REDEMAT - Mestrado (Dissertações)

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Otimização da identificação de impressões digitais latentes utilizando o trans-resveratrol.
(2024) Faria, Hugo Oliveira; Barboza, Ana Paula Moreira; Almeida, Ive Silvestre de; Barboza, Ana Paula Moreira; Bezzon, Vinícius Danilo Nonato; Gomes, Lívia Siman
O trans-resveratrol é um material fluorescente orgânico e não tóxico que, além de seus efeitos antioxidantes, possui propriedades relevantes para uso como identificador de impressões digitais. Estudos mostram seu potencial para uma maior eficácia em superfícies onde as técnicas convencionais falham. O objetivo deste projeto é otimizar as condições, a técnica e a eficiência do processo de identificação de impressões digitais latentes como um todo, a partir do uso do trans-resveratrol. Técnicas de microscopia foram empregadas para caracterizar o material: a microscopia de varredura por sonda foi empregada para analisar soluções depositadas em uma escala nanométrica. A microscopia óptica convencional, microscopia de fluorescência e microscopia eletrônica de varredura foram utilizadas para análise de fase sólida em escala microscópica. Também foi utilizada uma câmera fotográfica para análises macroscópicas das impressões digitais. Resultados em fase líquida indicam a possibilidade de controlar o processo de deposição ajustando parâmetros como solvente, concentração e pH de acordo com a rugosidade do substrato. Experimentos realizados em fase sólida apontam que o material deve ser macerado por 3 minutos, e iluminado com luz UV 365 nm em substratos de cor clara e com UV 311 nm em substratos de cor escura. Os resultados apontam o resveratrol como ótimo revelador para superfícies absorventes como papel, corino e MDF e não absorventes como vidro, acrílico e alumínio, provando ser uma ferramenta importante para auxílio dos papiloscopistas e em condições de uso para testes em campo. Na escala de maturidade tecnológica (Technology Readiness Level - TRL) este projeto atingiu o nível 6 de desenvolvimento.
Desgaste erosivo a úmido de um ferro fundido alto cromo : análise da influência da variação do ângulo de impacto e da composição da polpa erosiva.
(2024) Silva, Renato Chaves Pereira da; Costa, Adilson Rodrigues da; Costa, Adilson Rodrigues da; Penagos, José Jimmy; Freitas, Mário José Bueno de Souza
As bombas de polpa são máquinas de fluxo ou turbo-máquinas utilizadas para o transporte de polpas (lama, argila, areia, minérios e rejeitos) a curtas e médias distâncias através de dutos, minerodutos e tubulações. Durante o bombeamento, ocorrem interações mecânicas entre as partículas sólidas, os líquidos e os componentes mecânicos deste equipamento resultando em altas taxas de desgaste erosivo, abrasivo e corrosivo, principalmente nos rotores das bombas. Este trabalho teve como um dos objetivos o projeto, construção e validação de um equipamento para a realização de ensaios de erosão a úmido. Este equipamento foi utilizado para avaliar a influência da variação do ângulo de impacto e da composição das polpas erosivas sobre a resistência ao desgaste erosivo de amostras de ferro fundido alto cromo (FFAC) provenientes de um rotor de bomba de polpa. Também foram realizados ensaios de abrasão Miller/SAR variando a composição das polpas a fim de comparar com os resultados da erosão. Foram realizados ensaios de erosão com ângulos de incidência 30o, 45°, 60° e 90° utilizando uma polpa erosiva com concentração de 20% em peso de areia de sílica. A partir dos resultados, observou-se que a taxa de desgaste erosiva seguiu um padrão clássico de variação com o ângulo de impacto para os materiais dúcteis. Houve um aumento da taxa de erosão com o aumento do ângulo até alcançar o pico de desgaste a 45°, seguido pelo decréscimo do desgaste até a taxa mínima a 90°. A perda de massa das amostras erodidas a 45° foi 2,8 vezes maior do que na condição de erosão a 90° indicando que, devido à condição de contato da polpa com a superfície das amostras, mecanismos erosivos e abrasivos atuaram de forma sinérgica favorecendo o desgaste. De modo geral, as amostras erodidas em ângulo normal apresentaram os mecanismos de desgaste por deformação plástica da matriz e fratura de carbonetos, enquanto para ângulos menores, os mecanismos de micro corte e micro sulcamento estiveram mais presentes. Polpas com concentração de 20% em peso e constituídas pela mistura minério de ferro hidratado e areia de sílica, foram utilizadas nos ensaios de erosão em ângulo normal e abrasão Miller/SAR. Nos ensaios de erosão a úmido, foi observada uma tendência na qual as polpas com maiores teores de sílica causaram maiores perdas de massa nas amostras de FFAC. A polpa (P1), com 100% de partículas sólidas de sílica, causou perda de massa 3,2 vezes maior que a polpa de minério hidratado (P5). Enquanto as polpas compostas pela mistura dos dois abrasivos (P2, P3 e P4) foram responsáveis por desgastes intermediários com maiores níveis de perda de massa para as polpas com maiores teores de sílica. Para o desgaste abrasivo, utilizando o ensaio Miller/SAR, foi observada tendência semelhante de maior abrasividade para as polpas que continham maiores concentrações de sílica e menor abrasividade para a polpa de minério hidratado. O índice de abrasividade Miller foi de 93,0 para a polpa P1 sendo este aproximadamente 1,65 vezes maior que para polpa P5 (56,0). As demais polpas apresentaram abrasividades intermediárias.
Análise das propriedades de microdureza, corrosão e desgaste das ligas Ni-Ti fabricados pelo processo de metalurgia do pó.
(2024) Gois, Gabriela Araujo; Assis, Paulo Santos; Assis, Paulo Santos; Pinto, Maria Aparecida; Pires, José Carlos dos Santos; Reis, Orimar Batista dos
A liga metálica de Ni-Ti possui excelentes propriedades que possibilitam sua melhor adaptação ao corpo humano, especialmente sua baixa densidade; suas resistências mecânica, à corrosão e ao desgaste; seu efeito de memória de forma; e seu efeito de superelasticidade. Neste trabalho foram analisadas três amostras contendo 49,5%Ti e 50,5%Ni produzidas pela técnica de metalurgia do pó. A mistura em pó dos metais Ni e Ti foi submetida a compactação uniaxial em uma matriz com diâmetro de 21mm por 10mm de altura e, logo após, foi submetida a sinterização em forno com atmosfera controlada à 1118°C, por 12h para uma amostra e por 24h para outras duas amostras. Essas amostras foram caracterizadas microestruturalmente e submetidas a ensaios de microdureza, de corrosão e de desgaste para análise de seu comportamento. Para as condições de processamento das amostras, a microestrutua resultante é constituída das fases austenita e martensita e para a amostra sinterizada com tempo de 24h e resfriada no forno verificou-se a presença de precipitados provalvelmente do intermetálico NiTi2. A amostra sinterizada por 24h e resfriada ao ar apresentou maior dureza e melhor comportamento em desgaste. O melhor comportamento em corrosão foi obtido para a amostra sinterizada por 24h e resfriada no forno por 12h.
Tenacidade à fratura e resistência à fadiga de aços estruturais aplicados em gancho transportador de bobinas de fio máquina – tolerância de danos, efeitos da soldagem, análise experimental e modelamento via MEF.
(2024) Andrade, Leandro Ribeiro de; Godefroid, Leonardo Barbosa; Porcaro, Rodrigo Rangel; Godefroid, Leonardo Barbosa; Porcaro, Rodrigo Rangel; Cândido, Luiz Cláudio; Vilela, Jefferson José
Ganchos de aço são utilizados para transporte de bobinas, com uma carga de aproximadamente duas toneladas, provenientes de um laminador de fio máquina em uma indústria siderúrgica. Recentemente, algumas unidades desses ganchos falharam em serviço, ocasionando grande impacto no processo produtivo do laminador, além de gerar preocupação com danos que podem ser causados à segurança de pessoas que trabalham nesse setor industrial. Uma análise de falha foi realizada, chegando-se à conclusão de que a degradação do componente ocorreu por fadiga. Trincas surgiram, mas a deterioração não foi detectada pela inexistência de um plano de controle de fratura para avaliação da integridade estrutural dos ganchos. Posto isso, este trabalho caracterizou o carregamento real no processo produtivo envolvido na utilização de um gancho de transporte de bobinas, onde extensômetros foram instalados na seção mais crítica do gancho, região onde foi detectada a nucleação de trincas por fadiga. Foram realizados ensaios de fadiga para obtenção de curvas S-N, utilizando corpos de provas do aço original do gancho, tipo DIN S355 J2G3, retirados da seção do gancho onde houve recuperação de trincas pelo processo de soldagem MIG (Metal Inert Gas) e também com corpos de prova de dois outros aços ARBL (Alta Resistência Mecânica e Baixa Liga), não soldados, pensando numa possível seleção de material mais adequado e na eliminação do processo de soldagem. Os resultados dos ensaios de curva S-N, juntamente com os dados das análises por extensometria foram utilizados para análise pelo Método de Elementos Finitos, para se ter uma estimativa da vida do componente sob fadiga com cargas reais de serviço. Adicionalmente, foi realizado a análise de criticalidade de descontinuidades pela metodologia de Análise Crítica de Engenharia (ECA) a partir da Norma BS 7910 (2019), com o objetivo de determinar o tamanho crítico de descontinuidade para estabelecimento de procedimentos adequados de manutenção. Para realizar a avaliação de tolerância de danos foi necessário o uso de ensaios de CTOD para determinação da tenacidade à fratura dos aços analisados. Para avaliação da tenacidade à fratura da Zona Termicamente Afetada (ZTA) do aço do tipo S355 J2G3 foi necessário o uso de simulação de ciclo térmico no corpo de prova por meio do equipamento Gleebe 3800. Concluiu- se que o adequado processo de recuperação dos ganchos juntamente com aplicação de procedimentos de manutenção com identificação e medição de descontinuidades por ensaios não destrutivos com limite de tamanho de descontinuidades, estabelecido pela BS 7910 pode prover a devida segurança ao processo operacional.
Produção de sínters a partir de minério de ferro itabirítico goethítico e minério de ferro hematítico em escala piloto : caracterização física e química visando a utilização em pequenos altos fornos a carvão vegetal.
(2024) Pereira, Igor Jurandir Ubaldo Viana; Oliveira, Víctor de Andrade Alvarenga; Oliveira, Víctor de Andrade Alvarenga; Souza, Rodrigo Fernandes Magalhães de; Assis, Paulo Santos
A redução da granulometria e aumento do teor de elementos deletérios como P, S, e Ti é uma realidade da área de metalurgia extrativa do minério de ferro brasileiro. A utilização de minérios considerados de baixo teor, e de pouca aplicabilidade em processos de aglomeração é um grande desafio para as empresas do setor. Sendo assim, o presente trabalho visou a estudar a sinterização de minério de ferro itabirítico goethítico com foco na utilização do sínter produzido em pequenos altos fornos a carvão vegetal. As matérias primas utilizadas e os sínters produzidos neste trabalho foram caracterizados através das técnicas de fluorescência de raio X (FRX); análise térmica (TG); análise granulométrica, difratometria de raios X (DRX) e análise mineralógica utilizando o método de Rietveld. O índice de granulação (IG) para os diferentes leitos de sinterização foi medido e a qualidade do sínter produzido foi avaliada através do teste Shatter. Após toda investigação realizada neste trabalho, foi possível concluir que, para a usina de sinterização estudada, é tecnicamente viável a substituição de 30% de sinter feed predominantemente hematítico por 30% de sinter feed predominantemente itabirítico goethítico.
Laminação controlada de chapas grossas visando a obtenção de um aço API 5L grau X80 microligado ao Nb em um laminador de cadeira única reversível.
(2024) Abreu, Luiz Gustavo de Oliveira; Porcaro, Rodrigo Rangel; Faria, Geraldo Lúcio de; Porcaro, Rodrigo Rangel; Faria, Geraldo Lúcio de; Gorni, Antônio Augusto; Silva, Nayara Aparecida Neres da
A indústria de óleo e gás tem buscado aços de alto desempenho para projetos cada vez mais competitivos, com requisitos de aplicação segura e de alta responsabilidade. Apesar dos avanços na laminação controlada de materiais microligados seguida de resfriamento acelerado, ainda há desafios na obtenção desses produtos. Esta dissertação tem como objetivo principal avançar na produção de chapas grossas predominantemente bainíticas, que atendam à Norma API 5L X80, utilizando um Laminador Reversível seguido de Resfriamento Acelerado. O estudo envolveu uma avaliação abrangente da influência dos parâmetros de laminação e do condicionamento da austenita sobre as características microestruturais e nas propriedades mecânicas. Especificações de composição química, temperaturas de processamento e deformações médias foram estabelecidas com base em modelos matemáticos e referências bibliográficas. Foram realizadas quatro laminações experimentais, seguindo duas diferentes estratégias de deformação, permitindo uma comparação abrangente e a análise crítica do processo. As caracterizações microestruturais e mecânicas foram conduzidas utilizando microscopia óptica (MO), microscopia eletrônica de varredura (MEV), ensaios de tração, impacto Charpy e ensaios de dureza para garantir a conformidade com a Norma API 5L grau X80. Além disso, a técnica MEV-EBSD (Electron Backscattered Diffraction) foi empregada para análises complementares, incluindo mapas de desorientação cristalográfica, parâmetros médios de desorientação do kernel (θ), limites de grãos de baixo e alto ângulo, diâmetro médio equivalente e avaliação da contribuição de diferentes mecanismos para o limite de escoamento. Adicionalmente, foram realizadas simulações computacionais de laminação termomecânica por meio do software MicroSim®, utilizando as temperaturas e deformações reais aplicadas em cada laminação como dados de entrada do modelo. Os resultados destacaram a influência significativa do condicionamento da austenita na microestrutura e nas propriedades mecânicas. Por fim, foi identificada uma rota otimizada de produção adaptada às especificidades do laminador utilizado.
Avaliação do resfriamento ativo por quaseimersão (RAQI) sobre a microestrutura e as propriedades mecânicas de um aço inoxidável ABNT 316LSI obtido com manufatura aditiva por deposição ao arco elétrico com o processo GMAW
(2024) Costa, Júlia Nascimento; Rodrigo Rangel Porcaro; Igor Cézar Pereira; Rodrigo Rangel Porcaro; Igor Cézar Pereira; Luiz Cláudio Cândido; Rodolfo Lisboa Batalha
A Manufatura Aditiva por deposição ao arco elétrico (Directed Energy Deposition Arc – DED – Arc ou Wire Arc Additive Manufacturing– WAAM) tem sido muito utilizada para desenvolver peças metálicas com diversas complexidades próxima ao seu local de uso. Apesar de todos os avanços, existem diversos desafios, sobretudo, em relação aos materiais envolvidos, no que se refere ao controle da microestrutura, tensões residuais e propriedades mecânicas dados os ciclos térmicos envolvidos no processo de fabricação. Para os aços inoxidáveis austeníticos na Manufatura Aditiva (MA), um grande desafio é o acúmulo de calor. Devido à sua condutividade térmica relativamente baixa, esses aços necessitam de grandes tempos de paradas entre as deposições, a fim de se obter propriedades mais homogêneas. Técnicas de Resfriamento Ativo por Quase Imersão (RAQI) têm sido desenvolvidas para garantir maior produtividade a partir da extração de calor e melhorando as propriedades mecânicas desses materiais. Dessa forma, este trabalho teve como objetivo caracterizar a microestrutura e as propriedades mecânicas de paredes delgadas de aço inoxidável ABNT 316LSi, fabricadas por MA sob diferentes condições de resfriamento. As amostras obtidas foram submetidas à análise macro e microestrutural, ensaios de tração e dureza com a finalidade de avaliar as diferentes condições de deposição. Além disso, avaliou-se o efeito do resfriamento ativo por quase-imersão em água sobre o refino microestrutural – a partir de medidas de espaçamento interdendrítico secundário e fração de fase ferrítica – e sobre a tendência de formação de descontinuidades relacionadas à eventual presença de vapor de água na atmosfera do arco elétrico. A utilização da técnica RAQI mostrouse promissora para aumentar a produtividade, obtendo-se amostras com espessura e condições de solidificação/resfriamento mais uniformes das camadas ao longo da altura sem a necessidade de tempos de parada. A microestrutura das amostras obtidas com resfriamento ativo mostrouse mais refinada que aquela oriunda de resfriamento natural, obtendo-se redução no espaçamento interdendrítico secundário e maior fração volumétrica de ferrita delta. As alterações microestruturais resultaram em aumento da dureza e da resistência mecânica do material obtido com a técnica RAQI. Por fim, dificuldades em um controle preciso do nível de água e da sua distância à região da poça resultaram em um aumento da porosidade com o uso da técnica RAQI.
Desenvolvimento de proposta conceitual de um sistema automático de manuseio de minério de ferro em portos.
(2023) Maduro, Murilo Ouriques; Araújo, Fernando Gabriel da Silva; Araújo, Fernando Gabriel da Silva; Mendes, Jefferson Januário; Silva, João Esmeraldo da
Essa dissertação apresenta soluções e ideias para a automatização dos equipamentos e sistemas de manuseio de minério de ferro em portos. Portos destinados ao manuseio de minério são na sua maioria compostos por máquinas e equipamentos de grande porte e com grandes massas e inércia considerável envolvida. Podemos citar as empilhadeiras de minério de ferro, recuperadoras, correias transportadoras e os carregadores de navios. Atualmente há grande competição entre as empresas do setor de mineração por maior eficiência e busca por maior qualidade de material com menor custo de produção. Os desafios relacionados a melhorias no processo no que diz respeito a segurança e produtividade, bem como redução de custos também são enormes e certamente são grandes diferenciais no mercado. Este trabalho apresenta a aplicação da automação das máquinas e do processo de controle e manuseio de minério de ferro como uma das soluções mais promissoras no objetivo de aumentar a segurança operacional e a eficiência dos processos, considerando ainda que possui ferramentas que podem auxiliar na tomada de decisões. Essas soluções já são parcialmente implantadas em alguns portos que operam no Brasil e também em alguns outros países, mas sabemos que são tecnologias que ainda estão em amplo desenvolvimento e há muito espaço para melhorias que necessitam de intensa pesquisa para evolução de técnicas cada vez mais apuradas.
Proteção passiva estrutural em incêndios : estudo de caso com aplicação do programa VULCAN.
(2023) Lemos, Karolyne Nascimento; Gouveia, Antônio Maria Claret de; Gouveia, Antônio Maria Claret de; Inoue, Hisashi; Bezerra, Augusto Cesar da Silva; Gameiro, Danton Heleno
O aço, quando exposto a elevadas temperaturas, sofre modificações em suas propriedades químicas e físicas. Por exemplo, torna-se mais dúctil, ou seja, sua capacidade de se deformar aumenta. A proteção passiva estrutural, destacando-se a aplicação homogênea das tintas intumescentes, tem um alto custo no Brasil. O refinamento das análises de estruturas protegidas em incêndio, por meio de modelos matemáticos avançados, permite significativa economia, viabilizando a proteção passiva não homogênea. Para a viga de aço curva de grande vão, que foi o objeto de estudo deste trabalho, deseja-se a optimização do custo da proteção passiva com tinta intumescente. Com o propósito de empregar o programa VULCAN nas análises de uma viga de grande vão da estrutura de cobertura de uma edificação, determinando seu tempo de resistência ao fogo (TRF) sob o modelo de incêndio-padrão, foi determinada a carga máxima à temperatura ambiente, a carga nodal em incêndios e o programa de experimentação numérica. Posteriormente, foi analisada a resposta estrutural da viga sem revestimento contrafogo em situação de incêndio, considerando algumas hipóteses, a viga sobre o peso próprio e a resposta estrutural da viga com revestimento contrafogo em situação de incêndio para os Tempos Requeridos de Resistência ao Fogo (TRRF) de 30, 60, 90 e 120 minutos, e considerando a viga com liberação do deslocamento horizontal. Concluiu-se que a resistência ao fogo de uma estrutura é uma condição essencial de segurança contra incêndio, sendo medida pelo TRF. A viga de grande vão não suportaria o peso próprio sob o incêndio-padrão com aquecimento uniforme por mais do que 10 min sem o emprego de proteção passiva. Enquanto a viga com proteção passiva do tipo contorno em espessuras, para gerar 550°C aos 30, 60, 90 e 120 minutos, revelou-se insuficiente diante do colapso físico que ocorre próximo de 90% TRRF desejado. Para dar à viga o TRRF necessário, empregou-se a proteção dos segmentos de 18 a 27 para uma temperatura crítica de 440°C ao fim do TRRF, mantendo nos segmentos de 1 a 17 a proteção para uma temperatura crítica de 550°C. Dessa forma, obteve-se a estabilidade da viga no TRRF.
Avaliação técnica e ambiental da injeção de pneu moído como combustível redutor através das ventaneiras dos altos-fornos.
(2023) Araújo Filho, Gerson de; Assis, Paulo Santos; Assis, Paulo Santos; Castro, José Adilson de; Murta, Jorge Luiz Brescia
Este trabalho mostra o estudo viabilidade técnica e ambiental da utilização de pneu moído como combustível em altos-fornos. O pneu moído pode ser utilizado em substituição aos finos de carvão mineral e de finos de carvão vegetal em altos-fornos. A injeção através das ventaneiras contribui para geração de energia e geração de um gás para redução dos óxidos de ferro carregados nos altos-fornos. O pneu moído, quando é injetado nos altos-fornos, do ponto de vista ambiental contribui para diminuição dos pneus dispostos de forma inadequada. Uma das vantagens do uso do pneu moído é que como se trata de um resíduo, seu custo de aquisição e processamento é mais baixo que a obtenção do carvão pulverizado para injeção nos altos-fornos. Foi realizado um estudo comparativo entre o índice de combustão de pneus moídos com o de carvões pulverizados, utilizando o modelo físico de combustão de partículas, de elevado gradiente térmico, construído na Escola de Minas da Universidade Federal de Ouro Preto (UFOP). Os resultados mostram uma boa combustibilidade do pneu moído, sendo obtidos através de um modelo de simulação que retrata condições semelhantes a que ocorre na região das ventaneiras dos altos-fornos.
Previsão da temperatura do aço líquido em uma aciaria a oxigênio utilizando modelos de regressão com aprendizado de máquina.
(2023) Matos, Sabrina Silva de; Silva, Carlos Antônio da; Silva, Carlos Antônio da; Lemos, Leandro Rocha; Peixoto, Johne Jesus Mol
O controle da temperatura do aço líquido é uma tarefa fundamental para a garantia da estabilidade operacional em uma aciaria a oxigênio. Desvios das faixas de temperatura especificadas pelos processos estão diretamente associados a falhas de qualidade no produto, aumento de custos, perdas de produção e até mesmo riscos para a segurança operacional da planta. O entendimento e a quantificação das perdas térmicas que ocorrem entre o vazamento do aço do convertedor LD até o lingotamento contínuo são as principais etapas para a previsão da temperatura do aço. Devido à natureza dos processos que ocorrem em uma aciaria, o cálculo das perdas térmicas depende de variáveis altamente dinâmicas, motivando a construção de modelos preditivos para a temperatura. Neste contexto, foram ajustados e avaliados cinco algoritmos de regressão amplamente reconhecidos na literatura para a previsão da temperatura do aço na panela e no distribuidor em uma aciaria a oxigênio. Adicionalmente, um sexto algoritmo, híbrido, que combina elementos de modelos lineares e não-lineares, foi concebido. Os modelos foram desenvolvidos em aderência à metodologia CRISP-DM (Processo Padrão Interindústrias para Mineração de Dados), e avaliados de acordo com duas métricas de acurácia: a raiz do erro quadrático médio (RMSE) e uma métrica personalizada. Os resultados evidenciaram que o método híbrido proposto alcança uma precisão superior em relação aos demais algoritmos testados em ambos os modelos, além disso, apresenta um desempenho adequado para ser implementado na indústria.
Caracterização da formação de camadas de óxidos em pontas de perfuração utilizadas na laminação de tubos de aços sem costura e da sua posterior deterioração durante aplicação.
(2023) Menezes, Lucas Morais de; Faria, Geraldo Lúcio de; Faria, Geraldo Lúcio de; Pinto, Maria Aparecida; Queiroz, Rhelman Rossano Urzedo
Tubos de aço sem costura são amplamente empregados na extração e transporte de óleo e gás, tendo, em seu processo produtivo, custos significativos relativos às ferramentas utilizadas no processo de laminação, como por exemplo, as pontas de perfuração. Além do impacto no custo, as resistências mecânicas e ao desgaste dessas ferramentas são essenciais para garantir a qualidade do tubo fabricado. As pontas de perfuração são fabricadas em aço-ferramenta e passam por um tratamento térmico de oxidação em altas temperaturas, anterior ao uso na laminação, fazendo com que o material tenha características tribológicas adequadas à função que desempenha no processo. Apesar de existir vasta literatura sobre o processo de oxidação de aços em altas temperaturas, o conhecimento relativo a ferramentas de laminação é relativamente limitado e, em função disso, ainda hoje existe uma alta variabilidade no seu desempenho. Diante disso, este trabalho teve como objetivo caracterizar a evolução da formação da camada de óxidos em pontas de perfuração e a sua posterior deterioração durante o processo de laminação, correlacionando às propriedades físicas e químicas da camada formada com a vida útil das pontas. A principal variável estudada foi a influência do tempo empregado no estágio de oxidação nas características da camada de óxidos formada e posteriormente na vida útil da ferramenta. Para a caracterização da camada oxidada, diferentes técnicas foram utilizadas: microscopia óptica, microscopia eletrônica de varredura (MEV/EDS), difração de raios X (DRX) e ensaios tribológicos para medição das taxas de desgaste. Esse trabalho confirmou que o tempo empregado no estágio de oxidação é uma das principais variáveis para se garantir uma camada de óxidos com baixo nível de porosidade, adequada espessura, reduzidas frações de hematita e predominância de wustita e magnetita. Essas características da camada de óxidos geraram um efeito lubrificante durante aplicação e consequentemente baixas taxas de desgaste, o que propiciou uma condição ótima para o desempenho da ferramenta e aumento da sua vida útil.
Proposição de uma metodologia para desenvolvimento de um sistema para monitoramento do desgaste de bombas na indústria Mínero-metalúrgica.
(2010) Araújo, Cássio Roberto de; Costa, Adilson Rodrigues da; Costa, Adilson Rodrigues da; Souza, Erivelto Luís de; Souza, Marcone Jamilson Freitas; Cassino, Flávio Sandro Lays
O desgaste de componentes de máquinas e outros elementos funcionais tem um custo elevadíssimo em todo o mundo. Nos Estados Unidos, por exemplo, estima-se que os custos relacionados ao desgaste atinjam por ano, cerca de 6% a 7% do produto nacional bruto. Diante deste quadro mundial, a partir do momento que se notou a importância do desenvolvimento de materiais com maior resistência ao desgaste, começaram a ser feitas várias pesquisas na área de desgaste em geral, principalmente sobre desgaste abrasivo, que é um dos mais importantes dentro dos processos tribológicos. O presente trabalho tem por objetivo descrever a criação de um sistema voltado para o monitoramento do desgaste abrasivo em revestimentos de bombas de polpa, visando obter uma ferramenta que permita avaliar as condições operacionais de um processo de bombeamento destinadas à prevenção de quebras inesperadas e conseqüente maximização da vida útil dos componentes do equipamento. Atualmente, graças ao avanço tecnológico, é comum em sistemas de bombeamento a instalação de sensores e outros dispositivos (instrumentação em geral) que facilitem ao operador a visualização das condições operacionais do processo. O sistema em questão possui intercomunicação direta com tais sensores através dos CLP’s, (Controladores Lógicos Programaveis). Através da visualização/armazenagem de dados informados pelos sensores e através de desenvolvimentos matemáticos adequados à estrutura do software (além de uma aquisição contínua do deslocamento do sistema em função do tempo e da qualidade do material bombeado), consegue-se medir a agressividade (capacidade de um material desgastar outro) obtida para cada tipo de revestimento (metálicos, poliméricos o cerâmicos), conforme o desgaste sofrido, e o mais importante, em tempo real. O sistema em questão possui um fluxo organizado de informações, auxiliando todas as etapas do processo de manutenção, desde identificação da demanda, bem como aprovisionamento de recursos, até a execução das atividades diárias de manutenção preventiva. Por outro lado é proposta uma metodologia que visa desenvolver um sistema de monitoramento do desgaste de equipamentos em três segmentos da indústria mínero-metalurgica.
Efeito da abrasividade de minérios de ferro da mina S11D-Vale no desgaste de borrachas de correias transportadoras.
(2022) Nins, Bárbara Diniz; Costa, Adilson Rodrigues da; Penagos, José Jimmy; Costa, Adilson Rodrigues da; Valera, Ticiane Sanches; Bortoleto, Eleir Mundim; Falqueto, Patrick Amaral; Penagos, José Jimmy
Os transportadores de correias são, hoje, um dos meios mais usados no transporte de minério de ferro. Dentre os componentes do equipamento, a correia é de especial importância econômica e o elemento com a maior probabilidade de falha. A principal causa dessas falhas é o desgaste abrasivo da cobertura de borracha das correias, o que acarreta paradas corretivas, prejuízos econômicos e perdas de performance consideráveis. A habilidade do minério de ferro em gerar desgaste abrasivo na borracha da correia é chamada de abrasividade. Como essa propriedade não é intrínseca do material, os resultados dos ensaios de abrasividade em laboratório serão mais confiãveis quanto mais próximas forem as condições de ensaio das condições de serviço. O ensaio ASTM G65 é caracterizado por promover um desgaste com abrasivo solto, podendo ser por baixos esforços e, portanto, se aproxima mais das condições de operação das correias transportadoras. Quatro tipos de minério de ferro da mina S11D da Vale (Hematita friável, Hematita compacta, Jaspilito e Minério Hidratado) foram ensaiados no tribômetro ASTM G65 com amostras de borrachas de correias. Foram caracterizados os mecanismos de desgaste que ocorrem em serviço e em testes de laboratório. O mecanismo predominante encontrado nas duas condições foi a formação de ondas de Schallamach. Nos testes de desgaste, as amostras de Hematita Friável apresentaram a maior abrasividade. Além disso, as características químicas, mineralógicas e morfológicas das amostras de minério de ferro foram caracterizadas. A alta abrasividade da Hematita Friável se deve principalmente à grande quantidade de minerais de hematita dura, principalmente hematita sinuosa e microcristalina, que contribuem mais para o desgaste do que outros minerais.
Estudo da tecnologia de Spray Drying para a secagem de rejeitos da mineração de ferro.
(2022) Carneiro, Leandro Moreira; Silva, Gilberto Henrique Tavares Álvares da; Vieira, Cláudio Batista; Silva, Gilberto Henrique Tavares Álvares da; Parreira, Fabrício Vilela; Dutra, Flávio de Castro; Coleti, Jorge Luís
A perda de qualidade do minério de ferro ao longo dos últimos anos, aliada às questões sociais e ambientais, exige que sejam propostas ideias inovadoras e sustentáveis visando o reaproveitamento de materiais que, atualmente, são considerados passivos. Sendo assim, esta dissertação de mestrado analisa a possibilidade de secagem de rejeitos, provenientes da etapa de deslamagem do beneficiamento de minério de ferro, por meio do processo denominado spray drying (usualmente empregado nas áreas alimentícias e farmacêuticas). O principal objetivo desta tecnologia é concentrar o sólido e reduzir o volume ocupado pelo material, facilitando o manuseio e o transporte. Portanto, o seu emprego na mineração de ferro contribuirá para a redução das barragens de rejeito. Verificando-se as similaridades entre os rejeitos de minério de ferro e materiais que possuem aplicabilidade comprovada do processo de spray drying, como o carvão e a alumina, esta dissertação apresenta uma proposta experimental para a secagem dos passivos argilosos oriundos da mineração de ferro. Neste projeto é feita uma análise da possibilidade de aglomeração das lamas por meio de diferentes configurações do equipamento, bem como o emprego de algum ligante, como o silicato de sódio. Além disso, o trabalho apresenta possíveis empregos dos materiais provenientes da secagem de minério de ferro: blends com materiais de maior granulometria e com maiores teores de ferro para o emprego em briquetagem, pelotização e sinterização, a depender da granulometria dos pós formados. Assim, considerando as características dos rejeitos de minério de ferro, tem-se que este material tem grande potencial para ser seco pelo método de Spray Drying.
Desenvolvimento de selo inteligente para monitoramento de novo processo de desinfecção de água com luz azul.
(2023) Paiva, Bárbara Gosziniak; Bianchi, Rodrigo Fernando; Silva, André Talvani Pedrosa da; Bianchi, Rodrigo Fernando; Faria, Gregório Couto; Almeida, Ive Silvestre de
Nas últimas décadas, proporcionar o acesso universal à água potável tem sido um dos maiores desafios enfrentados pelas nações em todos os continentes. Assim, formas alternativas para a desinfecção de água se fazem cada vez mais necessárias para a saúde humana, sobretudo as de fácil acesso à população em geral. Este trabalho apresenta portanto, um selo para o monitoramento de um sistema alternativo de desinfecção de água com luz azul. A escolha da luz azul vem do fato da literatura recente apresentar resultados que sugerem que a essa fonte de radiação elimina várias espécies de microrganismos patogênicos em até 90% após a exposição em superfície. Para atingir esse objetivo, filmes de MEH-PPV, polímero sensível a radiação azul, depositados em superfície de papel foram caracterizados opticamente como função do tempo de exposição à 20 μW/cm2 e 60 μW/cm2 (λmax = 460 nm). Os resultados mostram que o sistema de MEH-PPV/Papel apresenta pico de máxima emissão antes de ser exposto a luz azul em torno de 600 nm, que vai reduzindo com o tempo de exposição. Também é observado uma mudança de cor de laranja ao branco com a exposição à luz. O tempo para ocorrer a variação tanto da emissão, quanto da cor, depende do número de camadas de MEH-PPV, neste caso, quanto maior o número de camadas, mais lento é o processo de variação, e da radiância, que quanto maior mais rápido ocorre o processo. Os resultados da escala Pantone corroboram tal mudança de cor. Tais resultados servem de base para o desenvolvimento de um selo para monitorar a desinfecção de coliformes totais e E.coli na água. O design escolhido para esse dispositivo foi de um sapo por representar a vida na água. Os resultados mostram o uso inédito da luz azul na inativação de coliformes totais e E.coli na água, com uma dose ideal de 738 J/cm2, e o uso do selo com 1 camada de MEH-PPV para o monitoramento do processo utilizando uma radiância de 60 μW/cm2, que fica completamente branco quando recebe a dose necessária para inativação dos microrganismos. Para a produção do selo com outras finalidades, em que o número de camadas e o tempo de exposição serão modificados, a equação encontrada após caracterização dos filmes pode ser utilizada Tf = (1, 3 ± 0, 1) ∗ Nc + (2,2 ± 0,3), onde, Tf = Tempo final de mudança de cor, e Nc = Número de camadas de MEH-PPV depositadas no papel.
Avaliação do efeito da substituição do inibidor de turbulência por barragens e do posicionamento da válvula longa de um distribuidor sobre a remoção de inclusões.
(2023) Galante, Gustavo Santos; Peixoto, Johne Jesus Mol; Reis, Rafael Fernandes; Peixoto, Johne Jesus Mol; Silva, Carlos Antônio da; Lemos, Leandro Rocha; Reis, Rafael Fernandes
A limpidez do aço é um parâmetro de grande importância para garantir qualidade final do produto e manter a competitividade das empresas perante o mercado. Por outro lado, o distribuidor representa uma das últimas oportunidades para a remoção de inclusões e a utilização, neste equipamento, de modificadores de fluxo tais como: barragens, diques, inibidores de turbulência e cortinas gasosas; dos mais variados formatos visam favorecer a flotação de inclusões. Existe assim, uma busca da associação correta de modificadores associado a um melhor custo benefício e a utilização de simulações físicas e computacionais como ferramentas de análises é um dos recursos mais utilizados atualmente, isto devido às dificuldades operacionais e de custos em se executar testes industriais. Neste contexto, o estudo aqui disposto, teve o objetivo de avaliar os efeitos da substituição do inibidor de turbulência por barragens, sobre o escoamento e remoção de inclusões, via modelamento físico e CFD de um distribuidor de 41,5 t em escala 1:3 por meio da determinação de curvas de distribuição de tempo de residência (DTR), dispersão de corantes, PIV (Particle Image Velocimetry) e remoção de inclusões (partículas poliméricas) injetadas em pulso. Simulações fluidodinâmicas em Ansys CFX também foram utilizadas e a influência da assimetria do jato de entrada sobre a eficiência de remoção de inclusões foi investigada. Observou-se boa concordância entre tempos característicos obtidos por simulações CFD e experimentos no modelo físico. As simulações computacionais de fluxo apresentaram comportamento semelhantes ao observados no modelo físico, sendo possível caracterizar o fluxo quanto a caminhos preferenciais de inclusões, velocidade e características de escoamentos, a partir das simulações CFD. Os resultados demonstram que a substituição do inibidor não trouxe prejuízos ao comportamento do fluxo e, em algumas situações, apresentou valores ligeiramente superiores conforme avaliado pela caracterização de fluxo, curvas DTR e eficiência de remoção de inclusões. Constatou-se que efeitos de curto-circuito e distribuição granulométrica das partículas que simulam as inclusões possuem influência nos resultados de simulação computacional. Por fim espera-se, para as condições assimétricas resultante do desalinhamento do conjunto de válvula longa, um desgaste maior dos diques, diferenças de limpidez entre veios e uma queda na eficiência de remoção de partículas de inclusão menores.
Efeitos da temperatura de austenitização e da transformação martensítica sobre tensões residuais pós-soldagem em um aço estrutural baixa liga de alta resistência mecânica - análise por elementos finitos.
(2023) Abreu, Salvatore Giuliano Peixoto Tropia de; Porcaro, Rodrigo Rangel; Faria, Geraldo Lúcio de; Porcaro, Rodrigo Rangel; Faria, Geraldo Lúcio de; Cândido, Luiz Cláudio; Rodriguez Arias, Ariel
Este estudo investigou a influência das temperaturas de início da transformação martensítica (Ms) e seus consequentes efeitos sobre tensões residuais pós-soldagem em um aço estrutural ARBL (Alta Resistência Baixa Liga) de elevada resistência mecânica por meio de simulações computacionais pelo Método dos Elementos Finitos. Com esse objetivo, foi realizada uma soldagem real para aquisição de dados utilizados na calibração da fonte de calor aplicada na simulação. Para tal, foi realizado o monitoramento de ciclos térmicos por meio de termopares localizados em posições estratégicas, seguido da análise de macrografias do cordão de solda. Posteriormente, dados de dilatometria foram utilizados para determinar os coeficientes de expansão instantâneos a uma taxa de resfriamento de 25 ºC/s aplicada ao aço para três valores diferentes de temperaturas de pico (Tp): 1300 °C, 1150 °C e 920 °C. Com base nesses dados foram criados quatro modelos de materiais, um para cada Tp (denominados P920, P1150 e P1300), além de um quarto modelo com coeficiente de expansão térmica constante (PCTE), sem considerar a transformação martensítica, para fins de comparação. O estudo pode ser dividido em três partes principais: a calibração de uma fonte de calor e determinação de condições de contorno para a simulação; o estudo de um Modelo de Três Barras usado para isolar os efeitos de Tp nas tensões residuais; o estudo de um Modelo de Chapa Composta, no qual a ZTA da chapa foi subdividida com base na temperatura de pico atingida e os modelos de material correspondentes foram aplicados. Para comparação dos resultados também foram realizadas simulações considerando a chapa composta inteiramente por cada um dos modelos de material. Os resultados mostraram a importância de se considerar a transformação martensítica em estudos de simulações de tensões residuais induzidas por soldagem e uma clara tendência de decréscimo das distribuições gerais das tensões finais com menor Ms.
Análise da influência de parâmetros geométricos da válvula submersa na turbulência superficial em moldes de lingotamento contínuo através de simulações numéricas.
(2022) Ribeiro, Rodrigo Garcia; Silva, Carlos Antônio da; Peixoto, Johne Jesus Mol; Silva, Carlos Antônio da; Peixoto, Johne Jesus Mol; Lemos, Leandro Rocha; Gabriel, Weslei Viana
Este trabalho objetivou calibrar um modelo de simulação fluidodinâmica para um molde de Lingotamento Contínuo a partir de dados experimentais de um modelo em água, e utilizar este modelo de simulação para estudar a influência tanto do raio interno superior da porta como da profundidade do recuo da Válvula Submersa (SEN) na oscilação superficial do molde. Os dados experimentais foram obtidos através de um modelo em água de escala 0,6:1, de onde se obteve a medição dos tamanhos de bolhas de ar, bem como a medição da oscilação superficial através de sensores ultrassônicos e o comportamento fluidodinâmico através de espalhamento de corante. Os experimentos realizados mostram que a vazão de ar injetada no molde não influencia a distribuição estatística de tamanhos de bolhas do modelo físico. Os experimentos também permitiram extrair distribuições estatísticas de tamanho de bolhas que serviram como input para as simulações numéricas. A comparação dos resultados obtidos dos experimentos permitiu também selecionar um conjunto de forças interfásicas que representasse mais fidedignamente na simulação o comportamento do escoamento e do espalhamento de bolhas no modelo físico. Dentre as combinações de forças interfásicas simuladas, a combinação de Força de Massa Virtual com Força de Gradiente de Pressão apresentou os resultados mais coerentes com os dados experimentais. Sobre análise da influência do raio interno superior da porta, observou-se que, para valores pequenos de raio, a oscilação superficial é intensificada. Por outro lado, observou-se redução considerável da oscilação superficial quando adotado um raio de 20mm. Em relação à análise da profundidade de recuo do fundo da SEN, a geometria sem nenhum recuo apresentou oscilação de superfície menos intensa do que a geometria de referência (recuo de 6,1mm). No entanto, quando se aumenta a profundidade de recuo em relação à profundidade de referência (6,1mm), a oscilação superficial é amenizada, com a configuração de profundidade de recuo de 9mm apresentando a maior redução na oscilação superficial.
Enriquecimento de um minério laterítico de níquel por tratamento térmico e separação magnética.
(2022) Ramírez, Rafael Leonardo Silva; Oliveira, Víctor de Andrade Alvarenga; Oliveira, Víctor de Andrade Alvarenga; Santos, Claudio Gouvea dos; Souza, Rodrigo Fernandes Magalhães de
Foram realizados, em escala laboratorial, experimentos de redução com hidrogênio e decomposição térmica, em minério de níquel laterítico com caraterísticas mineralógicas que o categorizam como pertencente à zona de transição. A amostra mineral e as amostras geradas após o processamento térmico foram caracterizadas por difratometria de raios X (DRX), análise termogravimétrica (TG) e microscopia eletrônica de varredura acoplada a espectômetro de energia dispersiva (MEV-EDS). As principais transformações minerais ocorridas no minério, após o processamento térmico, foram identificadas, e foi estudada a influência dessas alterações no comportamento magnético da amostra. Os produtos resultantes das operações de decomposição térmica e de redução por hidrogênio foram submetidos à operação unitária de separação magnética e, dessa forma, foi possível aumentar o teor de níquel em até 33 % na fração magnética, quando os experimentos de redução foram realizados à temperatura de 800 °C e com um fluxo magnético de 97,5 mT ± 10,6. Para os experimentos de redução realizados à temperatura de 400 °C, a formação de magnetita tornou as amostras muito magnéticas e, consequentemente, a operação de separação magnética não foi seletiva. Foi possível remover o magnésio de todas as amostras, independente do tratamento térmico ou temperatura de redução utilizado e, dessa forma, os teores desse elemento no minério laterítico da zona de transição foi ajustado para valores característicos de um minério limonítico.

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