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Previous issue date: 2007-12-18 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The present work deals with the design, fabrication and operation of a cavitation erosion equipment and with the preliminary results obtained by its testing. A new cavitation erosion testing machine was designed, fabricated and tested, using a rotating disc with holes for generating cavitation. The developed equipment has as main advantages, in relation to the existing ones, low fabrication cost due to its smaller size and reduced number of components, the specimen quantity of up eight per test and a lower power needed to carry out the testing. It is small size equipment, capable of generating the necessary bubbles for causing the erosion by cavitation on the specimen surfaces at the speed of 4400 rpm and maximum power of 30 kW. Two types of rotating discs were investigated: with cavitation inducers holes and with pins. The rotating disc with inducer holes was more efficient as its power consumption was only 14 kW and the disc with inducer pins was 23 kW for practically the same erosion rate obtained by bronze and aluminium, both at the rotation speed of 4400 rpm. The cavitation erosion is responsible for surface damage caused exposure to this phenomenon. The equipment is capable of testing simultaneously 8 specimens of different materials, what shows the variety of possible materials which can be performed simultaneously in short period of time. The specimen erosion was confirmed by its loss of mass, using an analytical balance with accuracy of 0,2 mg and by the analyses of the eroded surface through the photograph analyses from the scanning electron microscope, MEV. The occurrence of cavitation due to micro-jets impact was confirmed by the microphotographs of circular craters in the aluminium specimens. The tested and discussed materials in this work presented different behavior when exposed to cavitation erosion. Bronze and brass showed a practically constant and linear erosion rate as seen in the lost mass versus testing time graphs. But, aluminium presented much lower wear, except for 10 to 15 hours of testing. After this period of time, a substantial reduction in the wear rate was occurred due to the formation of a fine layer of alumina which provided an increase in the aluminium wear resistance. According to the results obtained by the nodular cast iron specimens, it was observed that the cemented layer increased the erosion resistance to cavitation and decreased the specimen surface oxidation, however, the occurrence of surface oxidation prejudiced a more accurate analyses. / O presente trabalho consiste no projeto, construção e operação de uma máquina de ensaio de erosão por cavitação e dos primeiros resultados obtidos por meio deste equipamento. Um novo conceito de máquina de ensaio de erosão por cavitação foi projetado, construído e ensaiado, usando um disco rotativo com furos e pinos indutores de cavitação. O equipamento projetado possui como principais vantagens, em relação aos equipamentos já existentes, o baixo custo de fabricação devido ao menor tamanho do equipamento, número reduzido de componentes, a quantidade de até oito amostras por ensaio e a menor potência necessária para realização dos ensaios. Trata-se de uma máquina de pequeno porte, capaz de gerar as bolhas necessárias para o surgimento da erosão por cavitação nas superfícies dos corpos de prova na rotação de até 4400 rpm e potência máxima de 30 kW. Foram investigados dois tipos de discos rotativos: com furos indutores e com pinos indutores de cavitação. O disco rotativo com furos indutores foi mais eficiente, pois consumiu a potência de 14 kW e com pinos indutores a potência consumida foi de 23 kW, para a mesma rotação de 4400 rpm, e apresentaram praticamente a mesma taxa de erosão verificada no bronze e alumínio. A erosão por cavitação é responsável por danos causados nas superfícies expostas a este fenômeno. O equipamento é capaz de ensaiar simultaneamente 8 corpos de prova de diferentes materiais, o que demonstra a variedade possível de materiais de estudos que podem ser feito em conjunto, em reduzidos períodos de tempo. A erosão nos corpos de prova foi verificada pela perda de massa, usando uma balança analítica de precisão 0,2 mg, e pela análise da superfície erodida através da análise das fotografias obtidas no microscópio eletrônico de varredura, MEV. A ocorrência da cavitação por impacto de micro-jatos foi comprovada com as micro-fotografias de crateras circulares nas amostras de alumínio. Os materiais ensaiados e discutidos neste trabalho apresentaram comportamentos diferentes quando exposto à erosão por cavitação. O bronze e o latão tiveram uma taxa de erosão praticamente constante e linear demonstrada nos gráficos de perda de massa em relação ao tempo de ensaio. Já o alumínio apresentou um desgaste muito inferior, mas acentuado entre 10 e 15 horas de ensaio. Após este período ocorreu. uma redução significativa na taxa de desgaste, devido a formação de uma fina camada superficial de alumina que conferiu um aumento na resistência ao desgaste do alumínio. De acordo com os resultados obtidos com os corpos de prova em ferro fundido nodular, constata-se que a camada de cementação aumentou a resistência à erosão por cavitação e visivelmente diminuiu a oxidação superficial dos corpos de prova, porém a oxidação superficial ocorrida nestas amostras comprometeram uma análise mais apurada.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:tede.udesc.br #179.97.105.11:handle/1729 |
| Date | 18 December 2007 |
| Creators | Miranda, Charles Zanini |
| Contributors | Bressam, José Divo |
| Publisher | Universidade do Estado de Santa Catarina, Mestrado em Ciência e Engenharia de Materiais, UDESC, BR, Ciência dos Materiais |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/masterThesis |
| Format | application/pdf |
| Source | reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UDESC, instname:Universidade do Estado de Santa Catarina, instacron:UDESC |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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