Um requisito do processo de manufatura é a necessidade de se obter peças processadas, caracterizadas pela boa qualidade de acabamento superficial, baixa rugosidade e a conservação de suas propriedades metalúrgicas. Essas condições motivaram o desenvolvimento deste estudo, no qual selecionou-se o processamento de materiais a laser para o corte do titânio, unindo uma tecnologia a um metal de recente aplicação. Além disso, a versatilidade e as vantagens, como também a tendência global do setor industrial, tornaram-se fatores preponderantes na utilização do laser como ferramenta de usinagem. Neste presente trabalho foram investigados os efeitos da usinagem por laser pulsado de Nd:YAG sobre a qualidade, como também a formação de fases na superfície de corte e analisados pela aplicação do planejamento experimental. Para isso, chapas de titânio comercialmente puro (grau 2) e da liga Ti-6Al-4V (grau 5), com espessuras de 0,5 e 1,0 milímetros, foram empregadas na realização dos ensaios sob ação do laser. As amostras obtidas foram analisadas por microscopia ótica (MO), microscopia eletrônica por varredura (MEV), ensaios de microdureza e inspeção superficial da rugosidade. Capturaram-se digitalmente as imagens do material ressolidificado, aderido na superfície de corte para determinação da formação de rebarbas. Com base nestes dados construíram-se arranjos fatoriais, por meio da metodologia de planejamento experimental (DOE), a fim de avaliar o grau de influência dos parâmetros e suas possíveis interações e assim averiguar sua significância estatística. Verificou-se um endurecimento superficial na região do corte a laser com nitrogênio, em virtude da formação de nitretos (TiN) sob uma fina camada da zona de ressolidificação. Apesar da complexidade das interações entre os diversos parâmetros envolvidos no processamento a laser, os resultados corroboram que a otimização do processo de corte a laser do titânio pode ser factível. / The main goal of this work was to establish the requirements for laser processed parts to satisfy uniform surface finish, low roughness and preservation of the mechanical and functional properties of the parts. Lasers became a versatile machining tool that satisfies the modern trends in material processing. In this study, the cutting quality factors of sheets of pure titanium and its alloys, by pulsed Nd:Yag laser, were investigated according to the Design and Analysis of Experiments. Laser pulse energy, laser pulse length, pressure of the protective/reactive gas, cutting speed, were considered the key laser parameter processing factors. In this Design, a factorial arrangement, regarding several combinations of these different processing factors, was performed and the influence of each one was also taken into consideration. The cutting process was performed on commercially pure titanium (grade 2) and the alloy Ti-6Al-4V (grade 5) sheets. The obtained samples were analyzed through optical microscopy in order to determine the edge roughness formations. The samples were also analyzed by scanning electron microscopy and submitted to micro hardness tests and surface roughness inspections. An increase on the surface hardness on the cut region and the formation of nitrogen precipitates under a thin layer of a melted zone were verified. In spite of the complexity of the interactions between this diversity of parameters, it is possible to optimize the titanium laser cutting.

Um requisito do processo de manufatura é a necessidade de se obter peças processadas, caracterizadas pela boa qualidade de acabamento superficial, baixa rugosidade e a conservação de suas propriedades metalúrgicas. Essas condições motivaram o desenvolvimento deste estudo, no qual selecionou-se o processamento de materiais a laser para o corte do titânio, unindo uma tecnologia a um metal de recente aplicação. Além disso, a versatilidade e as vantagens, como também a tendência global do setor industrial, tornaram-se fatores preponderantes na utilização do laser como ferramenta de usinagem. Neste presente trabalho foram investigados os efeitos da usinagem por laser pulsado de Nd:YAG sobre a qualidade, como também a formação de fases na superfície de corte e analisados pela aplicação do planejamento experimental. Para isso, chapas de titânio comercialmente puro (grau 2) e da liga Ti-6Al-4V (grau 5), com espessuras de 0,5 e 1,0 milímetros, foram empregadas na realização dos ensaios sob ação do laser. As amostras obtidas foram analisadas por microscopia ótica (MO), microscopia eletrônica por varredura (MEV), ensaios de microdureza e inspeção superficial da rugosidade. Capturaram-se digitalmente as imagens do material ressolidificado, aderido na superfície de corte para determinação da formação de rebarbas. Com base nestes dados construíram-se arranjos fatoriais, por meio da metodologia de planejamento experimental (DOE), a fim de avaliar o grau de influência dos parâmetros e suas possíveis interações e assim averiguar sua significância estatística. Verificou-se um endurecimento superficial na região do corte a laser com nitrogênio, em virtude da formação de nitretos (TiN) sob uma fina camada da zona de ressolidificação. Apesar da complexidade das interações entre os diversos parâmetros envolvidos no processamento a laser, os resultados corroboram que a otimização do processo de corte a laser do titânio pode ser factível. / The main goal of this work was to establish the requirements for laser processed parts to satisfy uniform surface finish, low roughness and preservation of the mechanical and functional properties of the parts. Lasers became a versatile machining tool that satisfies the modern trends in material processing. In this study, the cutting quality factors of sheets of pure titanium and its alloys, by pulsed Nd:Yag laser, were investigated according to the Design and Analysis of Experiments. Laser pulse energy, laser pulse length, pressure of the protective/reactive gas, cutting speed, were considered the key laser parameter processing factors. In this Design, a factorial arrangement, regarding several combinations of these different processing factors, was performed and the influence of each one was also taken into consideration. The cutting process was performed on commercially pure titanium (grade 2) and the alloy Ti-6Al-4V (grade 5) sheets. The obtained samples were analyzed through optical microscopy in order to determine the edge roughness formations. The samples were also analyzed by scanning electron microscopy and submitted to micro hardness tests and surface roughness inspections. An increase on the surface hardness on the cut region and the formation of nitrogen precipitates under a thin layer of a melted zone were verified. In spite of the complexity of the interactions between this diversity of parameters, it is possible to optimize the titanium laser cutting.

Submitted by SILVIO LUIS AGOSTINHO DOS SANTOS null (silvioluis_26@hotmail.com) on 2017-03-06T19:50:30Z No. of bitstreams: 1 Versão Final da Dissertação do Mestrado de Silvio Luis Agostinho dos Santos.pdf: 3738913 bytes, checksum: bca1c0bfeff575f21eed73a5fa2cc3d4 (MD5) / Approved for entry into archive by Juliano Benedito Ferreira (julianoferreira@reitoria.unesp.br) on 2017-03-10T15:02:10Z (GMT) No. of bitstreams: 1 santos_sla_me_prud.pdf: 3738913 bytes, checksum: bca1c0bfeff575f21eed73a5fa2cc3d4 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-03-10T15:02:10Z (GMT). No. of bitstreams: 1 santos_sla_me_prud.pdf: 3738913 bytes, checksum: bca1c0bfeff575f21eed73a5fa2cc3d4 (MD5) Previous issue date: 2017-02-23 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Na presente dissertação, descrevemos uma metodologia de ensino de Física que vem sendo implementada no Ensino Médio na ETEC Profº Eudécio Luiz Vicente localizada na cidade de Adamantina, SP. A proposta valoriza a compreensão da ciência como produção humana e fundamenta o processo ensino de uma aprendizagem significativa de Ausubel e na atividade experimental, de modo a articular o conhecimento formal da Física com os saberes do aluno. Em comparação com o chamado ensino tradicional, o que se propõe é um ensino mais atraente para os alunos, com ênfase na compreensão dos conceitos físicos e na relação destes com acontecimentos e fatos do dia a dia. Neste trabalho é apresentada uma proposta de inserção de experimentos de baixo custo e fácil acesso, no ensino de Física. Durante sua execução os alunos perceberam que os experimentos, aliados à analogia dos acontecimentos cotidianos, permitem a facilitação da construção do conhecimento. Foram realizados experimentos de Física, em que o aprendiz pudesse alcançar a compreensão das Leis que regem: a Mecânica, na Óptica, na Termologia, na Eletricidade, Magnetismo e no Eletromagnetismo. No final foi feito a montagem de 03 Kits de Experimentos, 01 Kit para cada série do Ensino Médio. Foi construído, também, um site do qual traz várias informações pertinentes ao desenvolvimento do projeto. O envolvimento dos alunos foi, inicialmente, empolgante para a realização dos experimentos e o rendimento escolar e a satisfação dos alunos foi maior. / In the present work, we describe a Physics teaching methodology that has been implemented in high school in ETEC Prof. Eudécio Luiz Vicente located in Adamantina, SP. The proposal values the understanding of science as a human production and founded the teaching process of meaningful learning of Ausubel and experimental activity, in order to articulate the formal knowledge of physics with the student's knowledge. Compared to the so-called traditional teaching, what is proposed is a more attractive school for students with an emphasis on understanding of physical concepts and their relationship with events and facts of everyday life. This paper presents a low-cost experiments insertion proposal and easy access, the teaching of physics. During its execution the students realized that the experiments together with the analogy of everyday events, allows the facilitation of knowledge building. We conducted physics experiments, in which the apprentice reached the understanding of the laws governing: Mechanical, in optics, in Thermology in Electricity, Magnetism and electromagnetism. At the end we were made to mount 03 Experiment Kits, 01 Kit for each high school grade. It was built also a site which brings various information relevant to the development of the project. The involvement of students was initially exciting for the experiments and school performance and student satisfaction was higher.

[pt] Em diversas etapas da cadeia de trabalho da Indústria de Óleo e Gás a atividade de Engenharia de Petróleo demanda processos que envolvem otimização. Mais especificamente, no gerenciamento de reservatórios, as metodologias para a tomada de decisão pelo uso de poços inteligentes envolvem processos de otimização. Nestes processos, normalmente, visa-se maximizar o VPL (Valor Presente Líquido), que é calculado através das curvas de produção de óleo, gás e água fornecidas por um simulador de reservatório. Estas simulações demandam alto custo computacional, muitas vezes inviabilizando processos de otimização. Neste trabalho, empregam-se técnicas de inteligência computacional - modelos de redes neurais artificiais e neuro-fuzzy - para a construção de aproximadores de função para simulador de reservatórios com o objetivo de diminuir o custo computacional de um sistema de apoio à decisão para utilização ou não de poços inteligentes em reservatórios petrolíferos. Para reduzir o número de amostras necessárias para a construção dos modelos, utiliza-se também Projeto de Experimentos Fatoriais Fracionado. Os aproximadores de função foram testados em dois reservatórios petrolíferos: um reservatório sintético, muito sensível às mudanças no controle de poços inteligentes e outro com características reais. Os resultados encontrados indicam que estes aproximadores de reservatório conseguem bom desempenho na substituição do simulador no processo de otimização - devido aos baixos erros encontrados e à substancial diminuição do custo computacional. Além disto, os testes demonstraram que a substituição total do simulador pelo aproximador se revelou uma interessante estratégia para utilização do sistema de otimização, fornecendo ao especialista uma rápida ferramenta de apoio à decisão. / [en] In many stages of the work chain of Oil & Gas Industry, activities of petroleum engineering demand processes that involve optimization. More specifically, in the reservoirs management, the methodologies for decision making by using intelligent wells involve optimization processes. In those processes, usually, the goal is to maximize the NVP (Net Present Value), which is calculated through the curves of oil, gas and water production, supplied by a reservoir simulator. Such simulations require high computational costs, therefore in many cases the optimization processes become unfeasible. Techniques of computational intelligence are applied in this study - artificial neural networks and neuro-fuzzy models - for building proxies for reservoirs simulators aiming at to reduce the computational cost in a decision support system for using, or not, intelligent wells within oil reservoirs. In order to reduce the number of samples needed for build the models, it was used the Fractional Factorial Design of Experiments. The proxies have been tested in two oil reservoirs: a synthetic one, very sensitive to changes in the control of intelligent wells and another one with real characteristics. The replacement of the simulator by the reservoir proxy, in an optimization process, indicates a good result in terms of performance - low errors and significantly reduced computational costs. Moreover, tests demonstrate that the total replacement of the simulator by the proxy, turned out to be an interesting strategy for using the optimization system, which provides to the users a very fast tool for decision support.

O controle de processo de uma planta de fabricação de coque depende de muitas variáveis particulares de cada planta. A busca de modelos de controle próprios torna-se necessário. O presente trabalho apresenta um projeto de experimentos, em forno piloto, para investigar a influência dos principais parâmetros de controle de fabricação do coque quanto à produção e consumo de calor e utilizá-los futuramente num modelo de automação do controle do processo dessa planta. O resultado do experimento apresentou significância estatística para os fatores temperatura e umidade da mistura enfornada e para as interações entre umidade e temperatura e entre umidade e granulometria com relação ao consumo de calor e também o fator temperatura com relação ao tempo líquido de coqueificação. Além do projeto de experimentos em forno piloto foi feito também um experimento em um forno industrial cuja metodologia mostrou-se adequada para um projeto em escala industrial. Com os dados dos experimentos obtiveram-se também equações matemáticas de previsão do consumo de calor e do tempo líquido de coqueificação. / The process control of a coke plant depends on a lot of particular parameters. This work describes an experimental design in a pilot oven aiming at getting the influence of the main control factors of a coke oven battery, relating these parameters with production and heat consumption for future process control automation. The result of the experiment showed statistic significance for the factors temperature and coal blend moisture and for the interactions between temperature and coal blend moisture and between moisture and coal size on the heat consumption and also for the factor temperature on the net coking time. Theses relations can be used to develop coking control at an industrial plant. In addition to the design of experiments in a pilot oven, it was also made an experiment in an industrial battery oven whose methodology showed to be appropriated to an industrial design of experiment. With the experimental data it was possible to write mathematical equations for estimation of heating and net coking time.

O controle de processo de uma planta de fabricação de coque depende de muitas variáveis particulares de cada planta. A busca de modelos de controle próprios torna-se necessário. O presente trabalho apresenta um projeto de experimentos, em forno piloto, para investigar a influência dos principais parâmetros de controle de fabricação do coque quanto à produção e consumo de calor e utilizá-los futuramente num modelo de automação do controle do processo dessa planta. O resultado do experimento apresentou significância estatística para os fatores temperatura e umidade da mistura enfornada e para as interações entre umidade e temperatura e entre umidade e granulometria com relação ao consumo de calor e também o fator temperatura com relação ao tempo líquido de coqueificação. Além do projeto de experimentos em forno piloto foi feito também um experimento em um forno industrial cuja metodologia mostrou-se adequada para um projeto em escala industrial. Com os dados dos experimentos obtiveram-se também equações matemáticas de previsão do consumo de calor e do tempo líquido de coqueificação. / The process control of a coke plant depends on a lot of particular parameters. This work describes an experimental design in a pilot oven aiming at getting the influence of the main control factors of a coke oven battery, relating these parameters with production and heat consumption for future process control automation. The result of the experiment showed statistic significance for the factors temperature and coal blend moisture and for the interactions between temperature and coal blend moisture and between moisture and coal size on the heat consumption and also for the factor temperature on the net coking time. Theses relations can be used to develop coking control at an industrial plant. In addition to the design of experiments in a pilot oven, it was also made an experiment in an industrial battery oven whose methodology showed to be appropriated to an industrial design of experiment. With the experimental data it was possible to write mathematical equations for estimation of heating and net coking time.

As cargas transportadas pelas ferrovias têm aumentado consideravelmente nos últimos anos, tanto pela capacidade individual do vagão como pela quantidade numa mesma composição. Após simulações e análise de dados obtidos em vagões instrumentados, uma das maiores operadoras logísticas do país observou que seus Sistemas de Choque e Tração estão sendo submetidos a esforços longitudinais considerados extremos. Desta forma, os trens formados por vagões do tipo GDU (capacidade de 118 t) estão limitados a uma quantidade de apenas 122 vagões, perdendo produtividade em relação aos trens formados por vagões do tipo GDT (capacidade de 110 t), os quais vêm circulando com 134 vagões. Em função das cargas extremas e consequente redução da produtividade nos trens, o Cliente solicita um trabalho conjunto para o desenvolvimento de um Sistema de Choque e Tração que torne possível a formação dos trens de minério com 134 vagões do tipo GDU. Desta forma, foi desenvolvido, como alternativa ao aço convencional, um aço baixa liga com desempenho superior, protótipos dos componentes citados para ensaios de campo e respectivos corpos de prova, validados por ensaios laboratoriais, bem como os parâmetros tecnológicos do produto e do processo. Os resultados obtidos são um aumento do Limite de Resistência, Limite de Escoamento, Tenacidade e Vida em Fadiga da ordem de 18% (em função da Temperatura de Revenido adotada), com a manutenção das características de Dutilidade (Alongamento e Redução de Área). / Loads transported by rail have increased considerably in recent years, both for individual freight car capacity and total train tonnage. Following data analysis and simulations obtained in instrumented freight cars, one of the largest logistics operators in the country noted that its Draft Gear Systems are being subjected to longitudinal efforts considered extreme. Thus, trains consisting of cars type GDU (118 ton capacity) have been limited to a quantity of only 122 cars, losing productivity gains regarding trains formed by cars type GDT (110 ton capacity), which circulate with 134 cars. Because of the extreme loads and consequential reduction in productivity of the trains, the Client requests a joint work for the development of a Draft Gear System that enables the formation of ore trains with 134 cars of type GDU. Thus, an alternative to the conventional steel, a low-alloy steel with superior performance was developed from which prototypes of the applicable components for field trials and respective test coupons were produced. This has been validated by laboratory tests, as well as the technological parameters of product and process. The results have indicated an increase in Tensile Strength, Yield Strength, Toughness and Fatigue Life of approximately 18% (depending on Tempering temperature adopted) while maintaining the characteristics of Ductility (Elongation and Area Reduction).

Peen forming é um processo de conformação plástica a frio de laminas ou painéis metálicos através do impacto de um jato regulado de pequenas esferas de aço em sua superfície, a fim de produzir uma curvatura pré-determinada. A aplicação da técnica de shot peening como um processo de conformação já é conhecida da indústria desde a década de 1940, mas a demanda crescente por produtos de grande confiabilidade tem impulsionado o desenvolvimento de novas pesquisas visando o seu aperfeiçoamento e automação. . O planejamento do processo de peen forming requer medição e controle de diversas variáveis relacionadas à dinâmica do jato de granalhas e à sua interação com o material a ser conformado. Conforme demonstrado por diversos autores, a velocidade de impacto é uma das variáveis que mais contribui para a formação do campo de tensões residuais que leva o material a se curvar. Neste trabalho é apresentado um modelo dinâmico simplificado que descreve o movimento de um grande número de pequenas esferas arrastadas por um fluxo de ar em regime permanente e sujeitas a múltiplas colisões entre si e com a peça a ser conformada. Simulações deste modelo permitiram identificar a correlação entre o campo de velocidades das granalhas e os demais parâmetros do processo. Mediante a aplicação da técnica de projeto de experimentos pôde-se estimar os valores dos parâmetros que otimizam o processo. Ao final, elaborou-se um algoritmo que permite realizar o planejamento de processos de peen forming, ou seja, determinar os valores desses parâmetros, de modo tal a produzir uma curvatura pré-determinada em uma placa metálica originalmente plana. / Peen forming is a plastic cold work process of shaping a metallic sheet or panel through the impact of a regulated blast of small round steel shots on its surface, in order to produce a previously desired curvature. The application of the shot peening as a forming process has been a known technique in the industry since the decade of 1940, but the increasing demand for products of high reliability have pushed the development of new research in order to enhance and automate it. Peen forming process planning requires the measurement and control of several variables concerning the dynamics of the shot jet and its interaction with the piece to be shaped. As previously shown by several authors, impact velocity is one of the variables that most contribute to the development of the residual stress field that causes the material to bend. In this article we present a simplified dynamical model describing the motion of a large number of small spheres (shot) dragged by an air flow in steady conditions and exposed to multiple collisions with each other and with the piece to be shaped. Computer simulations of this model allowed to identify correlations between the shot field velocity and the parameters of the process. Applying design of experiments techniques it was possible to estimate the value of parameters that optimize the process. It was, then, elaborated an algorithm that enables peen forming process planning, allowing the determination of the parameters, in order to make a predetermined bending in a metallic plate originally plane.

Peen forming é um processo de conformação plástica a frio de laminas ou painéis metálicos através do impacto de um jato regulado de pequenas esferas de aço em sua superfície, a fim de produzir uma curvatura pré-determinada. A aplicação da técnica de shot peening como um processo de conformação já é conhecida da indústria desde a década de 1940, mas a demanda crescente por produtos de grande confiabilidade tem impulsionado o desenvolvimento de novas pesquisas visando o seu aperfeiçoamento e automação. . O planejamento do processo de peen forming requer medição e controle de diversas variáveis relacionadas à dinâmica do jato de granalhas e à sua interação com o material a ser conformado. Conforme demonstrado por diversos autores, a velocidade de impacto é uma das variáveis que mais contribui para a formação do campo de tensões residuais que leva o material a se curvar. Neste trabalho é apresentado um modelo dinâmico simplificado que descreve o movimento de um grande número de pequenas esferas arrastadas por um fluxo de ar em regime permanente e sujeitas a múltiplas colisões entre si e com a peça a ser conformada. Simulações deste modelo permitiram identificar a correlação entre o campo de velocidades das granalhas e os demais parâmetros do processo. Mediante a aplicação da técnica de projeto de experimentos pôde-se estimar os valores dos parâmetros que otimizam o processo. Ao final, elaborou-se um algoritmo que permite realizar o planejamento de processos de peen forming, ou seja, determinar os valores desses parâmetros, de modo tal a produzir uma curvatura pré-determinada em uma placa metálica originalmente plana. / Peen forming is a plastic cold work process of shaping a metallic sheet or panel through the impact of a regulated blast of small round steel shots on its surface, in order to produce a previously desired curvature. The application of the shot peening as a forming process has been a known technique in the industry since the decade of 1940, but the increasing demand for products of high reliability have pushed the development of new research in order to enhance and automate it. Peen forming process planning requires the measurement and control of several variables concerning the dynamics of the shot jet and its interaction with the piece to be shaped. As previously shown by several authors, impact velocity is one of the variables that most contribute to the development of the residual stress field that causes the material to bend. In this article we present a simplified dynamical model describing the motion of a large number of small spheres (shot) dragged by an air flow in steady conditions and exposed to multiple collisions with each other and with the piece to be shaped. Computer simulations of this model allowed to identify correlations between the shot field velocity and the parameters of the process. Applying design of experiments techniques it was possible to estimate the value of parameters that optimize the process. It was, then, elaborated an algorithm that enables peen forming process planning, allowing the determination of the parameters, in order to make a predetermined bending in a metallic plate originally plane.

[pt] Esta dissertação, além de apresentar uma abordagem de um caso prático real, fez reunir as técnicas estatísticas necessárias ao trato de experimentos envolvendo misturas. Foi visto que as metodologias adotadas em Projeto de Experimentos devem ser adaptadas para possibilitar o trato de problemas com misturas, já que há a necessidade de considerar a restrição básica desse tipo de experimento, o qual amarra a soma das proporções dos componentes, que deve ser sempre igual a 1, ou seja, 100%. O experimento do misto de retardo, objeto principal e motivador dessa dissertação, é um experimento com mistura, em que as proporções de todos os três componentes possuem restrições superiores e inferiores simultaneamente. Com essas restrições, o espaço fatorial restrito fica bem distorcido em relação ao simplex, havendo, portanto, a necessidade de geração de um design D-ótimo. Como houve a indicação de que a variância da resposta não é constante, no caso do misto de retardo, recorreu-se aos Modelos Lineares Generalizados, especificamente ao método da Quase- Verossimilhança. De posse do modelo adequado, pôde-se então determinar a proporção dos componentes do misto de retardo, tendo em vista o atendimento da especificação de projeto. / [en] This dissertation presents a real pactical case, and besides, it puts together the statistical techniques for the treatment of Mixture Experiments. It was presented, that the Design of Experiments techniques must be adapted in order to make possible the treatment of problems with mixtures, because the basic constraint in this type of experiment must be taken into account, that is, the sum of the proportions of all mixture components must be equal to 1 or 100%. The delay compound experiment, the main and motivating object in this dissertation, is a mixture experiment with simultaneous constraints in the proportions of all its three components. With these constraints, it is possible to observe a distortion in the restricted factorial design space in comparison to the simplex one. Therefore, it was necessary to generate a D-optimal design. When there was an indication that the response variance is not constant, in the case of the delay compound, the Generalized Linear Models, specifically the Quasi- Likelihood method was used to fit an adequate model. With the adequate model, it was possible to find the proportion of each component of the delay compound in order to attend the design specification.