high productivity and reduction of raw materials, the formation of an internal defect, called Mannesmann, requires a careful inspection of the rolled parts. This defect has its origin in the center of the rolled pieces and its causes are not yet fully identified. Based on the finite element method, numerical simulations of the CWR process in three dimensions were studied using the simulation software MSC Superform, in order to analyze the influence of some geometric (forming and stretching angles and relative reduction) and process (initial temperature and speed process) variables on the formation of this that is considered the main defect of the process. Tests were also performed in an experimental equipment available in the Mechanical Forming Laboratory of the School of Mechanical Engineering covering the same variables cited for the simulation. The data from these tests were confronted with simulation results to determine the possible causes of the defect and also to evaluate the agreement of these results. From the analysis of the maximum equivalent strain, the higher relative reduction and smaller forming angle and process speed values the higher probability that the internal defects occur. It was not noticed a good trend about the influence of the initial temperature on the formation of the internal defects / Doutorado / Materiais e Processos de Fabricação / Doutor em Engenharia Mecânica

Este trabalho tem o intuito de analisar a junção realizada pelo processo de soldagem por fricção-mistura (FSW) pelo do teste de Arcan. É apresentada inicialmente uma revisão bibliográfica dos estudos já realizados nessa área e da teoria relevante. Foram realizados ensaios para avaliar a falha da junta sob carregamento multiaxial quando comparada à falha do material base. Para a realização dos ensaios utilizouse uma máquina de tração com capacidade de 50 kN. Foi projetado e construído um dispositivo de Arcan modificado, que permite a variação do ângulo com o qual a força de tração é aplicada. Os resultados práticos demonstraram as características de resistência da junção por FSW quando sujeita à forças de tração e cisalhamento. Os resultados obtidos servem como base para comparação entre junções feitas por FSW e por métodos convencionais como a utilização de rebites (prática muito comum na indústria aeronáutica). / The aim of this work is to analyze the junction made by Friction Stir Welding (FSW) using the Arcan test. Initially is presented a review of the studies carried out in this area and the relevant theory for the project. Tests were executed in order to evaluate the failure of the welding under multiaxial loading when compared to the failure of the base material. In order to execute the Arcan Tests, a tensile test machine with nominal capacity of 50 kN was used. A modified Arcan device, that allows an angle variation of the force applied, was developed and fabricated. The practical results demonstrate the FSW joint resistance characteristics when subjected to normal and shear forces. The results obtained serve as basis to compare the junctions made using FSW and conventional joint methods like rivets (very common practice in the aeronautical industry).

Orientador: Amauri Hassui / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-23T09:41:04Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Machado_MarcioAlexandreGoncalves_M.pdf: 7046476 bytes, checksum: c4116e182c526a80c0f1d8c7b1fe8d4a (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: Sabe-se que atualmente a competitividade das empresas é fator de sobrevivência. Assim, a busca por redução de custo é um constante desafio. Um aspecto dentro dos processos de fabricação que atua diretamente nesse tocante é o desenvolvimento de melhores ferramentas de corte. Este trabalho trata da reafiação de ferramentas de corte denominadas bedame, que possuem custo mais elevado que as demais ferramentas. O material usinado foi o ferro fundido nodular, que possui propriedades mecânicas características e consumir menor energia em sua fusão. Nos processos de usinagem são utilizadas as mesmas ferramentas para os ferros fundidos nodulares e cinzentos, porém o primeiro é um material dúctil, diferente do segundo que é frágil. Isso implica em um comportamento diferente na usinagem, mostrando que cabe neste caso uma melhor adequação das ferramentas de corte. Após a utilização de bedames novos, estes foram reafiados em quatro modelos diferentes. Posteriormente foram testados quatro tipos de revestimento PVD. Na sequência avaliou-se também a influência da velocidade de corte, avanço e concentração do fluido de corte. O critério adotado para a determinação do fim da vida dos bedames foi à qualidade da face usinada. Os ensaios foram feitos em sequência, sendo que o passo seguinte utilizava apenas os melhores resultados do passo anterior. Os resultados indicaram que bedames com ângulo de saída positivo, revestidos com AlTiN, usinando com menores velocidades de corte e avanço e com maior concentração de óleo no fluido de corte, apresentaram vida mais longa. Por outro lado, o mesmo bedame, só que revestido com TiCN e operando nas mesmas condições, apresentou a melhor relação custo benefício dentre os bedames reafiados. Concluiu-se assim que é viável economicamente a reafiação dos bedames / Abstract: It is known nowadays that the companies' competitiveness is a survival factor. So, the search for cost reduction is a constant challenge. One aspect of the manufacturing processes that act directly in this aspect is the development of better cutting tools. This work is about cutting tools to part materials named parting tools that has higher costs than the other cutting tools. The machined material was the nodular cast iron that has specific mechanical characteristics and demands less energy in its melting. In the machining processes it is usually used the same cutting tools to machine nodular and grey cast iron, but the first is ductile different from the second that is fragile. This implies in a different machining behavior, showing that is possible in this case a better adequation of the cutting tools. After using the new parting tools, they were resharpened in four different models. After that were tried four different PVD coatings. In the sequence it was also evaluated the influence of the cutting speed, the feed and cutting fluid concentration. The criteria adopted to determine the end of the parting tool life was the quality of the machined surface. The tests were carried out in sequence in such a way that the next step used just the best results of the former step. The results indicated that parting tool with positive rake angle, coated with AlTiN, operating in lower cutting speeds and feeds and with higher cutting fluid concentration, presented longer tool life. On the other hand, the same parting tool, but coated with TiCN and operating at the same cutting conditions, presented a better cost benefit relation among the resharpened cutting tools. It can be concluded that is economically feasible the parting tools resharpening / Mestrado / Materiais e Processos de Fabricação / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: Aline Carvalho da Costa / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-21T12:53:49Z (GMT). No. of bitstreams: 1 BozaCondorena_EdwinGuido_D.pdf: 5093932 bytes, checksum: 505cbc2b6c875e35004ad875c0f0ac6a (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: Na presente tese foram abordados problemas no contexto da produção de etanol de primeira e segunda geração. No caso de etanol de segunda geração foi abordado o problema de melhorar a eficiência da hidrolise enzimática, com as seguintes contribuições: (1) otimização da carga enzimática utilizando técnicas de modelagem por redes neurais. (2) substituição de um modelo com limitações na representatividade dos pontos experimentais obtido por desenho experimental pela superfície de resposta de um modelo de redes neurais que permite a exploração da região do ótimo no espaço de fatores e respostas. Os resultados obtidos mostram (1) boa precisão para a localização das coordenadas da região ótima de trabalho. (2) um mapeamento da evolução do processo com localização do ótimo global utilizando algoritmos genéticos e técnicas de computação evolutiva. No caso dos processos de produção de etanol de primeira geração foi estudado o problema do controle com modelo de um processo de fermentação continua com extração de etanol utilizando vácuo quando não se tem modelo fenomenológico disponível com as seguintes contribuições e resultados: (1) foi desenvolvida uma abordagem que integrou redes neurais artificiais, com o controle preditivo com modelo (MPC). (2) foram desenvolvidos modelos empíricos do processo com redes neurais artificiais (3) foi desenvolvida uma abordagem que utiliza o "conhecimento aprendido" pelas redes neurais o qual e armazenado em pesos sinápticos e bias. (4) foram desenvolvidos vários modelos empíricos de redes neurais para o monitoramento das concentrações de etanol que podem ser utilizados para desenvolver software sensores. (5) foram implementadas diferentes estruturas de controle preditivo com diferentes modelos internos de redes neurais para os controladores, com otimiza dor linear e não linear para o caso de estudo. Nos diferentes capítulos em que foram implementadas estruturas de controle integrando as redes neurais com a tecnologia MPC, se mostrou que, a abordagem desenvolvida e eficiente para os projetos dos sistemas de controle com modelo empírico / Abstract: In this thesis were studied problems in the context of ethanol production of first and second generation. In the case of second generation ethanol was studied the problem of improving the enzymatic hydrolysis efficiency, with the following contributions: 1) optimization of enzyme loading by using modeling techniques based on neural networks, 2) substitution of a model with limited representation capacity of the experimental points which was obtained by using experimental design by the response surface model of a neural network that allows the exploration of the space of factors and responses. The results show: 1) good accuracy in locating the coordinates of the optimum working region, 2) the mapping of the evolution of the process with the location of the global optimum by using genetic algorithms and evolutionary computing techniques. In case of the production of first generation ethanol was studied the problem of the control with process model of a fermentation process with continuous extraction of ethanol by using a vacuum system when there is no a phenomenological model available with the following contributions and results: 1) It was developed an approach in which were integrated artificial neural networks with model predictive control (MPC). 2) It were developed empirical process models by using artificial neural networks 3) It was developed an approach that uses the "learned knowledge" by neural networks which is stored in synaptic weights and bias. 4) It were developed several empirical models of neural networks for monitoring concentrations of ethanol that can be used to develop software sensors. 5) It were implemented different predictive control structures with different internal models based on neural networks for controllers with linear and non-linear optimizer to be applied on the case of study. In the different chapters in which were implemented control structures by integrating neural networks with MPC technology, it was showed that the developed approach is efficient to be applied in the designs of control systems with empirical model / Doutorado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Doutor em Engenharia Química

Orientadores: Sérgio Tonini Button, José Divo Bressan / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-21T04:08:51Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Martins_MarceloMatos_D.pdf: 11233728 bytes, checksum: 163e9bff5c80ef1c025e8c1083bed472 (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: A simulação numérica computacional é nos dia de hoje frequentemente aplicada na elaboração de projetos ou análise dos processos de conformação plástica dos metais. A extrusão de metais é um dos principais processos de conformação plástica e largamente aplicado na fabricação de produtos e peças na indústria metal-mecânica. Tradicionalmente, essas análises são feitas utilizando o Método dos Elementos Finitos. Entretanto, há um aumento no interesse dos pesquisadores na utilização do Método dos Volumes Finitos para este fim. A literatura sugere que o escoamento na extrusão de metais pode ser analisado pela formulação do escoamento plástico (flow Formulation). No qual, pode-se assumir como o escoamento de um fluido incompressível e viscoso. Essa hipótese pode ser assumida já que o processo de extrusão é um processo isocórico. O método MacCormack é geralmente aplicado para simular os escoamentos de fluidos compressíveis pelo Método do Volumes Finitos. No escoamento de um fluido incompressível ou no escoamento de metal não existe uma equação para a evolução da variável pressão, sendo necessário a utilização de um método de acoplamento entre a pressão e a velocidade. Este trabalho trata da apresentação de um novo esquema numérico para a determinação de informações sobre o escoamento de um fluido incompressível e viscoso e sobre o escoamento de metal em um processo de extrusão direta, ambos em regime permanente. As equações governantes foram discretizadas pelo Método dos Volume Finitos através do Método de MacCormack explícito para uma malha estruturada e co-localizada. O acoplamento entre a pressão e a velocidade foi feita pelo método SIMPLE. O novo esquema numérico foi aplicado em escoamentos incompressíveis e viscosos para a glicerina e em escoamento de metais em processos de extrusão direta para o chumbo e uma liga de alumínio. O escoamento da glicerina foi avaliado para o caso entre placas paralelas e em dutos circulares sob condição axissimétrica e obtiveram boa concordância em relação ao resultados analíticos. Os campos de velocidades obtidos para a extrusão de metal alcançaram rápida convergência, em torno de 20000 iterações, essa quantidade de iterações foi inferior a quantidade que a glicerina necessitou. Para todos os materiais analisados os resultados numéricos tiveram boa concordância em comparação com resultados analíticos e experimentais obtidas da literatura. O método MacCormack produziu resultados coerentes para o escoamento da glicerina e dos metais sem a necessidade da adição de viscosidade artificial, como sugere a sua definição. Portanto, os resultados numéricos sugerem que o método MacCormack com o SIMPLE pode ser aplicado na resolução de escoamentos de fluidos incompressíveis e na conformação de metais além da sua tradicional aplicação na resolução de escoamentos compressíveis / Abstract: Computational numerical simulation is nowadays largely applied in the design and analysis of metal forming process. Extrusion of metals is one main forming process largely applied in the manufacturing of metallic products or parts. Historically, the Finite Element Method has been applied for decades in extrusion analysis. However, recently in the academy, there is a trend to use Finite Volume Method: literature suggests that metal flow by extrusion can be analysed by the flow formulation. Thus, metal flow can be modelled such us an incompressible viscous fluid. This hypothesis can be assumed because extrusion process is an isochoric process. The MacCormack Method is commonly used to simulate compressible fluid flow by the finite volume method. However, metal extrusion and incompressible fluid flow do not present state equations for the evolution of pressure, and therefore, a velocity-pressure coupling method is necessary to obtain a consistent velocity and pressure fields. Present work proposes a new numerical scheme to obtain information about both incompressible viscous fluid flow and metal flow in the extrusion process, in steady state. The governing equations were discretized by Finite Volume Method, using the Explicit MacCormack Method to structured and collocated mesh. The SIMPLE Method was applied to attain pressure-velocity coupling. These new numerical scheme was applied to incompressible viscous fluid flow of glycerine and forward extrusion process of lead and an aluminium alloy. The numerical results for glicerine fluid flow for parallel plates and axisymmetric flow in circular tube cases had quite good agreement in relation to the analytical solutions. The incompressible metal extrusion velocity fields achieved faster convergence than for liquid glycerine after 20.000 iterations and a good agreement with analytical and experimental results obtained from literature. The MacCormack Method applied for both glycerine and metals produced consistent results without the need of artificial viscosity as employed by the compressible flow simulation approaches. Hence, the present numerical results also suggest that MacCormack Method and SIMPLE can be applied in the solution of incompressible fluid flow and metal forming processes in adition to the traditional application for compressible fluid flow / Doutorado / Materiais e Processos de Fabricação / Doutor em Engenharia Mecânica

Este trabalho apresenta um estudo dos processos de prensagem e sinterização do politetrafluoretileno (PTFE) com o objetivo principal de investigar a influência dos parâmetros desses processos na microestrutura e nas propriedades mecânicas do material após sinterização. O PTFE faz parte do grupo dos termoplásticos, mas assim como outros polímeros de alto peso molecular, apresenta elevada viscosidade no estado fundido que impede sua utilização em moldagem por injeção, e seu processamento é realizado por compactação a frio do pó polimérico seguida de sinterização. No processo de sinterização é aplicado um tratamento térmico acima da temperatura de fusão do material que é responsável por grandes deformações anisotrópicas que, por sua vez, são dependentes do histórico de carregamentos induzidos na fase de compactação. Com o objetivo de desenvolver modelos de comportamento termomecânicos para realizar simulações computacionais dessas etapas de fabricação, ensaios experimentais foram realizados para se investigar os diferentes mecanismos de evolução microestrutural e de deformações nas etapas de compactação e sinterização. O estudo experimental do processo de compactação compreendeu a realização de ensaios de compactação uniaxial (oedométrico), de compactação hidrostática em prensa isostática e ensaios triaxiais verdadeiros em um dispositivo original acoplado numa prensa triaxial com seis atuadores eletrohidráulicos. Através dos resultados obtidos dos ensaios de compactação foi possível identificar os parâmetros do modelo de Drucker-Prager/cap, disponível na biblioteca de leis de comportamento do programa de cálculo pelo método dos elementos finitos ABAQUSTM, que permitiu de simular numericamente alguns casos simples. O estudo experimental do processo de sinterização foi realizado com o auxílio de ensaios de termogravimetria (TGA), calorimetria exploratória diferencial (DSC) e ensaios de dilatometria em corpos-de-prova isótropos e anisótropos com diferentes índices de vazios. Através dos resultados obtidos destes ensaios foi possível identificar que a deformação global de sinterização é composta por uma deformação térmica reversível, uma deformação devido à mudança de fase cristalina em fase amorfa -ou vice-versa-, uma deformação devido ao fechamento dos vazios e uma deformação de recuperação. Este estudo foi realizado em dois tipos de materiais, sendo o PTFE puro e o PTFE reforçado com 5wt% de EkonolTM e 5wt% de fibras de carbono, respectivamente comercializados pelos nomes de TeflonTM 6407 e TeflonTM 6507. / The main objective of this work is to study the influence the process parameters on the microstructure and the mechanical properties of components manufactured by compaction at room temperature and sintering of polytetrafluorethylene (PTFE). Similary to other High Molecular Weight Polymers and although it belongs to the group of thermoplastic polymers, since it cannot be processed in the melt state because its very high viscosity, PTFE, is powder processed -that consists in sintering compacted powder-. Sintering corresponds to a heat treatment up to temperatures higher than the melting temprature, inducing finite deformations that are generally anistropic and dependent on the mechanical loading the material has been submitted to during the pre-compaction at room temperature. In order to develop thermo-mechanical constitutive equations that could be used during predictive numerical simulations of the whole process, different tests have been performed to study the different mechanisms that are responsible for microstructural evolutions and deformations during compaction and sintering. The experimental study of the compaction has been performed via uniaxial (oedometric) compaction tests, hydrostatic compaction tests that were made with an isostatic hydraulic press and triaxial tests that were made with and original device installed on an electrohydraulic testing machine six actuators. A \"Drucker-Prager/cap\" type elasto-plastic model -as available in the constitutiveequations library of ABAQUSTM industrial finite element software- has been identified from the results of these tests, so that a few simple cases have been numerically simulated. The experimental study of the sintering process has been performed via Thermo-Gravimetric Analyses (TGA), Differential Scanning Calorimetric analyses (DSC) and dilatometry tests that were performed on isotropic or anisotropic specimens with different values of the porosity From the results of these tests it has been possible to decompose the sintering deformation into different mechanisms, viz. a reversible thermal expansion, a strain that is linked to the transition from the crystalline phase to the amorphous phase -or vice versa-, a pore closure strain and a recovery strain. This study has been performed on a powder made of pure PTFE and a powder of PTFE filed with 5wt% EkonolTM and 5wt% of carbon fibres, respectively available as TeflonTM 6407 and TeflonTM 6507.