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Análise experimental dos efeitos termoelétricos em geradores termoelétricos / Experimental evaluation of the thermal cycling effects in thermoelectric generatorsVéras, Júlio Cezar de Cerqueira 28 November 2014 (has links)
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Previous issue date: 2014-11-28 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / A thermoelectric generator is a solid-state temperature dependent device that provide power generation on thermoelectric conversion. For that, the thermoelectric modules needs a temperature difference to ensure the thermoelectric conversion process. However, being subject to temperature variations may compromise the thermoelectric generator lifetime. Thus, in order to evaluate the temperature variation (thermal cycling) that the thermoelectric generators are exposed, this work has proposed an experimental platform that submits the thermoelectric generators modules to thermal cycling. With the experimental platform proposed the parameters of the thermoelectric generators may be to investigate properly. To evaluate the degradation effects on TEG the parameters were evaluated before the thermal cycling and then the parameters were evaluated after the thermal cycling process. At the research end, the parameters are presented by a comparative table with parameters evaluation before the thermal cycling and parameters evaluation after thermal cycling which brings to the experimental platform reliability. / Objetivo: Os geradores termoelétricos são dispositivos de estado sólido que utilizam a diferença de temperatura para a conversão em energia elétrica. No entanto, submeter os geradores termoelétricos a variações de temperatura pode comprometer o tempo de vida desses dispositivos. Assim, com o objetivo de investigar a possível influência das variações de temperatura ciclos térmicos a que os módulos geradores termoelétricos (TEGs) estão expostos, este trabalho desenvolveu uma plataforma experimental capaz de submeter TEGs à influência de ciclos térmicos, permitindo assim que os TEGs possam ser avaliados. Para constatar os efeitos na degradação do TEG, alguns parâmetros foram avaliados antes da aplicação dos ciclos térmicos e após uma sequência de ciclos térmicos. Ao fim da pesquisa, as avaliações feitas nos parâmetros são apresentadas em uma tabela comparativa, em que são apresentados os valores obtidos antes da aplicação dos ciclos térmicos e os valores dos parâmetros após a aplicação dos ciclos térmicos.
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Modelagem da distribuição de temperatura numa junta soldada do aço API 5L X80 com validação do modelo por imagens termográficasROCHA, Eduardo José Fernandes 22 December 2016 (has links)
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Previous issue date: 2016-12-22 / CAPES / Este trabalho visa realizar estudos de distribuição de temperatura num processo de soldagem com enchimento ao arco elétrico mediante aplicação de uma modelagem matemática e validados com o auxílio de equipamentos de medição de calor que operam no intervalo do espectro da radiação infravermelha. A metodologia numérica baseou-se no método de elementos finitos, suportados pelo software Abaqus 6.12 que permitiu realizar uma análise em três dimensões do calor envolvido neste enchimento. A modelagem da fonte de calor em movimento foi empreendida com base na dupla elipsoide de Goldak e consequente distribuição do volume de energia, onde incluem-se as propriedades termofísicas do material e respectivas condições de contorno inerentes ao sistema. O campo experimental serviu de base para alimentar os dados computacionais e neste, foram utilizados painéis retangulares de aço ASTM A36 medindo 300 mm x 200 mm x 4,76 mm com soldagem por enchimento, sem entalhe no cordão de solda, bem como o uso de painéis retangulares do aço API 5L X80 medindo 150 mm x 80 mm x 7,5 mm com profundidade de chanfro de 4mm, tendo sido realizados em ambos modelos, soldagem com sistema semi-automatizado na posição horizontal 2G, por intermédio do processo de soldagem GMAW (Gas Metal Arc Welding), especificamente MAG (Metal Active Gas). Os estudos para obtenção dos campos de temperatura foram realizados sob diferentes condições de aporte térmico, fazendo-se uso de dois sistemas independentes de termografia infravermelha aplicados na forma passiva: pirômetro e câmera termográfica. A primeira etapa coincide com o uso de ambos os sistemas de instrumentação quando estes, previamente calibrados, norteiam as respostas dos campos de temperatura e em comparação, pode-se validar a câmera termográfica como um instrumento confiável. Nesta fase, a temperatura captada na chapa atinge 670°C (≈ 943 K). A segunda etapa ocorreu em disposição semelhante, sendo captada temperaturas apenas através da câmera termográfica. Os resultados mostram que a chapa alcança a temperatura de 1.045ºC (≈ 1.318 K), sendo possível captar a curva completa do ciclo térmico de soldagem na face oposta ao cordão de solda. Propriedades térmicas dependentes no tempo, bem como, efeitos de mudança de fase foram considerados. Em substituição ao uso de termopares fora assumido aplicar-se a técnica da termografia infravermelha que, comparativamente à modelagem numérica, foram obtidos excelentes graus de coerência na quantificação dos demasiados campos térmicos vigentes na soldagem. / This work aims to conduct temperature distribution studies in a welding process that involves electric arc filling with the use of a mathematical model, where validation was performed with the aid of a heat measurement equipment operating in the infrared spectrum range. The numerical methodology was based on the finite element method, supported by Abaqus 6.12 software, which enabled a three-dimensional analysis of the heat involved in the filling. The modeling of the heat source in motion was based on Goldak's double ellipsoid and the consequent energy volume distribution, including the thermophysical properties of the material and the respective boundary conditions inherent to the system. The experimental field served as a basis for providing the computational data, in which rectangular panels made of ASTM A36 steel measuring 300 mm x 200 mm x 4.76 mm were used with welding by filling, without notch in the weld bead, as well as the use of rectangular panels made of API 5L X80 steel measuring 150 mm x 80 mm x 7.5 mm with a chamfer depth of 4 mm, where semi-automated welding system in the 2G horizontal position have been realized in both models through the GMAW welding process (Gas Metal Arc Welding), specifically MAG (Metal Active Gas). The studies required to obtain the temperature fields were carried out under different thermal input conditions, applying passively two independent infrared thermography systems: pyrometer and thermographic camera. The first step coincides with the use of both instrumentation systems which when previously calibrated, direct the temperature field responses and in comparison, it becomes possible to validate the thermographic camera as a reliable instrument. At this stage, the temperature captured on the plate reaches 670 ° C (≈ 943 K). The second stage occurred in a similar arrangement, with temperatures being captured only through the thermographic camera. The results show that the plate reaches a temperature of 1,045ºC (≈ 1,318 K), making it possible to capture the complete curve of the thermal welding cycle on the opposite side of the weld bead. Time-dependent thermal properties, as well as phase change effects were considered. In substitution to the use of thermocouples, the infrared thermography technique was applied, which, when compared to numerical modeling, demonstrated excellent coherence degrees with respect to other thermal fields in welding.
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Análise da vida em fadiga termomecânica de ferros fundidos cinzento e vermicular / Thermomechanical fatigue life of grey and compact cast ironsFerreira, Márcio Henrique 11 May 2017 (has links)
Motores de combustão interna são submetidos a carregamentos térmicos e mecânicos que podem resultar em trincas devido ao fenômeno de fadiga termomecânica, FTM. Ferros fundidos tem sido uma escolha comum para a fabricação de blocos e cabeçotes de motores a diesel. Para melhorar o desempenho dos motores é importante ter uma compreensão clara do comportamento em FTM destes materiais, permitindo a previsão de vida, melhorando as propriedades de novas ligas, bem como aumentar a confiabilidade desses componentes. Assim, este projeto teve como objetivo avaliar a vida em FTM de dois tipos de ferro fundido usado na fabricação de motores de combustão interna. Os testes foram realizados em um sistema de teste mecânico MTS 810, em controle de deformação com 100% de restrição (Δε = 0), utilizando um forno de indução de alta frequência para aquecimento e um dispositivo de resfriamento (condução e convecção), registrando as tensões e número de ciclos. Os ciclos térmicos aplicados simulam as condições de trabalho, em modo acelerado, de um motor de combustão interna, aplicando um ciclo térmico em forma de uma onda trapezoidal, com temperaturas mínimas e máximas de 50 e 420°C, respectivamente e um tempo de permanência de 180 s na temperatura máxima, e tempo de ciclo total de 300 s. Os resultados mostram que o ferro fundido vermicular apresenta uma vida em FTM maior que o ferro fundido cinzento porque a morfologia dos veios de grafita que atuam como concentradores de tensão no ferro fundido cinzento reduz acentuadamente a sua rigidez durante a tensão trativa, causando a formação de micro trincas em um número menor de ciclos. / Internal combustion engines are subjected to thermal and mechanical loads that may result in cracks due to thermomechanical fatigue phenomenon, TMF. Cast irons have been a common choice for the manufacture of blocks and cylinder heads of diesel engines. To improve the engines performance it is important to have a clear understanding of the FTM behavior of these materials, enabling life prediction, improving the properties of new alloys, as well as increase the reliability of these components. Thus, this project aims to evaluate the TMF life of two types of cast iron used in the manufacture of internal combustion engines. The tests were performed on a MTS 810 mechanical testing system, in displacement control and 100% restriction (Δε = 0), using a highfrequency induction furnace for heating and a cooling device (conduction and convection), recording the stresses, strains and number of cycles. The thermal cycles applied have heating and cooling cycles that simulate the work conditions, in accelerated mode, of an internal combustion engine, applying an trapezoidal wave shape, with minimum and maximum temperatures of 50 and 420°C respectively, and a 180 s dwell time at maximum temperature, and total cycle time of 300 s. The results showed that compact cast iron presents TMF life larger than the gray cast iron because the morphology of graphite flakes in the gray cast iron reduces markedly their rigidity during the traction portion of the tensile part of the cycle, causing the defects formation at smaller number of cycles. The thermomechanical behavior of these two types of cast irons are discussed in detail.
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Levantamento de mapas operacionais de transferência metálica para soldagem MIG/MAG de aço ao carbono na posição plana / Operational Mapping of Metal Transfers for Carbon Steel Gas Metal Arc Welding in Flat PositionSouza, Daniel 26 March 2010 (has links)
The MIG/MAG process is nowadays the most important welding process. This is due to its
high production capacity, characteristic searched by industries to improve their manufacturing
processes. Thus, due to this process relevance, development of tools that helps to
understanding how it works comes out as necessary, especially in relation to proper welding
setting up. One tool for this task is the transfer mode map, which predicts the type of metal
transfer according to the welding setting up. However, these maps, normally, are more
scientific oriented rather that for practical purposes. In this context, the objective of this work
was to map the transfer modes in such a way that welders, supervisors and engineers could be
helped in the choice of the best setting up needed. For this purpose, a methodology was
developed to provide more information than transfer modes according to the parameter setting
up. The proposed mapping had the intention of obtaining transfer regions with proper
operating characteristics (stable transfer resulting of appropriate welding conditions) and also
information about weld bead conditions, production, thermal cycle and arc radiation. For each
transfer mode looked for working at typical welding conditions, which mean that the contact
tip-to-work distance was different for the two main transfer modes (short-circuit and spray). A
large number of experiments was performed to map the transfers, with the objective to
determine a stable operating regions of short-circuit and spray transfer mode using the
ER70S-6 welding wire with three different shielding gases. After mapping, single-welded
butt joint were carried-out using specific points of the maps instead of bead-on-plate. The
proposed methodology was efficient in exterminating regions of operational stability,
according to the experiments. It was also possible to have better welding geometries, in
general, for setting ups within the map region of operational stability, but the results also
depend on the shielding gas and the transfer mode. For setting ups outside the map region of
operational stability the bead finish gets worse, except for spray transfer mode when working
below the region of operational stability. The deposition efficiency is lower for setting ups
outside the region and with gases containing higher levels of CO2, except for short-circuit
transfer. The arc radiation intensity is lower in regions below the operational stability and
higher above this position, but it is highly dependent of the arc length. Changes in the contact
tip-to-work distance and/or in the power source inductance have no influence on the region of
operational stability, except for short-circuit transfer, in which the contact tip-to-work
distance is able to reduce the set voltage for this region. / O processo de soldagem MIG/MAG é dos mais importantes processos de união de metais na
atualidade. Isto se deve à sua alta capacidade de produção, característica constantemente
cobiçada pelas indústrias em seus processos de fabricação. Assim, devido à relevância desse
processo, torna-se necessária a construção de ferramentas que auxiliem no entendimento do
funcionamento do mesmo, principalmente no que se refere à correta regulagem dos parâmetros
de soldagem. Uma ferramenta utilizada para isto são os mapas de transferência metálica, que a
partir dos parâmetros de regulagem, prevêem como resposta o tipo de transferência metálica.
Porém, estes mapas, da forma que são normalmente confeccionados, são de caráter mais
científico do que prático. Neste contexto, o objetivo deste trabalho foi a confecção de mapas de
transferência práticos que venham auxiliar os usuários de soldagem (soldadores, supervisores e
engenheiros) na escolha da melhor regulagem em função de suas necessidades. Para isto, foi
desenvolvida uma metodologia que proporcionasse mais do que a informação sobre o tipo de
transferência a partir da regulagem dos parâmetros. Nestes mapas propostos, objetivou-se obter
uma região de transferência com característica operacional (transferência estável com condições
de soldagem apropriadas) e também informações sobre o acabamento e perfil do cordão,
rendimento de deposição, ciclo térmico e radiação emitida pelo arco. E para cada modo de
transferência se procurou trabalhar apenas em condições típicas, o que fez com que a DBCP
fosse diferenciada para dois modos principais de transferência (curto-circuito e goticular). Uma
grande quantidade de experimentos foi realizada para mapear as transferências, com objetivo de
delimitar uma região de estabilidade operacional de transferências por curto-circuito e outra
goticular, utilizando o arame ER70S-6 e três gases de proteção para cada tipo de transferência.
Após o levantamento, foram realizadas soldagens em pontos específicos dos mapas utilizando
juntas ao invés de soldagem de cordão sobre chapa. Os resultados obtidos mostram que a
metodologia proposta foi eficiente na determinação das regiões de estabilidade operacional.
Mostraram também que o acabamento e a geometria do cordão, em geral, ficam melhores para
regulagens dentro da região de estabilidade operacional, mas com resultados também
dependentes do gás de proteção e tipo de transferência utilizada. Para regulagens fora da região
de estabilidade operacional o acabamento piora, exceto para transferência goticular em
regulagens abaixo da região. O rendimento de deposição é menor fora da região e com gases de
proteção com maior teor de CO2, exceto para transferência por curto-circuito, onde, regulagens
acima desta região não causam prejuízo. A intensidade de radiação emitida pelo arco é menor
abaixo da região e maior acima desta, sendo dependente principalmente do comprimento de arco.
A mudança da DBCP e da indutância da fonte não mostraram influência sobre a região de
estabilidade operacional, exceto para transferência por curto-circuito, onde a DBCP promove a
diminuição da regulagem das tensões desta região. / Mestre em Engenharia Mecânica
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EFEITO DE TRATAMENTOS TÉRMICOS NA RESISTÊNCIA FLEXURAL DE UMA VITROCERÂMICA REFORÇADA POR LEUCITA / EFFECT OF HEAT TREATMENTS ON FLEXURAL STRENGHT OF A LEUCITE REINFORCED GLASS CERAMICAurelio, Iana Lamadrid 06 June 2014 (has links)
Fundação de Amparo a Pesquisa no Estado do Rio Grande do Sul / The aim of this study was to investigate the effect of heat treatments on the flexural
strength, surface roughness and crystalline structure of a leucite reinforced glass
ceramic (IPS Empress CAD, Ivoclar Vivadent, Liechtenstein). A hundred fifty (150)
discs were machined by CEREC inLab MC XL (Sirona, Alemanha) and distributed
into five groups, n=30: C (control, no heat treatment), A-575 (annealed at 575°C
during 15 min, followed by slow cooling and furnace opening at 200°C), A-790
(annealed at 790°C during 15 min, followed by slow cooling and furnace opening at
200°C), G (glazed at 790°C during 1,5 min, followed by fast cooling - immediate
furnace opening) and GM (modified glaze, at 790°C during 1,5 min, followed by slow
cooling and furnace opening at 200°C). Biaxial flexural strength was determined by
the piston-on-three ball test (ISO 6872/2008). Weibull modulus (m) and characteristic
strength (σ0) were calculated from the results. The surface roughness (Ra and Rz)
was measured before and after the treatments. One specimen from each group was
used for X-ray diffraction. A-790 produced the highest values of fracture strength
(211.7 MPa). The values of σ0 obtained for the other tested regimens (A-575: 167.9
MPa, GM: 157.7 MPa and G: 153.7 MPa) were lower than those from the control
group (187.7 MPa). The value of m was statistically similar between the groups. All
heat treatments were able to reduce the mean roughness (Ra) of the specimens. The
mean amplitude (Rz), showed a significant reduction only for the groups submitted to
the annealing treatments (A-575 e A-790). The X-ray diffraction analysis revealed no
changes in the crystalline phase (tetragonal leucite) of the material after the different
heat treatments. Variations in the size of the leucite crystallites after thermal cycles
were not significant. Thus, high values of fracture strength and decreased surface
roughness for a leucite reinforced glass ceramic are achieved by annealing above
the glass transition (Tg=625 ± 20ºC) after machining. This regimen (A-790) was
capable to produce favorable structural reorganization of the material, without
modifying its original crystalline structure. Annealing bellow the glass transition (A-
575) and thermal cycle for glazing (G and GM) significantly reduced the strength of
the material. / A proposição deste estudo foi investigar o efeito de tratamentos térmicos na
resistência flexural biaxial, na rugosidade superficial e na estrutura cristalina de uma
vitrocerâmica reforçada por leucita (IPS Empress CAD, Ivoclar Vivadent,
Liechtenstein). Para tanto, 150 discos foram obtidos por usinagem em equipamento
CEREC inLab MC XL (Sirona, Alemanha) e distribuídos em cinco grupos, de n=30: C
(controle, sem tratamento térmico), A-575 (annealing à 575°C por 15 min, seguido
de resfriamento lento com abertura do forno em 200°C), A-790 (annealing à 790°C
por 15 min, seguido de resfriamento lento com abertura do forno em 200°C), G
(glazeamento à 790°C por 1,5 min, seguido de resfriamento rápido com abertura
imediata do forno) e GM (glazeamento modificado à 790°C por 1,5 min, seguido de
resfriamento lento com abertura do forno em 200°C). A resistência flexural dos
discos foi determinada pelo teste piston-on-three ball, conforme normas da ISO
6872/2008 e os dados submetidos à análise de Weibull para cálculo do módulo de
Weibull (m) e da resistência característica (σ0). A rugosidade superficial (Ra e Rz)
antes e após os tratamentos foi mensurada. Um espécime de cada grupo foi
utilizado para difração de raios-X. O regime A-790 produziu os maiores valores de
resistência à fratura (211,7 MPa). Os valores de σ0 promovidos pelos demais ciclos
testados (A-575: 167,9 MPa, GM: 157,7 MPa e G: 153,7 MPa) foram inferiores aos
do grupo controle (187,7 MPa). O valor de m não diferiu significativamente entre os
grupos. Todos os tratamentos térmicos foram capazes de reduzir a rugosidade
média (Ra) dos espécimes. Já os valores de amplitude média do perfil (Rz),
apresentaram redução significativa apenas para os grupos submetidos à annealing
(A-575 e A-790). A análise de difração de raios-x revelou não ter havido mudanças
de fase cristalina (leucita tetragonal) do material após os tratamentos térmicos. As
alterações no tamanho dos cristalitos de leucita após a realização dos ciclos
térmicos não foram expressivas. Sendo assim, maiores valores de resistência à
fratura e diminuição da rugosidade superficial para uma vitrocerâmica reforçada por
leucita puderam ser conseguidos através de annealing acima da transição vítrea
(Tg=625 ± 20ºC) após a usinagem. Tal regime (A-790) foi capaz de produzir
reorganização estrutural favorável do material, sem contudo modificar sua estrutura
cristalina original. Annealing abaixo da transição vítrea (A-575) e regimes de
glazeamento (G e GM) reduziram significativamente a resistência do material.
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Análise da vida em fadiga termomecânica de ferros fundidos cinzento e vermicular / Thermomechanical fatigue life of grey and compact cast ironsMárcio Henrique Ferreira 11 May 2017 (has links)
Motores de combustão interna são submetidos a carregamentos térmicos e mecânicos que podem resultar em trincas devido ao fenômeno de fadiga termomecânica, FTM. Ferros fundidos tem sido uma escolha comum para a fabricação de blocos e cabeçotes de motores a diesel. Para melhorar o desempenho dos motores é importante ter uma compreensão clara do comportamento em FTM destes materiais, permitindo a previsão de vida, melhorando as propriedades de novas ligas, bem como aumentar a confiabilidade desses componentes. Assim, este projeto teve como objetivo avaliar a vida em FTM de dois tipos de ferro fundido usado na fabricação de motores de combustão interna. Os testes foram realizados em um sistema de teste mecânico MTS 810, em controle de deformação com 100% de restrição (Δε = 0), utilizando um forno de indução de alta frequência para aquecimento e um dispositivo de resfriamento (condução e convecção), registrando as tensões e número de ciclos. Os ciclos térmicos aplicados simulam as condições de trabalho, em modo acelerado, de um motor de combustão interna, aplicando um ciclo térmico em forma de uma onda trapezoidal, com temperaturas mínimas e máximas de 50 e 420°C, respectivamente e um tempo de permanência de 180 s na temperatura máxima, e tempo de ciclo total de 300 s. Os resultados mostram que o ferro fundido vermicular apresenta uma vida em FTM maior que o ferro fundido cinzento porque a morfologia dos veios de grafita que atuam como concentradores de tensão no ferro fundido cinzento reduz acentuadamente a sua rigidez durante a tensão trativa, causando a formação de micro trincas em um número menor de ciclos. / Internal combustion engines are subjected to thermal and mechanical loads that may result in cracks due to thermomechanical fatigue phenomenon, TMF. Cast irons have been a common choice for the manufacture of blocks and cylinder heads of diesel engines. To improve the engines performance it is important to have a clear understanding of the FTM behavior of these materials, enabling life prediction, improving the properties of new alloys, as well as increase the reliability of these components. Thus, this project aims to evaluate the TMF life of two types of cast iron used in the manufacture of internal combustion engines. The tests were performed on a MTS 810 mechanical testing system, in displacement control and 100% restriction (Δε = 0), using a highfrequency induction furnace for heating and a cooling device (conduction and convection), recording the stresses, strains and number of cycles. The thermal cycles applied have heating and cooling cycles that simulate the work conditions, in accelerated mode, of an internal combustion engine, applying an trapezoidal wave shape, with minimum and maximum temperatures of 50 and 420°C respectively, and a 180 s dwell time at maximum temperature, and total cycle time of 300 s. The results showed that compact cast iron presents TMF life larger than the gray cast iron because the morphology of graphite flakes in the gray cast iron reduces markedly their rigidity during the traction portion of the tensile part of the cycle, causing the defects formation at smaller number of cycles. The thermomechanical behavior of these two types of cast irons are discussed in detail.
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