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ANAIS JORNADA CIENTÍFICA DA PÓS-GRADUAÇÃO DA FEG-UNESP 2016 Guaratinguetá 26 a 30 de setembro ENERGIA MATERIAIS GESTÃO E OTIMIZAÇÃO PROJETOS - FÍSICA Realização: Apoio: Patrocínio:

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ANAIS

JORNADA CIENTÍFICA DA

PÓS-GRADUAÇÃO DA FEG-UNESP 2016 Guaratinguetá

26 a 30 de setembro

ENERGIA – MATERIAIS – GESTÃO E OTIMIZAÇÃO – PROJETOS - FÍSICA

Realização:

Apoio:

Patrocínio:

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ANAIS

JORNADA CIENTÍFICA DA

PÓS-GRADUAÇÃO DA FEG-UNESP 2016 Guaratinguetá

26 a 30 de setembro

ENERGIA – MATERIAIS – GESTÃO E OTIMIZAÇÃO – PROJETOS - FÍSICA

Universidade Estadual Paulista (UNESP) Faculdade de Engenharia Campus de Guaratinguetá

2016

Coordenação e Organização: Prof. Dr. José Antonio Perrella Balestieri

Doutoranda Eliana Cristina Moraes dos Santos

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Nenhuma parte desta publicação poderá ser reproduzida ou transmitida, sejam quais

forem os meios empregados, sem citação da fonte e créditos devidos. O conteúdo e

redação dos artigos são de responsabilidade dos autores.

Ficha catalográfica preparada pelo

Serviço de Biblioteca e Documentação da FEG-UNESP

J82a

Jornada Científica da Pós-Graduação da FEG – UNESP (3. : 2016 :

Guaratinguetá) Anais Jornada científica da pós-graduação da FEG –UNESP 2016

[recurso eletrônico] : Guaratinguetá, 26 a 30 de setembro de 2016 /

Coordenação e Organização: José Antonio Perrella Balestieri , Eliana

Cristina Moraes dos Santos. – Guaratinguetá : Universidade Estadual

Paulista (Unesp), Faculdade de Engenharia, Guaratinguetá, 2016.

Modo de acesso: <http://www2.feg.unesp.br/Home/Eventos/jornadadepos-graduacao/anais-jornada-ppg-

feg-2016.pdf>

<https://acervodigital.unesp.br/>

ISBN: 978-85-93547-00-3

1. Engenharia - Congressos e convenções 2. Energia 3. Materiais 4. Física 5. Administração de projetos 6. Engenharia mecânica I. Título

CDU 62:061.3

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ANAIS DA JORNADA CIENTÍFICA UNESP/ FEG - 2016 EDIÇÃO NACIONAL

ORGANIZAÇÃO DOS ANAIS

Coordenação: Prof. Dr. José Antonio Perrella Balestieri Doutoranda Eliana Cristina Moraes dos Santos

Comitê Organizador:

Eliana Cristina Moraes dos Santos Guilherme Rossi Pessoa José Antonio Perrella Balestieri

Comitê Científico: (Revisores dos Artigos – Professores Doutores)

José Antonio Perrella Balestieri (Coordenação Geral) Agnelo Marotta Cassula, Alex Mendonça Bimbato, Aneirson Francisco da Silva, Andreia Maria Pedro Salgado, Antonio Fernando Branco Costa, Carlos Manuel Romero Luna, Celso Eduardo Tuna, Edson Cochieri Botelho, Fernando de Azevedo Silva, Francisco Alexandre de Oliveira, Gretta Larisa Aurora Arce Ferrufino, Ivonete Ávila, José Feliciano Adami, Jorge Muniz Junior, José Alexandre Matelli, José Elias Tomazini, José Geraldo Trani Brandão, Luiz Fernando Costa Nascimento, Marcela Aparecida G. Machado de Freitas, Mateus Ricardo N. Vilanova, Messias Borges Silva Otávio José de Oliveira, Pedro Magalhães Sobrinho, Roberto Zenhei Nakazato, Rubens Alves Dias, Teófilo Miguel de Souza e Wendell de Queiroz Lamas.

Equipe de colaboradores: Ana Cristina Figueiredo Loureiro, Cristovão José Dias da Cunha, Fabio Roberto Vieira Leila de Campos, Luis Carlos Rios Quiroga, Maria Claudia Botan, Kelly R. Maximo Vieira, Ricardo de Castro Villela e Leonel Marcos Zotelli.

Projeto gráfico, diagramação digital e Editoração: Doutoranda Elaine Regina dos Santos – Instituto de Artes - UNESP

Catalogação: Serviço de Biblioteca e Documentação da FEG – UNESP

Comissão Organizadora Conforme Portaria nº. 65/2016, de 18 de agosto de 2016 – FEG/DTA, O diretor da Faculdade de Engenharia de Guaratinguetá, Mauro Hugo Mathias, no uso de suas atribuições legais e considerando Calendário Escolar – 2016, conforme artigo 1º. desta Portaria, ficam designados os membros abaixo relacionados, para, sob a presidência do primeiro, constituírem a Comissão Organizadora da Semana de Ciência e Tecnologia – SCT, da XIX Jornada de Iniciação Científica e de Pós-Graduação e do XXVIII Congresso de Iniciação Científica – CIC, 1ª Fase, eventos que foram realizados no período de 26 a 30 de setembro de 2016.

Os Professores Doutores: Edson Cocchieri Botelho, Arminda Eugenia Marques Campos, Denis Dalmazi, Enos Arneiro Nogueira da Silva, Ernesto Vieira Neto, Ivonete Ávila, José Antonio Perrella Balestieri, Jorge Muniz Júnior, Leonardo Mesquita, Marcelo Sampaio Martins, Miguel Angel Ramirez Gil, Otávio José de Oliveira e Vivian Martins Gomes.

Os alunos: André Kakiuthi, Darci Roberto Toledo, Eliana Cristina Moraes dos Santos, Fernando Moraes Trombeta, Gustavo Kendo Harada Tsuda, Pedro Maciel de Souza Pinto, Pedro Pergolizzi Miranda de Castro, Thalita Mayumi Castaldelli Nishime

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U M Á R I O

PÁG.

Apresentação............................................................. 05

Palestras proferidas ................................................... 06

Sumário por Áreas...................................................... 07

Publicação dos Artigos

Energia....................................................................... 15

Materiais..................................................................... 67

Gestão e Otimização.................................................. 137

Projetos...................................................................... 151

Física.......................................................................... 157

S

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PRESENTAÇÃO

Este documento refere-se à Jornada Científica da FEG/UNESP 2016

- EDIÇÃO NACIONAL, realizada na Faculdade de Engenharia da Universidade

Estadual Paulista, Campus Guaratinguetá, entre os dias 26 a 30 de setembro

de 2016.

Desde 2014, alunos e professores dos Programas de Pós Graduação da

Faculdade de Engenharia da Unesp vêm realizando as Jornadas Científicas,

um evento incluído na programação da Semana da Ciência e Tecnologia –

SCT da FEG/UNESP, com a participação dos professores e alunos, que esse

ano promoveu também o Lançamento do Selo 50 Anos FEG.

Nesta edição o evento amplia seu alcance e abrangência com a

publicação dos artigos que foram apresentados na Jornada Científica da Pós

Graduação da FEG/UNESP 2016, através dos Anais disponível em meio

eletrônico na página: <http://www2.feg.unesp.br/Home/Eventos/jornadadepos-

graduacao/anais-jornada-ppg-feg-2016.pdf> e no Acervo digital da Unesp:

<https://acervodigital.unesp.br/>

Nesse sentido, a Jornada Científica da Pós Graduação FEG/UNESP 2016

– EDIÇÃO NACIONAL pôde concretizar seus objetivos de divulgar e promover

discussões sobre os resultados e importância do evento, das pesquisas

desenvolvidas pelos alunos/participantes, estimular intercâmbios institucionais

e de pesquisa entre diversas universidades e reunir pesquisadores convidados

e palestrantes com reconhecida contribuição na pesquisa científica. O evento

materializou um ambiente de troca, de diálogo e discussão entre os

organizadores e os participantes, estabelecendo relações entre a pesquisa

acadêmica e as práticas aplicadas, o que contribuiu para criar novos vínculos

acadêmico-institucionais entre professores, alunos/pesquisadores e visitantes,

enriquecendo as áreas das pesquisas desenvolvidas.

A

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ALESTRAS PROFERIDAS

Hernane Barud

"Novos materiais a base de biocelulose: Da pesquisa básica ao desenvolvimento do produto"

William Capelupi

"Termogravimetria acoplada à Espectrometria de Massas (TGA-MS) Aplicado na Análise de Materiais"

Paula M. Crnkovic

"Bioenergia: como vencer este desafio?"

Paulo V. Soares

“Importância da integração de diferentes expertises no equacionamento de questões ambientais. O estudo de caso da parceria FEG/DEC, Junior Eng e ACEVP”

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RTIGOS

Pág.

ENERGIA

Adrian B. Machin EFEITOS DA EXPOSIÇÃO A POLUENTES DO AR SOBRE AS INTERNAÇÕES POR DOENÇAS RESPIRATÓRIAS EM CRIANÇAS DE CUIABÁ, MT. 16 Alexander R. Gamboa ESTUDO EXPERIMENTAL DA COMBUSTÃO DO ÓLEO PIROLÍTICO DE PNEUS 18 Beatriz Helene Xavier ASPECTOS TERMODINÂMICOS, ECONÔMICOS E ECOLÓGICOS DE UM SISTEMA DE COGERAÇÃO COM MOTOR DE COMBUSTÃO INTERNA OPERANDO COM GÁS NATURAL 20 Caio Felipe De Paula Santos ANÁLISE TERMOECONÔMICA DE UMA TERMOELÉTRICA COM ABSORÇÃO QUÍMICA DE CO2 22 Edwin Santiago Rios Escalante ESTUDO DOS LIMITES DE INFLAMABILIDADE EM MISTURAS ETANOL-AR-DILUENTE 24 Eliana Cristina Moraes-Santos O NEXO ENERGIA, ÁGUA E ALIMENTO E OS INDICADORES AMBIENTAIS: ESTUDO DE CASO PARA O MUNICÍPIO DE CUNHA 26 Eriane Fialho De Carvalho CARACTERIZAÇÃO DO TRANSPORTE URBANO SUSTENTÁVEL: ENFOQUE NA MOBILIDADE URBANA 28 Evaldo Chagas Gouvêa RESPOSTA ESPECTRAL DE PAINÉIS FOTOVOLTAICOS EM CONDIÇÕES REAIS DE USO 30 Fábio Roberto Vieira PIRÓLISE LENTA DA CASCA DE ARROZ: ANÁLISE TÉRMICA E ENSAIO EM LEITO DE BANCADA 32

A

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Fellipe Sartori Da Silva DETERMINAÇÃO DO CUSTO DE ENERGIA GERADA ATRAVÉS DA UTILIZAÇÃO DE CÉLULAS A COMBUSTÍVEL DE ALTA TEMPERATURA E TURBINA A VAPOR EM UM CICLO COMBINADO 34 Francisca Inez Gouveia Alexandrino ANÁLISE ESPACIAL DO USO DO SOLO E ILHAS DE CALOR EM TAUBATÉ-SP 36 Gustavo A. Santana de Sá MECANISMOS DE RENÚNCIA FISCAL: IMPLICAÇÕES E OPORTUNIDADES PARA AS EMPRESAS DO SETOR ENERGÉTICO NACIONAL 38 Jordan Amaro Gutiérrez MODELAGEM DA COMPOSIÇÃO DO GÁS DE SÍNTESE EM GASEIFICADORES DE LEITO FLUIDIZADO UTILIZANDO UM MODELO DE EQUILÍBRIO QUÍMICO 40 José R. Copa Rey ASPECTOS TÉCNICOS E ECONOMICOS DA INCORPORAÇÃO DE CICLOS COMBINADOS ASSOCIADOS À GASEIFICADORES DE LEITO FLUIDIZADO NO SETOR SUCROALCOOLEIRO 42 Juan Carlos Galarza INCORPORACIÓN DEL PROCESO DE QUEMA DE GLICERINA EN LA PRODUCCIÓN DE HIDROGENO POR REFORMA A VAPOR DE GLICEROL 44 Kely R. Maximo Vieira DISSOLUÇÃO DE SERPENTINITOS BRASILEIROS PARA MINERALIZAÇÃO DE CO2 46 Lino Chiapinotto AVALIAÇÃO DAS EMISSÕES DE UM MOTOR DO CICLO OTTO OPERANDO COM INJEÇÃO CONCOMITANTE DE ETANOL E GÁS NATURAL 48 Maria Claudia Costa de Oliveira Botan PRODUÇÃO DE ÁGUA UTILIZANDO UM CONDENSADOR DE VAPOR ATMOSFÉRICO 50 Maria Fernanda Trujillo León EFICIÊNCIA ENERGÉTICA EM SISTEMAS DE ILUMINAÇÃO RESIDENCIAL 52 Mateus D. Ribeiro SIMULAÇÃO DE MOTORES E SPRAY COMBUSTÍVEL 54 Natalia da Silva Ribeiro ESTUDO TERMOGRAVIMÉTRICO DA COMBUSTÃO E OXICOMBUSTÃO DE MISTURAS CARVÃO MINERAL-BIOMASSA 56

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Regina Franciélle Silva Paulino ESTUDO DO POTENCIAL DE PRODUÇÃO DE HIDROGÊNIO RENOVÁVEL A PARTIR DA REFORMA A VAPOR DE BIOGÁS DE ATERRO SANITÁRIO 58 Rodrigo Orefise Dentello MOTOR STIRLING UTILIZANDO BIOGÁS COMO COMBUSTÍVEL: ASPECTOS ECONÔMICOS E AMBIENTAIS 60 Simone Simões Amaral ESTUDO DA PROPAGAÇÃO DO FOGO E DAS EMISSÕES GASOSAS EM INCÊNDIOS FLORESTAIS 62 Tatiane Tobias da Cruz AVALIAÇÃO DO CICLO DE VIDA DE TERMELÉTRICAS COM CAPTURA E ARMAZENAMENTO DE CO2: UMA REVISÃO 64 Thais Santos Castro VIABILIDADE DO VEICULO ELÉTRICO: ENERGIA ELÉTRICA X ENERGIA FOTOVOLTAICA 66 Walquiria Marins da Silva ANÁLISE HIDROSSEDIMENTOLÓGICA E GEOESPACIAL NA AVALIAÇÃO DE IMPACTOS NO SISTEMA ENERGÉTICO DA REGIÃO DO MATOPIBA 68

MATERIAIS

Ana Paula Almeida Ferraz

A CORRELAÇÃO ENTRE A VISCOSIDADE E AS PROPRIEDADES

MECÂNICAS DE POLPAS PROVENIENTES DA POLPAÇÃO KRAFT 71

Ana Paula Santos da Silva

PROPRIEDADES FÍSICAS DE PAINEL MDF DE EUCALIPTO E PRODUÇÃO

DE NANOPARTÍCULAS DE ÓXIDO DE ZINCO 73

Bruno Santos Ferreira

QUALIDADE DE COLAGEM DE COMPENSADOS DE MADEIRA PRODUZIDOS

COM LÂMINAS TRATADAS TERMICAMENTE 75

Camila Cristina Silva do Prado

ANÁLISE DA ZONA DE ESTIRAMENTO EM ENSAIOS DE IMPACTO DO AÇO

4340 SUBMETIDO A CICLOS DE TRANSFORMAÇÕES MARTENSÍTICAS 77

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Celso Bortolini Júnior

EVOLUÇÃO DA MICROESTRUTURA DURANTE A RECRISTALIZAÇÃO APÓS

TRABALHO A FRIO DA LIGA Ti30Ta 79

Cleverson Pinheiro

ESTUDO DA LIGA INCONEL 718 EM DIFERENTES CONDIÇÕES

DE USINAGEM 81

Daniel C. Silveira

ESTUDO COMPARATIVO DA DEGRADAÇÃO TÉRMICA DE

PRÉ-IMPREGNADO DE FV/EPÓXI EM ATMOSFERAS OXIDATIVA (AR) E N2 83

Daniel Magalhães de Oliveira

EFEITO DO TRATAMENTO SUPERFICIAL A PLASMA NA PERMEABILIDADE

DE MANTAS DE FIBRA DE COCO PROCESSADAS POR RTM 85

Diego Glauco Azarias dos Reis

TRANSFORMADORES DE PULSO EM CASCATA PARA DISPOSITIVOS

DE PLASMA ATMOSFÉRICOS 87

Dielly Cavalcanti da Silva

COMPÓSITO HÍBRIDO VIA RTM: DMA 89

Felipe Oliveira Lima

CARACTERIZAÇÃO FÍSICO-MECÂNICA DE PAINÉIS MDP PRODUZIDOS

COM MADEIRA DE EUCALIPTO 91

Felipe Vicente de Paula Kodaira

INCORPORAÇÃO DE CHLOROHEXIDINA EM FILMES FINOS

POLIMÉRICOS DEPOSITADOS A PLASMA A PARTIR DO

MONÔMERO 2-METIL-2-OXAZOLYNE 93

Fernando Alves Guimaraes

PROCESSAMENTO DE UM COMPÓSITO HÍBRIDO DE FIBRA DE CARBONO

CONTÍNUA E DESCONTÍNUA COM MATRIZ DE PPS 95

Francisco Maciel Monticeli

DRAPABILIDADE DE REFORÇOS FIBROSOS:

ENERGIA INTRA FIBRA E INTERPLANAR 97

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Isabela Atilio

CARACTERIZAÇÃO DE UM TUBO DE AÇO API 5L X70

SOLDADO POR HF/ERW 99

João Pedro Aquiles Carobolante

MODIFICAÇÃO DA SUPERFÍCIE DA LIGA EXPERIMENTAL Ti10Mo8Nb

A PARTIR DO CRESCIMENTO DE NANOTUBOS DE TiO2 101

Jonas Frank Reis

ANÁLISE DA INFLUÊNCIA DO CONDICIONAMENTO HIGROTÉRMICO

EM JUNTAS SOLDADAS DE PEI/FIBRA DE CARBONO 103

Kerolene Barboza da Silva

AVALIAÇÃO DO COMPORTAMENTO MECÂNICO DA LIGA TI30TA

SUBMETIDA A TRATAMENTO ALCALINO E TÉRMICO VISANDO

APLICAÇÕES BIOMÉDICAS 105

Larissa Ribas de Lima

USINABILIDADE DO AÇO SAE 4340 ENDURECIDO NO PROCESSO DE

FRESAMENTO A SECO 107

Leandro Silva Rosa Rocha

SENSOR DE GÁS PARA CO(G): RESPOSTA ÓPTICA E ELÉTRICA 109

Luis Felipe de Paula Santos

OBTENÇÃO E CARACTERIZAÇÃO DE COMPÓSITOS NANOESTRUTURADOS

DE PEI REFORÇADOS COM NANOTUBOS DE CARBONO 111

Luiza dos Santos Conejo

CARACTERIZAÇÃO DO COMPÓSITO AERONÁUTICO DE RESINA

FURFURÍLICA, FIBRA DE CARBONO E CNT 113

Marcel Yuzo Kondo

ESTUDO DA RETIFICAÇÃO DO AÇO ABNT 4340 COM GEOMETRIA

INTERROMPIDA ATRAVÉS DO MÉTODO DE TAGUCHI 115

Marcelo Amorim

TRATAMENTOS A LASER EM AÇOS AVANÇADOS 117

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Maurício de Oliveira Filho

ANÁLISE DO DIÂMETRO DE POROS DE ESPUMAS DE ALUMÍNIO

VIA SOFTWARE DE IMAGEM 119

Nadia Barros Gomes

AVALIAÇÃO PRELIMINAR DE VIGAS DE MLC A PARTIR DO USO DO

EQUIPAMENTO SONELASTIC 121

Pedro William Paiva Moreira Júnior

ESTUDO DE PLASMAS DE OXAZOLINA A PARTIR DA TÉCNICA

DE MEDIDAS ELETROSTÁTICAS POR SONDA DE LANGMUIR –

DEPOSIÇÃO POLIMÉRICA 123

Rayana Santos

PROPRIEDADES ELETROCATALÍTICAS DE NANOPARTÍCULAS

DE PALÁDIO ANCORADAS EM CARBONO 125

Reginaldo Konatu

AVALIAÇÃO DOS PARÂMETROS DE OXIDAÇÃO ANÓDICA DA

LIGA Ti15Zr PARA APLICAÇÕES BIOMEDICAS 127

Renann Pereira Gama

EFFECTS OF CUTTING FLUID APPLICATION IN THE PERFORMANCE

OF THE INCONEL 718 TURNING 129

Samique Kyene de C.A. Camargo

VARIÁVEIS QUE INFLUENCIAM A ESTABILIDADE DA ALVURA

DE POLPAS BRANQUEADAS EM SEQUÊNCIAS ECF 131

Sandro Luz da Silva

ANÁLISE DE JUNTAS SOLDADAS DE AÇOS DISSIMILARES AISI 304

E SAE 1020 PELO PROCESSO GTAW 133

Sarah David Müzel

ESTUDO DO ACABAMENTO SUPERFÍCIAL DE COMPÓSITOS POLIMÉRICOS,

ATRAVÉS DO PROCESSO DE FRESAMENTO 135

Taiana She Mir Mui

ESTUDO DO TRATAMENTO A PLASMA EM SEMENTES DE LENTILHA 137

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Taise Azevedo Sousa

Aplicação de Ferramenta de Corte de Cerâmica na Usinagem de

Ferro Fundido Vermicular 139

GESTÃO E OTIMIZAÇÃO

André Ricardo Soares Amarante

METODOLOGIA PARA CARACTERIZAÇÃO DA HOMOGENEIDADE DE

MATERIAIS POR ANÁLISE MULTIFASE DO HISTOGRAMA, A PARTIR DA

VARIABILIDADE DOS DADOS 142

Eduardo Henrique Bredda

TESTE DA EFICIÊNCIA DA FLOCULAÇAO DAS MICROALGAS

NANNOCHLOROPSIS GADITANA E DUNALIELLA SALINA USANDO FeCl3 144

Indira Arias Rodriguez

A RELAÇÃO ENTRE CLIMA ORGANIZACIONAL E GESTÃO DO

CONHECIMENTO: UMA VISÃO HOLÍSTICA DA TEORIA E DA PRÁTICA 146

Luis César Ferreira Motta Barbosa

MODELO PARA ALINHAMENTO DE SISTEMAS DE GESTÃO INTEGRADA

COM A ESTRATÉGIA EMPRESARIAL EM EMPRESAS INDUSTRIAIS 148

Maria Augusta Mathias

MODELO PARA PLANEJAMENTO, IMPLANTAÇÃO, AVALIAÇÃO E MELHORIA

DA CAPACITAÇÃO DE EQUIPES DE PRESTAÇÃO DE SERVIÇOS COM

CONTATO DIRETO COM O CLIENTE 150

Paula Marcela G. A. de Freitas

GERENCIAMENTO DA CADEIA DE SUPRIMENTOS VERDE (GSCM):

UM ESTUDO ENTRE EMPRESAS DA BM&FBOVESPA E DOW JONES 152

Rubia Fernanda T de Oliveira

MODELO DE ATENDIMENTO À PACIENTES NA ASSISTÊNCIA MÉDICA

ESPECIALIZADA (AME) COM BASE NA MANUFATURA ENXUTA 154

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Projetos

Gustavo Pompeo de Camargo Leme

EFETIVIDADE DE PALMILHAS INSTRUMENTADAS NO RETREINAMENTO

DE CORRIDA PARA MUDANÇA DE PADRÃO DE CONTATO INICIAL 157

Marcelo Guimarães Silva

ANÁLISE BIOMECÂNICA DA ORGANIZAÇÃO POSTURAL E MOTORA NO

LANÇAMENTO DE PRECISÃO DO FUTEBOL

EM CONDIÇÃO DE DUPLA-TAREFA 159

Vania Cristina dos Reis Miranda

CONSTRUÇÃO DE UMA PLATAFORMA DE FORÇA COM MOLAS

PARA AVALIAÇÃO POSTURAL 161

FÍSICA

Paulo Michel L. T. Silva

COSMOLOGIA DE BRANAS E TEORIAS MODIFICADAS DA GRAVITAÇÃO

EM DIMENSÕES ARBITRÁRIAS 164

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ANAIS JORNADA CIENTÍFICA DA PÓS-GRADUAÇÃO DA FEG-UNESP 2016 Guaratinguetá, 26 a 30 de Setembro

Energia 16

EFEITOS DA EXPOSIÇÃO A POLUENTES DO AR SOBRE

AS INTERNAÇÕES POR DOENÇAS RESPIRATÓRIAS EM CRIANÇAS DE CUIABÁ,

MT. Adrian Blanco Machín1*. Luiz Fernando

Costa Nascimento1. 1 Departamento de Energia. Faculdade de

Engenharia de Guaratinguetá – Universidade Estadual Paulista”Júlio de

Mesquita Filho” *autor correspondente ([email protected])

Resumo

O presente estudo diz respeito aos efeitos na saúde humana, em especial no aparelho respiratórios, decorrentes à exposição a poluentes do ar em crianças residentes na cidade de Cuiabá, MT. Foi desenvolvido um estudo ecológico de séries temporais com dados obtidos do Departamento de Informática do Sistema Único de Saúde (Datasus), referentes às internações por algumas doenças respiratórias em crianças de até 10 anos de idade, residentes de Cuiabá, MT, em 2012. Os valores de material particulado fino (PM2,5), foram disponibilizados pelo Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais. Dados de temperatura mínima e umidade relativa do ar fornecidas pelo Instituto Nacional de Meteorologia (INMET), e número de focos de queimadas obtidos do Sistema de Informações Ambientais (SISAM),. A abordagem estatística utilizou o modelo aditivo generalizado da regressão de Poisson com defasagens de 0 a 7 dias (Lag7). Os coeficientes obtidos foram transformados em risco relativo de internação, com os respectivos intervalos de confiança de 95%. Adotando um nível de significância de alfa = 5%. Foram encontradas associações entre exposição e internações no segundo semestre, nos Lags 2 e 3, e quando analisado o ano todo, no Lag 2; um aumento de 5 µg/m3 na concentração do PM2,5 implicou num aumento de 89 internações, sendo que se considerarmos o segundo semestre, seria um aumento de 73 internações; e dos custos acima dos R$ 95 mil para o Sistema de Saúde Pública.

Palavras-chave: poluentes do ar; material

particulado; doenças respiratórias; saúde da criança.

1. Introdução

Doenças respiratórias, consideradas aquelas com diagnósticos pertencentes ao capítulo X da Classificação Internacional de Doenças, 10a revisão (CID-10), foram responsáveis por quase 565 internações de crianças de até 10 anos em Cuiabá, MT, no ano 2012; gerando despesas ao SUS acima dos R$ 640 mil.[1]

Estudos recentes têm avaliado os efeitos adversos de poluentes do ar sobre a saúde da população, demonstrando que os níveis de poluição do ar, geralmente representados pelas taxas de PM10, PM2,5, NO2, SO2 e O3 estão associados com o aumento a curto prazo de atendimentos em emergências decorrentes de problemas respiratórios.[2]

Estes poluentes costumam ser quantificados por estações medidoras de agências ambientais estaduais. No entanto, no caso de Cuiabá, MT, não têm agências ambientais; pelo que foi utilizado o modelo Coupled Chemistry Aerosol and Tracer Transport model to the Brazilian developments on the Regional Atmospheric Modelling System (CCATT- BRAMS). Utilizado operacionalmente pelo Centro de Previsão de Tempo e Estudos Climáticos do Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (CPTEC/INPE) em uma base operacional [3]

2. Materiais e Métodos

O estudo foi feito em Cuiabá, capital do estado de Mato Grosso, tem população de cerca de 600 mil habitantes.[4] Situa-se nas coordenadas 15° 36' S e 56°06' O. O período chuvoso se concentra de outubro a abril, e no resto do ano, o clima é muito seco e as frentes frias inibem as formações de chuvas, o que faz com que ocorram constantes queimadas. Segundo o (INMET), as temperaturas médias no inverno podem cair abaixo dos 10 °C , o que aumenta a ocorrência de doenças respiratórias. Apresenta um IGH de 2010 de 0,785 e conta com 17 hospitais privados e 11 hospitais que atendem ao SUS que disponibilizam cerca de 1400 leitos para internação.

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Energia 17

Foi desenvolvido um estudo ecológico de séries temporais com dados obtidos do (Datasus), referentes às internações pelas doenças respiratórias traqueíte e laringite, pneumonias, bronquite e bronquiolite e asma que correspondem aos códigos J04.0 - J04.9, J12.0 - J18.9, J20.0 - J21.9 e J45.0 - J45.9 da CID-10, em crianças de até 10 anos de idade, residentes de Cuiabá, MT, em 2012. O número de internações foi considerado como variável dependente e os níveis médios diários de material particulado fino (PM2,5), quantificados pelo modelo CCATT-BRAMS, foram analisados como variável independente. Dados de temperatura mínima e umidade relativa do ar, número de focos de queimadas, tendência temporal e sazonalidade foram introduzidas nos modelos como variáveis de controle. A abordagem estatística utilizou o modelo aditivo generalizado da regressão de Poisson com defasagens (lags) de 0 a 7 dias. A análise considerou dois semestres – tempo seco e chuvoso. Os coeficientes fornecidos pela regressão de Poisson foram convertidos em riscos relativos (RR); para estimar um excesso de internação devido à exposição ao PM2,5, foram considerados aumentos de 5 μg/m3 na exposição a este poluente e calculada a razão atribuível proporcional (RAP) segundo a expressão:

RAP = 1 - 1/RR (1)

Com este valor, foi estimada a fração atribuível populacional (FAP) que permitiu estimar o número de internações associado a este aumento, segundo a expressão:

FAP = RAP . N (2)

Onde N é o número de internações de crianças com doenças respiratórias no período estudado, e o conseqüente custo para o Sistema de Saúde. Todas as análises foram realizadas por meio do programa estatístico Statistica v.7.

3. Resultados

Resultados: Foram 565 internações com média diária de 1,54 (dp=1,52) e concentração de PM2,5 de 15,7 µg/m3. A exposição ao material particulado fino esteve associada, significativamente às internações no segundo semestre (lag 2 e lag 3) e quando analisado o

ano todo, no lag 2. Estes coeficientes transformados em riscos relativos com os respectivos intervalos de confiança de 95% foram RR = 1,064 (1,028 – 1,101), RR = 1,038 (1,003 – 1,075) e RR = 1,035 (1,006 – 1,065) para os lags 2 e 3 do segundo semestre e para o lag 2 do ano todo, respectivamente.

Considerando a análise do ano todo, uma diminuição de 5 μg/m3 nas concentrações do material particulado fino implicaria em uma diminuição de 89 internações sendo que se considerarmos o segundo semestre, seria uma redução de 73 internações; estas reduções poderiam diminuir as despesas com o SUS, considerando um custo médio da ordem de R$ 1065,00, em até R$ 95000,00.

4. Conclusões

Conclusões: Com os resultados obtidos, demonstrou-se associação da exposição a poluentes do ar e internações por doenças respiratórias em crianças residentes em Cuiabá, MT; pelo que poderão-se tomar medidas para minimizar os níveis de poluentes e seus efeitos.

Referências Bibliográficas

[1] Brasil. Ministério de Saúde- Datasus[homepage on the Internet]. Departamento de Informática do Sistema Único de Saúde[cited 2015 Nov 3]. Available from: http://tabnet.datasus.gov.br/cgi/ tabcgi.exe?sih/cnv/nrmt.def

[2] Nascimento LFC, Pereira LAA, Braga ALF, Modolo MCC, Carvalho Jr. JA. Effects of air pollution on children's health in a city in Southeastern Brazil. RevSaude Publica 2006; 40:77-82.

[3] Freitas SR, Longo KM, Chatfield RP, Dias PP, Artaxo P, Andreae MO et al. The Coupled Aerosol and Tracer Transport model to the Brazilian developments on the Regional Atmospheric Modeling System (CATT- BRAMS). Part 1: Model description and evaluation. Atmos. Chem. Phys. Discuss., 7, 8525-69, 2007.

[4] Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística (IBGE) [homepage on the Internet]. Cidades [cited 2015 Nov 3]. Available from: http://cidades.ibge.gov.br/xtras/perfil.php?codmun=510340.

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ESTUDO EXPERIMENTAL DA COMBUSTÃO DO ÓLEO PIROLÍTICO DE PNEUS

Alexander R. Gamboa1*

, João A. Carvalho Jr.1 e Ana M. Rocha2

1 São Paulo, Guaratinguetá, Brasil, 2 São Paulo, Cachoeira Paulista, Brasil

* autor correspondente ([email protected])

1. Introdução Muitas pesquisas têm sido feitas na utilização do óleo pirolítico como combustível, ou misturas deste com outros combustíveis, por possuir propriedades parecidas com o diesel. Os principais estudos se referem à sua utilização como combustível em fornos [1], caldeiras [2] e motores de ignição por compressão [3].

2. Materiais e Métodos A composição elementar do OPP, Tab. 1, bem como as suas propriedades, foi obtida no trabalho de Coronado [4] e no Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE). Elemento % massa Método

C 87,10 CHNS/O Analyzer

H 9,65 CHNS/O Analyzer

N 0,60 CHNS/O Analyzer

S 0,89 CHNS/O Analyzer

O 1,76 Por diferença

Tab.1 Composição do óleo pirolítico de pneus

O poder calorifico superior e a viscosidade cinemática do OPP em estudo foram calculados utilizando o método ABNT NBR 10441 e ASTM D5468, cujos valores foram de 42,04 MJ/kg e 3,88 cSt, respectivamente. O estudo experimental da combustão do óleo pirolítico foi realizado em uma bancada adaptada, utilizada em diferentes trabalhos de

pesquisa [5], conforme figura 1.

Fig. 1 Bancada experimental

Para medir os gases da combustão do OPP foram empregados os analisadores de gases SIDOR e Rosemount, os quais permitiram determinar as concentrações de CO, CO2, O2 e NOx. A equação empregada para expressar as medidas das concentrações em uma base padrão é expressa na equação (1).

real BS,

real BS,2

corr BS,2

corr BS, AO0,21

O0,21A

(1)

Sendo:

corr BS,A : Concentração corrigida em base seca do poluente A

real BS,A : Concentração real em base seca do poluente A

corr BS,2O : Concentração corrigida em base

seca do oxigênio (O2)

real BS,2O : Concentração real em base

seca do oxigênio (O2)

3. Resultados Os resultados apresentados foram obtidos a partir de um processo de queima convencional usando um queimador com “swirler” axial. Os testes foram conduzidos com uma vazão de OPP de 1,39 kg/h e com vazões de ar de combustão de 27, 29, 33 e 37 kg/h, correspondentes a valores de coeficientes de

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excesso de ar de 1,46, 1,57, 1,78, e 2,00, respectivamente. Para vazões de ar menores que 22 kg/h, ou seja, para um coeficiente de excesso de ar menor que 1,19, a chama obtida era muito instável, tendo sido adotado o valor de 27 kg/h para evitar possíveis interrupções nos testes originadas pela extinção da chama. As medidas obtidas das frações molares de CO, CO2 são apresentadas em função do coeficiente de excesso de ar para ângulos das pás do swirler de 70º, 50º e 30º, conforme Fig. 2 e 3.

Fig. 2 Emissão de CO corrigido para 15% de O2

Fig. 3 Emissão de CO2 não corrigida

Problemas decorrentes da queima do OPP, Fig. 4.

Fig. 4 Depósitos de fuligem

4. Conclusões O óleo pirolítico de pneus como combustível alternativo tem boas possibilidades de sucesso, do ponto de vista energético, por possuir um alto poder calorifico superior. As altas medidas da concentração de CO são provavelmente devido à complexa composição do óleo pirolítico de pneus. Além dos inconvenientes ocorridos devido aos depósitos de fuligem e resíduos sobre as superfícies dos equipamentos, o uso de óleo pirolítico de pneus torna-se tecnicamente viável, não tendo sido necessário fazer modificações no sistema de queima, o qual opera com combustíveis convencionais como óleo diesel ou etanol.

Agradecimentos À CAPES pelo apoio financeiro para a realização desta pesquisa.

Referências Bibliográficas [1] P. Williams, R. Bottrill, M. Cunlife “Combustion

of tyre Pyrolysis oil”. Process Safety and Environmental Protection, Vol. 76, No 4, pp 291-301, 1998.

[2] G. Contreras “Study of a residential boiler under start-transient conditions using a tyre pyrolysis liquid (TPL)/diesel fuel blend”. Fuel, Vol. 158, pp 744-752, 2016.

[3] S. Frigo et al. “Liquid fuel production from waste tyre pyrolysis and its utilization in a diesel engine”. Fuel Vol. 116, pp 399-408, 2014.

[4] C. Coronado. “Projeto CNPq proc. Número 442050/2014-3, 2015-2917”.

[5] A. Rocha. “Estudo experimental em chamas difusivas pulsadas a gás Natural”. Dissertação de mestrado, 118f, 2002.

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Aspectos Termodinâmicos, Econômicos e Ecológicos de

um Sistema de Cogeração com Motor de Combustão Interna operando com Gás

Natural Beatriz Helene Xavier1*, José Luz Silveira 2

e Celso Eduardo Tuna3 1,2,3 Instituto de Pesquisas em Bioenergia -

IPBEN, Laboratório de Otimização de Sistemas Energéticos – LOSE, UNESP –

Faculdade de Engenharia de Guaratinguetá - SP, Brasil

* autor correspondente ([email protected])

Frente à preocupação com o meio ambiente e a busca por um melhor aproveitamento energético da queima de combustíveis, este trabalho apresenta um estudo considerando aspectos técnicos e econômicos de um sistema de cogeração composto de Motor de Combustão Interna (MCI), Sistema de Refrigeração por Absorção (SRA) e Trocador de Calor, queimando gás natural. Os resultados são apresentados comprovando a viabilidade do sistema com melhora na eficiência global e baixo período de retorno dos investimentos.

Palavras-chave: Cogeração; Viabilidade técnica e

econômica; gás natural.

1. Introdução Estuda-se, considerando aspectos técnico e

econômico, um sistema de cogeração para produção de eletricidade, água gelada e água quente, conforme ciclo ilustrado na Fig. 1.

Fig. 1 - Sistema de cogeração proposto

2. Materiais e Métodos A análise técnica do sistema é baseada na

Primeira Lei da Termodinâmica. O motor Caterpillar G3406 possui eficiência elétrica (ƞel) de 33,50% e potência elétrica (Ep) de 217kW. Para produção de água gelada nos SRA, a relação entre o calor recuperado dos gases de exaustão do motor (Ege) e a potência frigorífico do mesmo (Eref) é dada pelo COP (1,20). Quanto ao trocador de calor (TC), a relação entre o calor recuperado na jaqueta do motor

(Ejaq) e a produção de água quente ( aqE ) a

80ºC é dada pela eficiência (ƞTC), que pode ser considerada de 80% [1].

A eficiência global desta planta é dada pela Eq. (1).

Ecomb

EEE refaqP

G

(1)

Na análise econômica, a metodologia desenvolvida por [2],[1] e [3], aplicada por diferentes autores ([4], [5] e [6]), é adaptada para o sistema deste estudo. Os custos específicos de produção de eletricidade, água quente e água gelada são calculados segundo os autores considerando parcela referente ao investimento nos equipamentos, ao custo de combustível e ao custo de manutenção do equipamento.

Os custos de investimento e manutenção nos equipamentos foram determinados em função de sua capacidade e baseado em autores com trabalhos publicados em revistas internacionais: [4], [7] e [1]. A soma do ganho anual na produção de eletricidade, água quente e água gelada, representa a receita anual esperada.

3. Resultados Segundo a metodologia apresentada, os

resultados obtidos por [8] podem ser verificados neste tópico. O custo do gás natural é considerado de 0,0588 US$/kWh, o preço da eletricidade da rede de 0,154 US$/kWh e o custo de produção em sistemas convencionais de água quente e água gelada são de 0,1134 US$/kWh e 0,131 US$/kWh, respectivamente [8].

A Fig. 2 ilustra a distribuição energética do sistema de cogeração proposto neste estudo. Observa-se que 67% da energia fornecida pelo combustível está sendo aproveitada na produção de energia útil.

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Energia 21

Fig. 2 - Distribuição energética do sistema

As variáveis do sistema podem ser verificadas na Tab. 1.

Tab. 1 - Variáveis do sistema avaliado

Símbolo Unidade Valor

Ep [kW] 217 Eref [kW] 135 Eaq [kW] 83 ȠG [%] 67

combm.

[kg/s] 0,014

gm.

[kg/s] 0,323

Iplanta [US$] 367.622,00 T5 [ºC] 472 cel [US$/kWh] 0,022 caq [US$/kWh] 0,052 cag [US$/kWh] 0,045

Considerando a análise econômica, a Fig. 3

ilustra o período de retorno de investimentos.

Fig. 3 - Receita anual esperada x Período de retorno de investimentos

Observa-se na Fig. 3 que o sistema de cogeração apresenta-se economicamente viável. O período de retorno de investimentos (aproximadamente 3 anos) é atrativo considerando que a vida útil de um sistema como esse é de aproximadamente 20 anos [1].

4. Conclusões O sistema de cogeração proposto

demonstrou-se viável em todos os aspectos estudados. O sistema pode ser considerado menos prejudicial ao meio ambiente uma vez que aproveita melhor o combustível, a

instalação de sistemas de cogeração pode prover ganhos financeiros e técnicos uma vez que possui baixo período de retorno de investimentos na planta (3 anos) e eficiência térmica do sistema incrementada para 67%.

Agradecimentos

Referências Bibliográficas [1] J. L. Silveira, W. Q. Lamas, C. E. Tuna, I. A. C.

Villela e L. S. Miro. “Ecological efficiency and thermoeconomic analysis of a cogeneration system at a hospital.” Renewable and Sustainable Energy Reviews, v. 16 p. 2894-2906, 2012.

[2] J. L. Silveira, A. C. S. Walter, C. A. Luengo. “A case study of compact cogeneration using various fuels”. Elsevier, v.76 p.447-451, 1997.

[3] C. E. Tuna. “Um Método de Análise

Exergoeconômica Para Otimização de Sistemas Energéticos”. Tese de Doutorado. Faculdade de Engenharia de Guaratinguetá, Universidade Estadual Paulista, 1999.

[4] F. Brizi, J. L. Silveira, U. Desideri, J. A. Reis, C. E. Tuna e W. Q. Lamas. “Energetic and economic analysis of a Brazilian compact cogeneration system: Comparison between natural gas and biogas.” Renewable and Sustainable Energy Reviews, v.38 p.193-211, 2014.

[5] )R. A. M. Boloy, J. L. Silveira, C. E. Tuna, C. R. Coronado e J. S. Antunes. “Ecological impacts from syngas burning in internal combustion engine: Technical and economic aspects.” Renewable and Sustainable Energy Reviews, v.15 p.5194-5201, 2011.

[6] C. R. Coronado, J. T. Yoshioka, J. L. Silveira. “Electricity, hot water and cold water production from biomass. Energetic and economic analysis of compact system of cogeneration run with woodgas from a small gasifier.” Renewable and Sustainable Energy Reviews, v.36 p. 1861-1868, 2011.

[7] M. A. Ehyai, P. Ahmadi, F. Atabi, M. R. Heibati e M. Khorshidvand. “Feasibility study of applying internal combustion engines in residential buildings by exergy, economic and environmental analysis”. Energy and buildings, v. 55 p. 405-413, 2012.

[8] B. H. Xavier. “Aspectos técnicos, econômicos e ecológicos de sistemas de cogeração operando com gás natural, biogás e gás de síntese”. Dissertação de Mestrado. Faculdade de Engenharia de Guaratinguetá, Universidade Estadual Paulista, 2016.

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Energia 22

ANÁLISE TERMOECONÔMICA DE UMA TERMOELÉTRICA COM ABSORÇÃO QUÍMICA

DE CO2 Caio Felipe de Paula Santos1*, Celso Eduardo Tuna1 e José Luz Silveira1

1Departamento de Energia, Guaratinguetá, Brasil

*autor correspondente ([email protected])

Resumo

A geração de energia elétrica em usinas termoelétricas de ciclo combinado tem se mostrado muito importante para o Brasil apesar de operar com custo maior do que a geração através de hidroelétricas. Neste trabalho foi realizada uma análise termoeconômica de uma usina termoelétrica de ciclo combinado de 500MW de potência. Neste trabalho foram consideradas duas configurações para esta planta: uma configuração padrão e uma considerando a implementação de um processo otimizado de captura e armazenamento de carbono (CAC) que tem capacidade de absorção de 90% do CO2 emitido pós-combustão. O principal objetivo desta análise é visualizar as alterações nos custos de produção da energia elétrica gerada.

Palavras-chave: Termoelétrica. Ciclo Combinado. Termoeconomia. Captura e Armazenamento de Carbono.

1. Introdução

Alternativas energéticas que substituam ou complementem as fontes não renováveis de energia primária no mercado de geração têm sido alvo de pesquisas para solucionar o déficit energético mundial e o superávit de emissões de gases de efeito estufa. Porém os altos custos de implantação e baixos valores de eficiência energética têm motivado os pesquisadores a reavaliarem essas alternativas a fim de atenuar ou eliminar esses problemas.

O uso de termoelétricas a gás natural operando em ciclo combinado é um dos caminhos para um uso eficiente de recursos limitados como os combustíveis fósseis. Nestas plantas, os combustíveis são utilizados para geração de energia elétrica em uma combinação dos ciclos Brayton e Rankine

trabalhando em regime de cogeração, obtendo assim uma maior eficiência termodinâmica do que ciclos convencionais.

Porém, a utilização de termoelétricas traz o problema da grande emissão de CO2 advinda da queima do gás natural. O dióxido de carbono é considerado um dos principais contribuintes para o efeito estufa e é emitido em diversas atividades antropogênicas, dentre elas a geração de energia, justificando assim estudos de técnicas e métodos para contenção desses poluentes.

A captura de CO2 em usinas geradoras de energia é baseada na separação do carbono do combustível ou dos gases de escape. O método utilizado neste trabalho é um método de pós-combustão, pois absorve o CO2 após a queima do combustível. Este método se chama absorção química. A captura de CO2 com tecnologias de pós-combustão em uma usina a gás natural têm uma taxa de seletividade alta o que faz não ser necessário parcelas relativamente altas de dióxido de carbono dentro das emissões totais da planta.

2. Materiais e Métodos

A termoelétrica [1] [2] em ciclo combinado de marca General Electric a gás natural tem uma configuração que utiliza duas turbinas a gás GE 7F.04 e uma a vapor D650 com três entradas de pressão. A planta foi concebida para operar em condições naturais de temperatura e pressão, ou seja, 25°C e 1 atm.

O projeto básico desta planta foi disponibilizado pela empresa AES Tietê, que também escolheu como combustível o gás natural da Bacia do Campo de Mexilhão, sem H2S.

Ao se instalar um sistema de CAC [3] necessita-se de uma demanda de vapor a 302,6 ºC e 0,428 MPa extraída da Turbina a Vapor para regeneração do solvente e uma demanda elétrica para a compressão de CO2 e auxiliares.

Para cálculo do custo da energia elétrica produzida utilizou-se o Método do Custo Exergético Unitário [4] [5] baseado em análise de Segunda Lei da Termodinâmica [2], considerando um sistema que opera em regime permanente. Cada tipo de fluido que percorre o sistema gerando ou consumindo energia tem um custo em base energética e exergética, e

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são relacionados entre si para determinação dos valores para o custo de energia nas duas bases. A metodologia termoeconômica para determinação do custo de produção de energia elétrica, tanto para a Turbina a Gás quando para Turbina a Vapor, podem ser encontradas em [2], sem e com sistema de CAC. Os custos totais específicos na base exergética da geração de energia elétrica para os dois casos considerados neste trabalho podem ser determinados pelas Eq. (1) e (2).

(1)

(2)

Onde: : Energia elétrica consumida pelo sistema

de CAC [kW] : Custo total de produção de energia elétrica

[US$/kWh]

: Custo total de produção de energia

elétrica com sistema de CAC [US$/kWh] : Custo de produção de energia elétrica

pela Turbina a Gás [US$/kWh] : Custo de produção de energia elétrica

pela Turbina a Vapor [US$/kWh] : Energia elétrica produzida pela Turbina a

Gás [kW] : Energia elétrica produzida pela Turbina a

Vapor [kW]

3. Resultados

Considerando-se fixos os parâmetros preço de venda de energia elétrica 0,013US$/kWh, preço de venda do crédito de carbono de 9,21 US$/t e uma taxa de juros anual de 8%, pode-se comparar graficamente o custo de produção de energia elétrica e o tempo de retorno financeiro da termoelétrica com e sem o sistema CAC, como mostrado na Fig. 1.

Fig. 1 – Comparação entre o custo de produção de energia elétrica da termoelétrica sem CAC e com CAC [US$/kWh] (fonte: elaboração própria).

4. Conclusões Pela análise termoeconômica, conclui-se ainda que o uso de processo CAC, mesmo sendo muito eficiente sobre o ponto de vista ambiental, enfrentará barreiras para ser implantado comercialmente no Brasil devido a dois motivos: primeiro, pelo aumento no consumo interno de energia da planta, e o segundo pela falta de taxação para a tonelada de carbono equivalente emitida por plantas geradoras de energia. O que influenciaria na receita anual da planta, visto que se for seguido o padrão de um país sul americano como o Chile, deveria haver uma taxação de um mínimo de US$ 5 por tonelada de carbono equivalente emitido.

Referências Bibliográficas

[1] SANTOS, C. F. P.; PAULINO, R. F. S.; TUNA, C. E.; SILVEIRA, J. L.; ARAUJO, F. H. M. Thermodynamics Analysis And Ecological Efficiency Of A Combined Cycle Power Plant. Engenharia Térmica, v. 13, p. 03-08, 2014.

[2] SANTOS, C. F. P. Análise termoeconômica e eficiência ecológica de uma termoelétrica com absorção química de CO2. Dissertação – Faculdade de Engenharia de Guaratinguetá. 87f, 2016;

[3] AMROLLAHI, Z., YSTAD, P. A. M., ERTESVÅG, I. S., BOLLAND, O. Optimized process configurations of post-combustion CO2 capture for natural-gas-fired power plant – Power plant efficiency analysis, International Journal of Greenhouse Gas Control, v. 8, p. 1 – 11, 2012;

[4] SILVEIRA, J. L.; TUNA, C. E. Thermoeconomic Analysis Method for Optimization of Combined Heat and Power Systems – Part I. Progress in Energy and Combustion Science, v. 29, p. 479 – 485, 2003;

[5] SILVEIRA, J. L.; TUNA, C. E. Thermoeconomic Analysis Method for Optimization of Combined Heat and Power Systems – Part II. Progress in Energy and Combustion Science, v. 30, p. 673 – 678, 2004;

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ESTUDO DOS LIMITES DE INFLAMABILIDADE EM

MISTURAS ETANOL-AR-DILUENTE

Edwin Santiago Rios Escalante1*, João Andrade de Carvalho Jr.1 e Eliana V.

Canettieri1 1Departamento de Energia, Guaratinguetá,

Brasil ([email protected])

Resumo

Os limites superior e inferior de inflamabilidade são as concentrações máximas e mínimas de um combustível no ar, respectivamente, na qual a chama pode se propagar, eles são considerados ferramentas chaves na predição do fogo, avaliando a possibilidade de explosão e projeto de sistemas de proteção. Existe interesse em encontrar os limites de inflamabilidade do etanol hidratado misturado com um diluente para pressões reduzidas para o futuro uso desse biocombustível em aplicações aeronáuticas tendo em conta a altitude típica de um avião comercial (<12200 m.). Neste trabalho foi determinada experimentalmente a inflamabilidade do combustível líquido: Etanol hidratado (5,18%Vol. agua) e utilizou-se como gás diluente o nitrogênio. Os resultados foram plotados como função da relação e adição de nitrogênio e esses gráficos seguem a mesma tendência de trabalhos publicados na literatura científica. PALAVRAS CHAVE: Limites de inflamabilidade, diluente, etanol hidratado, critério visual.

1. Introdução

Conhecendo os riscos que envolvem as explosões de misturas de combustíveis gasosos e líquidos com ar, é de grande importância garantir a segurança industrial, doméstica e no setor aeronáutico [2]. As substancias inflamáveis, as quais caracterizam-se por ter uma reação exotérmica em presencia do ar quando são expostas a uma fonte de ignição, são muito importantes até a atualidade. Vários hidrocarbonetos são extremadamente voláteis em relativas condições normais de

operação. Para prevenir explosões desses vapores inflamáveis no lugar de trabalho é preciso ter conhecimento da inflamabilidade [4]. Misturas compostas por gases inflamáveis e não inflamáveis também são formadas em processos industriais. Por exemplo, o processo de inertização, que é um processo onde se adiciona um diluente (chamado também gás inerte) para um combustível para alterar os limites de inflamabilidade e reduzir a concentração de oxigênio abaixo da concentração limite de oxigênio (CLO) com o propósito de diminuir os riscos de explosão. No setor aeronáutico para a prevenção efetiva do fogo e explosões de combustíveis armazenados em tanques de grande volume, o tratamento por inertização, é recomendado pela Federal Aviation Authority (FAA) e a National Transport Safety Board (NTSB) [4]. Em processos industriais o gás inerte é usualmente nitrogênio ou dióxido de carbono, mas em alguns casos o vapor de agua pode ser utilizado [1]. Muitos modelos preditivos para a determinação dos limites de inflamabilidade de misturas gás combustível- gás inerte estão disponíveis e podem ser encontrados na literatura. Não obstante todos esses modelos foram avaliados com resultados obtidos experimentalmente o que faz da experimentação um método importante para determinar corretamente esses limites [5].

2. Materiais e Métodos

Foi usada uma câmara de aquecimento para a determinação dos limites de inflamabilidade de mistura etanol hidratado-ar-diluente. Essa câmara encontra-se montada atualmente no Laboratório de Maquinas Térmica da UNIFEI

[3].

O aparelho experimental, está baseado na regulação americana ASTM E-681, o qual consiste de um recipiente esférico de 20 litros como câmara de aquecimento, uma fonte de ignição por faísca localizada na parte central da câmara. O líquido foi injetado com uma seringa de precisão de 1ml de volume para logo se evaporar no interior da câmara, o nitrogênio e ar foram injetados usando pressões parciais.

O método para medir a inflamabilidade é baseado na ignição elétrica e observação

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visual da propagação da chama conforme definida pela ASTM E-681. Primeiro os limites superior e inferior de inflamabilidade são

determinados para elevada temperatura (60 )

e pressão ambiente (101,325 kPa) para comparar os resultados com os dados publicados na literatura científica. Depois de comparar esses dados procedeu-se trabalhar com pressões reduzidas (80, 60, 40 e 20 kPa) para essa mesma temperatura, finalmente foram realizados testes para uma temperatura

maior (110 ) para avaliar a influência da

temperatura sobre os limites de inflamabilidade de misturas etanol-ar-diluente.

Fig.1. Câmara de aquecimento

3. Resultados

Apresentam-se os seguintes resultados

Fig.2. Influência da adição de nitrogênio sobre os limites de inflamabilidade a pressão

atmosférica e pressões reduzidas e 60 de

temperatura.

4. Conclusões

O estudo da inflamabilidade de mistura etanol hidratado-ar-nitrogênio, foi desenvolvida experimentalmente. O nitrogênio foi usado em diferentes

percentagens, as tendência das curvas obtidas para cada caso é a mesma reportada em outras pesquisas.

O ponto de interseção dos limites inferior e superior de inflamabilidade conhecido como a mínima concentração de oxigênio é afetada pela redução de pressão.

A diluição de nitrogênio, praticamente não afeta ao limite inferior de inflamabilidade, por outro lado o limite superior de inflamabilidade é afetado.

Agradecimentos

Os autores agradecem à Agência Nacional de Petróleo, Gás Natural e Biocombustíveis (ANP), através do projeto de recursos humanos (PRH-48) pelo apoio à pesquisa.

Referências Bibliográficas

[1] C. C. Chen, T. C. Wang, H. J. Liaw, H. C. Chen, Nitrogen dilution effect on the flammability limits for hydrocarbons, Journal of hazardous materials, v. 166, p. 880-890, 2010.

[2] C.J.R. Coronado, J.A. Carvalho Jr., J.C. Andrade, E.V. Cortez, F. S. Carvalho, J. C. Santos, A. Z. Mendiburu, Flammability limits: a review with emphasis on ethanol for aeronautical applications and description of the experimental procedure, Hazard Materials, v. 241-242, p. 32-54, 2012.

[3] Christian J.R. Coronado, João A. Carvalho Jr., José C. Andrade, Andrés Z. Mendiburu, Ely V. Cortez, Felipe S. Carvalho, Beatriz Conc¸ Alves, Juan C. Quintero, Elkin I. Gutierrez Velásquez, Marcos H. Silva, José C. Santos, Marco. A.R. Nascimento, Flammability limits of hydrated and anhydrous ethanol at reduced pressures in aeronautical applications, Hazard Materials, v. 280, p. 174-184, 2014.

[4] Fuman Zhao. Inert gas dilution effect on flammability limits of hydrocarbon mixture, 2011, 213 f. Dissertation (Doctor of Philosophy) – Chemical Engineering, Texas A&M University, Texas, 2011.

[5] T. Ma, A thermal theory for estimating the flammability limits of a mixture. Fire Safety, v.

46, p. 558 -567, 2011.

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O NEXO ENERGIA, ÁGUA E ALIMENTO E OS

INDICADORES AMBIENTAIS: estudo de caso para o município de Cunha

Moraes-Santos, E.C.1*, Dias, R.A.2 e Balestieri,J.A.P.1

1 Energia, Guaratinguetá, Brasil, *[email protected]

2 Engenharia Elétrica, Guaratinguetá, Brasil 1,2 Univ Estadual Paulista, UNESP

Resumo A dimensão ambiental e de sustentabilidade deve ser incorporada às políticas setoriais urbanas como habitação, abastecimento, saneamento e ordenação dos espaços, utilizando critérios e indicadores sócio ambientais de melhoria da qualidade de vida, os quais devem estar vinculados a processos locais e regionais, desenvolvimento de indicadores que estabeleçam critérios quantitativos para se definir a sustentabilidade de cidades, bem como estabelecer comparações com bases nesses critérios; tais critérios teriam concepção geral e seriam calculados a partir de parâmetros normalmente mensurados por bases de dados governamentais. A consumo de água e de energia global terá um aumento significativo, quando considerada a expansão demográfica, enquanto a mudança climática vai agravar ainda mais tais disponibilidades. Energia, água e produção de alimentos estão estritamente ligadas e são recursos importantes para as economias local, regional e mundial. Para analisar a água na produção de energia, a partir de perspectivas baseadas no consumo, é necessário considerar tanto a água para o abastecimento de energia como a água para produção de energia. O presente estudo tem como objetivo mapear e analisar o nexo energia/água/alimento no município de Cunha, estado de São Paulo, localizado na Bacia Hidrográfica Paraíba do Sul. Será feita a avaliação das inter-relações do consumo de energia, água e a produção de alimentos como socioeconomia do município, tendo em vista a

transição da sustentabilidade e metas dos Objetivos do Milênio (ODM) para os Objetivos do Desenvolvimento Sustentável (ODS). Faz parte do objetivo desse estudo uma investigação nas relações do conceito de pegada hídrica, pegada energética e socioeconomia, incluindo a possibilidade de uma abordagem integrada com gestão dos fluxos de energia entre diferentes subsistemas de uma cidade. O estudo espera propor a integração de subsistemas, com uma gestão otimizada e integrada de vários serviços, visando a sustentabilidade de recursos hídricos e produção de alimentos, na busca de fortalecer o panorama futuro. A metodologia da pesquisa será baseada nos indicadores socioambientais. Palavras-chaves: Energia; água; produção de

alimentos; Objetivos de Desenvolvimento do Milênio.

1. Introdução

Os desafios no gerenciamento de cidades com crescente taxa de urbanização, onde há uma sobrecarga na capacidade de suporte 1 , apontam para a necessidade de reformas no planejamento urbano, assim como no planejamento rural e na produtividade agrícola. Segundo [2], muitos destes desafios estão diretamente relacionados com as áreas da energia, água e alimentos, assim como na produção, distribuição e uso, especialmente nos países em desenvolvimento. Práticas convencionais de planejamento e de gestão têm-se revelado ineficazes na maioria das cidades do mundo. Os contextos ambientais recentes apresentam necessidades urgentes a favor de sistemas de planejamento que possam funcionar como ferramentas que alcancem um modo de vida sustentável.

2. Materiais e Métodos

A pesquisa é baseada nos estudos das inter-relações do nexo energia/água/alimento. Será considerada a socioeconomia do município de Cunha, estado de São Paulo. A seleção do município para essa pesquisa está baseada, principalmente, em dados do IBGE e Fundação SEADE, dados esses que

1 De modo geral pode-se dizer que os conceitos de capacidade

de suporte relacionam-se com a oferta e demanda por recursos e

serviços.

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apresentam informações sobre as áreas de cultivo no município, o aporte socioeconômico e sua expressão na articulação do espaço e posição geográfica. Para a metodologia da pesquisa será utilizado o modelo MuSIASEM, esse modelo permite analisar de forma eficaz a relação entre energia, água e alimento, considera fatores como a dinâmica populacional e o uso da terra, emissões de gases de efeito estufa e a relação com alterações locais e regionais. Tais informações possibilitam a definição de indicadores socioambientais, tendo como base um estudo estatístico de multiescala integrado. Segundo [3] tal modelo é baseado em uma definição integrada e dinâmica referente a diferentes categorias de fluxos. Apresenta-se também como um esquema útil e uma ferramenta de avaliação dos diversos fenômenos, apresentando suas tendências e progressos.

3. Resultados Primários

Quanto à dinâmica populacional, atualmente, o município de Cunha tem uma população urbana aproximadamente equivalente à rural. Dentre outras projeções, foi considerada a da Fundação Seade [4], a partir do censo de 2010 do IBGE. A TABELA 1 mostra a evolução da população (total, urbana e rural) e a Taxa de Urbanização no município de Cunha, nas décadas de 1980, 1990, 2000 e 2010.

População (nº hab.) 1980 1990 2000 2010

Total 20.826 23.168 23.093 21.874

Urbana 6.430 8.725 11.135 12.171

Rural 14.396 14.443 11.958 9.703

Taxa de Urbanização

(%)

30,87

37,66

48,22

55,64

Tab. 1. Evolução da população do município de Cunha nas últimas décadas

Segundo [1], o município de Cunha conta com um total de 23.874 habitantes e uma área total de 1.407,172 km², classificado como o maior município, em km², do estado de São Paulo. A FIGURA 1 apresenta sua localização geográfica.

Fig.1. Localização do município de Cunha

Agradecimentos

Á CAPES pelo apoio financeiro.

Referências Bibliográficas:

[1] BRASIL. Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística. IBGE. Mapa Municipal Estatístico: Acesso à informação. 2015. Disponível

em: <http://cidades.ibge.gov.br/xtras/perfil.php?lang=&codmun=355480>. Acesso em: 05 set. 2015.

[2] BRAZILIAN, M. et al. Considering the energy, water and food nexus: Towards an integrated modeling approach. Elsevier: Energy Policy, Vienna, p.7896-7906, dez. 2011.

[3] GIAMPIETRO, M. Food and Agriculture Organization of The United Nations (fao). An Innovative Accounting Framework for the Food-Energy-Water Nexus: Application of the MuSIASEM approach to three case studies. Roma, 2013. 91 p.

[4] SEADE - FUNDAÇÃO SISTEMA ESTADUAL DE ANÁLISE DE DADOS. Projeção Populacional, 2011.

[5] OECD/FOOD AND AGRICULTURE ORGANIZATION OF THE UNITED NATIONS (Paris). Perspectivas Agrícolas no Brasil: desafios da agricultura brasileira. Paris: Fao,

2015. 54 p. Disponível em: <http://www.oecd-ilibrary.org/agriculture-and-food/oecd-fao-agricultural-outlook-2015_agr_outlook-2015-en>. Acesso em: 16 nov. 2015.

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CARACTERIZAÇÃO DO TRANSPORTE URBANO

SUSTENTÁVEL: ENFOQUE NA MOBILIDADE URBANA

Eriane Fialho de Carvalho1*, Marcela Aparecida G. Machado2 e Maurício César

Delamaro 3 1,2,3 Departamento de Engenharia de

Produção, Guaratinguetá, Brasil * autor correspondente

([email protected])

Resumo: O presente trabalho está em fase de

andamento e tem como propósito caracterizar a mobilidade urbana com relação ao uso das bicicletas que circulam em um município de pequeno porte localizado no Vale do Paraíba – SP. A temática vem de encontro com os conhecimentos das áreas e subáreas da Engenharia de Produção, como a Engenharia Organizacional e Engenharia Sustentável de acordo com Abrepo (2016) [1]. Sendo assim a relevância deste estudo baseia-se nas seguintes contribuições: científica, governança, socioeconômica e socioambiental. O problema consolida-se na circulação atual das bicicletas no município e na ausência de infraestrutura local para este meio de transporte.

Palavras - chave: Transporte Sustentável,

Mobilidade Urbana, Bicicleta.

1. Introdução

De acordo com Fernández-heredia et al. (2014), a concretização do uso das bicicletas nas ruas das grandes e médias cidades do Brasil, depende de uma demanda com infraestrutura básica para o usuário das mesmas, como rotas seguras, sinalização exclusiva, redução da velocidade média dos veículos motorizados em algumas zonas da cidade, estacionamentos para bicicletas e vestuários nos locais de destino dos ciclistas [2].

No Brasil a Política Nacional de Mobilidade Urbana, promulgada pela Lei n° 12.587 de 03 de janeiro de 2012, prevê entre os princípios, objetivos e diretrizes da Política Nacional de Mobilidade Urbana estão à integração entre os diferentes modos de transporte, público, privado e não motorizado [3].

Providelo e Sanches (2010) escolheram alguns fatores importantes no contexto das cidades brasileiras, para estudos relacionados acerca do ciclismo sendo estes: segurança pessoal, esforço físico, aceitabilidade social, conforto térmico, infraestrutura específica para bicicletas, entre outros [4].

Com base nos fatores propostos por Providelo e Sanches (2010) e de acordo com as características do município, para esta pesquisa, foram selecionados quatro fatores estratégicos, sendo: infraestrutura, perfil do respondente, segurança e comportamento.

Assim sendo esta pesquisa torna-se relevante, por estar inserida num contexto de estudo acerca das seguintes dimensões: científicas, governança, socioambientais e socioeconômicas. O objetivo geral concentra-se em caracterizar a situação atual da mobilidade urbana do município com relação ao uso da bicicleta.

2. Materiais e Métodos

A pesquisa aplicada neste trabalho é definida segundo Bertrand e Fransoo (2002), como sendo uma pesquisa aplicada [5]. O procedimento metodológico do projeto constitui-se conforme a Fig. 1. Fluxograma dos procedimentos da pesquisa.

Fig.1. Fluxograma dos procedimentos da pesquisa.

A coleta de dados realizou-se por meio de um questionário piloto aplicado a uma amostra de 20 respondentes, sendo os dados

analisados pela escala de Likert e escala ordinal.

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Energia 29

Resultados Preliminares

O município estudado está localizado no Vale do Paraíba – SP. De acordo com o IBGE (2016) o índice populacional estimado no ano de 2016 gira em torno de 87.584. O número total de automóveis é de cerca de 25. 401 [6]. Nota-se a partir dos dados preliminares da Tabela 1. Perfil dos Respondentes, que a principal atividade realizada por meio da bicicleta é voltada para o trabalho.

Perfil dos Respondentes

Item Classificação Percentual % Faixa etária 18 a 25 40%

Sexo Feminino 55% Nível de escolaridade Nível médio 70%

Atividade Trabalho 49%

Tabela 1. Perfil dos Respondentes.

O fator de comportamento dos respondentes no trânsito é composto por dez itens (I) positivos, sendo: I1-Respeito sinal fechado, I2-Pedalo na "minha mão", I3-Pedalo no canto da rua, I4-Sinalizo ao parar, I5-Evito pedalar no corredor dos carros, I6- Evito ouvir música com fones, I7-Evito parar na frente dos automóveis, I8-Evito pedalar na calçada, I9-Sinalizo ao virar, I10-Evito usar celular.

Os valores atribuídos para resposta dos itens foram: 4 “Sempre”, 3 “Quase sempre”, 2 “Às vezes”, 1 “Quase nunca” e 0 “Nunca”. Pode-se destacar no Gráfico 1. Avaliação do Comportamento no Trânsito, os itens I9 e I4, dos quais se classificaram com escore baixo com relação à pontuação máxima, demostrando assim ser um comportamento não realizado pelos respondentes no trânsito.

Gráfico 1. Avaliação do Comportamento no Trânsito.

3. Considerações Finais

No decorrer da pesquisa serão identificados outros fatores estratégicos relacionados à mobilidade urbana, como os de infraestrutura e de segurança.

A proposta de trabalho futuro consiste em desenvolver um modelo de apoio à gestão pública do município, e que poderá ser utilizado como base de novos estudos em outros municípios da região do Vale do Paraíba - SP.

Agradecimentos

Os autores agradecem a Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES, pela concessão da bolsa de estudo e ao Programa de Pós – Graduação em Engenharia de Produção – FEG – UNESP.

4. Referências Bibliográficas

[1] Abrepo, Associação Brasileira de Engenharia de Produção; Disponível em: www.abrepo.org.br.Acesso em: 10/04/2016.

[2] FERNÁNDEZ-HEREDIA, A.; MONZÓN, A.; JARA-DÍAZ, S. Understanding Cyclists’ Perceptions, Key for a Succesful Bicycle Promotion. Transportation Research Part A: Policy and Practice, volume 63, páginas 1-11. 2013.

[3] MINISTÉRIO DAS CIDADES (2015). PlanMob – Caderno de Referência para elaboração de Plano de Mobilidade Urbana. Secretaria Nacional de Transporte e da Mobilidade Urbana – SeMob, 236p.

[4] PROVIDELO, J.K; SANCHES, S.P Percepções de indivíduos acerca do uso da bicicleta como modo de transporte. TRANSPORTES. Disponível em: https://www.revistatransportes.org.br/anpet/article/view/424. Acesso em: 12/04/2016.

[5] BERTRAND, J.W.M. & FRANSOO, J.C. Modelling and Simulation: Operations management research methodologies using quantitative modeling. International Journal of Operations & Production Management, v.

22, n. 02, p. 241-264, 2002.

[6] IBGE, Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística; Disponível em: www.ibge.gov.br. Acesso em: 13/04/2016.

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RESPOSTA ESPECTRAL DE PAINÉIS FOTOVOLTAICOS EM CONDIÇÕES REAIS DE USO

Evaldo Chagas Gouvêa1*

, Teófilo Miguel de Souza1

1 Departamento de Engenharia Elétrica, Guaratinguetá, Brasil * autor correspondente:

([email protected])

Resumo: O objetivo deste trabalho é verificar a resposta de painéis fotovoltaicos aos diferentes comprimentos de onda da luz solar, em condições reais de uso (instalados ao ar livre). Dois painéis idênticos foram utilizados; sobre um deles foram instalados filtros de cor e a produção diária de energia dos dois painéis foi comparada. Os resultados indicam que painéis fotovoltaicos não respondem de maneira uniforme à luz solar, sendo mais sensíveis à luz na faixa do vermelho. Verificou-se que painéis também geram energia em comprimentos de onda além da faixa da luz visível.

Palavras-chave: energia solar; células

fotovoltaicas; espectro solar.

1. Introdução

A eficiência de painéis fotovoltaicos é afetada pela tecnologia empregada em sua fabricação e pelas condições ambientais do local em que são instalados. A existência de diferenças diárias, sazonais e regionais na distribuição espectral da radiação solar ao nível do solo [1] faz com que seja imprecisa a suposição de que toda a radiação recebida pelos painéis fotovoltaicos equivale ao espectro padrão AM1.5. Dessa maneira, a resposta do

painel em condições reais de uso pode diferir das especificações técnicas obtidas em testes de laboratório (realizados em condições controladas).

O objetivo do trabalho é verificar como painéis fotovoltaicos respondem às diversas faixas de comprimento de onda do espectro da luz solar em condições reais de uso, com os painéis instalados ao ar livre e sujeitos às variações naturais de radiação e temperatura.

2. Materiais e Métodos

A célula fotovoltaica é um transdutor elementar que converte diretamente a energia radiante solar em energia elétrica através do efeito fotovoltaico [2]. As primeiras células fotovoltaicas modernas surgiram em 1954, nos Laboratórios Bell, nos Estados Unidos. Desde então, o crescimento da indústria de células fotovoltaicas tem ocorrido de forma exponencial, sendo que as células de silício cristalino dominam o mercado atual [3].

Para realizar este estudo, foram utilizados dois painéis fotovoltaicos policristalinos idênticos com potência máxima de 22 W, conforme ilustrado na Figura 1, cada um conectado a um resistor de potência de 12 Ω (carga) e um wattímetro de corrente contínua. Oito filtros de cores diferentes, com curvas de distribuição espectral de energia conhecidas, foram instalados sobre um dos painéis e a quantidade de energia gerada por cada painel ao longo do dia foi registrada pelos wattímetros.

Fig.1. Exemplo de experimento, utilizando filtro

verde.

Com as medições dos wattímetros, obteve-se a eficiência relativa de cada filtro (valor percentual), que é a relação entre a energia gerada pelo painel com filtro e a energia gerada pelo painel sem filtro (em Wh). Aplicou-se à eficiência relativa dois fatores de correção: o primeiro para eliminar a diferença intrínseca de produção de energia entre os dois

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painéis e o segundo para normalizar as curvas de distribuição de energia dos filtros de cor.

Os painéis estão instalados no mesmo local, lado a lado, de forma que estão submetidos às mesmas condições de temperatura, radiação solar e nebulosidade. Assim, as variações na eficiência relativa são causadas apenas pela resposta do painel a cada faixa de comprimentos de onda da luz que os filtros de cor permitem passar. Os resultados corrigidos das medições foram comparados utilizando-se medidas de tendência central e de dispersão.

3. Resultados

Os experimentos foram realizados entre outubro de 2015 e julho de 2016, totalizando 121 medições. Quatro filtros de cores diferentes possuem curvas simples, que abrangem as principais faixas de comprimentos de onda do espectro da luz: Infravermelho (IR), Vermelho, Verde e Azul. Os demais filtros apresentam curvas complexas, abrangindo várias faixas simultaneamente.

Os principais resultados das eficiências relativas dos filtros são mostrados na Tabela 1.

Filtro Média

(%)

Desvio-padrão

(%)

Mínimo (%)

Máximo (%)

IR 12,14 4,80 3,24 21,50 Vermelho 23,79 3,50 17,40 29,25

Verde 18,72 2,12 14,47 22,02 Azul 21,65 2,69 16,82 27,27

Tab.1. Eficiências relativas dos filtros de cor.

Comparando-se os filtros Vermelho, Verde e Azul, nota-se que o painel fotovoltaico produz mais energia na faixa do vermelho, sendo, portanto, mais sensível à radiação nesta faixa de comprimentos de onda. Por outro lado, ocorre uma redução da resposta do painel na faixa do verde. Isso mostra que painéis fotovoltaicos não respondem de maneira uniforme à luz solar. Cada faixa de comprimentos de onda produz diferentes quantidades de energia, que somadas resultam na produção total de energia do painel fotovoltaico, a qual é proporcional à quantidade de luz solar recebida.

A eficiência relativa na faixa do infravermelho (IR) é de valor significativo. Geralmente, a radiação infravermelha é responsável pelo aumento de temperatura de uma superfície. No caso de painéis fotovoltaicos, além desse efeito, ela exerce um importante papel na produção total de energia, e portanto não pode ser desconsiderada. Pode-se dizer que painéis produzem energia não apenas com a luz visível, mas também nos comprimentos de onda não-visíveis, como o infravermelho. As variações na eficiência relativa de cada filtro (entre mínimo e máximo) são causadas pelas variações climáticas, que alteram o espectro da luz solar diariamente.

4. Conclusões Neste estudo verificou-se a resposta de

painéis fotovoltaicos às diversas faixas de comprimento de onda do espectro solar, em condições reais de uso. Pode-se concluir que a resposta dos painéis é diferente para cada seção do espectro; cada faixa contribui com diferentes quantidades de energia.

Os resultados indicam que painéis fotovoltaicos são mais sensíveis à radiação na faixa do vermelho e menos sensíveis na faixa do verde, com pequena variação. Além disso, a participação do infravermelho é significativa, indicando que os painéis respondem a uma faixa ampla do espectro, para além da luz visível.

Agradecimentos O presente trabalho foi realizado com apoio do CNPq – Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico – Brasil.

Referências Bibliográficas [1] R. W. Andrews and J. M. Pearce “The effect of spectral albedo on amorphous silicon and crystalline silicon solar photovoltaic device performance”. Solar Energy, Vol. 91, pp 233-241, 2013. [2] ABNT “NBR 10899: Energia Solar Fotovoltaica – Terminologia”. ABNT, 2013. [3] CRESESB “Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos”. 2nd edition, CRESESB, 2014.

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PIRÓLISE LENTA DA CASCA DE ARROZ: ANÁLISE

TÉRMICA E ENSAIO EM LEITO DE BANCADA

Fábio Roberto Vieira*, Carlos M. R. Luna, Ivonete Ávila.

Departamento de Energia, Laboratório de Combustão e Captura de Carbono (LC3), Guaratinguetá-SP, Brasil.

*[email protected]

Resumo

A pirólise da biomassa é um processo de decomposição termoquímica num meio inerte de material lignocelulósico. Esse processo tem recebido especial atenção entre os demais devido aos produtos obtidos (bio-char, bio-óleo, gás pirolítico). Esse processo tem grande potencial de geração de biocombustíveis utilizando fontes não alimentares como resíduos agrícolas, industriais, animais e urbanos. O arroz é o cereal mais consumido no mundo e sua produção gera uma grande quantidade de resíduo. A casca de arroz representa 20% de seu peso, sendo que a baixa massa específica desse resíduo é um fator de inviabilidade de seu uso para geração de energia, devido ao custeio do transporte. Neste trabalho é estudada a pirólise lenta da casca de arroz através de análise térmica e ensaio de bancada em reator de leito fixo. Os resultados da análise térmica demonstraram um teor de 62,24% de material volátil e 29,34% de bio-char (15,88% de carbono fixo e 13,46% de cinza). Do ensaio da pirólise em reator de leito fixo foi obtido 52,8% de bio-óleo 36,6% bio-char e 10,6% de gás pirolítico.

Palavras-chave: Pirólise lenta, casca de arroz, bio-

char, bio-óleo.

1. Introdução

A biomassa é a fonte de energia renovável mais abundante depois da energia solar. No entanto é necessário melhorar processos para maximizar a eficiência dos sistemas para uma melhor utilização de seu potencial energético [1]. A recuperação de energia a partir de biomassa tem se concentrado em termos de processos termoquímicos (combustão, gaseificação, pirólise, carbonização e liquefação direta) [2]. A pirólise tem recebido atenção especial, por apresentar potencial real para a produção de biocombustíveis com alta densidade energética a partir de fontes não alimentares (resíduos agrícolas, urbano, industrial, e o animal). A pirólise de biomassa é definida como o processo de decomposição termoquímica em atmosfera inerte

dos materiais lignocelulósicos a partir de 300°C até 700°C em que a temperatura e tempo de residência determinam o tipo de combustível a ser produzido a partir desde processo, que pode fornecer combustíveis em diferentes fases: sólido (bio-char), líquido (bio-óleo) e gás (gás pirolítico) [3]. Dentre as diversas biomassas, o uso dos resíduos agrícolas derivado do cultivo de arroz é um dos mais favoráveis ao uso do processo de pirólise [4].O arroz é o cereal mais consumido no mundo e sua produção gera uma grande quantidade de resíduos tais como a casca, a qual representa 20% do peso total [5]. A baixa massa especifica é um fator de inviabilidade seu uso na geração de energia devido ao custo de transporte [6]. Neste trabalho é estudada a pirólise lenta da casca de arroz através da análise térmica e por testes experimentais realizados em reator de leito fixo em escala de bancada.

2. Materiais e Métodos Neste estudo foi usada casca de arroz in natura (Fig.1a). O poder calorífico (PCS) foi determinado utilizando um calorímetro IKA C2000 (Fig.1b). O comportamento térmico foi determinado através de um analisador termogravimétrico SDT-Q600 (Fig.1c) a diferentes razão de aquecimento.

Fig.1.(a) Casca de arroz, (b) Calorímetro, (c) Analisador termogravimétrico.

A Fig. 2 apresenta a bancada de pirólise de leito fixo em escala de laboratório, onde foram processados 5g de casca de arroz que foi aquecido até temperatura de 425ºC mantido constante por 15 min.

Fig. 2. Bancada experimental de pirólise

3. Resultados

Pela análise térmica determinou-se um teor de 62,24% de material volátil e 29,34% de bio-char (15,88% de carbono fixo e 13,46% de cinza). O poder calorífico superior (PCS) da casca de arroz in natura 15,77 ± 0,024 MJ/kg. O processo de pirólise de biomassa apresenta três eventos: secagem (evaporação da umidade),

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Energia 33

devolatilização principal (zona de pirólise ativo) e de decomposição de resíduos sólidos contínuos (zona passiva pirólise) [7]. Estes eventos são descritos pelas curvas TG/DTG (Fig.3), em que cada evento é caracterizado com mudanças drásticas do seu aumento de forma aumentando ou diminuindo sua tendência.

Fig.3. Curvas TG/DTG da pirólise

A decomposição térmica que correspondem à decomposição de hemicelulose e celulose e a sua conversão de casca de arroz para bio-char (carvão fixo com cinza) é a fase mais importante do processo de pirólise e quando ocorre observasse um intenso evento que é determinado pela taxa de aquecimento quanto sua intensidade e amplitude (Fig.4).

Fig.4. Curvas DTG da pirólise

A Figura 5 mostra o comportamento térmico sob condições de pirólise

Fig.5. Curvas TG da pirólise.

A Fig.6a apresenta o comportamento térmico da casca de arroz em condições de pirólise (N2) à taxa de 10 °C min

-1, determinando um teor de material

volátil e bio-char de 62,24% e 29.34% respectivamente sendo que a formação do bio-char era de 15,88% de carbono fixo e 13,46% cinzas. No ensaio de bancada foi obtido 52,8% de bio-óleo (Fig.6b), 36,6% de bio-char (Fig.6c) e 10,6% de gás pirolítico. A quantidade de bio-char produzido no experimento foi maior que o apontado pela análise térmica.

Fig.6(a) Curva TG/DTG da casca de arroz,

(b) bio-óleo, (c) bio-char. O PCS do bio-char e do bio-óleo obtidos foram 21,6 MJ/kg e 6,0 MJ/kg respectivamente, demonstrando um incremento do poder calorífico quando comparado à casca de arroz in natura (15,77 MJ/kg).

4. Conclusões

A pirólise lenta da casca de arroz resultou num significativa quantidade de bio-char, assim como de bio-óleo. O bio-char da casca de arroz exibe um valor de PCS superior ao material em natura. Observasse o ganho energético pelo aumento da densidade energética dos produtos obtidos através do processo de pirólise.

Agradecimentos

Ao CNPq (Processo 150894/2014-7) pelo apoio financeiro

Referências Bibliográficas

[1] Thornley, Patricia et al. Maximizing the greenhouse gas reductions from biomass: The role of life cycle assessment. Biomass and Bioenergy, v. 81, p. 35-43, 2015

[2] Demiral, ilknur; Şensoz, Sevgi. Fixed-bed pyrolysis of hazelnut (Corylus Avellana L.) bagasse: influence of pyrolysis parameters on product yields. Energy Sources, Part A: Recovery, Utilization, and Environmental Effects,v. 28, n. 12, p. 1149-1158, 2006

[3] Park, J., Lee, Y., Ryu, C., & Park, Y. K (2014). Slow pyrolys is of rice straw Analysis of products properties, carbon and energy yields. Bioresource technology155, 63-70

[4] Kongkaew, Nithitorn; Pruksakit, Witchaya; Patumsawad, Suthum. Thermogravimetric Kinetic Analysis of the Pyrolysis of Rice Straw. Energy Procedia, v. 79, p. 663-670, 2015

[5] Chungsangunsit, Thipwimon; Gheewala, Shabbir H.; Patumsawad, Suthum. Environmental profile of power generation from rice husk in Thailand. In: The Joint International Conference on Sustainable Energy and Environment (SEE) 2004. p.1-3

[6] Pirólise rápida de casca de arroz: estudo de parâmetros e caracterização de produtos. Dissertação de Mestrado. Universidade Federal do Rio Grande do Sul–UFRGS, Porto Alegre, RS, 2011.

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DETERMINAÇÃO DO CUSTO DE ENERGIA GERADA

ATRAVÉS DA UTILIZAÇÃO DE CÉLULAS A COMBUSTÍVEL DE ALTA TEMPERATURA E TURBINA A VAPOR EM UM

CICLO COMBINADO Fellipe Sartori da Silva1*, José Alexandre

Matelli1 1 Universidade Estadual Paulista “Júlio de

Mesquita Filho”, Departamento de Energia. Av. Dr. Ariberto Pereira da Cunha, 333,

Guaratinguetá/SP, Brasil. * [email protected]

Resumo Os atuais modelos energéticos são, em sua maioria, baseados na utilização de combustíveis fósseis, os quais geram gases poluentes que contribuem para o efeito estufa e, consequentemente, para o aquecimento global, além de serem fontes finitas de energia. Nesse contexto, é necessário o investimento em equipamentos com maior eficiência energética, além do desenvolvimento de novas tecnologias para geração de energia, com uso mais eficiente dos recursos naturais. O presente projeto visa o estudo de configurações de ciclos combinados utilizando células a combustível como fonte elétrica e térmica. O uso desses equipamentos aumenta a eficiência energética do ciclo, além de possibilitarem diferentes formas de aproveitamento de seus produtos. A utilização do hidrogênio como combustível pode elevar as células a combustível ao patamar de geradores de baixa emissão, dependendo da forma pela qual o hidrogênio foi obtido. Serão analisados dois tipos: MCFC, que possui a base do eletrodo formada por níquel, e SOFC, o qual trabalha com óxido sólido ou cerâmica como materiais no eletrodo. Ambos operam a altas temperaturas, o que viabiliza seus usos em centrais cogeradoras. Serão realizadas análises técnica e econômica do projeto. A análise técnica tem como objetivo caracterizar as células a combustível e suas atuações no

ciclo, bem como o aproveitamento do calor residual dos modelos apresentados em um ciclo Rankine. Alguns parâmetros, como eficiência energética e potência gerada, serão comparados para cada configuração. A análise econômica avalia o impacto financeiro da instalação e operação do projeto, além do tempo de retorno do capital investido (payback). Para cada ciclo proposto, será calculado o custo de geração de energia.

Palavras-chave: Célula a combustível, Ciclo

combinado, Ciclo Rankine, geração energética.

Introdução No contexto de novas formas de geração energética, células a combustível alimentadas por hidrogênio podem ser uma alternativa de geração com baixa emissão de carbono [1]. Sua grande eficiência em comparação a outros equipamentos geradores de energia, simplicidade, baixa emissão e operação silenciosa são vantagens de sua aplicação [2]. Em contrapartida, o investimento inicial ainda inviabiliza, em alguns locais, sua utilização, sendo preferíveis outras formas de geração [1]. As células a combustível geram eletricidade através de processos eletroquímicos, os quais utilizam a composição do combustível de entrada. Elas são capazes de gerar energia enquanto são alimentadas pelo combustível, sem a necessidade de serem carregadas [3]. O princípio de operação básico de uma célula a combustível é ilustrado na Figura 1. Há dois eletrodos (ânodo e cátodo) e uma membrana que os separa. O combustível reage no ânodo, em um processo que origina, como parte de seus produtos, elétrons livres. No cátodo, o ar é a fonte de oxigênio necessária para reagir com os elétrons, cujo movimento entre eletrodos produz uma corrente elétrica. A membrana ainda permite a passagem de íons para servirem de reagentes [3]. Existem alguns modelos já consolidados de célula a combustível que trabalham a alta temperatura, como aqueles apresentados na Tabela 1.

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Fig 1. Esquema de uma célula a combustível. Fonte:

adaptado de [3].

Tabela 1. Modelos e características de células

a combustível

Aplicação* SOFC MCFC

Capacidade elétrica [kW]

0,75-250 ≥300

Capacidade térmica [kW]

0,75-250 ≥450

Eficiência elétrica [%]

45-60 47

Eficiência térmica [%]

30-45 43

Vida útil [anos] 3-10 10

Taxa de degradação [%/ano]

1-2,5 1,5

Temperatura aproximada de trabalho [°C]

600 650

*SOFC (solide oxide fuel cell), MCFC (molten carbonate fuel cell). Fonte: adaptado de [2].

O objetivo deste trabalho é determinar o custo da energia elétrica gerada através de um ciclo combinado alimentado por uma célula a combustível a alta temperatura, como os modelos MCFC e SOFC.

Materiais e métodos O ciclo combinado, ilustrado na Figura 2, será termodinamicamente analisado por meio do

software Engineering Equation Solver (EES), do qual o Departamento de Energia possui licença para o uso. A seguir, será feita uma análise exergoeconômica, seguindo a metodologia de [4].

Fig. 2. Ciclo combinado a ser estudado. Fonte:

autoria própria

Resultados esperados Visto que plantas cogeradoras que utilizam SOFC e MCFC já foram estudadas pela literatura, é esperado que a metodologia seja apropriada para indicar possíveis viabilidades técnica e econômica do projeto.

Agradecimentos O autor agradece a Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) pelo suporte financeiro em seu estudo na pós-graduação.

Referências bibliográficas [1] Dodds, P. E., Staffell, I., Hawkes, A. D., Li, F.,

Grünewald, P., McDowall, W., Ekins, P. “Hydrogen and fuel cell technologies for heating: A review”. International Journal of Hydrogen Energy. Vol. 40, pp 2065-2083, 2015.

[2] Larminie, J., Dicks, A. “Fuel Cell Systems Explained”. 1

st Edition, West Sussex: Wiley,

2000.

[3] Ylmaz, A. E., Ispirli, M. M. “An investigation on the parameters that affect the performance of hydrogen fuel cell”. Social and Behavioral Sciences. Vol. 195, pp 2363-2369, 2015.

[4] Tsatsaronis, G., Pisa, J. “Exergoeconomic evaluation and optimization of energy systems – application to the CGAM problem”. Energy. Vol. 19, No. 3, pp 287-321, 1994.

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ANÁLISE ESPACIAL DO USO DO SOLO E ILHAS DE CALOR

EM TAUBATÉ-SP Francisca Inez Gouveia Alexandrino

1*,

Luiz Fernando Nascimento1 José Alexandre Matelli 1

1 Departamento de Energia, Guaratinguetá,Brasil, * ([email protected])

Resumo

Este trabalho investiga as Ilhas de calor na cidade de Taubaté-SP, utilizando imagens termais dos sensores dos satélites Landsat 5 e 7 para detectar as mudanças de uso e de temperatura por setor censitário nos anos de 2000 e 2010. Os resultados contribuirão nas diretrizes do planejamento urbano e da saúde pública da cidade.

Palavras-chaves: Ilhas de Calor, Sustentabilidade em Planejamento Urbano, Planejamento Eficiente de Cidades.

1. Introdução

O sensoriamento remoto pode identificar as “Ilha de calor” no ambiente urbano por meio da transmissividade, emissividade, absortividade e reflectividade da superfície urbana (LIU 2006)1, disponibilizando informações de como as Ilhas de Calor estão diretamente relacionada com os índices de vegetação existente (MOREIRA 2005)2.

O sensoriamento remoto identificou as ilhas de calor em períodos diurno e noturnos em toda esfera global, correlacionando com as variáveis ambientais do lugar (CLINTON Et al.,2013)3. Detectou a influência do planejamento urbano de grandes cidades nos impactos climáticos em períodos distintos. (SALLEH Et al.,2013)4 e quantificou a massa vegetativa de metrópoles, relacionando-as com as ilhas de calor (OGASHAWARA Et al.,2012)5.

O objetivo está em identificar e analisar por setor censitário as mudanças de uso e ocupação do solo e as alterações da temperatura de superfície (TS) urbana entre as décadas de 2000 e 2010.

Materiais e Métodos

Taubaté-SP está localizada na região do Vale do Paraíba Paulista 23º01’ S e 45º33’ O, com uma população de 272.673 hab em uma área urbana de 91,0 km2 (IBGE 2010)6. Está dividida em três partes; Central, Baixa e Alta. A localização da cidade está representada na figura abaixo:

Figura 1: Mapa de Localização da cidade de Taubaté e seu perímetro urbano com a parte central, alta e baixa da área urbana representada.

Para Mudanças do Uso do Solo utilizou as imagens do sensores do Landsat 5 e 7 de 03/02/2000,06/02/2010,18/06/2000,14/06/2010 para mudanças de temperaturas as imagens do Landsat 5 de 01/08/2000 e 21/08/2000, adquiridas no banco de dados do USGS Glovis7. As bandas 2,3,4 definiram os limites entre o solo e a água e a banda 6 do Landsat 5 TM e Landsat 7 ETM para medição termal dos alvos.

Efetuou uma classificação supervisionada dos pixels das imagens (MOREIRA 2013), gerando as imagens coloridas definidas em sete classes; corpos d’água/áreas úmidas, solo exposto, vegetação, uso urbano, culturas, silvicultura e pastagens. Calculou-se a emissividade do infravermelho emissivo da banda termal para obter o índice de Vegetação por Diferença Normatizada ( NDVI) (LI ET al., 2014)8.

A emissividade da banda termal e o índice do NDVI foram aplicados os valor de correção atmosférico.(BARSI Et.al., 2015)9

Resultados

As imagens 2000 e 2010 identificaram uma mudança da forma urbana nos últimos dez anos justificada pela expansão urbana nas sete classes avaliadas conforme figura 2;

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(a) (b)

Legenda: Pastagem

Corpos d’água Vegetação Cultura

Solo Exposto Urbano Silvicultura

Figura 2: Carta de Uso e Ocupação do solo de 2000 (a) e 2010 (b) da área urbana por setor censitário de Taubaté-SP. Fonte: próprio autor.

A estimativa de Temperatura de superfície em 2000 obteve 40ºC no verão e uma temperatura 28ºC no Outono de (Figura 3). No verão de 2010 as temperaturas chegam a 44ºC no verao e 29ºC no outono(Figura 4).

(a) (b)

Figura 3: Mapas de estimativa de Temperatura do Setor Censitário de Taubaté-SP em verão 2000 (a), outono 2000(b) Fonte: próprio autor.

( c ) ( d )

Figura 4: Imagens de Temperatura estimada do Setor Censitário de Taubaté-SP, verão 2010 (c), outono 2010(d). Fonte: próprio autor.

2. Conclusões

O avanço da parte baixa em direção ao Paraíba do sul, bem como a expansão sobre as areas de pastagem no eixo leste da cidade (parte central) e expansão da parte Alta reduziu as áreas de matas nativas desequilibrando o

conforto témico da área. As temperaturas mais elevadas coincidem com as mesmas áreas mais adensadas da parte urbana da cidade, destacando a parte baixa e central. O resultado contribuirá com as diretrizes de Planejamento urbano de Taubaté-SP.

Agradecimentos

Ao orientador Dr. Luiz Fernando Nascimento e ao co-orientador Dr. José Alexandre Matelli pelo insentivo e apoio nesta pesquisa.

Referências Bibliográficas

[1] LIU, W. T. H., Aplicações do Sensoriamento Remoto/Willian Tse Horng Liu, Campo Grande: Ed. UNIDERP 2006, 908 p: il. Color.

[2] MOREIRA,M.A,Fundamentos do Sensoriamento Remoto e metodologias de aplicação,2013, 30ª edição. Editora UFV.

[3] CLINTON, N, GONG P, Modis detected surface urban heat islands and sinks: Global locations and controls, Remote Sensing of Environment 134 (2013) 294-304.

[4] SALLEH, S. A.; LATIF, Z, A.; MOHD, N. W.; CHAN, A.; Factors Contributing to the Formation of an Urban Heat Island in Putrajaya, Malaysia. Procedia Social and Behavioral Science 105 (2013) 840-850.

[5] OGASHAWARA, I.; BASTOS, S.B.V.; A Quantitative Approach for Analyzing the Relationship between Urban Heat Islands and Land Cover, Remote Sensing Journal 2012, ISSN 2072-4292.

[6] CENSO DEMOGRÁFICO 2010. Características da população e dos domicílios: resultados do universo. Rio de Janeiro: IBGE, 2011. http://www.ibge.gov.br/home/estatistica/populacao/censo2010/caracteristicas_da_populacao/resultados_do_universo.pdf

[7] USGC (United States Geological Survey)., banco de dados de Imagens dos sensores dos satélites Landsat 5 TM e Landsat 7 ETM+, disponível em http://earthexplorer.usgs.gov/ acessado em 06/06/2015

[8] Li, P, JIANG L, FENG Z, Cross-Comparison of vegetation indices derived from Landsat-7 enhanced thematic mapper plus (ETM+) and Landsat-8 operational land imager (OLI) sensors. Remote Sens 2014, 6, 310–329.

[9] BARSI, J.A.; HOOK, S. J.; PALLUCONI, F. D.; SCHOTT, J. R.; RAQUENO, N. G.; "Landsat TM and ETM+ thermal band calibration", in Earth Observing Systems XI, James J. Butler, Editors, Proceedings of SPIE Vol. 6296 (SPIE, Bellingham, WA 2006), 62960F.

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MECANISMOS DE RENÚNCIA FISCAL: IMPLICAÇÕES E

OPORTUNIDADES PARA AS EMPRESAS DO SETOR

ENERGÉTICO NACIONAL Gustavo A. Santana de Sá, Pedro Magalhães Sobrinho

¹ ²Departamento de Energia - DEN, Guaratinguetá, Brasil

¹[email protected]

Resumo: A redução de custos operacionais

com projetos socioambientais e P&D através de ferramentas técnico-administrativas oriundas das parcerias entre entidades do Segundo e Terceiro Setor no Brasil, além de pouco difundida e muitas vezes mal interpretada no meio empresarial, pode constituir ferramenta poderosa na maximização de resultados financeiros e socioambientais. A pesquisa em andamento consiste em realizar um estudo de caso de uma empresa do setor de energia elétrica do Brasil, com foco no diagnóstico dos custos operacionais das ações socioambientais e na elaboração de propostas metodológicas para que tal empresa, através de termos de parceria e da legislação tributária específica, possa viabilizar tais projetos utilizando-se de recursos oriundos de renúncia fiscal via Instrução Normativa nº 87/96 da RFB [1] e demais legislação acessória.

Palavras-chave: Renúncia Fiscal, Projetos

Socioambientais, Redução de Custos Operacionais, Setor de Energia Elétrica.

1. Introdução

Segundo a OIT, em publicação da FUNDACENTRO [2], “nos dias de hoje, o progresso tecnológico e as intensas pressões competitivas conduzem a mudanças rápidas nas condições, nos processos e na organização do trabalho”. Certamente a motivação financeira é tema central para a viabilização de quaisquer programas ou projetos nas áreas supracitadas, não sendo contudo a única, onde por exemplo, através da aplicação de legislação federal especifica que permite às empresas optantes

pelo regime de lucro real de tributação realizem parcerias com entidades civis qualificadas pelo Ministério da Justiça – MJ[3], tais empresas possam investir recursos financeiros da ordem de até 3,5% (três e meio por cento) de seu lucro operacional antes da dedução do imposto de renda – IR e da contribuição social do o lucro liquido – CSLL em ações de entidades civis e centros educacionais de pesquisa. Seguindo seu objetivo principal, a pesquisa realizará o estudo de caso a partir das demandas de uma empresa do setor de energia elétrica do Brasil a ser indicada pela FUNDAÇÃO COGE. No estudo em curso constarão o diagnóstico gerencial das ações e investimentos em P&D, meio ambiente, segurança do trabalho e responsabilidade social, bem como as propostas, passo a passo, para a maximização de resultados operacionais e melhoria da imagem corporativa com possibilidades de certificações. Segundo Tenório [4], vários elementos podem motivar as empresas a atuar de forma socialmente responsável. Ainda segundo o autor, tal motivação pode ocorrer por pressões externas, pela forma instrumental ou por questões de princípios. Tal afirmação pode ser associada ao que preconiza a OIT, na já referida publicação da FUNDACENTRO, a qual alega que “as organizações também devem ser capazes de enfrentar continuamente os desafios da segurança e saúde no meio ambiente do trabalho e transformar respostas efetivas em partes permanentes de estratégias de gestão dinâmicas”.

2. Materiais e Métodos

Através de um termo de cooperação a ser firmado entre uma empresa pública do setor elétrico nacional optante pelo regime de lucro real, a Fundação COGE (representante das 68 maiores empresas do setor energético nacional) e a coordenação de Pós Graduação, a metodologia consiste em: (i) criar um diagnóstico das ações socioambientais e P&D (somente os não elencáveis pela Agência Nacional de Energia Elétrica – ANEEL) desenvolvidas pela empresa no período de gestão, com foco principal no custo operacional total das ações; (ii) obter o valor do lucro operacional total do período de gestão da empresa, através de seu departamento

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contábil; (iii) correlacionar o custo total das ações socioambientais e P&D (não elencáveis pela ANEEL), com o lucro operacional total da empresa, determinando sua porcentagem; (iv) desenvolver um manual de práticas operacionais para que a empresa possa converter os custos com as ações socioambientais e P&D (os não elencáveis pela ANEEL) em renúncia fiscal na tributação.

Fig.1. O interesse público da oferta de energia como link da interação entre as partes e foco da renúncia

fiscal tributária (Fonte: Elaboração Própria)

3. Resultados Através do manual de práticas desenvolvido pela metodologia descrita, a empresa poderá destinar até 3,5% (três e meio por cento) do seu lucro operacional a título de renúncia fiscal para entidades civis e centros educacionais de pesquisa, que conforme a Lei Federal 9.249/95 [5] prestem serviços gratuitos a seus empregados, parentes de seus empregados e comunidade onde a empresa atuar. Conclui-se que tal ferramenta possibilitará vantagens competitivas para a empresa:

Redução da carga tributária, com utilização da renúncia fiscal nas ações descritas;

Ampliação das adequações contratuais, com solução para os passivos socioambientais anteriormente não solucionados;

Aumento na participação em eventos do setor, com stands em eventos e apresentação de artigos técnicos;

De forma análoga, as vantagens para o Setor Acadêmico e Entidades de Civis:

Receptadoras dos recursos disponibilizados pela Renúncia Fiscal de empresas;

Aumento do número de pesquisas e projetos de extensão, cumprindo seu papel para com a sociedade;

4. Agradecimentos

Aos parceiros, ao orientador e aos familiares do autor.

5. Referências Bibliográficas:

[1] BRASIL (2009). Guia Prático para Entidades Sociais. Departamento de Justiça, Classificação, Títulos e Qualificação. Elaboração, redação e organização: Andréa Aiolfi, Genário Viana Filho, Oscar Apolônio Nascimento Filho e Rodrigo Silva Machado. Secretaria Nacional de Justiça. Brasília, DF. [2] FUNDACENTRO. Diretrizes Sobre Sistemas de Gestão da Segurança e Saúde no Trabalho. Curso de riscos ocupacionais em fundição e medidas de controle. São Paulo, 2005. [3]BRASIL (1996). Instrução Normativa nº 87/96 da RFB: modelo de declaração de doação emitido pela entidade qualificada como OSCIP para comprovação fiscal por parte da empresa doadora. [4]TENÓRIO, F. G. (Org.). Responsabilidade Social Empresarial. 2ª Ed. rev. e ampl. Rio de Janeiro: Ed. FGV, 2006. Curso de riscos ocupacionais em fundição e medidas de controle. São Paulo, 2005. [5]BRASIL (1995). LEI Nº 9.249, DE 26 DE

DEZEMBRO DE 1995: “Altera a legislação do

imposto de renda das pessoas jurídicas, bem como da contribuição social sobre o lucro líquido, e dá outras providências”.

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Modelagem da composição do gás de síntese em

gaseificadores de leito fluidizado utilizando um

modelo de equilíbrio químico

Jordan Amaro Gutiérrez ¹, Ivonete Ávila², André Mendiburu³.

¹ ² ³Universidade Estadual Paulista "Júlio de Mesquita Filho", Campus de Guaratinguetá

¹[email protected]

1. Introdução

Depois das duas crises do petróleo de 1973 e 1979, ficou em evidência o efeito negativo devido aos elevados custos e o aumento nos preços, para a economia e os esforços de progresso dos países em desenvolvimento importadores do petróleo. Como resultado disso, têm-se grande interesse pelas fontes de energias renováveis, dos quais a biomassa é facilmente disponível em muitos países em desenvolvimento. Em particular foi estudado o processo de gaseificação em leito fluidizado. O uso dos gaseificadores de leito fluidizado é um tema atual de pesquisa devido à sua versatilidade com respeito do combustível sólido que pode ser gaseificado [1,2], bem como devido à possibilidade de utilizar vapor de água como agente da gaseificação para obter um gás de síntese com alto teor de hidrogênio e monóxido de carbono. O gás de síntese apresentará um teor de nitrogênio próximo de zero (ou muito baixo). Os conceitos da termodinâmica podem ser aplicados para determinar a composição aproximada do gás de síntese oriundo dos gaseificadores de leito fluidizado. A composição do gás de síntese oriundo de gaseificadores downdraft foi determinada por Mendiburu et al. [3] utilizando termodinâmica de equilíbrio. Do mesmo modo se pode obter o gás de síntese para gaseificadores de leito fluidizado, tal como o fazem Chanchal Loha et al. [1] e M.K. Karmakar [2] mediante modelos de equilíbrio químico. Neste contexto, no presente trabalho aplica-se

um modelo de equilíbrio para prever a composição de um gás de síntese. Para obter a composição volumétrica do gás de síntese é necessário resolver um sistema de equações não-lineais utilizando métodos numéricos adequados. O software MATLAB foi encolhido devido à grande quantidade de bibliografia disponível, que agrupa conceitos de programação em MATLAB e de métodos numéricos.

2. Materiais e Métodos

Inicialmente, foi estabelecida a composição química da biomassa selecionada, sendo esta a casca de arroz [2] que tem uma umidade de 9,95%, cuja composição elementar se mostra na Tabela 1. Tabela 1. Análise elementar e cinzas da casca

de arroz [2].

Elementos/Cinza Composição em base seca (%)

Carbono 38,43

Hidrogênio 2,97

Oxigênio 36,36

Nitrogênio 0,49

Enxofre 0,07

Cinza 21,68

A partir da composição elementar apresentada na Tabela 1, faz-se a representação química da biomassa para poder utilizar uma reação química simplificada e assim entender o processo químico e, consequentemente, poder modelar a gaseificação. A reação química estabelecida neste trabalho considera como agente gaseificante o ar e se representa à cinza da biomassa como SiO2. A reação global do processo de gaseificação estabelecida é apresentada na equação (1).

(1) Aplicando a conservação de massa para cada elemento químico na reação global do

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processo de gaseificação, representadas nas equações (2), (3) e (4), se tem: (2)

(3)

(4) Em vista de que não existe o número suficiente de equações para poder resolver o sistema de equações, aplicou-se as equações de equilíbrio químico para completar o sistemas de equações. Assim, fez-se uso de duas equações, que são as mais usuais presentes nos artigos publicados com respeito à modelagem da gaseificação da biomassa por modelos de equilíbrio químico. Estas são a reação de formação do metano (RFM), equação (5), e a reação água-gás homogênea (RAGHO), equação (6).

(5)

(6)

Sendo P e Po a pressão de gaseificação e a pressão atmosférica, respectivamente. Finalmente, KRFM e KRAGHO são as constantes de equilíbrio químico das reações.

3. Resultados

As Tabelas 2 e 3, apresentam os resultados da composição do gás de síntese real e predito, respectivamente.

Tabela.2. Valores reais do gás de síntese. [2]

Composto

Composição (%) em diferentes

temperaturas de gaseificação ( )

650 675 700 725

H2 17.22 17.93 18.12 18.49

CO 24.84 25.06 25.31 26.59

CO2 14.92 14.26 13.56 12.61

N2 40.40 40.29 40.63 40.35

CH4 2.62 2.46 2.38 1.96

Os resultados reais e preditos são obtidos com um ER=0,25. Para ajustar os valores preditos da composição do gás de síntese, fez-se a multiplicação de determinados fatores pelas constantes de equilíbrio.

Tabela.3. Valores preditos do gás de síntese.

Composto

Composição (%) em diferentes

temperaturas de gaseificação

650 675 700 725

H2 16.44 16.72 16.66 17.43

CO 25.70 26.12 26.65 27.82

CO2 15.52 15.18 14.78 13.81

N2 37.87 37.74 37.77 37.42

CH4 4.47 4.24 4.14 3.52

RMS 1.520 1.619 1.828 1.739

4. Conclusões

Considerando o erro RMS confiavelmente baixo, é possível validar o método aplicado para calcular o gás de síntese, de tal maneira que se pode fazer uso para futuras predições do gás de síntese para gaseificadores de leito fluidizado.

Agradecimentos Os autores agradecem à Coordenação de Pessoal do Aperfeiçoamento de Nível Superior (CAPES) e à Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP -Proc.15/23351-9) pelo apoio financeiro concedido a esta pesquisa.

Referências Bibliográficas

[1] Chanchal Loha, Pradip K. Chatterjee and Himadri Chattopadhyay, "Performance of Fluidized Bed Steam Gasification of Biomass - Modeling and Experiment", Energy Conversion and Management,vol. 52, No 3, pp 1583–1588, 2011.

[2] M. K. Karmakar and others, "Investigation of Fuel Gas Generation in a Pilot Scale Fluidized Bed Autothermal Gasifier Using Rice Husk", Fuel, vol 111, pp 584–591, 2013.

[3] Andrés Z Mendiburu, João a Carvalho and Christian J R Coronado, "Thermochemical Equilibrium Modeling of Biomass Downdraft Gasifier : Stoichiometric Models", Energy, Vol 66, pp 1–13, 2014.

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ANAIS JORNADA CIENTÍFICA DA PÓS-GRADUAÇÃO DA FEG-UNESP 2016 Guaratinguetá, 26 a 30 de Setembro

Energia 42

ASPECTOS TÉCNICOS E

ECONOMICOS DA

INCORPORAÇÃO DE CICLOS

COMBINADOS ASSOCIADOS

À GASEIFICADORES DE

LEITO FLUIDIZADO NO

SETOR SUCROALCOOLEIRO.

José R. Copa Rey, [email protected],

Celso Eduardo Tuna1; [email protected];

José Luz Silveira1, [email protected]

Laboratório de Otimização de Sistemas Energéticos

(LOSE), Instituto de Pesquisa em Bioenergia

(IPBEN), Departamento de Energia. Feg/Unesp –

Univ. Estadual Paulista.

I. Introdução

Os níveis significativamente elevados dos

subprodutos disponíveis (bagaço e palha) no

processamento da cana-de-açúcar oferecem um

potencial atrativo para o uso de sistemas que

utilizem um gaseificador de biomassa integrado a

um ciclo combinado (BIG-GT) [1]. Este ciclo é

recomendado por vários autores [2] como uma

tecnologia avançada a ser implementada na indústria

sucroalcooleira; ela permite o aumento da

eletricidade gerada por unidade de cana-de-açúcar

processada.

O objetivo deste trabalho é estudar a viabilidade

técnica da introdução da tecnologia BIG-GT no setor

sucroalcooleiro, a fim de aumentar a produção de

energia elétrica.

II. Materiais e métodos

O bagaço é o material residual após a extração do

suco da cana-de-açúcar nas usinas sucroalcooleiras.

O bagaço tem um teor de umidade entre 45 e 55 %

do peso. A composição do bagaço in natura é

C(44,8%), H(5,35%), N(0,38), O(39,55), S(0,01%) e

Cinza (7,79%) [2].

Segundo [3], a gaseificação consiste em um

processo de conversão termoquímica pelo qual a

biomassa é transformada em gás combustível.

O poder calorífico inferior (PCI) do gás de síntese

varia dependendo da composição da biomassa e do

agente de gaseificação empregado. O gás de síntese

produzido pelo bagaço de cana de açúcar tem sua

potência energética formada principalmente pelas

quantidades de CO (10-20 %), H2 (15-25 %) e CH4

(3-10 %) presentes em sua composição.

Análise técnica

As usinas sucroalcooleiras utilizam bagaço com alto

teor de umidade (50%) e palha de cana como

combustíveis nas caldeiras para gerar vapor e

energia, como mostrado na Figura 1. Esta usina

produz 80 t/h de bagaço, dos quais 70,5 t/h são

queimados em uma caldeira, projetada para gerar

nominalmente 150 t/h de vapor a uma pressão de

6.468,0 kPa e 803 K de temperatura. A planta tem

um turbo gerador capaz de gerar 31,23 MW.

Na Figura 2, estuda-se a gaseificação do volume

total do bagaço da usina em leito fluidizado

circulante e a substituição sistema tradicional, pelo

sistema (BIG-GT). Empregando-se a secagem como

processo de pré-tratamento do bagaço úmido.

Para efetuar a análise técnica e econômica da planta,

foram levados em contas a eficiência do secador

(60%), gaseificador (70%), turbina a gás (36%),

Caldeira de recuperação (70%) e temperatura e

pressão de cada aparelho.

Figura 1. Fluxograma da usina convencional

Rede Elétrica

Bagaço U

Vapor

Chaminé

Eletricidade

Sistema de GaseificaçãoSecador

Comp.

C.C.

Processo

Caldeira de recuperação

T.G.

Gerador

Cinza

1

Bagaço S

2

5

9

17

3

4

67

8

10 11

1214b

13

14

15

16

14a

Syngas

Ar

Ar

Figura 2. Fluxograma da usina proposta.

A eficiência de geração de eletricidade é a eficiência

global da planta foi calculada pela a Equação (1 e 2).

combE

plantaWtveEtgeEge

(1)

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Energia 43

combE

plantaWprocQ+tveEtgeE=glη

(2)

Para a análise econômica determinou-se o custo da

produção do syngás, o custo de geração de

eletricidade na turbina a gás, o custo de geração de

vapor do processo, e a receita anual esperada pela

equações (3) - (9). [1]

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

(8)

(9)

III. Analise dos resultados Na figura 3 mostra-se a geração de eletricidade, a

eficiência de geração de eletricidade e a eficiência

global para o ciclo convencional e para a tecnologia

BIG-GT.

Figura 3 – Eletricidade gerada, Eficiências de geração de

eletricidade e globais dos casos estudados.

A implementação do BIG-GT na usina, apresenta-se

como uma alternativa atraente. O volume de geração

da eletricidade no caso estudado foi de 64,4 MW

maior que na usina convencional 31,2 MW. A

eficiência de geração de eletricidade aumentou 26,1

%, e a eficiência global diminuiu 29,9%.

Figura 12 - Receita anual esperada com BIG-GT

Pode-se observar que a viabilidade econômica

começa a se definir a partir do quinto ano, para

os dois casos estudados aplicando uma taxa de

juros de 4 %, quando a tecnologia proposta começa

a gerar lucros para a empresa. Porém, quando a taxa

aplicada é de 12 %, o lucro começa a definir a partir

do décimo ano, isto indica uma amortização do

investimento em um longo período de tempo,

comparado com o tempo de vida útil das tecnologias

envolvidas que é de, em média, 15 anos.

IV. Conclusões

A incorporação da tecnologia gaseificação de

bagaço de cana no setor sucroalcooleiro é viável;

através deste estudo foi demonstrado que é possível

atender as demandas elétrica e térmica do processo

da usina.

Na análise econômica, alocaram-se os custos de

produção dos diferentes produtos da usina para o

caso de estudo. Na análise da Receita Anual

Esperada após a implementação da tecnologia BIG-

GT na usina, observou-se que, a partir do quinto

ano, a tecnologia proposta começa a gerar lucros

para a empresa quando se é aplicada uma taxa de

juros de 4 %.

V. Agradecimentos

Agradecemos à Coordenação de Aperfeiçoamento

de pessoal de Nível Superior (CAPES), do

Ministério da Educação (MEC).

VI. Referências bibliográficas

[1] E. B. MACHIN, Análise técnica, econômica

e ecológica da incorporação de sistemas de

gaseificação de bagaço de cana-de-açúcar no setor

sucroalcooleiro: Uso de ciclos combinados para o

aumento da oferta de eletricidade 2015. 172 f. Tese

(Doutorado em Engenharia Mecânica). 2015.

[2] N. Pérez, E. B. Machin, D. T. Pedroso, J. S.

Santana, and J. Luz., “Fluid-dynamic assessment of

sugarcane bagasse to use as feedstock in bubbling

fluidized bed gasifiers.,” Appl. Therm. Eng., vol. 73,

no. 1,5, pp. 238–244, 2014.

[3] C. R. Coronado, J. T. Yoshioka, and J. L.

Silveira, “Electricity, hot water and cold water

production from biomass. Energetic and economical

analysis of the compact system of cogeneration run

with woodgas from a small downdraft gasifier,”

Renew. Energy, vol. 36, no. 6, pp. 1861–1868, 2011.

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Energia 44

INCORPORACIÓN DEL PROCESO DE QUEMA DE

GLICERINA EN LA PRODUCCIÓN DE

HIDROGENO POR REFORMA A VAPOR DE GLICEROL

Juan Carlos Galarza1,2* y José Luz Silveira1

1 LOSE-Laboratorio de Optimización de Sistemas Energéticos, Departamento de

Energía, Facultad de Ingeniería de Guaratinguetá, UNESP, Guaratinguetá,

Brasil 2 UPS-Universidad Politécnica Salesiana,

Cuenca, Ecuador * e-mail: [email protected]

Resumen:

En el presente trabajo se realiza el análisis energético y económico de la producción de hidrógeno por medio de reforma de vapor de glicerol. Este proceso requiere vapor de agua sobrecalentado, que es producido en un generador de vapor que quema una mezcla de gas natural y parte de la glicerina producida en la planta de biodiesel.

Palabras-clave: Glicerina, Reforma a vapor de

glicerol, quema de glicerina, hidrogeno.

1. Introducción

La glicerina es el principal sub-producto generado en la producción de biodiesel. Esta representa alrededor de 10% de la masa del biodiesel producido, aproximadamente 10kg de glicerina por 100kg de biodiesel producido [1].

La glicerina purificada es utilizada materia prima farmacéutica, cosmética y alimenticia [2]. En años recientes por las políticas de desarrollo sustentable la producción de biodiesel se ha incrementado y por tanto también la producción de glicerina proveniente de esta industria [3]. Con el incremento el precio de la glicerina ha caído de alrededor de US$ 1000/ton en el año 2000 a US$ 40/ton en el año 2013 [4]. Este panorama ha generado una serie de investigaciones, buscando producir nuevos productos a partir de esta glicerina. La producción de hidrógeno a partir de la glicerina es uno de los campos que se estudia actualmente. Una opción es la producción de hidrógeno por reforma de vapor de glicerol [2]. Otro de los usos que se estudia es la quema directa de la glicerina cruda en calderas, debido a su alta disponibilidad.

2. Materiales e Métodos

La figura 1 muestra la configuración de generador de vapor y reformador de glicerol estudiada. La glicerina a procesar viene de una planta de biodiesel con capacidad de 54m3/día de biodiesel que opera 7920h/año. Parte de la glicerina es mezclada con gas natural y quemada en la caldera para producir vapor sobrecalentado para el proceso de reforma a vapor de glicerol. La otra parte de la glicerina es reformada a 727°C y 1atm para obtener una mezcla de gases rica en hidrogeno. El análisis energético se realiza en dos partes. El proceso de reformado es simulado en Aspen Hysys v8.4. El proceso de producción de vapor es calculado con ayuda de MATLAB. El análisis económico es realizado con la metodología mostrada por Galarza et al. [5] con la ayuda de MATLAB.

Fig. 1: Planta de producción de hidrógeno por reforma a vapor de glicerol y quema de glicerina.

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Energia 45

El costo de la glicerina que es igual al costo de producción del biodiesel; y costo 0 ya que es un residuo.

3. Resultados

La tabla 1 muestra los resultados del análisis energético. Las figuras 2, 3 y 4 muestran los costos del vapor, hidrogeno y glicerina respectivamente.

2 3 4 5 6 7 8 9 100.07

0.08

0.09

0.1

0.11

0.12

0.13

0.14

0.15

0.16

0.17

0.18

Periodo de amortización [año]

Co

sto

de p

rod

ucció

n d

e v

ap

or [

US

$/k

Wh

]

Ger. vapor, r=4%, gli=0

Ger. vapor, r=8%, gli=0

Ger. vapor, r=12%, gli=0

Ger. vapor, r=4%

Ger. vapor, r=8%

Ger. vapor, r=12%

Fig. 2. Costo de producción de vapor.

2 3 4 5 6 7 8 9 100.05

0.075

0.1

0.125

0.15

0.175

0.2

0.225

0.25

0.275

0.3

0.325

Periodo de amortización [año]

Co

sto

en

erg

éti

co

del

hid

róg

en

o [

US$/k

Wh]

Ger. vapor, r=4%, gli=0

Ger. vapor, r=8%, gli=0

Ger. vapor, r=12%, gli=0

Ger. vapor, r=4%

Ger. vapor, r=8%

Ger. vapor, r=12%

Co

sto

de p

rod

ucció

n d

el

hid

róg

en

o [U

S$/k

g]

Fig. 3: Costo de producción del hidrógeno.

2 3 4 5 6 7 8 9 100.08

0.082

0.084

0.086

0.088

0.09

0.092

0.094

Periodo de amortización [año]

Costo

ener

gétic

o de

la g

licer

ina [

US$

/kWh]

Ger. vapor, r=4%

Ger. vapor, r=8%

Ger. vapor, r=12%

305

310

315

320

325

330

335

340

345

350

355

Costo

de p

rodu

cció

n de

la g

licer

ina [

US$

/ton]

$

Fig. 4: Costo de la glicerina.

4. Conclusiones La quema de glicerina para la producción de calor de proceso es una alternativa viable para la utilización de este residuo industrial siempre y cuando el costo de la misma sea bajo. La reforma a vapor de glicerol es otra de las alternativas que puede aplicarse para la utilización de la glicerina proveniente de la industria del biodiesel su costo está ligado directamente al costo de la glicerina.

Agradecimientos

Referencias Bibliográficas

[1] C. Coronado, “Análise termoeconômica da produção de biodiesel: aspectos técnicos, econômicos e ecológicos”. 2010.

[2] S. Dunn, “Hydrogen futures: toward a sustainable energy system”, 2002.

[3] ANP, “Anuário estatístico brasileiro do petróleo, gás natural e biocombustíveis: 2015”.

[4] R. A. M. Boloy, “Análise termoeconômica e ecológica da incorporação do processo de produção de hidrogênio em uma planta de produção de biodiesel”, 2014.

[5] J. Galarza, J. Silveira y O. Llerena, “Thermodynamic and economic analysis of cogeneration system aplied in biodiesel production”, CLAGTEE 2015.

Tab. 1: Propiedades termodinámicas de la planta analizada

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Energia 46

DISSOLUÇÃO DE SERPENTINITOS

BRASILEIROS PARA MINERALIZAÇÃO DE CO2

1K. R. M. Vieira, 2G. L. A.F Arce e 1,2I. Ávila,

1Departamento de Engenharia Mecânica Guaratinguetá, Brasil, 2 INPE, Cachoeira

Paulista, Brasil. ([email protected])

Diante das emissões de gases do efeito estufa, sobretudo de fontes de geração de energia, o estudo das tecnologias de Captura e Sequestro de Carbono (CSC) possui grande relevância. A carbonatação mineral (CM) é uma das tecnologias de CSC que pode ser realizada pela dissolução ácida de rochas silicatos por extração de metais e posterior mineralização do dióxido de carbono (CO2) pela formação de carbonatos. Neste estudo, é investigada a dissolução ácida de serpentinitos brasileiros, considerando variáveis que mais influenciam na extração. Na avaliação, o serpentinito de Goiás (S-GO) obteve maior extração dos metais de interesse comparado com o serpentinito de Minas Gerais (S-MG). Palavras chaves: Captura de carbono. Serpentinito. Dissolução ácida. Mineralização.

1. Introdução

Como os combustíveis fósseis continuarão inseridos na produção de energia, é crucial adotar tecnologias para reduzir as emissões de CO2 antropogênico. Os serpentinitos são considerados adequados para processods de CM, devido ao elevado teor de magnésio (Mg) [1] e baixo teor de silício (Si) [2]. O Si interfere no processo devido ao bloqueio de poros na etapa de extração dos metais das rochas [2]. Na a ativação química (lixiviação) da rocha, a dissolução ácida é uma etapa limitante. A forma mais usual de extração a partir de uma matriz de silicato ocorre utilizando o ácido clorídrico (HCl), no método proposto por Lackner et al. [3].

2. Materiais e Métodos

Foram utilizadas duas amostras de minerais silicatos oriundos do estado de Minas Gerais (S-MG) e de Goiás (S-GO). O S-MG é um serpentinito industrial e o S-GO foi obtido após

a etapa de beneficiamento da crisotila, ou seja, é considerado um rejeito de mineração. As amostras foram previamente preparadas e caracterizadas por XRD (Difração de Raios-X), FRX (Fluorescência de Raios-x) e TGA/DTG (Análise Térmica). Para os ensaios de dissolução a variáveis consideradas foram: temperatura, concentração do HCl e excesso

de HCl. A granulometria média de 69 m foi utilizada em todos os testes. 100 mL de HCl e quantidades estequiométricas de serpentinito foram utilizadas em 4 testes executados por 2 h em um reator com sistema de condensação. Após a reação de dissolução do serpentinito mostrada na Eq. 1, obteve-se uma solução final (SF) e um resíduo final (RF). A SF foi analisada por ICP-OES (Espectrometria Ótica de Emissão Emissão Atômica com Plasma Indutivamente Acoplado) para determinar as concentrações de Mg, ferro (Fe), cálcio (Ca) e Si. Os RF foram avaliados por análises TGA/DTG. O Si foi estudado, uma vez que se espera que ele esteja em pequena concentração na SF e fique retido no RF do processo. (1)

3. Resultados

O S-MG consiste em principalmente em antigorita [Mg3Si2O5(OH)4] e o S-GO por clinoclisotila [Mg3Si2O5(OH)4] conforme análises de XRD. A Tab. 1 apresenta a composição dos serpentinitos por FRX. Observa-se que as porcentagens de óxidos de ferro e de cálcio não possuem muita variação entre os serpentinitos. O S-MG apresentou maior porcentagem de óxido de silício e menor de óxido de magnésio.

Tab.1. Composição dos serpentinitos por FRX.

Óxidos S-MG S-GO

MgO 30,63 39,06

SiO2 52,09 40,43

Fe3O4 11,82 9,18

CaO 1,66 2,26

A Fig. 1 apresenta a DTG dos serpentinitos in natura, dos RF após o teste 1 (RF10) e após o

teste 2 (RF20), conforme condições experimentais apresentadas na Tab. 2. Pode-

l22aq2

aqs4523

O5H2SiO3MgCl

6HClOHOSiMg

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Energia 47

se observar nos picos concentrados na faixa da desidroxilação das serpentinas (clinoclisotila, crisotila, antigorita e lizardita) (400-800oC) [4], que os picos referentes ao RF10 do S-GO e o RF20 dos dois serpentinitos são menos evidenciados que os da amostra in natura.

Possivelmente isso ocorreu pela menor quantidade de serpentina contida nos RF e que teria reagido no processo. Assim, pode-se dizer que para os testes 2 utilizando os dois serpentinitos, as condições experimentais foram mais efetivas na extração dos metais comparado com os testes 1.

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

300 600 900 12000,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

600 900 1200

S-MG S-MG

S-GO

in natura

RF10

S-GO in natura

RF20

in natura

RF20

DT

G (

%/m

in)

Temperatura (oC)

in natura

RF10

Fig.1. DTG: amostra in natura e resíduos finais (RF)

da dissolução dos serpentinitos.

A extração dos metais foi determinada de acordo com a Eq. 2, sendo Ci a concentração do elemento na SF (ppm), Vi o volume da SF (L) e Mi a massa do elemento no material antes de ser colocado no reator (mg) [2].

i

iii

*

M

VCY (1)

A Tab. 2 apresenta as porcentagens de extração de Mg, Fe, Ca e Si nos testes de dissolução.

Tab. 2. Testes de extração de Mg, Fe, Ca e Si.

T S T CHCl EHCl Extração (%)

[oC] [M] (E) Mg Fe Ca Si

1 MG

30 1 E 2 1 9 1

GO 17 7 58 3

2 MG

70 2 4E 29 26 32 3

GO 76 57 83 4

Espera-se menor concentração de Si na SF, o que ocorreu para os dois serpentinitos. O S-GO obteve a melhor extração dos metais que o S-MG. A disponibilidade do mineral e a

composição influenciam na aplicabilidade da matéria prima para processos de CSC. Sabe-se que as serpentinas possuem composição e estrutura diferentes [5], comportando-se de maneiras distintas no processo de extração. Assim, considerando que o S-GO (clinoclisotila) possui maior porcentagem de Mg e menor de Si que o S-MG (antigorita), e obteve melhor extração, pode se concluir que o estudo da composição química colabora com os testes de dissolução. Uma vez que, na avaliação do potencial de serpentinitos para processos de CM, maiores porcentagens de Mg na rocha são relevantes e obtendo melhores conversões dos metais proporcionaria maiores taxas de mineralização de CO2. Conclusões As análises de DRX dos RF apresentaram modificações relevantes na faixa da desidroxilação das serpentinas. Avaliando a extração dos metais, o S-GO comparado com o S-MG conseguiu obter maior extração. Assim, o S-GO apresentou maior potencial para processos de mineralização de CO2 por CM.

Agradecimentos Os autores agradecem à FAPESP (Proc. 2011/19920-7 e 150894/2014-7) pelo apoio financeiro.

Bibliografia [1] S. Teir. “Fixation of carbon dioxide by producting

carbonates from minerals and steelmakingslags”. Helsinki University of Technology, 2008.

[2] H. Geerlings et al. “CO2 mineralization-bridge between storage and utilization of CO2”. Annual review of chemical and biomolecular engineering, Vol. 4, pp 103–17, 2013.

[3] K. S. Lackner et al. “Carbon dioxide disposal in carbonate minerals”. Energy, Vol. 20, No. 11, pp. 1153–1170, 1995.

[4] B. Z. Dlugogorski; R. D. and Balucan. “Dehydroxylation of serpentine minerals: Implications for mineral carbonation”. Renewable and Sustainable Energy Reviews, Vol. 31, pp. 353–367, 2014.

[5] S., Lavikko e O. Eklund. “The significance of the serpentinite characteristics in mineral carbonation by “the ÅA Route.” International Journal of Mineral Processing,Vol. 152, pp. 7–15, 2016

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AVALIAÇÃO DAS EMISSÕES DE UM MOTOR DO CICLO OTTO OPERANDO COM INJEÇÃO CONCOMITANTE DE ETANOL E GÁS NATURAL L. Chiapinotto1; C.M.R. Luna1; G.L.A.F. Arce2; I. Ávila1 1Departamento de Energia/Laboratório de Combustão e Captura de Carbono, Guaratinguetá-SP, Brasil. ²National Institute For Space Research, Combustion and Propulsion Associated Laboratory, Rodovia Presidentre Dutra, km 40, Cachoeira Paulista-SP, Brazil. ¹ [email protected] Resumo Devido à sua confiabilidade operacional, os motores de combustão interna são amplamente utilizados, mas são potenciais fontes de poluição do ar. Quando submetidos a diferentes condições de cargas causam significante aumento das emissões de CO, HC e NOX. Ao serem alimentados com o gás natural, que é considerado um combustível de baixo carbono, porém com limitações na combustão, a alta octanagem, alta temperatura de ignição e baixa velocidade de chama, é caracterizado por índices elevados de emissão de HC. Por outro lado, o etanol, também um combustível de baixo carbono, porém com alta velocidade de chama e menor temperatura de ignição do que o gás natural, poderia ser aproveitado para uma injeção concomitante com o gás natural na obtenção de uma combustão mais eficiente. Assim, este trabalho objetiva avaliar as emissões CO, CO2, NOX e HC de um motor de combustão interna de 2000 cilindradas, modelo FLEX através da injeção concomitante de etanol e gás natural comprimido em diferentes misturas. Os gases da combustão foram avaliados considerando regimes de alta e baixa rotação. Os resultados preliminares mostraram que a injeção concomitante de etanol e gás natural comprimido em motor de combustão interna causa a diminuição de CO, NOX, HC e o aumento da concentração de CO2 em relação ao modo gás natural. Palavras chave: gases de efeito estufa; injeção concomitante; etanol; gás natural.

1. Introdução

O uso de combustíveis de baixo carbono tais como etanol e gás natural são fundamentais para a redução dos gases de efeito estufa. De acordo com Eyidogan et al. (2010); Klell et al (2012); Masum et al. (2013); Navarro et al. (2013), o uso do etanol e gás natural contibui significativamente para a redução das emissões de gases de efeito estufa (GHG), onde o dióxido de carbono é o principal gás para o aquecimento global. Martins et al. (2014) alguns países concentraram seus esforços no gás natural. Índia, Irã e Paquistão são líderes no uso deste combustível. O Brasil, desde 1975, por vantagens de clima e terra viu na produção do etanol a partir da cana de açúcar sua oportunidade para promover o abastecimento da frota de veículos leves. Momeni et al. (2014) relata que a eficiência energética, proteção ao meio ambiente e a escassez das reservas de petróleo tem atraído a atenção da população nos últimos anos. A crise do petróleo de 1973 promoveu a busca por combustíveis alternativos em substituição à gasolina para o setor de transporte. O objetivo deste trabalho é encontrar uma fração ideal de etanol hidratado que ao ser injetada concomitantemente ao gás natural no motor de combustão interna por centelha possa produzir uma combustão de menores emissões de HC, CO e NOX em ralação à combustão do modo gás natural. 2. Materiais e Métodos 2.1. Motor de combustão interna.

Através da Tabela 1 são apresentadas as principais caraterísticas do motor utilizado no experimento. Taxa de compressão 11,3:1

Combustível Gasolina e etanol

Vol. câm. combustão 1998 cm³

Sistema de injeção S.F.I. (BOSCH)

Tabela 1 – motor de combustão interna.

2.2. Analisador de gases TM 131

O analisador de gases TM 131 faz a analise dos cinco principais gases da combustão de motores do ciclo Otto, CO2, CO, HC, NOX e O2. Nesta pesquisa foram utilizados o etanol hidratado e o gás natural comprimido. Na Tabela 2 são apresentadas as principais propriedades físicas e químicas do gás natural comprimido.

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Ponto de fusão - 186,6 °C a 1 atm.

Ponto de ebulição - 161,4 °C a 1 atm.

Limite inf. de infl. 5 % em volume no ar

Limite sup. de infl. 15 % em vol. no ar

Densidade 0,65 a 0,80 kg/m³

Solubilidade na água 0,42 g/100g

Temp. de autoignição 482 a 632 °C

Peso molecular médio 18,387 g/mol

PCI 7.532 a 9306 kcal/m³

Velocidade de chama 35 a 50 cm/s

Temperatura adiabática da chama a 20 °C

No ar: 1957 °C No O2: 2810 °C

2.3. Procedimento experimental A metodologia do trabalho consistiu de testes da queima de várias misturas de gás natural e etanol hidratado em motor de combustão interna de 2.0 litros, modelo flex, adaptado com sistema de injeção eletrônica para o gás natural, onde as emissões foram avaliadas através de um analisador de gases TM 131 Tecnomotor.

Os testes foram conduzidos em baixa rotação e alta rotação, simultaneamente, para cada combustível puro e misturas. As misturas avaliadas foram: 80/20, 60/40, 40/60 e 20/80 de etanol hidratado e gás natural. Para cada mistura ou combustível puro foram realizados 10 testes, cinco testes em baixa rotação e 5 testes em alta rotação. A figura 2 ilustra os testes experimentais.

Fig. 2 – Testes experimentais

2. Resultados Pela Fig. 3 é possível observar que as emissões de CO tendem a zero na condição de alta rotação para as misturas 20E80NG, 40E60NG e 60E40NG. Contudo em baixas rotações são zero para os combustíveis puros e misturas de 80 % de gás natural com 20 % de etanol, 80 % etanol e 20 % de gás natural.

Fig. 3 – Emissões de CO.

A Fig. 4 permite visualizar que em relação ao gás natural as emissões de CO2 aumentam com o aumento da fração de etanol.

Fig. 4 – Emissões de CO2.

A Fig. 5 possibilita visualizar as emissões de NOx. Observa-se que em relação ao gás natural, a adição de etanol hidratado na composição da combustão, diminui consideravelmente as emissões de NOx, principalmente na mistura de 20E80NG.

Fig. 5 – Emissões de NOx.

A partir da Fig. 6 é possível observar as emissões de HC. Os resultados confirmam que a adição de 20% de etanol ao gás natural promove uma combustão com menor índice de HC em relação ao gás natural puro.

Fig. 6 – Emissões de HC.

3. Conclusões A injeção concomitante de etanol e GNV num motor FLEX mostra-se factível. A mistura 20E80G no processo de injeção concomitante no motor FLEX mostrou ser a melhor mistura para uma combustão com diminuição do HC, CO e NOX. 4. Agradecimentos Ao CNPq e à FAPESP por seu suporte financeiro. 5. Referências Bibliográficas 1 Eyidogan, Muharrem et al. “Impact of Alcohol-Gasoline Fuel Blends on the Performance and Combustion Characteristics of an SI Engine.” Fuel (2010). 2 Klell, Manfred, Helmut Eichlseder, and Markus Sartory. “Mixtures of Hydrogen and Methane in the Internal Combustion Engine E Synergies, Potential and Regulations.” International Journal of Hydrogen Energy 37 (2012): 11531–11540. 3 Masum, B. M. et al. “Effect of Ethanol-Gasoline Blend on NOx Emission in SI Engine.” Renewable and Sustainable Energy Reviews 2013. 4

Navarro, Emilio, Teresa J. Leo, and Roberto Corral. “CO2 Emissions from a Spark Ignition Engine Operating on Natural Gas-Hydrogen Blends (HCNG).” Applied Energy

(2013). 5 Martins, Amanda Alves, Rodrigo Anderson Dias Rocha, and José Ricardo Sodré. “Cold Start and Full Cycle Emissions from a Flexible Fuel Vehicle Operating with Natural Gas, Ethanol and Gasoline.”

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PRODUÇÃO DE ÁGUA UTILIZANDO UM

CONDENSADOR DE VAPOR ATMOSFÉRICO

Maria Claudia Costa de Oliveira Botan1*, Teófilo Miguel de Souza2

1 Pós-graduação em Engenharia Mecânica, UNESP- FEG, 2 Departamento de

Engenharia Elétrica, UNESP – FEG * [email protected]

Resumo

O objetivo do presente estudo é propor uma forma alternativa de abastecimento de água. Para tal, foi desenvolvido um condensador de vapor atmosférico utilizando filme de diamante CVD (Chemical Vapor Deposition). Testou-se

diferentes trocadores de calor: cobre, alumínio, silício e filmes de diamante CVD com diferentes espessuras. Foi possível verificar que ocorre condensação com todos os trocadores, sem grandes variações. Em média, a produção de condensado foi de 0,2 L. h-1. m-2 em umidades próximas a 50 %, atingindo-se 2,0 L. h-1. m-2 em umidades superiores a 90%.

Palavras-chave: Condensador de vapor.

Filme fino de diamante CVD. Alternativas para obtenção de água.

1. Introdução

O risco de falta de água vem impulsionado pesquisas ao redor do mundo e em diferentes setores da ciência, já que este é um elemento vital. O objetivo deste estudo é apresentar uma forma alternativa de obtenção de água. Para tal utiliza-se módulos termelétricos e diferentes trocadores de calor.

A utilização de condensadores de vapor para obtenção de água ainda é uma técnica pouco utilizada. O exemplo mais conhecido é a utilização das Atrapanieblas, no Chile [1-2].

O presente estudo propõe como inovação a utilização de trocadores de calor constituídos por silício recobertos com filme fino de diamante sintético como melhoria do sistema apresentado por Oliveira (2013) [3].

Com a aplicação do diamante CVD buscou-se agregar eficiência energética ao condensador, já que este material possui maior coeficiente de condutividade térmica se comparado ao cobre e ao alumínio [4].

2. Materiais e Métodos

O experimento foi executado no Laboratório de Diamante CVD inserido no Centro de Energias Renováveis da UNESP-FEG e envolveu dois estágios: obtenção dos filmes de diamante CVD e operação com o condensador de vapor atmosférico.

2.1 Obtenção do Filme

Utilizou-se um reator de filamento quente, com injeção de gases metano e hidrogênio na proporção de 2% de metano. Manteve-se pressão e temperaturas controladas durante a execução de acordo com o disposto na literatura [4-7].

A Fig.1 representa esquematicamente os componentes envolvidos na operação do reator de filamento quente.

Fig. 1. Desenho esquemático do reator de filamento quente [7].

2.2 Condensador de vapor atmosférico

Para coleta do condensado, utilizou-se um condensador de vapor atmosférico, como ilustra a Fig. 2. O equipamento é composto por um suporte metálico, um cooler para retirada do calor do lado aquecido, dois módulos termelétricos, trocador de calor (cobre, alumínio, silício ou silício recoberto com filme de diamante). O conjunto é ligado eletricamente a uma fonte de corrente contínua. O conjunto permaneceu ligado ao

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longo do dia e seu condensado recolhido e medido ao longo do tempo.

Fig.2. Condensador termelétrico.

3. Resultados

Como principal resultado tem-se o gráfico, Fig.3, onde encontram-se as diferentes curvas, correspondentes a cada trocador de calor testado. Neste gráfico é possível verificar o volume de condensado obtido ao longo do tempo, nas diferentes umidades.

Fig.3. Gráfico do volume de condensado em função da umidade, com diferentes materiais

como trocadores.

Não foi possível verificar diferença significativa entre os tipos de materiais utilizados, em suma, a produção segue o disposto na Tab.1.

Tab. 1. Produção média de condensado.,

umidades produção

50% 0,2 L. h-1

. m-2

80% 0,5 L. h

-1. m

-2

90% 1,0 L. h-1

. m-2

100% 2,0 L. h-1

. m-2

4. Conclusões

Foi possível verificar a viabilidade técnica do sistema proposto, uma vez que ocorre a condensação.

Sua produção é satisfatória uma vez que produz 200 ml de água em uma hora em umidade relativa de 50%.

Para umidades inferiores, não há produção de condensado.

Agradecimentos À Capes, pela bolsa de estudos da primeira autora, ao Centro de Energias Renováveis e à Unesp – FEG.

Referências Bibliográficas [1] R. S. Schemenauer and P. I. Joe “The

Collection Efficiency of a Massive Fog Collector”. Atmospheric Research, v. 24, pp 53-69, 1989.

[2] F. Abreu, L.F. Silva. “A água que vem do ar”. Disponível em: <http://planetasustentavel. abril.com.br/noticia/ambiente/a-agua-que-vem-do-ar-superinteressante-830222.shtml>. Acesso em: 21 jun. 2016.

[3] M.C.C. Oliveira “Desenvolvimento e Análise Técnica e Econômica de um condensador de vapor atmosférico utilizando tecnologias termelétrica e solar fotovoltaica” Dissertação de Mestrado. Universidade Federal de Itajubá, 2013.

[4] T.M.Souza “Análise de dissipadores de calor com filmes de diamante CVD”. Tese de Livre-Docência. Universidade Estadual Paulista, Faculdade de Engenharia do Campus de Guaratinguetá, 2008.

[5] R.F. Davis. “Diamond Films and Coatings – Development, Properties and Applications” Noyes Publications Ed. North Carolina, 400p, 1993.

[6] T.M. Souza, V.J. Trava-Airoldi, E.J. Corat, N.F. Leite “Studies on CVD diamond on Ti6Al4V alloy surface using hot filament assisted technique.” Thin Solid Films ISSN: 00406090, Vol. 308, pp. 254-257, 1998.

[7] R.C.M. Barros, M.C. Ribeiro, P.T. Ansumodjo, M.S.S. Juliao, S.H.P. Serrano, N.G. Ferreira, “Filmes de diamante CVD dopado com boro”. Parte I. Histórico, produção e caracterização. Química Nova, v.28, n.2, p. 317-325. 2005.

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EFICIÊNCIA ENERGÉTICA EM SISTEMAS DE ILUMINAÇÃO

RESIDENCIAL Trujillo León Maria Fernanda, Carneiro Luis

Jorge Jr., Maldonado Astorga Oscar Armando.

São Paulo, Guaratinguetá, Brasil. ([email protected])

Resumo

O crescimento acelerado da população, a escassez de recursos naturais, e a necessidade pelo cuidado ao nosso planeta determina preocupação no que se diz respeito à economia de energia trazendo a necessidade do uso de novos sistemas com características ecológicas, assim como a tecnologia LED que cada dia tem mais imersão no mercado. Este trabalho apresenta os tipos de sistemas de iluminação usados nas residências ao longo do tempo, o levantamento característico do desempenho elétrico assim como a apresentação dos resultados comparativos da eficiência de cada um destes sistemas em base aos ensaios laboratoriais realizados dando ênfase aos sistemas que fazem uso da eletrônica de potência, consequente imersão de cargas não lineares geradoras de distúrbios no sistema elétrico. Palavras chave: Iluminação, eficiência energética, LED, THD.

1. Introdução

A demanda por equipamentos de baixo consumo de energia e de alta eficiência elétrica tem crescido exponencialmente nas últimas décadas nos campos residencial, comercial e industrial[1]. Na área residencial se destaca o constante aumento da demanda a nível nacional e mundial, conforme a Empresa de Pesquisa Energética-EPE, a qual informa que a demanda nas residências brasileiras cresceu 4,6%. Registrando a quarta alta seguida no consumo de eletricidade neste âmbito[2]. Isto atrai cada vez mais pesquisadores para a tarefa de desenvolver tecnologias, equipamentos ou metodologias que permitam uma redução do consumo de energia elétrica, como é o caso da tecnologia LED no segmento iluminação.

2. Materiais e Métodos

Numa instalação residencial do Departamento de Elétrica DEE-UNESP foram realizados ensaios com amostras das diferentes tecnologias de iluminação e auxílio de instrumentos de medição, analisadores de qualidade de energia e sondas de corrente efeito hall, como ferramentas para a coleta de dados dos testes. Determinaram-se as características de desempenho elétrico como valores de tensão (V), corrente (I), potência ativa (P), potência reativa (Q), potência aparente (S), fator de potência (FP), taxa de distorção harmônica total (THD), sendo estas duas últimas características fundamentais para a avaliação da eficiência e qualidade de energia. Assim também se obteve as formas de onda de corrente, tensão e o espectro harmônico de cada um dos sistemas. As amostras iluminaram a instalação residencial criada para a coleta de dados e foram representativas de cada um dos sistemas, de fabricantes A, B e C assim: sistema incandescente (S.I.), sistema halógeno (S.H.), sistema fluorescente compacto (S.FC.) e sistema LED (S.LED).

3. Resultados

A continuação se apresentam os dados elétricos coletados nos ensaios realizados

Tab.1. Dados elétricos_sistemas de iluminação.

Fluke (analisador QEE)

Potência THDI%f FP

Sistema P [W] Q [Var] S [VA] I

S.I. 176,0 3,0ind 176,0 1,2 1,00

S.H. 193,0 1,0ind 193,0 1,2 1,00

S.FC. 44,0 53,0cap 69,0 89,5 0,64

S.LED. 29,0 19,0cap 35,0 53,8 0,83

Medidor eletrônico

Tensão Corrente Potência FP

Sistema V [V] I [A] S [VA]

S.I. 122,4 1,42 173,81 1,00

S.H. 122 1,54 187,88 1,00

S.FC. 124 0,55 68,20 0,62

S.LED. 121,5 0,3 36,45 0,83

Analisando os diferentes tipos de sistemas no âmbito iluminação representam-se os

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resultados obtidos dos ensaios nos seguintes gráficos: as potências (P,Q,S) no gráfico a seguir, Fig. 1.

Fig.1. Gráfico Potência.

O gráfico denota o Sistema de Iluminação LED como o menor consumidor de energia ao apresentar a sua potência ativa e aparente com menor valor em comparação ao resto de sistemas, seguido do Sistema Fluorescente compacto. O índice de distorção harmônica de corrente THDi de cada um dos sistemas estudados são aprepresentados em porcentagens na sequência, Fig. 2.

Fig.2. Gráfico % Distorção Harmônica.

Pode-se verificar que o sistema com maior THDi e consequentemente líder em fonte de distúrbios afetando a eficiência energética dos sistemas de iluminação é o sistema FC seguido do sistema a LED. O sistema incandescente e halógeno por serem cargas puramente resistivas, cargas lineares, não são geradoras de distúrbios. Os fatores de potência de cada um dos sistemas de iluminação analisados observam-se no gráfico da Fig. 3.

Fig.3. Gráfico Fator de Potência.

Percebe-se que o sistema LED apresenta uma média de FP de 0,83, seguido do sistema FC de 0,64.

4. Conclusões O sistema FC seguido do sistema LED apresentaram alto índice de distorções harmônicas, características próprias de cargas não lineares, portanto baixo fator de potência, o que significa baixa eficiência energética destes equipamentos que afetam o sistema elétrico. A eficiência do Sistema LED foi corroborada na ordem de 50% em potência total gerada pelo sistema comparado às lâmpadas convencionais de uso atual. Reforçando tal dedução com a “Comparison Chart LED Lights vs. Incandescent Light Bulbs vs. CFLs”[3].

Agradecimentos

Laboratório de Eficiência em Sistemas de Iluminação Pública-LESIP, FEG-UNESP. Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico-CNPQ.

Referências Bibliográficas [1] R. Bravo, N. Abed. “Experimental evaluation of

the harmonic behavior of LED light bulb”. IEEE Power and Energy Society General Meeting, Vol. 1, No. 1, pp 1-4, 2013.

[2] EPE. “Resenha Mensal de Consumo de Energia Elétrica da Empresa de Pesquisa Energética”. 2016.

[3] <http://www.designrecycleinc.com/led%20comp%20chart.html>

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SIMULAÇÃO DE MOTORES E SPRAY COMBUSTÍVEL

Mateus D. Ribeiro*, Alex M. Bimbato, Maurício A. Zanardi, José A. P. Balestieri Departamento de Energia – FEG/UNESP,

Guaratinguetá, Brasil, ([email protected])

Resumo

A crescente exigência na legislação sobre os níveis de emissão de poluentes e gases causadores do efeito estufa tem motivado um grande número de trabalhos acadêmicos com foco na melhoria dos níveis de emissão e taxa de consumo específico de motores de combustão interna. Dentre esses trabalhos, um campo que tem se destacado é o de CFD, que usa recursos computacionais para resolver problemas físicos complexos como escoamentos turbulentos, sprays combustível, e o processo de combustão na câmara de combustão de motores. Este trabalho é uma breve compilação de alguns estudos numéricos desenvolvidos por nosso grupo e colaboradores usando códigos CFD abertos, tais como LES, e provendo validação dos resultados obtidos com dados experimentais, como aqueles do motor óptico de Duisburg e dos injetores do tipo “Spray G” da ECN.

Palavras-chave: Motor de combustão interna,

Spray, LES, OpenFOAM

1. Introdução O uso majoritário de motores de combustão interna no setor de transportes resultou em problemas relacionados com a emissão exagerada de gases poluentes e causadores do efeito estufa, incluindo problemas de saúde pública e danos ambientais severos [1]. Para resolver esses problemas, agências reguladoras de cada país aumentaram as restrições em relação a essas emissões, desafiando assim engenheiros e pesquisadores a desenvolverem novos modelos que corretamente descrevam os fenômenos físicos que ocorrem no interior dos motores com o objetivo de projetar e otimizar novas tecnologias que cumpram a legislação. Uma das maneiras de se atingir esse objetivo é realizar estudos numéricos, usando um código

baseado na Dinâmica de Fluidos Computacional (CFD), e validar os resultados obtidos em um motor de pesquisa, normalmente com um acesso óptico [2,3]. Um dos estudos apresentados nesse artigo é uma investigação sobre a evolução da chama dentro do motor de Duisburg, um motor de laboratório de acesso óptico localizado na Universidade de Duisburg-Essen. O objetivo é determinar se a frente luminosa observada em imagens do experimento adentrando a fenda existente entre o cilindro e o pistão era uma frente de chama ou se eram apenas gases quentes empurrados para dentro da fenda devido à forte pressão dentro da câmara. Outro estudo a ser apresentado é o do caso de teste de um spray combustível [4] evaporativo e não reativo de iso-octano em uma câmara de combustão estacionária, para os quais dados experimentais são fornecidos pela ECN.

2. Materiais e Métodos Para a representação do fenômeno de escoamento do motor de Duisburg e do “Spray G” da ECN, o código CFD aberto OpenFOAM é empregado para a solução das equações de governo (massa, momento, energia, turbulência...). No caso do motor, usou-se o modelo LES Smagorinsky padrão para a solução da turbulência e o modelo de Weller para a previsão do desenvolvimento da chama no interior da câmara com um modelo de combustão simples para a determinação da pressão e temperatura. Os resultados obtidos são validados contra dados experimentais fornecidos pela Universidade de Duisburg-Essen. No estudo do spray de iso-octano da ECN, empregou-se tanto modelos de Equações Medias de Reynolds (RANS) como simulações de grandes escalas (LES) para a solução da turbulência, assim como a técnica Euleriana-Lagrangeana para acoplamento entre fases líquida e gasosa. Uma variedade de sub-modelos são empregados para representar o fenômeno de atomização do combustível. No caso do spray, os dados experimentais para validação são obtidos por pesquisadores que contribuem para a ECN em universidades e centros de pesquisa ao redor do mundo [5].

3. Resultados

A Figura 1 apresenta os resultados referentes ao motor de Duisburg, mostrando que as

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simulações nas quais o termo fonte da reação de combustão está presente na região da fenda possuem resultados qualitativamente muito próximos aos obtidos nas visualizações de alta velocidade do experimento. Além disso, a massa de produtos da combustão que adentra a fenda é consideravelmente maior quando o termo fonte é considerado.

Fig.1. Simulação do Motor vs. Experimento

A Figura 2 apresenta alguns resultados referentes à simulação do “Spray G”. Primeiramente os comprimentos de penetração em ambas as fases são validados com dados experimentais, confirmando boa concordância entre simulação e experimento. Em seguida, visualizações da distribuição de tamanho das partículas, velocidade, fração de mistura de iso-octano e temperatura são apresentadas para um instante de 6 ms após início da injeção.

4. Conclusões Nestes dois estudos foi possível concluir que através de comparações de diferentes simulações com resultados experimentais, a estrutura vista na região da fenda do motor de Duisburg é realmente uma chama ativa. Além disso, conclui-se que uma abordagem Euleriana-Lagrangeana com LES para a turbulência e diferentes modelos para o rompimento foi bem-sucedida na simulação de um spray de iso-octano nas condições do

“Spray G”.

Agradecimentos Os autores agradecem à FAPESP pelo financiamento do projeto Nº 2015/10299-9.

Fig. 2. Simulações do “Spray G”

Referências Bibliográficas [1] Tan, M. T., Ng, H. K., Gan, S., 2013. CFD

modelling of soot entrainment via thermophoretic deposition and crevice flow in a diesel engine. Journal of Aerosol Science 66, 83-95.

[2] Peterson, B., Reuss, D. L., Sick, V., 2014. On the ignition and flame development in a spray-guided direct-injection spark-ignition engine. Combustion and Flame 161, 240-255.

[3] Druault, P., Guibert, P., Alizon, F., 2015. Use of proper orthogonal decomposition for time interpolation from piv data. Experiments in Fluids 39, 1009-1023.

[4] Vuorinen, V. A., Hillamo, H., Kaario, O., Nuutinen, M., Larmi, M., Fuchs, L., ,2011. Effect of Droplet Size and Atomization on Spray Formation: A Priori Study Using Large-eddy Simulation. Flow Turbulence Combustion 86, 533-561.

[5] ECN, 2014. ECN 3rd Workshop Proceedings. http://www.sandia.gov/ecn/workshop/ECN3.php.

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ESTUDO TERMOGRAVIMÉTRICO DA

COMBUSTÃO E OXICOMBUSTÃO DE MISTURAS CARVÃO MINERAL-BIOMASSA

Natalia da Silva Ribeiro1*, Carlos Manuel Romero Luna¹ e Ivonete Ávila¹

1 Departamento de Energia, Guaratinguetá, Brasil

* autor correspondente ([email protected])

Resumo: Neste trabalho foi estudado o

comportamento da combustão de misturas entre carvão mineral e duas biomassas (bagaço de cana de açúcar e bagaço de sorgo biomassa) em atmosfera de combustão e oxicombustão através da análise termogravimétrica. Os experimentos foram realizados utilizando uma razão de aquecimento de 10°C/min. A partir das curvas DTG foram determinados parâmetros tais como índice de combustão, sinergismo e energia de ativação. Os resultados demonstraram que há diferenças de comportamento entre as diferentes biomassas e atmosferas, sendo notado melhora nos parâmetros de combustão quando os materiais são testados em atmosfera de oxicombustão.

1. Introdução

Com a finalidade de reduzir gradualmente os danos provocados pela combustão de combustíveis fósseis, a demanda por combustíveis alternativos que reduzem as emissões de gases poluentes tende a aumentar nos próximos anos. Assim, a biomassa apresenta um grande potencial para suprir a demanda de energia renovável, sendo objeto de alguns estudos [1]. A biomassa possui algumas deficiências, tais como: disponibilidade sazonal e alto teor de umidade. Uma maneira de superar essas deficiências é utilizar a técnica de co-combustão de biomassa e carvão [2]. Este trabalho investiga a influência da atmosfera nos parâmetros de combustão de misturas de carvão com bagaço de cana-de-açúcar e bagaço de sorgo. Os experimentos

foram realizados através de análises termogravimétricas em atmosfera de combustão (20% O2 - 80%N2) e oxicombustão (20%O2 - 80%CO2).

2. Materiais e Métodos

a. Materiais

Neste estudo foram utilizadas amostras de carvão mineral betuminoso CE-4500 (C), bagaço de cana-de-açúcar (SB) e bagaço de sorgo biomassa (BSB).

b. Análise Termogravimétrica

O estudo do comportamento da decomposição

térmica dos materiais nas diferentes

atmosferas foi realizado com testes não

isotérmicos. Foi considerado as proporções

mássicas de 25, 50 e 75% de biomassa com

granulometria de 63 μm, 5 mg de amostra,

razão de aquecimento de 10° C/min da

temperatura ambiente até 800°C para todos os

materiais.

c. Parâmetros de combustão Para a avaliação dos efeitos de sinergismos

utilizou-se o modelo proposto por [3]. Com a

finalidade de quantificar o grau sinergismo foi

determinado o erro relativo de acordo com o

proposto por [4].

O índice de combustão (S) é um parâmetro

utilizado para avaliar o desempenho da

combustão. Quanto maior seu valor melhor é a

reatividade do combustível ou da mistura. O

índice de combustão foi determinado conforme

a equação proposta por [5].

O modelo utilizado para calcular a energia de

ativação como uma função do grau de

conversão de uma reação química foi o Model

free kinetics apresentado por [6]. Para o estudo

cinético foram realizados experimentos com

três diferentes razões de aquecimento (10°C,

15°C e 20°C min-1).

3. Resultados

O comportamento da combustão dos materiais in natura e suas misturas foi avaliado através das curvas DTG obtida em atmosfera de combustão e oxicombustão com razão de aquecimento de 10°C min -1. A figura 1 apresenta as curvas DTG dos materiais in natura em atmosfera de combustão e oxicombustão.

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Energia 57

Fig.1. Curvas DTG materiais in natura em atmosfera de combustão o oxicombustão.

A figura 2 e 3 ilustra as curvas DTG das misturas carvão/SB e carvão/BSB em atmosfera de combustão e oxicombustão.

Fig.2. Curvas DTG das misturas carvão/SB em

atmosfera de combustão o oxicombustão.

Fig.3. Curvas DTG das misturas carvão/BSB em atmosfera de combustão o oxicombustão.

Os resultados mostram que os valores do índice de combustão e energia de ativação do carvão melhoram com a presença de biomassa na mistura, sendo diretamente proporcional com o incremento da quantidade de biomassa na mistura. O valor registrado de energia de ativação do carvão puro em atmosfera de combustão foi de 163 KJ mol-1, quando testado em atmosfera de oxicombustão o valor registrado foi menor (122 KJ mol-1). Os valores de energia de ativação das biomassas tiveram o mesmo comportamento, indicando que a atmosfera de oxicombustão melhora os parâmetros de combustão para os materiais testados. Com a adição de 25% de biomassa na mistura com o carvão, a energia de ativação

reduz de 163 KJ mol-1 para 122 KJ mol-1 para o SB e para 117 KJ mol-1 para o BSB.

4. Conclusões Este trabalho investigou a influência da atmosfera nos parâmetros de combustão de misturas de carvão e biomassa. A atmosfera de combustão afeta diferentemente o processo de degradação térmica do carvão, bagaço de cana de açúcar, bagaço de sorgo biomassa e suas misturas. Em atmosfera de oxicombustão a presença do CO2 aumenta a reatividade e a taxa de perda de massa do material. A atmosfera de oxicombustão tem um efeito positivo na combustão dos materiais puros e suas misturas.

Agradecimentos Os autores agradecem ao Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq Processo 150894/2014-7) e Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São (FAPESP - Processo 2013/21244-5) pelo suporte financeiro.

Referências Bibliográficas [1] T. T. Al-Shemmeri, R. Yedla, and D. Wardle,

“Thermal Characteristics of Various Biomass Fuels in a Small Scale Biomass Combustor,” Appl. Therm. Eng., Apr. 2015.

[2] S. Li, X. Chen, A. Liu, L. Wang, and G. Yu, “Study on co-pyrolysis characteristics of rice straw and Shenfu bituminous coal blends in a fixed bed reactor.,” Bioresour. Technol., vol. 155, pp. 252–7, Mar. 2014.

[3] M. V Gil, D. Casal, C. Pevida, J. J. Pis, and F. Rubiera, “Thermal behaviour and kinetics of coal/biomass blends during co-combustion.,” Bioresour. Technol., vol. 101, no. 14, pp. 5601–8, Jul. 2010.

[4] A. O. Oyedun, C. Z. Tee, S. Hanson, and C. W. Hui, “Thermogravimetric analysis of the pyrolysis characteristics and kinetics of plastics and biomass blends,” Fuel Process. Technol., vol. 128, pp. 471–481, Dec. 2014.

[5] C. Buratti, M. Barbanera, P. Bartocci, and F. Fantozzi, “Thermogravimetric analysis of the behavior of sub-bituminous coal and cellulosic ethanol residue during co-combustion.,” Bioresour. Technol., vol. 186, pp. 154–62, Jun. 2015.

[6] S. Vyazovkin and C. a Wight, “Kinetics in solids.,” Annu. Rev. Phys. Chem., vol. 48, pp. 125–149, 1997.

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Energia 58

ESTUDO DO POTENCIAL DE PRODUÇÃO DE HIDROGÊNIO

RENOVÁVEL A PARTIR DA REFORMA A VAPOR DE

BIOGÁS DE ATERRO SANITÁRIO

Regina Franciélle Silva Paulino,

José Luz Silveira LOSE/IPBEN - UNESP, Guaratinguetá,

Brazil [email protected]

Resumo: A produção de resíduos sólidos urbanos (RSU) tem crescido muito, e seu tratamento tem sido em sua maioria por aterro sanitário, os quais geram biogás. Por questões ambientais esse insumo de processo é queimado em flare. No caso de São Paulo, existem três grandes aterros sanitários (Caieiras, CTL e CDR Pedreira), que produzem juntos aproximadamente 45.333 m3/h de biogás. Nesse trabalho é analizado a possibilidade de uso do biogás para a produção de hidrogênio em processo de reforma a vapor. Inicialmente, são efetuados estudos técnicos do processo de reforma a vapor do biogás. Em seguida, é avaliada a eficiência energética deste sistema e o potencial de produção de hidrogênio renovável dos aterros sanitários da cidade de São Paulo. Conclui-se que o processo de reforma a vapor garante a produção de 29441,27 N m3/h de Hidrogênio, indicando que a cidade tem grande potencial de produção de hidrogênio.

Palavras-Chaves: biogás, reforma a vapor, hidrogênio

1. Introdução .O biogás é produto da ação digestiva

das bactérias metanogênicas, é composto principalmente, por gás Carbônico (CO2) e Metano (CH4), embora apresente traços de

Nitrogênio (N2), Hidrogênio (H2) e gás Sulfídrico (H2S). Ele se forma através da decomposição de matéria orgânica (biomassa) em condições anaeróbicas [1].

A reforma a vapor é uma tecnologia desenvolvida e utilizada industrialmente para geração de hidrogênio. Em geral a maior parte do hidrogênio produzido é utilizado no próprio local de produção, e exemplos de aplicações são as refinarias de petróleo, as indústrias químicas e as petroquímicas, sendo que o principal combustível fóssil empregado para esse fim é o gás natural [2].

Este trabalho sugere o uso do biogás no processo de reforma a vapor, substituindo o gás natural (combustível utilizado normalmente), com o objetivo de avaliar o potencial de produção de hidrogênio dos aterros sanitários da cidade de São Paulo.

2. Materiais e Métodos A capacidade de produção de biogás

dos aterros sanitários de São Paulo são: -Aterro Sanitário Caieiras (14000 m3/h [3]); -Aterro Sanitário Centro de Disposição de Resíduos (CDR) Pedreira (15000 m3/h [4]); -Aterro Sanitário Central de Tratamento de Resíduos Leste (CTL) (16333 m

3/h [5]).

Com a finalidade de minimizar reações indesejáveis no processo de reforma a vapor do biogás considera-se o sistema

operando com catalisador 5%Ru/ -Al2O3

com 80% de eficiência e no reator shift o

catalisador Cu/ZnO--Al2O3 com 93% [6]. As reações que ocorrem no

reformador principal, no reator shift e a global são apresentadas a seguir: - Reação no reformador (vapor +seco) com 80% de eficiência de reação:

(1) - Reação no reator shift com 93% de eficiência de reação:

(2)

- Reação global com eficiência de reação de 74,4%

(3)

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Energia 59

A eficiência energética do processo de reforma a vapor do biogás pode ser

determinada pela equação (4) [6].

(4)

Onde:

(5)

Onde:

: consumo de biogás na caldeira [kg/s]

: fluxo mássico de biogás no reformador [kg/s]

: fluxo mássico de hidrogênio produzido [kg/s]

: fluxo mássico de vapor no reformador [kg/s]

: poder calorífico inferior do biogás [kJ/kg]

: poder calorífico inferior do hidrogênio [kJ/kg]

: eficiência da caldeira [-]

: eficiência energética do processo de reforma a

vapor do biogás [-]

variação de entalpia específica na caldeira [kJ/kg]

3. Resultados

Em estudos preliminares desse trabalho de dissertação, foi possível verificar que para uma quantidade de 310,46 kg/h de biogás, são necessários 826,50 kg/h de vapor de água (700 C; 0,101 MPa) para um produção de 500 Nm3/h de hidrogênio no processo de reforma. Para produzir o vapor necessário ao processo de reforma é necessária a queima de 240,77 kg/h de biogás na caldeira. O PCI do biogás com composição de 55% de CH4 e 45% de CO2 é de 15429 kJ/kg e o PCI do hidrogênio é de 119950 kJ/kg. Com estes resultados e aplicando a equação (4) obteve-se a eficiência energética do processo de reforma é de 63,39%. A Tabela 1 apresenta a capacidade de produção de hidrogênio a partir da reforma a vapor de biogás

(considerando uma composição média) para cada aterro sanitário da cidade São Paulo.

Tabela 1: Capacidade de produção de hidrogênio utilizando biogás dos aterros sanitários da cidade de São Paulo

4. Conclusões

Da análise energética tem-se que o processo de reforma a vapor possui eficiência de 63,39%. E também, que a produção de biogás total (45333 m3/h) dos três aterros cidade de São Paulo, podem produzir 29441,27 Nm3/h de H2. Isso mostra que o biogás dos aterros em estudo, que é queimado em flare, pode ser aproveitado para produzir hidrogênio através deste sistema. O processo de reforma a vapor de biogás permite a produção de hidrogênio com custos de produção relativamente baixos, e deve ser considerado estratégicos pelos governos municipais, estaduais e federais.

Referências Bibliográficas

[1] Gaspar R. M. B. L. Utilização de Biodigestores em Pequenas e Médias Propriedades Rurais, com Ênfase na Agregação de Valor: um Estudo de Caso na Região de Roledo-PR. Dissertação de Mestrado. Universidade Federal de Santa Catarina, 2003

[2] SORDI, A.; SILVA, E. P.; LOBKOV, D. D.; NETO, A. J. M.; LOPES, D. G. Gaseificação de biomassa e célula a combustível: sistema com célula tipo pemfc. Encontro de Energia no Meio Rural, 2006.

[3] CANDIANI, G.; SILVA, M. R. M. Análise do biogás no aterro sanitário caieiras. Semina: Ciências Exatas e Tecnológicas, Londrina, v. 32, n. 1, p. 69-77, 2011.

[4] CDR - SECRETARIA MUNICIPAL DE SERVIÇOSDEPARTAMENTO DE LIMPEZA URBANA. Gestão dos Resíduos Sólidos na Cidade de São Paulo.

[5] ECOURBIS.http://www.ecourbis.com.br/site/destinacao.aspx?content=aterro-sanitario

[6] BRAGA, L. B. Aspectos Técnicos, Econômicos e Ecológicos de Processos de Produção de Hidrogênio. 2014. 143 f. Tese (Doutorado em Engenharia Mecânica) – Faculdade de Engenharia do Campus de Guaratinguetá, Universidade Estadual Paulista, Guaratinguetá, 2014. (fonte da letra)

Aterro Sanitários

Produção de Biogás [Nm

3/h]

Produção de H2 Reforma a vapor

[Nm3/h]

Caieiras 14000 9092,22

CDR 15000 9741,67

CLT 16333 10607,38

Total 45333 29441,27

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Energia 60

MOTOR STIRLING UTILIZANDO BIOGÁS COMO COMBUSTÍVEL: ASPECTOS

ECONÔMICOS E AMBIENTAIS

Rodrigo Orefise Dentello1*, Antonio Wagner Forti2 e Eliana Canettieri2, José Luz Silveira1 1LOSE/IPBEN-UNESP, Guaratinguetá, Brasil

* autor correspondente ([email protected])

Resumo Sistemas de geração de energia empregando motor Stirling tem sido estudados por vários pesquisadores, e o seu emprego na geração descentralizada de energia elétrica tem sido ampliado. O objetivo desse trabalho é estudar um sistema empregando motor Stirling de 2 kW operando com biogás. Da engenharia econômica tem-se que o custo de produção de eletricidade ainda é elevado em comparação com ao fornecido pela concessionária para períodos equivalente de utilização inferiores a 5000 h/ano. A limitação desse sistema é o custo atual do motor Stirling, cerca de 12500,00 US$/kW. A eficiência ecológica para o processo de geração de energia do sistema é de 98,81%, indicando ser um processo pouco poluidor. Palavras-chave: biogás, Stirling, análise econômica, eficiência ecológica, geração descentralizada.

1. Introdução Um dos métodos para geração de eletricidade está no uso de motores Stirling. Eles podem ser utilizados para produzir eletricidade para localidades desprovidas de linhas de transmissão e comunidades isoladas. Estas plantas podem ser usadas também sobre a técnica da cogeração, possibilitando além da geração de eletricidade, a produção de energia térmica útil, usada para o aquecimento e o resfriamento de residências, apartamentos e outros estabelecimentos de pequeno porte. Esses sistemas podem operar com queima de biocombustível e de outros combustíveis [2].

Uma das vantagens do uso de motor stirling ao invés de motores convencionais de combustão interna é que o primeiro dispensa o tratamento inicial do gás (queima externa). Pesquisa realizadas indicam que os motores Stirling alimentados por biogás tem sido comercializados e são encontrados no mercado internacional para potências baixas (até 10 kW). Os motores movidos a biogás podem ser utilizados em usinas de cogeração da mesma forma que os motores do ciclo Otto e do ciclo Diesel [3]. O motor Stirling é um motor de combustão externa na qual o fluido de trabalho (ar, hélio ou hidrogênio) trabalha em um ciclo fechado com uso de uma fonte quente e uma fria, expandindo e comprimindo esse fluido utilizado, produzindo trabalho no motor. 2. Materiais e Métodos

O sistema é descrito para gerar potência elétrica onde o motor está acoplado em um gerador. O combustível (biogás) é levado em na temperatura de 298 K ( ) à câmara de combustão onde é queimado a ( ) e seus gases são enviados para o motor Stirling para fornecer a fonte quente do sistema. Posteriormente os gases saem pelo escape em temperatura 667 K ( )[4]. A fonte fria é

fornecida através de água a 313 K ( ), que resfriar o motor e sai deste a 333 K ( ).

Figura 1 – Esquema do motor Stirling.

O custo de produção de eletricidade no motor poder ser determinado pela equação (1)[5].

(1)

O fator de anuidade (1/ano)é calculado utilizando-se as equações (2) e (3).

(2)

(3)

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Energia 61

(4)

3. Resultados Comparando os custos de produção de

energia elétrica do motor Stirling operando com biogás e as tarifas da Companhia Hidroelétrica São Patrício (0,18016 US$/kWh) e da Companhia Boa Vista Energia (0,12589 US$/kWh), para uma taxa de anual de juros de 12 %, têm-se que os valores de período de amortização de investimento são de 17 anos para 5000 h/ano e 9 anos para 7000 h/ano (Gráfico 1). O custo de produção de eletricidade com motor Stirling não é viável para o período equivalente de utilização de 3000h/ano. Gráfico 1 – Custo de produção de eletricidade para 3000, 5000 e 7000 horas/ ano.

O custo para se produzir eletricidade

nesse sistema ainda é muito elevado, devendo cair com o aumento do volume de produção desses motores. A análise ecológica foi realizada através do cálculo dos CO2

equivalente, considerando o indicador de poluição e o nível de valor para a eficiência ambiental. Estudos indicaramum valor de eficiência ambiental em torno de 98,81% (Tabela 1). Este valor é bem próximo quando comparado com a eficiência ambiental de sistemas que utilizam motor de combustão interna e microturbina a gás operando com biogás.

Tabela1 – resultados análise ecológica. Componentes Valores obtidos

24,5

(kJ/Nm3)

22600

(kgco2/kJ)

0,59

(%)

98,81

4. Conclusões O sistema com motor Stirling funcionando a biogás pode ser uma opção alternativa para geração de energia elétrica no Brasil. Existem muitas áreas isoladas no país que ainda não tem acesso à energia e que podem se beneficiar com o desenvolvimento e aumento do volume de produção dessa tecnologia. A limitação do uso desse sistema é o custo do motor Stirling que atualmente é de12500 US$/kW. Quanto ao custo de produção de eletricidade no sistema, pode-se oberservar que tarifas nos níveis atuais (das concessionárias consideradas) só permitirão viabilidade econômica para períodos equivalentes de utilização (tempo de operação anual) superiores a 9 anos. Quantos aos aspectos ambientais, o valor da eficiência ecológica do motor Stirlingde 2 kW de potência elétrica analisado é 98,81% o que mostra que sistemas descentralizados desse tipo são pouco poluidores. Referências Bibliográficas [1] - BUDLIGER J.P., WEBER E. End of the ice age for Stirling engines. Solarzeitalter 2003. [3] - PROBIOGÁS – Projeto Brasil Alemanha de Fomento ao Aproveitamento Energético do Biogás. 5ª ediçãorevista e atualizada, 2010. [4] - SANTOS A. C., PUCH G. Z., DIEZ D. B., DIÉGUEZ C. G. Thermodynamic and exergoeconomic analysis of energy recovery system of biogas from a wastewater treatment plant and use in a Stirling engine – Renewable Energy, 2015. v.88, p.171-184. [5] - TUNA C. E - Um Método de Análise Exergoeconômica para Otimização de Sistemas Energéticos - tese de Doutorado, Universidade Estadual Paulista “Júlio De Mesquita Filho”, Faculdade de Engenharia de Guaratinguetá, Guaratinguetá, 1999. [6] - BRIZI F., SILVEIRA J. L., DESIDERI U., REIS J. A, TUNA C. E.,LAMAS W. Q. - Energetic and economic analysis of a Brazilian compact cogeneration system: Comparison between natural gas and biogas - Energy Reviews, 2014. p.193-211.

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Energia 62

ESTUDO DA PROPAGAÇÃO DO FOGO E DAS EMISSÕES GASOSAS EM INCÊNDIOS

FLORESTAIS Simone Simões Amaral1*, Maria Angélica

Martins Costa2 , Turíbio Gomes Soares Neto3 e João Andrade de Carvalho Jr.1

1Unesp - Departamento de Energia, Guaratinguetá, Brasil, 2Unesp - Departamento de Engenharia Química, Araraquara, Brasil,

3INPE - Laboratório Associado de Combustão e Propulsão (LCP), Brasil * autor correspondente

([email protected])

Resumo Neste projeto de pesquisa, o estudo do fogo foi realizado para biomassas de floresta nativa e florestas plantadas. No estudo de floresta nativa, a biomassa da Amazônia foi queimada em campo e em laboratório, permitindo a comparação entre os resultados de emissões gasosas. Biomassas de florestas plantadas foram queimadas em laboratório, para analisar a condição que potencializa a propagação do fogo e a emissão de poluentes gasosos. Neste resumo, apenas os resultados referentes à queima de biomassa plantada foram descritos. O ajuste da umidade relativa no nível mínimo e dos demais fatores no nível máximo potencializou o fogo e a emissão de poluentes. Palavras-chave: emissões; combustão.

1. Introdução Apesar das novas tecnologias de gerenciamento e combate aos incêndios, o fogo em florestas ainda ocorre em grande escala [1-2]. Para minimização e controle dos danos causados pelo fogo é importante o estudo dos fatores que possam influenciar sua propagação e emissões. De acordo com Silva [3], um incêndio é afetado por três fatores principais: clima, combustível e topografia. Entretanto, Ribeiro [4] descreveu que o estudo das variáveis respostas referentes ao comportamento do fogo é de difícil obtenção. Para Morandini et al. [5], os experimentos em escala de laboratório podem ser uma solução viável, pois permitem um maior controle das propriedades do combustível e medições precisas das propriedades do fogo. Assim, o

objetivo deste trabalho foi analisar a condição que potencializa o fogo e suas emissões, a partir de experimentos conduzidos em laboratório. 2. Materiais e Métodos Para definir a condição que potencializa o fogo e suas emissões, as biomassas de Pinus sp. e Eucalyptus sp. foram queimadas em condições de laboratório. As biomassas submetidas à queima foram compostas por liteira (folha e casca) e galhos (diâmetro inferior à 2,5 cm). Os experimentos de queima ocorreram no LCP do INPE- Cachoeira Paulista (Fig. 1).

(a) (b)

Fig. 1. (a) Esquema do container de queima; (b) Condução do experimento.

2.1 Planejamento experimental O comportamento do fogo foi avaliado a partir de 7 fatores (Tabela 1) e 9 variáveis respostas. Tabela 1- Níveis dos fatores para análises da propagação do fogo e emissão de poluentes.

Fator: Nível

1 2 3

y1 Espécie P E _

y2 Liteira (%) 10 20 30

y3 Carga (kg) 1,5 2 2,5

y4 Irradiação (kW/m2) 0,5 0,75 1

y5 UR (%) 40 55 70

y6 Vento (m/s) 1,5 2,5 3,5

y7 Inclinação (°) 0 15 30

P- Pinus sp.; E- Eucalyptus sp.; UR- Umidade relativa. Para estudo da propagação do fogo, as variáveis respostas foram: taxa de queima, velocidade de propagação, intensidade e calor liberado. As variáveis resposta, eficiência de combustão modificada (ECM), fatores de emissão (FE) de CO, CO2, NO e UHC, foram

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Energia 63

utilizadas para análise do efeito dos fatores sobres as emissões gasosas. Os experimentos foram planejados utilizando a metodologia de Taguchi (matriz L18). Análise de variância (α=10 %) foi utilizada para verificar o efeito dos fatores de controle, sobre a média das variáveis respostas. 2.2 Adaptações no container de queima Adaptações no container de queima foram necessárias, para simular UR, irradiação solar e velocidade do vento. A umidade relativa foi simulada através da instalação de um Sistema de Umidificação no container. Três lâmpadas Halógenas de Tungstênio (1kW) foram utilizadas para simular a irradiação. Para simular a velocidade do vento, um soprador foi confeccionado em tubo de PVC e conectado a uma linha de ar comprimido. 3. Resultados Para o fator “espécie de combutível” (y1), todas as variáveis respostas foram máximas no nível 2, ou seja, durante a queima da biomassa de Eucalyptus sp. No entanto, o efeito deste fator foi estatisticamente significativo apenas para as variáveis respostas “taxa de queima”, “intensidade”, “calor liberado” e “FENO”. O FECO2 médio foi de 893 g/kg para o Pinus sp. e de 1257 g/kg para o Eucalyptus sp. Ao ajustar o fator “percentual de liteira” no nível máximo, ocorreram picos na maior parte das variáveis respostas (66%). O efeito deste fator foi significativo apenas para a resposta “calor liberado”. Quando os fatores “carga de combustível”, “velocidade do vento” e “inclinação do terreno” foram ajustados no nível máximo, também resultaram em valores máximos das variáveis respostas neste ponto. No entanto, o fator “velocidade do vento” não exerceu efeito estatisticamente sobre as variáveis respostas analisadas. O efeito dos fatores “carga” e “inclinação do terreno” foi estatisticamente significativo apenas para as respostas “calor liberado” e “FEUHC”, respectivamente. O ajuste do fator “UR” no nível mínimo resultou em valores máximos e intermediários das variáveis respostas. Seu efeito foi significativo apenas para o fator “calor liberado”. Quando ajustado no nível máximo, o fator “irradiação” resultou em valores máximos de “calor liberado”, “ECM”, “FECO2“ e “FENO”. Simultaneamente, ocorreram valores mínimos

de “FEUHC”, “velocidade de propagação” e “intensidade”. O efeito do fator “irradiação” foi significativo apenas para a “ECM”. Na Fig.2 é possível observar o efeito dos fatores sobre a variável resposta “calor liberado”.

Fig. 2. Efeito dos fatores sobre a média do calor liberado

(kcal/m²)

4. Conclusões

Para os níveis dos fatores estabelecidos, a condição que potencializou a propagação do fogo e a emissão de poluentes foi: queima de Eucalyptus sp., com aproximadamente 30 % de

liteira da carga total de 2,5 kg de combustível, ocorrendo em condições meteorológicas de baixa umidade relativa (40 %), com velocidade do vento em 3,5 m/s e inclinação do terreno de 30°. A irradiação apresentou picos nos níveis mínimo e máximo. Agradecimentos Este estudo foi financiado pela FAPESP (Projeto temático n. 08/04490-4 e Projeto de doutorado n. 13/21231-0). Referências Bibliográficas [1] A. Beutling. Modelagem do comportamento do fogo com base em experimentos laboratoriais e de campo, 2009. Curitiba: UFPR. [2] B. Butler, J. Cohen, D.J. Latham, et al. “Measurements of radiant emissive power and temperatures in crown fires”. Canadian Journal of Forest Research, V. 34, No. 8, pp. 1577-1587, 2004. [3] R. Silva. “Manual de prevenção e combate aos incêndios florestais”. Brasília, 1998. [4] G. Ribeiro. “Estudo do comportamento do fogo e de alguns efeitos da queima controlada em povoamentos de Eucalyptus viminalis Labill em Três Barras, Santa Catarina”, 1997. Curitiba: UFPR. [5] F. Morandini, Y. Perez-Ramirez, V. Tihay, P.A. Santoni, T. Barboni. “Radiant, convective and heat release characterization of vegetation fire”. International Journal of Thermal Sciences, Vol. 70, pp. 83–91, 2013.

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Energia 64

AVALIAÇÃO DO CICLO DE VIDA DE TERMELÉTRICAS COM

CAPTURA E ARMAZENAMENTO DE CO2: UMA REVISÃO

Tatiane Tobias da Cruz1*, Mateus Ricardo

N. Vilanova1, José Antônio Perrella Balestieri1 e Ivonete Ávila1

1 Departamento de Energia, Guaratinguetá, Brasil, * autor correspondente

([email protected])

Resumo: O setor de geração de energia foi

responsável por 41 % das emissões globais de CO2 em 2012. Técnicas de captura e armazenamento de CO2 (CCS – carbon capture and storage) são alternativas para a redução de emissões em termelétricas e tem seus potenciais benefícios de implementação avaliados através de estudos ambientais e de avaliação do ciclo de vida (ACV). Esse artigo faz a revisão dos estudos de ACV em termelétricas com sistemas CCS publicados nos últimos 10 anos.

Palavras-chave: ACV, termelétricas, captura

e armazenamento de CO2, revisão.

1. Introdução A crescente demanda por energia

combinada aos efeitos do aquecimento global antropogênico impõe metas globais de redução de emissões de gases do efeito estufa (GEE), cujo CO2 é um dos principais gases.

O uso de técnicas de captura e armazenamento de CO2 é apontado como a opção mais viável para reduzir as emissões de centrais termelétricas que operam com o uso de combustíveis fósseis [1]. Técnicas de captura e armazenamento de CO2 possuem índices de redução de emissão de CO2 de até 90 %, porém o custo de implantação da captura pode corresponder até 80 % do custo de todo o sistema [2].

Os benefícios ambientais do uso de técnicas CCS em centrais termelétricas tem sido avaliados na literatura através de estudos de ACV [3] [4] e permitem uma avaliação ampla dos impactos ambientais, não se restringindo apenas as emissões de CO2.

Nesse trabalho é apresentada uma revisão sistemática dos artigos de ACV de termelétricas com captura e armazenamento de CO2 publicados nos últimos 10 anos, visando identificar os pontos críticos com relação às emissões de CO2 e consumo de energia em todo o ciclo de vida das termelétricas (do berço ao túmulo).

2. Materiais e Métodos

A busca dos artigos foi realizada através do Portal de Periódicos CAPES/MEC, utilizando as seguintes palavras-chave em inglês: LCA, CCS e power plants. O período de busca foi determinado de 2005 a 2015, resultando em 67 ocorrências, das quais somente 31 continham estudos de ACV de termelétricas com CCS. Os artigos foram comparados considerando os seguintes quesitos:

Localização da termelétrica;

Combustível utilizado;

Tecnologia CCS empregada;

Modo de transporte do CO2;

Método de armazenamento de CO2;

Método de ACV empregado;

Categorias de impacto analisadas;

Resultados obtidos (Foco em emissões de CO2 e consumo de energia).

3. Resultados

Dentre os artigos analisados, sua grande maioria foi realizada na Europa, com destaque para a Alemanha (5 estudos) e 2 estudos realizados no Brasil. Com relação ao combustível utilizado nas termelétricas, grande parte dos estudos abrangeu carvão (24 estudos) e gás natural (18 estudos) e apenas 3 estudos apresentaram biomassa como combustível.

Dentre as tecnologias de captura de CO2, mais de 85 % abordaram pós-combustão utilizando MEA (monoetanolamina), 32 % pré-combustão e 25 % oxicombustão. A maioria dos estudos considerou armazenamento geológico e em aquíferos salinos, sendo que somente 1 artigo analisou carbonatação mineral como destino para o CO2 capturado.

Dentre os métodos de ACV, os mais utilizados foram Recipe e CML2001 e as categorias de impacto analisadas na maioria

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Energia 65

dos estudos foram: GWP-100 (Potencial de aquecimento global, para um horizonte de 100 anos), AP (Potencial de acidificação), EP (Potencial de Eutrofização), HTP (Potencial de toxicidade humana), e CED (Consumo acumulado de energia). Mais de 90 % dos estudos abrangeram todo o ciclo de vida do processo de produção de energia (da extração das matérias primas ao armazenamento do CO2 capturado), sendo o suprimento de combustível e a operação das termelétricas as etapas que geram mais emissões de CO2[5]. A unidade funcional utilizada na maioria dos estudos foi 1 kWheletricidade produzida ou 1 MWheletricidade produzida.

Através da comparação dos resultados de emissões de CO2eq (Fig.1) verifica-se que a redução nas emissões de CO2 é significativa 47 a 88 %, e é maior quando utilizada a técnica de oxicombustão (acima de 77 %).

0

200

400

600

800

1000

1200

C s/ CCS C c/ CCS(MEA)

C c/ CCS(OXI)

C-IGCC s/CCS

C-IGCC c/CCS (PRÉ)

GN s/ CCS GN c/ CCS(MEA)

Emss

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O2

(C

O2

eq

/kW

h)

Emissões de CO2 para diferentes tipos de termelétricas e CCS

Fig.1. Resultados de emissões de CO2eq por kWh de eletricidade gerada encontrados na revisão da literatura.

Com relação ao consumo de energia, o

aumento varia de 15 a 40 % e poucos dados estão disponíveis na literatura.

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

C s/ CCS C c/ CCS(MEA)

C c/ CCS(OXI)

C-IGCC s/CCS

C-IGCC c/CCS (PRÉ)

GN s/ CCS GN c/ CCS(MEA)

Co

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de

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erg

ia (

MJ/

kWh

)

Consumo de energia para diferentes tipos de termelétricas e CCS

Fig.2. Resultados de consumo de energia (MJ) por kWh de eletricidade gerada encontrados na revisão da literatura.

4. Conclusões A partir de uma análise sistemática dos

estudos selecionados, verificou-se que a inserção de técnicas de captura de CO2 em termelétricas gera aumento em consumo de energia, potencial de acidificação e eutrofização e também emissões de CO2. Com o armazenamento do CO2, suas emissões são reduzidas, porém os demais impactos ainda são maiores do que em termelétricas sem CCS.

A técnica de ACV para avaliação de impactos em termelétricas com CCS tem grande valor, pois se aplicada abrangendo diversas categorias de impacto permite uma visualização de todos os danos ambientais prováveis com a implementação de técnicas CCS, não somente emissões de CO2.

Outros fatores como combustível utilizado, tipo de técnica CCS utilizada e a eficiência da planta termelétrica afetam diretamente os impactos ambientais da instalação.

Apesar da disponibilidade de dados de emissões de CO2eq para termelétricas, poucos dados de consumo acumulado de energia têm sido divulgados nos estudos publicados. Referências

[1] Singh, B.; Strømman, A. H.; Hertwich, E. G. “Comparative life cycle environmental assessment of CCS Technologies”. International Journal of Greenhouse Gas Control, Vol.5, pp.911–921, 2011.

[2] Leung, D. Y. C.; Caramanna, G.; Maroto-Valer, M. M. “An overview of current status of carbon dioxide capture and storage technologies”. Renewable and Sustainable Energy Reviews, Vol.39, pp.426–443, 2014.

[3] Korre, A.; Zhenggang Nie, Sevket Durucan. “Life cycle modelling of fossil fuel power generation with post-combustion CO2 capture”. International Journal of Greenhouse Gas Control, Vol.4, pp.289–300, 2010.

[4] Singh, B.; Strømman, A. H.; Hertwich, E. G. “Life cycle assessment of natural gas combined cycle power plant with post-combustion carbon capture, transport and storage”. International Journal of Greenhouse Gas Control, Vol.5, pp.457–466, 2011b.

[5] Zapp, P.; Schreiber, A.; Marx, J.; Haines, M.; Hake, J-F.; Gale, J. “Overall environmental impacts of CCS technologies—A life cycle approach”. International Journal of Greenhouse Gas Control Vol.8, pp.12–21, 2012.

Devido a limitação de espaço (de duas páginas) para o artigo, não foram apresentadas todas as referências consultadas. Para acesso à essas referências, contacte o autor correspondente.

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Energia 66

VIABILIDADE DO VEICULO ELÉTRICO: ENERGIA ELÉTRICA X ENERGIA

FOTOVOLTAICA Thais Santos Castro3*, Teófilo Miguel de

Souza1,3 e José Luz Silveira 2,3 1Departamento de Elétrica, 2Departamento de Energia, 3UNESP, Guaratinguetá. Brasil

* [email protected]

Resumo – A produção de energia elétrica através do desenvolvimento da tecnologia fotovoltaica, somado com o baixo custo de manutenção e vida útil longa, está fazendo com que apesar do alto investimento inicial, a geração da energia através de usinas fotovoltaicas se torne atrativa. Para utilização do carro sete dias por semana o tempo de retorno do investimento é de aproximadamente 6 anos, a vida útil do sistema fotovoltaico é de 25 anos o que torna o investimento atrativo. É necessário por parte do governo um incentivo na produção dos veículos elétricos, na redução de impostos e taxas de importação. Palavra Chave: Fotovoltaico, Módulo Solar, Veículo Elétrico, Energia das Concessionárias

I. INTRODUÇÃO Hoje o sol é visto como fonte de energia

renovável de grande potencial que pode ser aproveitada com diversos objetivos, afim de, economizar os combustíveis tradicionais poluidores e com vida útil determinada. O objetivo deste trabalho é a atuação do solar fotovoltaica para produção de energia elétrica.

Considerando as formas de geração elétrica existentes, a energia solar é uma fonte que está em grande desenvolvimento, apresenta-se como uma alternativa economicamente viável, ambientalmente aceita, alta confiabilidade e baixa manutenção. Apresenta como desvantagem o alto custo de instalação, mas compensado pelo baixo custo de manutenção e operacional [1][2]. Com o desenvolvimento de novas tecnologias, o preço das células fotovoltaicas está diminuindo a cada ano.

A energia solar fotovoltaica é uma energia renovável, que converte a energia solar em energia elétrica. Um sistema típico de energia solar fotovoltaica é demonstrado na Figura 1.

Uma das aplicações da energia fotovoltaica é o veículo elétrico onde uma das principais limitações é a baixa autonomia [3].

Fig. 1 - Sistema fotovoltaico autônomo [6]

Recentemente, as questões climáticas, associadas ao aumento acentuado dos preços dos combustíveis fósseis e dos biocombustíveis, tornou o veículo elétrico atraente [5].

II. MODELAGEM DO PROBLEMA Dimensionamento de uma usina fotovoltaica

para alimentar o carro elétrico Smart Fortwo da Daimler (Figura 2), utilizando-se do carro durante sete dias por semana e abastecendo diretamente a bateria do veículo.

Fig. 2 – Esquemático do Smart Fortwo [4]

Serão adotados módulos fotovoltaicos com

potência de 250 W, 29,6 VDC de tensão e 8,28 A de corrente.

O consumo médio diário do carro é calculado através da equação (1), o qual P é a potência total do sistema, U é a tensão do sistema.

(1)

A capacidade de carga de cada módulo

fotovoltaico é calculada através da equação (2), o qual CC é a capacidade de carga de cada módulo fotovoltaico, hi é a horas de pico de irradiação solar e Imáx é a corrente de potência máxima.

(2)

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Energia 67

A quantidade de módulos fotovoltaicos ligados em paralelo (QMP) e em série (QMS) e o total é calculada através das equações (3) e (4) respectivamente. Umf é a tensão VDC de cada módulo fotovoltaico.

(3)

(4)

A corrente de curto circuito (Isc) do módulo

solar é calculada pela equação (5), e 1,43 é o fator de segurança.

(5)

III. RESULTADOS A viabilidade econômica da instalação de

um sistema fotovoltaico para alimentar um veículo elétrico depende do custo da produção de energia elétrica do sistema convencional e o produzido pelo painel fotovoltaico.

O investimento financeiro utilizando energia fotovoltaicos e energia elétrica é mostrada na Tabela I.

O tempo de retorno utilizando o carro sete vezes por semana, é demostrado na Fig.3 nas diferentes situações de configuração da usina fotovoltaica.

Fig. 3 – Tempo de Retorno de Investimento

IV. CONCLUSÃO Considerando que os danos ao meio ambiente é uma das maiores preocupações do homem, o incentivo a pesquisa somado a desenvolvimentos de novas tecnologias, tornou a utilização de painéis fotovoltaicos para geração de energia elétrica uma oportunidade sustentável e rentável.

Tabela I – Investimento Financeiro

O tempo de retorno de investimento para uma família que utiliza o carro sete dias por semana, para atividades diárias é de aproximadamente 6 anos, a vida útil do sistema fotovoltaico é de 25 anos o que torna o investimento atrativo. É necessário por parte do governo um incentivo na produção dos veículos elétricos, na redução de impostos e taxas de importação.

V. AGRADECIMENTOS Bolsa Capes e Centro de Energia Renovável.

VI. REFERÊNCIAS

[1] SILVEIRA, Jose Luz; TUNA, Celso Eduardo; LAMAS, Wendell de Queiroz. The need of subsidy for the implementation of photovoltaic solar energy as supporting of decentralized electrical power generation in Brazil. Renewable And Sustainable Energy Reviews, v. 20, p.133-141, abr. 2013.

[2] BAHAIDARAH, Haitham M.s.; BALOCH, Ahmer A.b.; GANDHIDASAN, Palanichamy. Uniform cooling of photovoltaic panels: A review. Renewable And Sustainable Energy Reviews, v. 57, p.1520-1544, mai. 2016.

[3] CASTRO, Bernardo Hauch Ribeiro de; FERREIRA, Tiago Toledo. Veículos elétricos: aspectos básicos, perspectivas e oportunidades. Veiculos: BNDES Setorial 32, Rio de Janeiro, p.267-310, set. 2010.

[4] DAIMLER. Plug in. Peel out: Smart fortwo electric drive. 2015. Disponível em: <www.smartusa.com>. Acesso em: 21 jan. 2016.

[5] MEHRDAD, E. et al. Modern electric, hybrid electric, and fuel cell vehicles. 1. ed. New York: CRC Press, 2005.

[6] SILVA, Zaqueu Ernesto da. Energia Elétrica: Uma alternativa que vem do sol. Revista Focusolar, João Pessoa, v. 1, p.20-28, nov. 2015.

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Energia 68

ANÁLISE HIDROSSEDIMENTOLÓGICA E

GEOESPACIAL NA AVALIAÇÃO DE IMPACTOS NO SISTEMA ENERGÉTICO DA REGIÃO DO MATOPIBA

Walquiria Marins da Silva (aluno)1*, Luciene Gomes 2 e Silvio Simões (orientador)3

1Mestranda do Departamento de Mecânica da FEG/UNESP, Guaratinguetá, Brasil,

2Doutoranda do CST/INPE, São José dos Campos, Brasil

3Professor do Departamento de Engenharia Ambiental do ICT/UNESP,

São José dos Campos, Brasil * ([email protected])

Resumo: MATOPIBA é um acrônimo referente

às duas primeiras letras dos estados em que faz divisa: Maranhão, Tocantins, Piauí e Bahia. Esta é a região que mais cresce em área plantada no país e representa 12,8% da produção de grãos no Brasil, o que reforça sua posição como nova fronteira agrícola do país. Os dados hidrossedimentológicos são escassos na região de estudo. Desta forma, o objetivo deste projeto é analisar a produção de sedimentos, avaliar os impactos negativos da erosão que podem resultar em maior taxa de deposição/assoreamento nos reservatórios das hidrelétricas existentes e identificar as áreas com maior potencialidade para implantação de novas hidrelétricas, com base no meio físico.

Palavras-Chaves: assoreamento, hidrelétricas,

hidrossedimentalogia, geotecnologia

1. Introdução

O potencial de produção de sedimentos é muito importante para definição da viabilidade de implantação hidrelétrica para que não comprometa da longevidade e da eficiência do empreendimento. As condições naturais do curso d’água são modificadas pela construção de barragens, pois regularizam as vazões provocando assoreamento [1].

A determinação da descarga sólida em suspensão auxilia na análise destes processos de sedimentação. Pode ser definida

diretamente através da medição da concentração de sedimentos em suspensão e dos parâmetros hidráulicos de uma seção do rio [2].

2. Materiais e Métodos

A região do MATOPIBA (Fig.1) corresponde a porção norte do bioma cerrado, mais especificamente a região formada por chapadas e platôs, sendo caracterizado por um relevo de degradação em rochas sedimentares.

Fig. 1. Localização do MATOPIBA Fonte. [3]

O ArcGis foi o software de geoprocessamento utilizado para modelagem geoestatística juntamente com os mapas digitais das bacias do Tocantins, São Francisco e Norte-Nordeste encontrados na base de dados da ANA (Agência Nacional de Água). Foram utilizados os mapas de contorno da bacia, de hidrografia e de localização dos pontos referentes as estações fluviométricas. Os dados para locação das Usinas Hidrelétrica (UHE) e Pequenas Centrais Hidrelétricas foram encontrados na base dos dados da ANEEL (Agência Nacional de Energia Elétrica).

Os valores de descarga sólida em suspensão (Qss) foram determinados de forma direta através da aplicação da fórmula 1 utilizada nos métodos de IIL e IID – Método de igual incremento de largura ou por igual incremento de descarga:

Qss = 0,0864.Q.C (1) Em que:

Qss – descarga sólida em suspensão, t.dia-1 Q – descarga líquida m3.s-1

C – concentração em mg.l-1

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Energia 69

Os dados e resultados referentes a estação fluviométrica 21220000, localizada no município Flores de Goiás em Tocantins, estão apresentados na Tabela 1.

Parâmetro Dez 2012

Concentração (mg/l) 46,9

Descarga Líquida (m3/s) 38,063

Carga diária (T/dia) 154,237366

Carga total mensal (T/mês) 4781,35

Tab.1. Dados da estação 21220000

A partir dos dados definidos os registros de descarga sólida em suspensão foram organizados sazonalmente em função das grandes diferenças intra-anuais.

A análise foi realizada com base no método de krigagem, pois este evita superestimação pelo

uso de médias móveis [2].

3. Resultados

A utilização da ferramenta de geoestatística, krigagem, permitiu observar que existe uma

significativa variação espacial dos valores de descarga sólida em suspensão, além da variação intra-anual nas bacias que integram a região do MATOPIBA.

A Fig.2 representa a espacialização das distribuições das descargas sólidas em suspenção para o período chuvoso de 2012 (DJF) 2012 e a localização das hidrelétricas, na Bacia Tocantins.

Fig. 2. Descarga Sólida em Suspensão e

localização das PCH e UHE na Bacia Tocantins

O padrão da variabilidade espacial com maior incidência de sedimentos se assemelha ao padrão de precipitação apresentado por MMA [4], onde estas zonas mais úmidas localizam-se na subdivisão do rio Araguaia e na parte sul.

O método de krigagem permitiu a geração de limites de diversas faixas de resultados de descarga sólida em suspenção e possibilitou a localização de algumas áreas pequenas que se destacam pela quantidade elevada de sedimentos em suspensão.

Conclusões

Os resultados demonstraram que a distribuição espacial dos sedimentos fluviais em suspensão são fortemente influenciados pela precipitação no período chuvoso. A quantidade de sedimentos é aproximadamente 60 vezes maior que no período seco. Na continuidade desta pesquisa, procurar-se-á avaliar a interação entre os processos erosivos e sedimentos fluviais e os impactos sobre as pequenas e médias centrais hidrelétricas da região. A utilização de métodos probabilísticos, como a geoestatística, mostrou um elevado potencial para representar e compreender a variabilidade espacial na distribuição de sedimentos em escala regional.

Agradecimentos

Agradeço a Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) pela concessão da bolsa de mestrado.

Referências Bibliográficas

[1] J. S. de A. Neto, L. T. Rigon, E. E. Toldo, e C. A. F. Schettini, “Descarga sólida em suspensão do sistema fluvial do Guaíba , RS Geociências, vol. 39, no 2, p. 161–171, 2012. [2] W. M. da Silva e S. J. Simões, “Spatial Intra­Annual Variability of Precipitation Based on Geostatistics. Int. J. Geosci., vol. 5, p. 408–417, 2014. [3] E. D. E. Miranda, “Desenvolvimento agropecuário sudeste paraense oportunidades e desafios”, GITE/EMBRAPA, 2015. Disponível em: www.embrapa.br/gite/projetos/matopiba. Acessado em: 9/05/2016

[4] MMA-MINISTÉRIO DO MEIO AMB. Disponível em: <http://mma.gov.br/ publicacoes/agua/category/42-recursos-hidricos>. Acesso em: 10/5/2016.

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ateriais

M

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Materiais 71

A CORRELAÇÃO ENTRE A VISCOSIDADE E AS

PROPRIEDADES MECÂNICAS DE POLPAS PROVENIENTES

DA POLPAÇÃO KRAFT Ana Paula Almeida Ferraz *, Gustavo

Ventorim2 1 Departamento de Engenharia Mecânica,

FEG - Guaratinguetá/Brasil. 2 Engenharia Industrial Madeireira, Câmpus

de Itapeva/Brasil *([email protected])

Resumo

O projeto tem por objetivo elucidar a correlação da viscosidade com as propriedades mecânicas da polpa. Para o desenvolvimento do projeto serão realizados cozimentos com diferentes tempos de cocção e também diferentes sequências de branqueamento a fim de se obter diferentes viscosidades para correlacioná-las com a propriedades mecânicas da polpa kraft. Os resultados preliminares indicam que o aumento do tempo de cozimento em 30 minutos resulta em uma diferença de 25 % na viscosidade da polpa celulósica. O rendimento também sofreu um decréscimo significativo. Entretanto, o número kappa apresentou um pequeno decréscimo. Espera-se que a viscosidade seja um parâmetro de qualidade apenas quando as polpas são provenientes da mesma sequência de branqueamento, pois diferentes estágios de branqueamento podem não apresentar uma correlação com a viscosidade da polpa devido a diferença de reatividade dos reagentes com os carboidratos da polpa. Palavras-chave: Polpação. Viscosidade. Branqueamento.

1. Introdução

A qualidade da polpa celulósica é um fator de suma importância para a fabricação de produtos de alta qualidade final e de baixo custo. Sabe-se que as condições da polpação

afetam significativamente a qualidade da polpa e consequentemente do produto final. A viscosidade é uma das propriedades mais discutidas quando se refere a qualidade do produto final. Frequentemente ela é relacionada com o grau de degradação química da celulose decorrida dos processos de polpação e principalmente branqueamento [1] [2] [3]. O conhecimento da viscosidade é de suma importância para o processo de produção de polpa celulósica, pois possibilita a análise do rendimento da polpa, visto que essas variáveis estão diretamente relacionadas. Entretanto existe muita controvérsia sobre a correlação entre a viscosidade e as propriedades de resistência da polpa, uma vez que na literatura são encontradas divergências de opiniões [2] [3] [4].

2. Materiais e métodos Para a realização desse estudo foram utilizados cavacos de Eucalyptus urograndis.

Os cozimentos foram realizados utilizando diferentes tempos de cocção, visando a obtenção de diferentes viscosidades. A Tabela 1 apresenta as condições gerais do cozimento kraft.

Tabela 1. Condições gerais do cozimento.

Variáveis do cozimento kraft

Temperatura (°C) Tempo até temperatura (min) Tempo à temperatura (min)

Relação licor:madeira Sulfidez (%)

Álcali ativo como Na2O (%)

160 60

90/120 4:1 25 21

Para se determinar o grau de polimerização da polpa utilizou-se um viscosímetro Fenske-Ostwalde e uma solução de etileno diaminocúprica. Neste estudo ainda serão realizados as sequências de branqueamento OD(E+P)DD, OD(E+P)D(PO) e AHTD(E+P)DP a fim de complementar a proposta inicial. Após o branqueamento será realizado o refino da polpa celulósica utilizando um moinho do tipo PFI, e em seguida serão realizadas as análises mecânicas na polpa de acordo com as

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Materiais 72

normas estabelecidas pela Technical Association of the Pulp and Paper Industry

(TAPPI).

3. Resultados

A Tabela 2 apresenta as médias referentes as viscosidades, rendimentos e números kappa encontrados em diferentes cozimentos, onde a o parâmetro modificado foi o tempo de cozimento.

Tabela 2. Viscosidade, rendimento e número kappa em diferentes tempos de cozimento.

Tempos de cozimento

90 min 120 min

Viscosidades, cP Rendimento, %

kappa

51,1 52,8 16,5

40,4 50,5 14,5

De acordo com a Tabela 2, nota-se que com o aumento do tempo de cozimento ocorre uma redução de 25 % na viscosidade, os resultados obtidos encontram-se em conformidade com alguns autores [2] [4], que afirmam que a queda na viscosidade ocorre devido a o aumento do grau de degradação química da celulose decorrida do processo de polpação. Na fase residual do cozimento existe uma grande degradação dos carboidratos quando comparado com a degradação da lignina, o que explica o rendimento mais baixo no cozimento 120 minutos. Ao analisar a Tabela 2 percebe-se que o número kappa também sofre uma redução devido ao aumento do tempo de cozimento, indicando que o processo de cozimento de 120 minutos foi mais agressivo, resultando em baixo teor de lignina residual. Entretanto, esta redução foi muito pequena comparada com a redução da viscosidade, levando a menores rendimentos, como visto na Tabela 2.

4. Conclusão

O aumento do tempo de cozimento em 30 minutos resultou em um decréscimo significativo na viscosidade. O rendimento também sofreu uma redução significativa devido ao aumento do tempo de

cozimento, o que pode ser explicado pela maior agressão aos carboidratos. Posteriormente serão realizadas as sequências de branqueamento propostas objetivando uma diferença ainda maior em relação a viscosidade da polpa celulósica. Serão ralizados também os testes mecânicos das polpas com diferentes viscosidades, para verificar a correlação da viscosidade com a resistência mecânica da polpa celulósica.

Agradecimentos A Capes pelo suporte financeiro. Referências bibliográficas [1] SHIN, N. H. MERA, F. E. “The impact of RDH extended delignification on ECF and TCF bleaching”. Tappi Pulping conference. TAPPI PRESS, 1994. p. 167-167.

[2] COLODETTE, J.L. GOMIDE, J.L. OLIVEIRA R.C. SALVADOR, E., “Efeito da deslignificação com oxigênio nas propriedades físico-mecânicas de polpas kraft”. O Papel, Fevereiro, 2001.

[3] CAUX, Leonardo Souza de et al. “Limitações da viscosidade da polpa branqueada de eucalipto como determinante para sua qualidade”. O Papel, Belo Oriente, v. 77, n. 6, p.43-55, 2010. [4] POUYET, Frédéric et al. “Minimizing viscosity loss during totally chlorine-free bleaching of hardwood Kraft pulp”. Bio Resources, v. 8, n. 1, p. 238-249, 2012.

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Materiais 73

Propriedades físicas de painel MDF de Eucalipto e produção de nanopartículas de óxido de

zinco

Ana Paula Santos da Silva1, Cristiane Inácio de Campos2 e Higor Rogério

Favarim2 1 Departamento Engenharia Mecânica,

FEG-Guaratinguetá/Brasil. 2Engenharia Industrial Madeireira, Câmpus

de Itapeva/Brasil. ([email protected])

Resumo

Este trabalho tem como objetivo avaliar as propriedades físicas de painéis de fibras de média densidade (MDF – Medium Density Fiberboard) produzidos com madeira de

Eucalipto. Os testes de caracterização física foram realizados segundo especificações contidas na Norma Brasileira ABNT NBR 15316-2:2015. Os resultados do presente estudo referem-se à caracterização de painéis MDF sem nenhuma adição de nanopartículas e serão utilizados como referência. Os resultados obtidos nos testes físicos atenderam aos limites normativos. Em paralelo a fabricação dos painéis foi realizada a produção de nanopartículas de óxido de zinco que serão utilizadas na continuidade da fabricação dos painéis MDF.

Palavras-chave: Painéis, propriedades físicas e nanopartículas. 1. Introdução

O MDF, Medium Density Fiberboard, é um painel de fibras de média densidade produzido a partir de fibras de madeira de coníferas ou de folhosas. As fibras constituintes podem ser encoladas através das resinas: ureia-formaldeído, fenol-formaldeído, melamina-formaldeído e resorcina-formaldeído, sendo que a junção das fibras é consolida através de prensagem à quente [1].

Estudos têm indicado que uma das possíveis melhorias no processo produtivo do MDF é a adição de nanopartículas na mistura

com o adesivo, para melhorar as propriedades dos painéis [2].

A proposta de inserir nanopartículas de óxido de zinco visa um melhor desempenho nos painéis MDF quando expostos ao ataque de agentes xilófagos, sem comprometimento de outras propriedades, continuando assim a atender os documentos normativos [3]. Estudos têm avaliado a influência da adição de nanopartículas de óxido de alumínio sobre as propriedades físicas e mecânicas do painel MDF. A transferência de calor aumentou durante a prensagem à quente com a adição de nanopartículas, as emissões de formaldeído provenientes da prensagem do MDF diminuíram com o aumento da concentração de nanopartículas, a resistência da ligação interna e módulo de ruptura dos painéis melhorou significativamente depois da adição de nanopartículas [2].

Pesquisas têm investigado a resistência à degradação de painéis particulados tratados com nanopartículas de óxido de zinco expostos ao ataque de fungos. Os resultados indicaram que todas as amostras tratadas apresentaram boa resistência contra a deterioração por fungos, a perda de massa de material diminuiu nas amostras que possuíam maior porcentagem de nanopartículas [4].

2. Materiais e Métodos

A produção dos painéis de fibra MDF foi realizada no Laboratório de Painéis da UNESP Campus de Itapeva. Utilizou-se como matéria-prima:

Fibras de madeira de Eucalipto proveniente de indústrias do segmento de painéis;

Resina melamina-formaldeído;

Catalisador sulfato de amônio;

Emulsão de parafina;

Água. Para o processamento dos insumos, produção dos painéis e realização dos ensaios físicos foram utilizados os equipamentos descritos a seguir:

Estufa para a secagem das fibras (empresa fabricante: Marconi, modelo: MA 033); Pré-prensa (empresa fabricante: RIBEIRO, modelo P15T); Prensa hidráulica (fabricante Hidraumac, modelo PHH 80T); Máquina universal de ensaios modelo EMIC DL 30000 de acionamento mecânico.

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Materiais 74

O processo de produção das nanopartículas de óxido de zinco encontra-se em desenvolvimento, segundo técnica encontrada na literatura [5]. A primeira etapa do desenvolvimento consiste em dissolver gelatina comestível sob constante agitação e adicionar nitrato de zinco, na proporção 1:1 de gelatina: nitrato (Figura 1a).

Fig.1. (a) Dissolução da gelatina. (b) Material

após secagem em estufa.

A mistura tem sua temperatura elevada e mantida por algumas horas a fim de eliminar o excesso de água e formar o gel. O gel é acondicionado em uma estufa a 100 ºC onde é mantido por alguns dias a fim de secar completamente (Figura 1b).

O material seco é macerado e queimado em um forno tipo mufla a fim de eliminar parte do material orgânico, tendo como resultado um material que apresenta consistência de uma espuma preta (puff), devido à queima parcial do material orgânico. O puff macerado e acondicionado em cadinhos para o processo de calcinação onde é queimado, tendo como resultado um pó branco, leve e bem fino.

Na sequência do estudo serão realizados quatro tratamentos para o desenvolvimento do trabalho de mestrado, com variações de porcentagens de nanopartículas com base no peso seco de fibras. As porcentagens adicionadas aos painéis MDF serão de 0,5%, 1%, 1,5% e 2%.

3. Resultados

Foram realizados os testes físicos para a determinação da: densidade, teor de umidade e inchamento de água 24 h. A Tabela 1 apresenta os resultados obtidos nos testes físicos.

Tab. 1. Valores médios e desvios padrões dos testes físicos para painéis MDF.

Teste Resultado Norma Densidade (g/cm³) 0,74 (0,06) 0,651 a 0,80

Teor de umidade (%) 6,10 (0,30) 4 a 11 Inchamento 24 h (%) 12,35 (3,06) 12

Para o teste de densidade os painéis atenderam a NBR 15316-2:2015 como painéis de média densidade na faixa de 0,651 a 0,80 g/cm³ com densidade de 0,74 g/cm³.O teor de umidade dos painéis foi de 6,10%e o documento normativo apresenta a faixa ideal para este teor de 4 a 11%. Para o teste de inchamento 24 h as chapas apresentaram inchamento de 12,35% atendendo ao valor estipulado pela norma com base no valor médio e, respectivo desvio padrão, sendo que o documento normativo limita o inchamento em espessura de 12%.

4. Conclusões

A produção em laboratório de painéis MDF com resina melamínica atendeu as expectativas iniciais para os testes físicos, indicando a viabilidade de produção em escala laboratorial sem comprometimento do desempenho final do painel. Na sequência do estudo serão produzidos painéis MDF com adição de nanopartículas de óxido de zinco que já encontram em fase de produção.

Agradecimentos

A Capes pela bolsa de mestrado.

Referências Bibliográficas [1] S. Iwakiri, Painéis de madeira reconstituída. Curtiba: FUPEF, 2005. 247 p. [2] A. Kumar, et al. Influence of aluminum oxide nanoparticles on the physical and mechanical properties of wood composites. Peer-reviewedarticle. Bioresources.com. 2013. [3] ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 15316-2 Painéis de fibras de média densidade. Parte 2: Requisitos e métodos de ensaio. Rio de Janeiro, 2015. 90 p. [4] P. Marzbani, Y. M. Afrouzi, A. Omidvar, The effect of nano-zinc oxide on particleboard decay resistance. Maderas, Ciencia y tecnologia 17 (1): 63 – 68, 2015. [5] A. O. G. Maia, Sintetização de nanopartículas de NiO por gelatina comestível. 2005, 121p. Dissertação (Dissertação de Mestrado em Física) – Universidade Federal do Ceará, UFC, Fortaleza.

(a) (b)

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Materiais 75

QUALIDADE DE COLAGEM DE COMPENSADOS DE

MADEIRA PRODUZIDOS COM LÂMINAS TRATADAS

TERMICAMENTE Bruno Santos Ferreira1*, Gustavo Ventorim1

e Cristiane Inácio de Campos 1 1 UNESP/FEG – Departamento de

Engenharia Mecânica, Guaratinguetá, Brasil

* [email protected]

Resumo Tratamentos preservativos são necessários

para que o painel compensado possa ser utilizado na construção civil. O objetivo deste trabalho foi avaliar a influência da termorretificação na qualidade de colagem de painéis compensados. Para isso foi realizado o ensaio de cisalhamento na linha de cola. Com os resultados obtidos pôde-se perceber que houve diminuição da resistência ao cisalhamento na linha de cola com o aumento da temperatura de tratamento.

Palavras-chaves: Cisalhamento na linha de

cola; preservação da madeira; Pinus taeda.

1. Introdução

O compensado é um painel de madeira que pode ser utilizado na construção civil, pois possui uso estrutural. É um painel fabricado através da colagem de lâminas em número ímpar de camadas, com a direção da grã perpendicular entre as camadas adjacentes [1]. Entretanto, estes painéis necessitam passar por tratamentos preservativos para serem utilizados na construção civil.

A termorretificação é uma alternativa de tratamento sem utilização de compostos químicos, e consiste de um tratamento na madeira com a utilização apenas da temperatura, o qual promove uma degradação controlada, principalmente, das hemiceluloses, o que pode melhorar algumas de suas propriedades [2].

A principal consequência da termorretificação na madeira é a melhoria na sua estabilidade dimensional. Isto ocorre devido a degradação das hemiceluloses, que

ocorre através de reações de desidratação com a destruição dos grupos hidroxila. Diminuindo, desta forma, a afinidade da madeira com a água e aumentando assim sua estabilidade dimensional. Mas, além disto, a termorretificação também aumenta a resistência da madeira ao ataque de fungos xilófagos [3].

Tendo em vista a melhoria da estabilidade dimensional e o aumento da resistência ao ataque de fungos, este estudo tem o objetivo de avaliar a influência da termorretificação das lâminas de madeira sobre a qualidade da colagem de painéis de compensado, utilizando o teste de cisalhamento na linha de cola.

2. Materiais e Métodos

Para a produção dos painéis utilizou-se a madeira de Pinus taeda e o adesivo à base de fenol-formaldeído, preparado através da mistura de resina fenol-formaldeído, farinha de trigo e água, nas proporções de 100:10:10, respectivamente.

Inicialmente foi realizada a termorretificação das lâminas em estufa laboratorial com circulação de ar. As temperaturas utilizadas foram de 160ºC, 180ºC e 200ºC. Para isso as lâminas foram primeiramente secas a, aproximadamente, 3% de umidade. Logo após iniciou-se o processo de termorretificação nas três temperaturas, durante 60 minutos.

Cada painel foi produzido com 7 lâminas e com a gramatura do adesivo de 400 g/m2. A prensagem ocorreu com 10 kgf/cm2, durante 10 minutos e temperatura de 180ºC.

Posteriormente, foram retirados os corpos de prova dos painéis produzidos para o ensaio de cisalhamento na linha de cola, realizado de acordo com a ABNT NBR ISO 12466-1 [4], num total de seis corpos de prova por tratamento.

Os resultados obtidos foram avaliados pela análise de regressão linear simples, à um nível de significância de 5%. As análises foram realizadas no software R versão 3.2.3 de 2015.

3. Resultados

A Tab. 1 apresenta os valores médios e os desvios padrões obtidos no teste de cisalhamento na linha de cola para todos os tratamentos.

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Materiais 76

Tab. 1 – Resultados médios obtidos no teste de cisalhamento na linha de cola.

Cisalhamento na linha de cola (MPa)

Referência 160°C 180°C 200°C

Média 3,75 3,27 2,77 2,31

D. Padrão 0,47 0,16 0,19 0,20

Coef. Var. 12,56% 4,86% 7,04% 8,47%

Através da análise de variância da

regressão (Fvalue = 88,49; p-value = 6,39x10–8 < 0,05) pôde-se notar que houve diferença significativa entre os tratamentos. A Fig. 1 apresenta o gráfico da regressão linear, com coeficiente de determinação R2 = 0,85.

Fig. 1 – Gráfico da regressão linear da tensão de

cisalhamento na linha de cola em função da temperatura

de termorretificação.

Pelos resultados obtidos pode-se notar que a termorretificação diminuiu a resistência ao cisalhamento na linha de cola do painel de compensado. Entretanto, ainda o valor de cisalhamento à 200°C é superior ao exigido pela norma ABNT NBR ISSO 12466-1 [4] que é de 1 MPa.

Pelo gráfico da Fig. 2 pode-se notar a queda de resistência das três temperaturas quando comparado ao valor de referência. A maior diferença ocorreu na temperatura de 200°C, onde houve a menor qualidade de colagem e menor molhabilidade. Windeisen, Strobel e Wegener (2007) [5] apresentaram em seu estudo que na termorretificação à 200°C ocorreu uma diminuição de 60% na quantidade de grupos hidroxílicos alifáticos, isso justifica a diminuição da qualidade de colagem, pois torna

a superfície mais hidrofóbica e o adesivo utilizado é a base de água.

Fig. 2 – Gráfico de comparação entre os valores de

resistência ao cisalhamento na linha de cola da referência com as três temperaturas de

termorretificação.

4. Conclusões

Pode-se concluir com este trabalho que a termorretificação das lâminas possui influência negativa sobre a resistência ao cisalhamento na linha de cola do painel compensado, influenciado principalmente pela menor interação entre o adesivo e a superfície da lâmina termorretificada, a qual se torna mais hidrofóbico após o tratamento.

Agradecimentos

À CAPES pela bolsa de mestrado concedida.

Referências Bibliográficas

[1] IWAKIRI, S. Painéis de madeira reconstituída.

Curitiba: FUPEF, 2005.

[2] NAVI, P.; SANDBERG, D. Heat Treatment. In: Thermo-Hydro-Mechanical processing of wood. Boca Raton: CRC Press, 2012. cap. 9.

[3] WEILAND, J. J.; GUYONNET, R. Study of chemical modifications and fungi degradation of thermally modified wood using DRIFT spectroscopy. Holz als Roh- und Werkstoff, v. 61, p. 216–220, 2003.

[4] ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR ISO 12466-1: Compensado:

determinação da massa específica aparente. Rio de Janeiro, 2006.

[5] WINDEISEN, E.; STROBEL, C.; WEGENER, G. Chemical changes during the production of thermo-treated beech wood. Wood Science and Technology, v. 41, n. 6, p. 523–536, 2007.

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Materiais 77

ANÁLISE DA ZONA DE ESTIRAMENTO EM ENSAIOS DE IMPACTO DO AÇO 4340 SUBMETIDO A CICLOS DE

TRANSFORMAÇÕES MARTENSÍTICAS

Camila Cristina Silva do Prado1*, Peterson Luis Ferrandini1 e Luis Rogerio de Oliveira

Hein1 1 Departamento de Materiais e Tecnologia,

Guaratinguetá, Brasil *email: ([email protected])

Resumo: O aço SAE 4340 é um aço de ultra-

alta resistência, tem sua utilização voltada para o segmento aeroespacial. A zona de estiramento é um parâmetro importante na caracterização dos aços, uma vez que está diretamente relacionada à tenacidade. Neste trabalho o aço foi temperado em água e após realizado um duplo revenimento. Os resultados obtidos de energia absorvida e largura da zona de estiramento foram comparados. Palavras-chave: SAE 4340; transformações martensíticas; zona de estriramento.

1. Introdução

O SAE 4340 é um aço de ultra-alta resistência

utilizado para uso em estruturas de grande porte,

trens de pouso de aviões e aplicações aeroespaciais.

Dentre várias características pode se citar boa

tenacidade e elevada resistência à fadiga [1]. O aço

300M surgiu como uma evolução ao SAE 4340,

sendo que foi desenvolvido para adquirir ganhos em

tenacidade e soldabilidade, mas devido ao seu alto

custo, ainda é predominante o uso do aço 4340.

A zona de estiramento (ZE) pode ser definida

como uma área de topografia característica, presente

em uma superfície de fratura, entre duas regiões,

uma de propagação estável da trinca e outra de

propagação instável, formada por estiramento,

denotando certo grau de plasticidade. Como consiste

na transição entre a propagação estável e instável da

trinca, a largura da ZE está diretamente relacionada

à tenacidade do material estudado, por isso sua

importância neste trabalho [2].

2. Materiais e Métodos

O material utilizado neste trabalho foi o aço

SAE 4340 fornecido na forma de barras cilíndricas.

Os corpos-de-prova (cdp’s) foram obtidos segundo a

norma ASTM E-23/2013. Os cdp’s foram

submetidos a ciclos de têmperas em água a 900°C

por 20 min, sendo que foram realizados até 3 ciclos

de têmpera, seguido por tratamento de duplo

revenimento a 320ºC por 240 min. Os tratamentos

foram realizados em forno do tipo mufla da marca

EDG equipamentos, modelo EDG 10P-S 7000 e

água à temperatura ambiente, por volta de 23ºC.

O Ensaio de Impacto Charpy V foi realizado

segundo a norma ASTM E-23/2013. Os ensaios

foram realizados em temperatura ambiente numa

máquina convencional Charpy marca Mohr e

Federhaff AG, com pêndulo de 16 kg, para uma

energia de impacto de 320J. Logo após a realização

do ensaio de impacto as amostras foram limpas em

álcool isopropílico, posteriormente as imagens

destas foram obtidas em microscópio eletrônico de

varredura (MEV) Zeiss EVO LS-15. Todos os

ensaios foram realizados nos laboratórios do

Departamento de Materiais e Tecnologia DMT/

FEG/ UNESP.

Com ajuda de uma rotina no programa NIH

ImageJ foi possível obter a área da zona de

estiramento. A partir deste valor, e conhecendo a

largura da imagem, fazendo uma aproximação para a

área de um retângulo, foi possível obter a largura da

ZE. Este valor foi comparado à energia absorvida

correspondente a cada cdp.

3. Resultados

Foram obtidas imagens da ZE de todos os

cdp’s, na Figura 1 é possível observar a variação

pelo número de ciclos. A partir dos resultados

obtidos da energia de impacto e da ZE, foi possível

analisar a correlação destes dados. Os mesmo podem

ser observados nas Figuras 2 e 3.

Ao analisar o gráfico comparando-se o

número de ciclos (Fig. 2), nota-se que ocorre um

aumento da largura da ZE com o aumento do

número de ciclos de tratamento. Porém, não foi

possível correlacionar o aumento da largura da ZE

com o aumento da energia de impacto (Fig. 3). Em

um trabalho realizado para o aço AISI 300M [3], o

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Materiais 78

mesmo estava relacionado à diminuição do tamanho

de grão após os sucessivos ciclos. Firrao et. al [4]

em seu trabalho mostra relação entre o tamanho de

grão do aço 4340 com a tenacidade. Logo um estudo

da metalografia presente é necessário para uma

análise mais detalhada. Smoljan et. al (2004) em seu

trabalho para o aço 4140, identifica um ganho em

resistência e tenacidade após ciclos de têmpera

combinados ao revenimento [5]. Fig1. (a) ZE – 1 ciclo; (b) ZE – 2 ciclos; (c) ZE – 3

ciclos

Fig 1. Relação entre a ZE e a energia de impacto por número de ciclos

Fig 2. Relação entre a ZE e energia de impacto

4. Conclusões

Foi possível concluir que com o aumento do

número de ciclos de têmpera há um aumento da

largura da ZE. Porém, não há relação do aumento da

energia absorvida com a largura da ZE. Uma análise

metalográfica é necessária para uma melhor

avaliação dos resultados obtidos. Pelos resultados

apresentados nas Figuras 1 e 2, apreende-se que a

relação entre tenacidade ao impacto e largura da

zona de estiramento tende a ser dependente do

contexto microestrutural.

Agradecimentos

A CAPES pelo apoio financeiro;

Ao Departamento de Materiais e Tecnologia.

Referências Bibliográficas

[1] R. M. Anazawa, A. J. Abdalla, T. M. Hashimoto, M. S. Pereira,“Caracterização

microestrutural e mecânica dos aços 4340 e 300M após tratamento térmicos isotérmicos e intercríticos”. VI Conferência Brasileira sobre Temas de Tratamento Térmico, Atibaia, Brasil,

2012. [2] L. R. O. Hein, “Estudo da ZIF através da Técnica de Reconstrução Tridimensional”. 113f. Tese (Doutorado em Engenharia Mecânica) – Unicamp, Campinas/SP, 1993. [3] C. C. S. Prado, “Avaliação dos mecanismos de endurecimento da liga AISI 300M submetida a diferentes ciclos de transformações martensíticas”. 86f, Dissertação de Mestrado, Unesp, Guaratinguetá –SP, 2015. [4] P. Firrao, P. Matteis, A. Sapora, P. Cornetti, A. Carpinteri, “A coupled FFM model to interpret fracture toughness valeus for brittle materials”. Procedis Structural Integrity. Vol 2, pp. 1983-1990, 2016. [5] B. Smoljan, “An analysis of combined cyclic heat treatment performance.” Journal of Materials Processing Techonology, Vol. 155, pp. 1704-1707, 2004.

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Materiais 79

EVOLUÇÃO DA MICROESTRUTURA

DURANTE A RECRISTALIZAÇÃO APÓS

TRABALHO A FRIO DA LIGA Ti30Ta

BORTOLINI JR, C.1; ALVES CLARO, A. P.R.1; 1 Departamento de Materiais e Tecnologia – Faculdade de Engenharia de Guaratinguetá – UNESP, Guaratinguetá, Brasil

1. Introdução Titânio e suas ligas têm sido pesquisados para aplicações biomédicas, devido às suas propriedades, tais como a resistência à corrosão e biocompatibilidade e o excelente comportamento mecânico. Ligas de titânio com fase α" são amplamente utilizados devido à sua alta resistência à corrosão e uma excelente biocompatibilidade. As propriedades mecânicas, tais como a relação de alta resistência mecânica e peso e baixo módulo de elasticidade, torna as ligas de titânio boas escolhas para biomateriais estruturais e substitutos viáveis para Ti-6Al-4V, que tem uma biocompatibilidade duvidosa. Estabilizadores β como Ta diminuem a temperatura de transformação alotrópica α para β aumentando assim o campo estável de fase β. Este estudo focará sobre a influência do tratamento térmico nas propriedades mecânicas, tamanho de grão e taxa de recristalização. A utilização da liga de Ti30Ta para aplicações biomédicas foi avaliada devido às suas propriedades de volume ideais e uma boa trabalhabilidade das ligas de fase β.

2. Materiais e Métodos Os lingotes de Ti30Ta foram obtidos em forno de fusão a arco com injeção de argônio antes da fusão. Os lingotes foram tratados a 950° C e forjados em barras de 10 mm de diâmetro. Foram cortados discos com 3mm de diâmetro. As amostras foram submetidas a um tratamento térmico de solubilização a 900°C durante 2 horas e resfriadas em água, separando-se uma amostra e em seguida foi feito a recristalização a 750°C, 800°C e 850°C durante 2 horas e as amostras foram resfriadas em água. As amostras foram lixadas com lixas de SiC e polidas. A superfície foi observada por Microscopia Óptica. A estrutura cristalina foi analisada por difração de raios X de alto ângulo. A propriedades mecânicas foram avaliadas pelos ensaios de microdureza e tração.

3. Resultados

Fig. 1. Curvas de difração de raios X A figura 1 mostra as curvas de difração de raios X para as amostras analisadas e mostra a formação da fase α" nas 4 condições analisadas, bem como sua decomposição em α" + α' com o aumento da

temperatura de recristalização.

Fig. 2. Microscopia Óptica de 5x amostra solubilizada.

Na fig. 2.pode se observar a estrutura monofásica característica de uma liga α".

Fig. 3. Microscopia Óptica de 5x amostra recristalizada a 750°C.

Fig. 4. Microscopia Óptica de 5x amostra recristalizada a 800°C.

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Materiais 80

Fig. 5. Microscopia Óptica de 5x amostra recristalizada a 850°C.

Nas figs. 3, 4 e 5 as amostras apresentam uma estrutura bifásica, com grãos de α" aciculares em uma matriz de α'. Fato esperado pois o tratamento térmico de recristalização promove a transformação da fase α", sendo a única fase que pode sofrer transformação após ser formada.

Fig. 6. Curvas tensão-deformação obtidas para a liga Ti-30Ta e suas condições

Tabela 1. Propriedades mecânicas

Ti30Ta Ti30Ta Recristalizada

Solubilizada 750°C 800°C 850°C

LRT (MPa) 528 812 602 582

σe (MPa) 357 711 423 360

E (GPa) 48 80 67 51

ε (%) 13,2 6,8 14 14,8

Tabela 2. Valores de Microdureza

Microdureza (HV)

Solubilizada 194

Recrist. 700° 282

Recrist. 800°C 227

Recrist. 850°C 213

A tabela 1 apresenta os valores das propriedades mecânicas obtidos pelos ensaios de tração cujas curvas podem ser vistas na fig. 6. A tabela 2 apresenta os valores obtidos pelo ensaio de microdureza e em conjunto com os resultados do

ensaio de tração permitem observar um maior aumento nas propriedades mecânicas para a amostra recristalizada a 750°C e um aumento menos acentuado para as amostras recristalizadas a 800°C e 850°C, fato relacionado à porcentagem volumétrica das fases α'' e α' que influenciam diretamente nas propriedades mecânicas do material.

Conclusões

A partir do presente trabalho, pode-se concluir que o tratamento térmico de solubilização removeu os efeitos de deformação provocados pelo forjamento rotativo na estrutura, formando novos grãos de uma nova fase, a fase matensítica α''. Pode-se observar também que os tratamentos térmicos subsequentes de recristalização levaram à formação de uma nova fase, a fase α', que, juntamente com a fase α'', levou a um aumento nas propriedades mecânicas do material, porém, a amostra solubilizada é a mais indicada para aplicações biomédicas, pois, apesar de possuir os menores valores de resistência à tração, esta amostra obteve o menor valor de módulo de elasticidade e maior deformação.

Agradecimentos

O primeiro autor agradece à CAPES pelo apoio financeiro e à todos os técnicos do Departamento de Materiais da Faculdade de Engenharia de Guaratinguetá pelo auxílio durante a pesquisa.

Referências Bibliográficas

[1] CONTIERI, R.J.; ZANOTELLO, M.; CARAM, R.; Recrystallization and grain growth in highly cold worked CP-Titanium. Materials Science and Engineering A - 2010

[2] GEETHA, M, et al. Ti based biomaterials, the ultimate choice for orthopaedic implants – a review. Prog Mater Sci. 54:397-425 - 2009.

[3] ZHOU, Y. L.; NIINOMI, M.; AKAHORI, T.;- Effects of Ta content on Young’s modulus and tensile properties of binary Ti–Ta alloys for biomedical applications. Materials Science and Engineering A – 2004

[4] ZHOU, Y. L.; NIINOMI, M.; AKAHORI, T.;- Decomposition of martensite α'' during aging treatments and resulting mechanical properties of Ti−Ta alloys. Materials Science and Engineering A – 2004

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Materiais 81

ESTUDO DA LIGA INCONEL 718 EM DIFERENTES CONDIÇÕES DE USINAGEM

Cleverson Pinheiro¹*, Marcos Valério Ribeiro² e Manoel Cléber de Sampaio

Alves³ 1,2,3Departamento de Materiais e

Tecnologia, Guaratinguetá, Brasil, * autor correspondente

([email protected])

Resumo

As ligas Inconel 718 são utilizadas na fabricação de componentes destinados a aplicações que exigem propriedades químicas e mecânicas excepcionais, a elevadas temperaturas, tais como a fabricação de aeronaves, nas indústrias automobilísticas, na marinha entre outras aplicações. Para atender as especificações para o uso de tais componentes, estes devem apresentar acabamento superficial e dimensional de elevada precisão. No entanto, a usinagem de componentes fabricados com estas ligas apresenta grande dificuldade, devido as propriedades deste material. O objetivo deste trabalho é otimizar a usinagem da liga Inconel 718 utilizando ferramentas de metal duro revestidas. Será utilizado o processo de usinagem por torneamento cilíndrico externo e serão estudados os efeitos das seguintes variáveis de entrada: tipo de ferramenta de metal duro, velocidade de corte, tipo de lubrificação, avanço, faixa de usinagem em relação a castanha. Foi utilizado, para planejamento de experimentos, a metodologia de Taguchi, com um arranjo ortogonal L16 (4^3 2^2), com três repetições. Serão analisadas as variáveis respostas: acabamento superficial, desgaste da ferramenta, potência, vibração, emissão acústica, cavaco gerado. Palavras chaves: Inconel 718, Metal duro, Otimização, Taguchi. 1. Introdução

Segundo Ulutan e Ozel [1] as ligas de níquel são fabricadas com o objetivo de alcançar altos níveis de confiabilidade, a integridade de superfície torna-se um dos parâmetros mais

importantes utilizados para avaliar a qualidade de acabamento de superfícies usinadas. Segundo Thakur et al [2] as ligas de níquel possuem uma composição química com elevado teor de elementos de liga, os quais são responsáveis por suas propriedades mecânicas e térmicas, porém estas características e a afinidade para reagir com o material da ferramenta dificultam demasiadamente sua usinagem, podendo ser classificada como um material de “difícil corte” levando a ocorrência de alguns problemas durante o processo. Com isto, o objetivo deste trabalho é otimizar a usinagem da liga Inconel 718 utilizando ferramentas de metal duro revestidas, através do estudo e identificação dos melhores parâmetros do processo. 2. Materiais e Métodos 2.1 Materiais Serão utilizados corpos de prova cilíndricos da liga Inconel 718 fornecidos pela empresa Villares Metals, com dimensões de 290 mm de comprimento e 60 mm de diâmetro e composição química apresentada na Tab. 1.

Tab. 1. Composição química da liga Inconel 718, fornecida pela empresa Villares Metals.

2.2 Planejamento dos Experimentos, variáveis de entrada e variáveis resposta.

Foi utilizada a metodologia de Taguchi, com um arranjo ortogonal L16 (4^3 2^2), com três repetições. As variáveis de entrada (fatores) são apresentadas na Tab. 1.

Tab. 2. Fatores de entrada e seus respectivos níveis.

F Níveis

1 2 3 4

A 0,10 0,17 0,24 0,30

B 70 80 90 100

C 0 a 72,5 72,6 a 145 146 a 217,5

217,6 a 290

D TS2000 TS2500

E MQF Abundante

Legenda: Fator A- Avanço (mm/rot.), Fator B- Velocidade de corte (m/min.), Fator C- Faixa de

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Materiais 82

usinagem em relação a castanha (mm), D- Tipo de ferramenta de metal duro e E- Tipo de lubrificação.

As variáveis resposta a serem obtidas em tempo real serão: Potência de corte, emissão acústica e vibração.

As variáveis resposta a serem obtidas após os ensaios de usinagem serão: acabamento superficial, desgaste da ferramenta e cavaco gerado.

2.3 Equipamentos Utilizados

2.3.1 Centro de usinagem e sistema de lubrificação

A pesquisa será desenvolvida no Laboratório de usinagem na Unesp-Guaratinguetá. Os ensaios serão realizados num Centro de Torneamento CNC (Romi GL240M) de 18 kW de potência.

O dispositivo utilizado para aplicação de MQF da ITW Chemical Products modelo Accu-Lube contando com dois bicos para aplicação de fluido com pressão mínima de 4 kgf/cm² de ar comprimido.

2.3.2 Sistema instantâneo de aquisição de dados

Computador equipado com uma placa de aquisição de dados, um módulo de canais e um cabo de ligação entre a placa e o módulo de canais. Integrados ao sistema de aquisição de dados estarão os sensores de: potência, emissão acústica e vibração. Os sensores serão alimentados por uma fonte com tensão de saída de 24Vcc.

A captação dos dados recebidos pela placa de aquisição de dados é realizada por programas através do software Labview da National Instruments.

Aquisição da potência consumida: sensor de efeito Hall marca LEM modelo AT 20 B10. Vibração mecânica: sensor de vibração da marca Vibro Control e modelo TV-100.

Emissão acústica: módulo de emissão acústica composto por um sensor de emissão acústica (piezoelétrico) e um amplificador de sinal com saída retificada em RMS (Root Mean Square), marca Physical Acoustics Corporation, modelo do sensor R15A, modelo do amplificador de sinal 1272-1000.

2.3.3 Equipamentos para caracterização após a usinagem

Avaliação do desgaste: microscópio modelo Stemi 2000 da marca Zeiss, que possui um sistema de captura de imagens e que através de softwares possibilita o registro do aspecto do desgaste e a realização de medidas em diversos pontos da superfície da ferramenta, já a sua quantificação durante o decorrer dos ensaios poderá ser feita por meio de um microscópio óptico de medição (Mahr MM200).

Qualidade superficial obtida pela usinagem: rugosímetro portátil (Mahr M300).

Cavaco formado, o mesmo será avaliado macroscopicamente através do registro por meio de fotografia digital. As amostras de cavaco depois de embutidas em baquelite e preparadas metalograficamente serão submetidas a medidas de microdureza (Microdurômetro Wilson modelo 401 MVD), com o objetivo de se mapear a variação da dureza nas diversas regiões do cavaco para se analisar o grau de deformação dos cavacos através do endurecimento provocado por estas deformações.

2.3.4 Softwares

A aquisição de dados de potência, emissão sonora e vibração, serão realizados com o auxílio do software Labview da National Instruments.

O tratamento dos dados coletados será realizado no software Matlab 7.9.

Os cálculos estatísticos serão efetuados com o auxílio do software Minitab 17.

3 Referências: [1] D. Ulutan, T. Ozel “Machining induced surface integrity in titanium and nickel alloys: A review”. International Journal of Machine Tools and Manufacture, Piscataway, Vol. 51, paper number 3, pp 250-280, 2011. [2] D. G. Thakur, B Ramamoorthy, L. Vijayaraghavan “ Study on the machinability characteristics of superalloy Inconel 718 during high speed turning” Mater. Des., vol. 30, pp 1718-1725, 2009.

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Materiais 83

ESTUDO COMPARATIVO DA DEGRADAÇÃO TÉRMICA DE

PRÉ-IMPREGNADO DE FV/EPÓXI EM ATMOSFERAS

OXIDATIVA (AR) E N2 Daniel C. Silveira1, Michelle L. Costa1,

Mirabel C. Rezende2, Edson C. Botelho1. 1 Departamento de Materiais e Tecnologia,

UNESP, Guaratinguetá. 2 Instituto de Ciência e Tecnologia, UNIFESP, São José

dos Campos, Brasil. *Daniel Silveira ([email protected])

As exigências por materiais com maior resistência específica e fácil aplicação nos processos produtivos do setor aeronáutico são cada vez maiores. Nesse sentido os materiais pré-impregnados são, atualmente, utilizados na produção de compósitos de elevado desempenho estrutural. Torna-se fundamental a compreensão das propriedades de degradação térmica dessa classe de material frente a sua aplicação. O objetivo deste trabalho é estudar o comportamento degradativo de pré-impregnado de tecido de fibra de vidro tipo plain weave 1x1 e resina

epóxi, através de análises termogravimétricas em atmosferas oxidativa (ar) e de nitrogênio.

Palavras-chave: Degradação térmica, análises termogravimétricas, pré-impregnado FV/resina epóxi, atmosferas oxidativa (ar) e nitrogênio.

1. Introdução Resinas epóxi e tecidos de fibra de vidro (FV), combinados na forma de pré-impregnados, atualmente são matéria-prima fundamental para processos produtivos de estruturas aeronáuticas [1]. Conforme aumenta o número de produtos de engenharia fazendo uso desses materiais, surgem novos desafios quanto ao seu tamanho e complexidade, durante a laminação e cura, além da necessidade de maior produtividade, custos reduzidos e maior versatilidade [1]. O aumento do emprego de pré-impregnados de resinas termorrígidas na fabricação de estruturas primárias e secundárias do setor aeronáutico demanda estudos detalhados quanto às máximas

temperaturas permitidas para o material [1,2]. Nesse sentido a confirmação das temperaturas de degradação, a partir de análises termogravimétricas (TGA), apresenta-se essencial [2].

2. Materiais e Métodos - Pré-impregnado HexPly® F155 da empresa Hexcel®, de resina epóxi DGEBA e tecido de FV do tipo plain weave 1x1.

- As avaliações termogravimétricas foram realizadas em modo dinâmico e com base na norma ASTM E2550-11. O equipamento utilizado foi um TGA/DTA 6200, modelo EXSTAR6000 da SII Nanotechnology. As condições de ensaio são apresentadas na Tabela 1.

Tab.1. Parâmetros das análises TGA.

3. Resultados A Figura 1 mostra o comportamento térmico do material pré-impregnado durante análise termogravimétrica dinâmica em atmosfera oxidativa (ar). Observa-se que a degradação do material ocorre em duas etapas. O início da degradação do polímero ocorre em 219,2 °C, temperatura na qual há um total de 1% de perda em massa. A partir dessa temperatura a curva da derivada termogravimétrica (DTG) apresenta aumento na taxa de perda de massa, com pico DTG igual a 282,8 µg/min, na temperatura de 310,0 °C. Um segundo evento principal degradativo ocorre na temperatura de 535,3 °C, com uma taxa máxima de 112,2 µg/min. A perda total de massa é de 32,2% até 846,0 °C, restando 67,8% de massa residual em atmosfera oxidativa (ar). Esse valor residual é atribuído, principalmente, ao volume de fibras de vidro presente no material, que possuí temperaturas de degradação superiores aos da matriz polimérica, e de resíduos de carbono fixo provenientes da matriz polimérica [2, 3].

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Materiais 84

Fig.1. Curva de TGA dinâmico do pré-

impregnado FV/epóxi em atmosfera oxidativa.

A Figura 2 mostra as curvas de TGA/DTG, em modo dinâmico e atmosfera de N2(g), para o pré-impregnado. Neste caso a degradação ocorre com apenas um evento principal, com pico DTG de 270,5 µg/min em 311 °C. A perda acumulada de 1% em massa ocorre na temperatura de 286,9 °C. A necessidade de uma maior temperatura para o início da decomposição do polímero, em atmosfera inerte, pode ser explicada por maior estabilidade térmica nessa atmosfera, como esperado [2, 3].

Fig.2. Curva de TGA dinâmico do pré-

impregnado FV/epóxi em atmosfera N2.

A Tabela 2 apresenta alguns resultados das análises TGA/DTG em ambas as atmosferas utilizadas durante o trabalho. Sendo que a maior perda de massa em atmosfera oxidativa pode ser explicada pela presença de reações químicas do elemento químico carbono, principal constituinte das macromoléculas poliméricas, com o oxigênio, formando, por exemplo, dióxido de carbono (CO2) [2, 3].

Tab.2. Alguns resultados TGA/DTG dinâmico para o

pré-impregnado e atmosfera oxidativa (ar) e nitrogênio.

4. Conclusões - O início da degradação térmica do pré-impregnado de FV/resina epóxi ocorre, na atmosfera oxidativa (ar), em temperatura 68 °C inferior, quando comparado à atmosfera inerte (N2). - O pico DTG é maior em atmosfera oxidativa e ocorre em temperatura ligeiramente inferior, quando comparado aos valores encontrados para o pico DTG em atmosfera inerte. - A massa residual do material pré-impregnado é 6,5% menor em atmosfera oxidativa.

Agradecimentos

Referências Bibliográficas [1] T. Centea, L. K. Grunenfelder, S. R. Nutt “A

review of out-of-autoclave prepregs – Materials properties, process phenomena, and manufacturing considerations”. Composites Part A: Applied Science and Manufacturing, Vol. 70, March, pp 132-154, 2015.

[2] D. C. Silveira “Obtenção e caracterização de estruturas absorvedoras de micro-ondas baseadas em laminado de fibra de vidro/resina epoxy/véu de C/Ni”. Dissertação de Mestrado em Engenharia Mecânica, área de Materiais, Universidade Estadual Paulista Júlio de Mesquita Filho (UNESP), Guaratinguetá, São Paulo, 2016.

[3] S. V. Jr. Canevarolo “Técnicas de caracterização de polímeros”. Artliber Editora Ltda, São Paulo, 2004.

[4] American Society for Testing and Materials (ASTM). E2550:2011, Standard Test Method for Thermal Stability by hermogravimetry. West Conshohocken.

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Materiais 85

EFEITO DO TRATAMENTO SUPERFICIAL A PLASMA NA

PERMEABILIDADE DE MANTAS DE FIBRA DE COCO

PROCESSADAS POR RTM Daniel Magalhães de Oliveira1*, Kelly Cristina Coelho de Carvalho Benini1 e

Maria Odila Hilário Cioffi1 1 Departamento de Materiais e Tecnologia,

FEG/UNESP, Guaratinguetá, Brasil. *([email protected])

Este trabalho visa comparar o efeito do tratamento a plasma na permeabilidade de reforços fibrosos, formados por mantas de fibras de coco in natura e tratada a plasma, utilizando glicerina como fluido de infiltração. Foram realizadas injeções do fluido mantendo os valores de pressão, temperatura e fração volumétrica, buscando avaliar a influência do tratamento na determinação da permeabilidade das fibras de coco através da lei de Darcy. Com o tratamento por jato de plasma a manta se torna mais hidrofílica possibilitando uma melhor impregnação do fluido, com fluxo mais regular e mais lento diminuindo o valor da permeabilidade da manta tratada.

Palavras-chave: Permeabilidade, plasma, coco.

1. Introdução

Compósitos reforçados com fibras naturais são assuntos cada vez mais comuns em pesquisas acadêmicas, além de serem muito utilizados na indústria por apresentarem características como baixa densidade, alta rigidez, biodegradabilidade, baixo custo, além de serem renováveis e existirem em abundância na natureza [1]. Buscando melhorar as propriedades mecânicas do material e manter sua qualidade, optou-se utilizar como processamento a moldagem por transferência de resina (RTM), técnica que envolve a injeção de uma resina líquida na cavidade de um molde fechado contendo o reforço fibroso, e posterior cura da resina [2]. Para que a qualidade seja garantida é importante entender o funcionamento das variáveis de processamento, e uma dessas variáveis é a permeabilidade, medida da

resistência de um fluxo de resina através do reforço fibroso [3]. Assim, o presente trabalho tem como objetivo comparar a permeabilidade das mantas de fibra de coco in natura e tratada, utilizando glicerina como fluido de infiltração através de uma variação da lei de Darcy.

2. Materiais e Métodos

a. Materiais

Mantas de fibras de coco não tramadas, confeccionadas manualmente; doadas pela Divisão de Materiais (AMR) do Instituto de Aeronáutica e Espaço do Departamento de Ciência e Tecnologia Aeroespacial (DCTA) em São José dos Campos/SP. As mantas de fibra de coco foram utilizadas nas condições in natura e tratadas com jato de plasma atmosférico nas seguintes condições:

Fluxo de Argônio: 1,2 L/min; Distância (Plasma – manta): 10 mm; Tensão: 16 KV; Frequência: 19 KHz.

Solução de glicerina obtida com a adição de água destilada na proporção de 85% e 15% respectivamente, além de corante. A viscosidade da solução, similar à da resina com valor de 84 mPa.s, foi obtida pelo viscosímetro Brookfield DV-II + Pro (LV) com Spindle SC4-27, 200 RPM a uma temperatura de 25ºC, com um torque máximo de 90%.

Molde do processo de RTM adaptado com a parte superior de acrílico para aquisição de imagens, como mostrado na Figura 1.

Fig.1. Representação do molde para ensaio de permeabilidade.

b. Métodos

1.2.1 Ensaio de permeabilidade

O ensaio de permeabilidade foi efetuado com fluxo unidirecional da glicerina (fluido de

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injeção) sendo injetada no molde de RTM já preparado com a manta de fibra de coco na cavidade de injeção, com temperatura e pressão de injeção constantes sem utilização de vácuo. O molde com dimensões 250 x 160 x 30 mm (largura x comprimento x espessura) foi adaptado com a parte superior em metal substituída por uma tampa de acrílico, que permite a captação de dados do avanço do fluxo por meio de uma câmera filmadora para posterior análise dos dados através dos programas Movie Animator e ImageJ.

1.2.2 Cálculo da permeabilidade

A permeabilidade (k) foi calculada a partir da inclinação da curva obtida do gráfico que relaciona distância do fluxo e tempo de impregnação do fluido, uma variação da lei de Darcy, rearranjada de acordo com a Equação (1).

(1)

Onde: t é o tempo (s); ∅ é a porosidade do reforço

(∅=1-vf, vf sendo a fração volumétrica de fibra); μ é a viscosidade dinâmica do fluxo (Pa.s); Pinj é a pressão de injeção (Pa) e x é a distância percorrida pelo fluxo (m).

3. Resultados

A partir dos dados obtidos através do ensaio de permeabilidade foram plotados dois gráficos de distância ao quadrado versus tempo. Utilizando o coeficiente angular da cada reta obtida, as variáveis acima destacadas juntamente com a Equação (1), foi possível calcular o valor da permeabilidade para os dois casos como apresentado na Tabela 1.

Tabela 1. Resultados do ensaio de permeabilidade.

Parâmetros Manta in

natura Manta tratada

Porosidade (%) 0,86 0,84

Viscosidade (Pa.s) 0,084 0,084

Pressão injeção (Pa) 1400 1400

Tempo injeção (s) 10,9 30,5

Coef. angular 0,0042 0,0016

Permeabilidade (m²) 1,0836.10-7 4,032.10-8

Foi possível observar que o valor da permeabilidade da manta in natura é maior que

o da manta tratada; isso se deve ao fato de que o tratamento por jato de plasma atmosférico aumenta a hidrofilicidade da fibra possibilitando uma maior interação interfacial entre reforço e fluido de impregnação permitindo um fluxo mais regular (Figura 2) e mais lento diminuindo assim o valor da permeabilidade.

(a) (b)

Fig.2. Detalhe do fluxo da resina durante o ensaio de permeabilidade: (a) manta in natura e (b) manta tratada.

4. Conclusões

Com a realização deste trabalho foi possível concluir que o tratamento a jato de plasma interfere de maneira signiticativa nas propriedades da manta de coco e, portanto, deve ser considerado em posteriores estudos para a confecção de compósitos poliméricos reforçados com fibras de coco e processados via RTM.

Agradecimentos

Os autores agradecem ao CNPq (processo 136348/2016-5) pelo suporte financeiro.

Referências Bibliográficas

[1] Nguyen, V. H.; Deléglise-Lagardère, M.; Park, C. H. ‘’Modeling of resin flow in natural fiber reinforcement for liquid composite molding processes’’. Composites Science and Technology, Vol. 113, pp 38–45, 2015.

[2] Li, Y.; Xie, L.; Ma, H. ‘’Permeability and mechanical properties of plant fiber reinforced hybrid composites’’. Materials & Design, Vol. 86, pp. 313–320, 2015.

[3] Rodrigues, J.; Souza, J. A.; Fujiyama, R. ‘’Compósitos poliméricos reforçados com fibras naturais da Amazônia fabricados por infusão’’. Revista Matéria, Vol. 20, No. 4, pp. 946–960, 2015.

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Materiais 87

TRANSFORMADORES DE PULSO EM CASCATA PARA DISPOSITIVOS DE PLASMA

ATMOSFÉRICOS Reis, D.G.A.1*, Kayama, M.E.1, Laraia,

A.B.1 e Silva, L.J.1 1 DFQ-FEG-UNESP, Guaratinguetá, Brasil

* autor correspondente ([email protected])

Resumo Atualmente, plasmas gerados através de descargas por barreira dielétrica estão sendo estudados para o desenvolvimento de novas aplicações no tratamento de superfícies de materiais. Neste trabalho é apresentada uma configuração de transformadores de pulso em série ou cascata utilizados em geradores de pulsos capazes de gerar tais plasmas. Palavras Chave: Transformador, Plasma, Conversor.

1. Introdução

Neste trabalho é descrita uma configuração de transformadores de pulso em cascata usado como parte de um gerador de pulso que amplifica o sinal de saída de um conversor de tensão [1] ao qual a distribuição de tensão não é uniforme e o último transformador fornece a maior tensão [2]. Aqui é apresentado os sinais de tensão de saída dos dois transformadores. Próxima etapa é testar quatro transformadores de pulso do tipo apresentado com o conversor de tensão.

2. Materiais e Métodos

Para demonstrar o dispositivo do plasma de maneira mais fácil é apresentado um diagrama de blocos na Figura 1. Cada bloco representa uma etapa do sistema. A parte mostrada em amarelo é a explicada neste trabalho. Os dois transformadores são constituídos de três enrolamentos e conectados em série. Um gerador de funções foi conectado na entrada a fim de fornecer uma forma de onda similar a fornecida por um conversor de tensão. Foram utilizados núcleos de ferrita em função da alta

permeabilidade magnética para frequências na faixa de 1000 Hz até 200 kHz.

Fig.1. Diagrama de blocos do dispositivo para geração de plasma.

Os enrolamentos de cada transformador foram enrolados de forma concêntrica ao eixo do braço central do núcleo. Um esquema do experimento é mostrado na Figura 2.

Fig.2. Esquema de ligação do experimento.

O enrolamento terciário é conectado ao primário do transformador seguinte a ele que fornece a mesma tensão de entrada para ambos os transformadores. Esta configuração é com o intuito de reduzir e melhorar problemas com a isolação. A relação de espiras do primário com o terciário é de 1:1 e o primário em relação ao secundário é de 1:2.

3. Resultados

As tensões de saída e a tensão aplicada na entrada foram monitoradas por um osciloscópio. A tabela 1 mostra os valores obtidos da tensão de saída em relação à tensão aplicada para diferentes valores de frequência.

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Materiais 88

Frequência [kHz]

Sinal gerado sem conexão ao

circuito [Vpp]

Tensão de entrada [Vpp]

Tensão de saída [Vpp]

Relação Vout/Vin

1 8 1.22 1.57 1.29

10 8 1.80 11.8 6.55

50 4 3.28 22.0 6.71

100 4 3.92 27.2 6.94

200 4 3.28 24.0 7.32

300 4 2.24 19.0 8.48

Tabela 1. Valores tensão de saída para diferentes frequências.

Como pode ser visto na tabela anterior a tensão de entrada sofre atenuação na faixa de frequência de 1000 Hz até 300 kHz. Na frequência de 100 kHz, a atenuação foi a menor se comparada com as demais. O valor encontrado é o mesmo quando obtido o valor teóricos através da análise por malhas. As formas de onda da tensão de entrada e saída para 1000 Hz, 10 kHz, 100 kHz são mostradas nas figuras 3, 4 e 5.

Fig.3. Tensão de entrada e saída para 1 kHz.

Para frequências abaixo de 1000 Hz e acima de 300 kHz, as formas de onda da tensão de entrada e saída ficaram totalmente distorcidas. O próximo passo é testar os transformadores em série conectados com um conversor de tensão.

Fig.4. Tensão de entrada e saída para 10 kHz.

Fig.5. Tensão de entrada e saída para 100 kHz.

4. Conclusões

A configuração em cascata de transformadores de pulso é uma importante parte dos geradores de pulso para dispositivos de plasma. A ideia destes transformadores é que sejam conectados a um conversor de tensão para geração de plasma. Eles podem ser aplicados para esta finalidade por causa de sua forma de construção e características. Além disso, a partir das figuras das formas de onda pode-se observar que os transformadores responderam de maneira adequada para a faixa de frequência utilizada em alguns tipos de plasma.

Referências Bibliográficas

[1] Laraia, A.B., Honda, R.Y., Kayama, M.E., Switching voltage converter for plasma device, XXXVI CBRAVIC 2015. [2] D. Train, Power Apparatus and Systems,

IEE Transactions of, 95 1911-1918 (1976).

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Materiais 89

Compósito HÍbrido via RTM: DMA

Dielly Cavalcanti da Silva1*, Maria Odila Hilário Cioffi1, Sérgio Roberto Montoro2

1 DMT, FEG/UNESP, Guaratinguetá, Brasil,

2 FATEC, Pindamonhangaba, Brasil ([email protected])

Resumo Os compósitos poliméricos são materiais atraentes na indústria aeronáutica, devido suas excelentes propriedades mecânicas, tais como, resistência à corrosão e fadiga. Uma ferramenta muito poderosa para estudar a adesão e o comportamento de relaxação dos compósitos é a análise de DMA. Neste trabalho foram processados compósitos de Fibra de carbono, fibra de vidro e laminados híbridos via RTM, assim, esses materiais foram analisados por DMA. Assim, foi possível observar uma hibridização positiva nos valores de E’ e E”, além que os compósitos híbridos diminuem os custos na produção e o Híbrido 1 possuiu melhor valor de adesão. Palavras-Chaves: Compósitos, indústria aeronáutica, compósito híbridos, DMA.

1. Introdução

Compósitos são usados na indústria aeronáutica, devido ao desempenho mecânico [1], sendo os híbridos desenvolvidos para diminuir o custo e equilibrar as vantagens das fibras, com excelente resistência à fadiga [1]. Uma ferramenta importante, [2] é a Análise dinâmico-mecânica pois fornece dados de compósitos poliméricos: comportamento de relaxação [2], adesão interfacial [3], homogeneidade do sistema [3], estudo cinético [2]. Na análise dinâmico mecânica (DMA) o material é submetido a uma deformação periódica e aquecimento [4], sendo possível aplicar diferentes frequências [2]. Os valores da temperatura de transição vítrea (Tg) em relação a frequência possibilita calcular a energia de ativação (DE) dos compósitos por meio da Equação de Arrhenius (Eq.1), dado que permite

relacionar vida em fadiga e absorção de umidade [2].

(1)

Materiais e Métodos

Os compósitos foram processados via moldagem por transferência de resina (RTM) com a resina epóxi EP2400, a 2 bar e 120°C sendo a cura à 180°C por 2 h. O compósito de carbono tem 15 camadas do tecido plain weave (193 g/m2), o de vidro biaxial 0°/90° (307 g/m2) com 14 camadas, o híbrido 1 com [PW/0º/90º/PW/90º/0º/PW/0º/90º/PW]s e o Híbrido 2 com [PW/PW/PW/PW/0º/90º/90º/0º/0º/90º]s. A análise Dinâmico-Mecânica foi realizada no equipamento SII Nanotechnology INC DMA 6100; amostra nas dimensões 50 x 10 x 3 mm, \ entre 25 a 230°C a 1,5°C/min, sob atmosfera de nitrogênio, em 0,5; 1; 2; 5 e 10 Hz.

Resultados e Discussões

As Fig. 1 a 4 apresentam as curvas de DMA de todos os compósitos. Foi possível observar a influência da frequência na Tg devido a relaxação[2], comportamento também observado para a epóxi.

(a)

(b)

Figura.1. Comportamento Dinâmico Mecânico do compósito de Fibra de Carbono/epóxi: (a) Módulo de armazenamento e Tan δ, (b) Módulo de perda

(a)

(b) Figura.2. Comportamento Dinâmico Mecânico do Híbrido 1: (a) Módulo de

armazenamento e Tan δ, (b) Módulo de perda

(a)

(b) Figura.3. Comportamento Dinâmico Mecânico do Híbrido 2: (a) Módulo de

armazenamento e Tan δ, (b) Módulo de perda

(a)

(b) Figura.4. Comportamento Dinâmico Mecânico do compósito de Fibra de Vidro/epóxi:

(a) Módulo de armazenamento e Tan δ, (b) Módulo de perda

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Materiais 90

Através desses valores é possível fazer um estudo cinético, Eq. 1. A Fig. 5 apresenta a relação de ln f vs 1/Tg e a Tabela 1 apresenta os valores da energia de ativação dos compósitos.

(a)

(b)

(c)

(d)

Figura.5. Relação entre Ln (f) vs 1/tg: (a) carbono/epóxi, (b). Híbrido 1, (c). Híbrido 2, (d) vidro/epóxi

A Tabela 1 mostra o maior DE do híbrido 1.

Tabela 1 – Energia de Ativação dos compósitos obtidos de E’, E” e Tan δ Energia de Ativação (kJ/mol)

Compósitos E’ E” Tan δ Carbono/epóxi 637,8 459,9 582,3

Híbrido 1 943,6 497,3 590,7 Híbrido 2 526,4 482,4 491,5

Vidro/epóxi 526,4 483,4 491,5 A Figura 6, 7 e 8 apresentam os gráficos de E’, E” e Tan δ para todos os compósitos na frequência de 1 HZ. Estes gráficos comparam o comportamento viscoelástico dos compósitos.

Figura.6. Módulo de Armazenamento

para os compósitos

Figura.7. Módulo de Perda para os compósitos

Figura.8. Tan δ para os compósitos

A Figura 6 indica que o compósito de fibra de carbono possui maior valor de E’. Um efeito híbrido positivo e uma diminuição do E’ do Híbrido 2 em relação ao 1 é observado, assim como a redução do E’ para o compósito de vidro [5]. O E’ ou rigidez do material [6] é maior para o compósito de fibra de carbono, e os híbridos possuem maiores valores que o de vidro, associado à arquitetura. A Figura 7 mostra que o E’ sofre o efeito de hibridização [5]. A Figura 8, permite calcular a

adesão interfacial pela Tan δ na altura do pico e pela largura do meio do pico, Tabela 2. Assim, pode-se observar que os compósitos híbridos e de vidro apresentam a melhor adesão

Tabela 2 – Valores do pico da Tan δ

Compósito Altura do pico (cm) Largura da metade do pico (cm)

Carbono/Epóxi 5,92 2,50 Híbrido 1 7,07 2,67 Híbrido 2 7,00 2,60

Vidro/Epóxi 7,00 2,60 A Figura 9 apresenta a plotagem Cole-Cole, representa a homogeneidade do sistema: o compósito de carbono o mais homogêneo e o híbrido 1 o mais heterogêneo.

Figura.9. Plotagem Cole-Cole

Conclusões A hibridização nos valores de E’ e E” foi positivo, e diminui os custos na produção. O Híbrido 1 possuiu melhor valor de adesão.

Agradecimentos CNPq, FAPESP (2015/10906-2), DMT e ao Grupo de Fadiga e Materiais Aeronáuticos

Referências Bibliográficas

1. M. Kalantari, C. Dong and I. J. Davies. “Numerical investigation of the hybridisation mechanism in fibre reinforced hybrid composites subjected to flexural load” Composites Part B: Engineering. 102, pp. 100-

110, 2016. 2. J. Feng, Z. Guo.” Temperature-frequency-dependent

mechanical properties model of epoxy resin and its composites”. Composites Part B. 85, pp.161-169,

2016. 3. J. H. S. A. J nior, H. L. O. J nior, S. C. Amico, F. D. R.

Amado. “Study of hybrid intralaminate curaua/glass composites” Materials & Design. 42, pp.111-117, 2012.

4. K.P. Menard. “Dynamic Mechanical Analysis: A Practical Introduction”. Editora CRC Press, USA, 2008.

5. R. Murugan, R. Ramesh, K. Padmanabhan “Investigation on Static and Dynamic Mechanical Properties of Epoxy Based Woven Fabric Glass/Carbon Hybrid Composite Laminates”. Procedia Engineering, 97, p. 459-468, 2014.

6. A. Ashori, S. Menbari, R. Bahrami. “Mechanical and thermo-mechanical properties of short carbon fiber reinforced polypropylene composites using exfoliated graphene nanoplatelets coating” Journal of Industrial and Engineering Chemistry. 38, pp.37-42, 2016.

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Materiais 91

Caracterização Físico- Mecânica de painéis MDP

produzidos com madeira de Eucalipto

Felipe Oliveira Lima1*, Cristiane Inácio de Campos²

1 Departamento de Engenharia Mecânica, FEG - Guaratinguetá, Brasil.

²Engenharia Industrial Madeireira, Câmpus de Itapeva/Brasil.

* [email protected]

Resumo

Com base no potencial de crescimento do mercado de painéis à base de madeira no Brasil nos últimos anos, busca-se cada vez mais encontrar métodos mais eficientes e melhorias nas diversas etapas de fabricação desses produtos engenheirados de madeira. Com isso, este trabalho tem como objetivo produzir e avaliar as propriedades físicas e mecânicas, conforme as especificações normativas da NBR 14810/2013, de chapas de madeira particulada de três camadas (MDP), com quatro diferentes granulometrias e com a adição de nanopartículas metálicas, em diferentes proporções. Buscando proporcionar a melhoria das propriedades de inchamento e absorção de água, bem como a resistência à tração perpendicular e os módulos de elasticidade (MOE) e de ruptura (MOR).

Palavras-chave MDP, nanopartículas,

propriedades físicas e mecânicas.

1. Introdução

Devido à grande diversidade das características geográficas e climáticas do Brasil, além da abundante quantidade de matéria-prima e de florestas de rápido crescimento, o segmento madeireiro é sem dúvida um setor de grande potencial econômico. No entanto, a estrutura heterogênea da madeira é um fator limitante para uma série de utilizações, principalmente, quanto as dimensões, anisotropia e defeitos naturais. O primeiro deve-se ao fato de as dimensões estarem limitadas ao diâmetro e

altura das árvores. O segundo, devido à variação das propriedades ao longo das direções longitudinal, radial e tangencial. E por fim, defeitos como nós, inclinação de grãs, entre outros, são fatores que irão afetar diretamente o uso da madeira. Procurando minimizar as limitações apontadas anteriormente, surgiram os painéis de madeira reconstituída. Estes novos produtos procuram a cada dia mais suprir as necessidades do mercado como: produção em grandes e pequenas dimensões, controle e melhora das propriedades físico-mecânicas, acabamentos com superfícies cada vez mais lisas e com diferentes materiais, uniformidade nas propriedades criando um produto mais homogêneo, maior controle dos defeitos e melhor versatilidade de uso, chegando até mesmo a obter vantagem frente à madeira maciça. Entre os principais tipos desses painéis podemos destacar o MDP (Medium Density Particleboard), painel composto por partículas de madeiras, dispostas de forma diferenciada, com as maiores na região central do painel e as mais finas nas superfícies externas formando assim três diferentes camadas. As mesmas são aglutinadas e compactadas entre si com resina sintética através da ação conjunta de pressão e calor. Muitos estudos vêm sendo realizados buscando melhorar as propriedades principais dos painéis através de mudanças tanto na matéria-prima principal, como também nos adesivos, preservantes ou qualquer outro aditivo alternativo. Uma inovação que pode ser aproveitada nesse setor é a utilização de nanopartículas, pois uma revolução vem acontecendo na ciência e tecnologia desde o entendimento que os materiais em escala nanométrica podem apresentar novos comportamentos e/ou propriedades comparadas as de escala macroscópica¹.

2. Materiais e Métodos

Os principais materiais utilizados foram partículas de Eucalyptus sp, doados pela empresa Ectx ltda, resina ureia-formaldeído, emulsão de parafina e um catalisador, Sulfato de Amônia, para acelerar a cura dos painéis.

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Materiais 92

As partículas de madeira após serem separadas e, devidamente, classificadas de acordo com sua granulometria, em camadas externa e interna, todas nas devidas proporções para a fabricação de uma chapa, foram secas em estufas a fim de se obter uma uniformização da umidade, aproximadamente 3%. Com as partículas devidamente secas realizou-se a mistura de todos os demais constituintes com a seguida montagem do colchão (em três camadas) em uma caixa de madeira de 40x40cm.

Fig.1. Colchão de frmação.

Com o colchão formado realizou-se então o processo de pré-prensagem a frio, seguido de uma prensagem à quente com temperatura de 140°C e pressão de 40kgf/cm² durante 10 minutos. Em seguida, a chapa passou por um processo de cura por no mínimo 72 horas, para então, serem retirados os corpos-de-prova de acordo com sua respectiva norma ABNT NBR 14.810/2013². Após a fabricação foram realizados teste de caracterização físico-mecânica segundo a ABNT NBR 14.810/2013², sendo eles tanto físicos (inchamento 24h, umidade e densidade) como mecânicos (flexão), representado na figura 2 a seguir.

Fig. 2. Teste de flexão

Na sequência do estudo serão ainda realizados outros 5 diferentes tratamentos variando a porcentagem de nanopartículas em 0,5%, 1%, 1,5% e 2% em relação a massa seca de cada camada do painel MDP.

3. Resultados

A Tabela 1 a seguir apresenta os resultados obtidos com as chapas fabricadas para averiguação e comprovação das porcentagens de cada constituinte usado.

Teste MDP Laborat.

Desvio

Padrão

ABNT

Densidade kg/m³ 723,02 27,73 551 a 750

Umidade % 7,39 0,36 5 a 13%

MOR (MPa) 14,59

1,63 11

MOE (MPa) 2566

253,1 1600

Inchamento 24h 7,12 4,35 18

Tabela 1: Resultados dos testes físico-mecânicos.

4. Conclusões

Todos os testes realizados atenderam às especificações normativas, comprovando com isso que as quantidades utilizadas de cada componente, bem como as grandezas de cada variável de prensagem (pressão, tempo e temperatura) foram adequadas. Com isso pode-se continuar os estudos com a mesma configuração, sendo as chapas já produzidas ideais para servirem de contraprova dos tratamentos.

5. Agradecimentos

À CAPES pela concessão da bolsa

6. Referências Bibliográficas

[1] DURÁN, N.; MATTOSO, L. H. C.; MORAIS, P. C. Nanotecnologia: Introdução, preparação, caracterização de nanomateriais e exemplos de aplicação. São Paulo: Artliber Editora, 2006.

[2] ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS NBR 14810-2013 – Chapa de madeira aglomerada. Parte 2: Requisitos e Métodos de ensaio. ABNT. Rio de Janeiro, 2013.

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Materiais 93

INCORPORAÇÃO DE CHLOROHEXIDINA EM

FILMES FINOS POLIMÉRICOS DEPOSITADOS A PLASMA A PARTIR DO MONÔMERO 2-

METIL-2-OXAZOLYNE Felipe V P Kodaira1*, Rogério P. Mota1 1 Departamento de Física e Química,

Guaratinguetá, Brasil * autor correspondente

([email protected])

Resumo O plasma é um meio que permite a polimerização de vários tipos de monômero, alternativamente à polimerização química convencional. Poli-oxazolinas são conhecidas por suas propriedades de biocompatibilidade e resistência a proteínas, além de serem hidrofílicas. Tais polímeros têm se tornado uma alternativa ao polietileno glicol (PEG), que também é biocompatível largamente utilizado na indústria alimentícia, farmacêutica, cosmética, entre outras. Poli-oxazolinas apresentam vantagens sobre o PEG, por serem quimicamente mais estáveis. Uma aplicação de filmes poliméricos biocompatíveis pode se dar em incorporar nele uma droga e liberá-la no organismo de maneira controlada. Neste trabalho, filmes finos a partir do monômero 2-metil-2-oxazolina foram depositados a plasma em diferentes potências pelo tempo de 1 hora e o antisséptico clorexidina foi posteriormente incorporado ao filme. A taxa de crescimento e ângulo de contato foram avaliados, e a incorporação do medicamento foi aferida pela análise do espectro infravermelho dos filmes. Os filmes se mostraram hidrofílicos, sua espessura variou de 120 a 460 nm, e a incorporação da clorexidina pôde ser observada com alterações nos picos de absorção observados em C-C (1450-1512 cm-1), C=N (1600-1670 cm-1) e grupo fenil (1550 cm-1).

Palavras-chave

Filmes Finos, 2-metil-2-oxazolina, Clorexidina, Deposição a plasma

1. Introdução

Filmes finos poliméricos depositados a plasma são aplicáveis em diversos setores da indústria, como eletrônica, óptica, mecânica, biológica, recobrimento, entre outras, devido à diversas propriedades como homogeneidade, entrelaçamento, insolubilidade em meios ácidos e básicos fracos, boa adesão ao substrato, molhabilidade, etc. tais propriedades podem ser controladas alterando-se os parâmetros da deposição do filme, o que torna a técnica de deposição à plasma bastante versátil.

O monômero 2-metil-2-oxazolina é interessante por produzir filmes biocompatíveis e é uma alternativa ao PEG. O PEG é largamente utilizado como superfície não bio-aderente, e tem aprovação do FDA, o que o tornou interessante para usos na indústria farmacêutica, médica, de alimentos e cosméticos. Entretanto, o PEG perde estabilidade em aplicações in vivo por degradação por oxidação e ataques de anticorpos específicos foram observados em alguns pacientes. Já o poli(2-metil-2-oxazolina) (PMOXA) é similar ao PEG, com um heteroátomo em sua cadeia. O PMOXA é resistente a adesão de proteínas, não citotóxico, biocompatível e mais estável que o PEG. [1–3]

A clorexidina é um antisséptico químico muito utilizado na odontologia, tem ação bactericida e fungicida. Por ser de fácil aquisição e ter diversas possibilidades de aplicações, a clorexidina foi escolhida para ser incorporada aos filmes finos de PMOXA depositados a plasma.

2. Materiais e Métodos

A deposição dos filmes ocorreu em uma câmara cilíndrica de aço inox, com dois eletrodos circulares, planos e paralelos de 10 cm de diâmetro separados por uma distância de 3 cm em seu interior, o eletrodo superior foi alimentado por uma fonte de radiofrequência (RF) de 13,56MHz e o inferior foi aterrado. A câmara foi evacuada até uma pressão de 20 mTorr, então o monômero foi admitido até a câmara atingir 50 mTorr, em seguida o gás argônio foi inserido até a pressão atingir 80

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Materiais 94

mTorr. As condições de potência utilizadas para a deposição variaram de 5 a 20 W, o tempo total do processo foi de 1 hora. Os filmes foram depositados sobre substratos de vidro, para medidas de ângulo de contato e espessura, e folhas de alumínio, para espectroscopia de infravermelho.

Os filmes foram então imersos em uma solução de clorexidina 2% por 30 minutos, então foram cuidadosamente guardadas e secaram por 24 horas.

Medidas de molhabilidade, espessura e espectroscopia infravermelha foram realizadas antes da incorporação da clorexidina, após a o tempo de secagem, os espectros infravermelhos foram averiguados novamente.

3. Resultados

As medidas de ângulo de contato mostraram que todas as amostras apresentam um comportamento hidrofílico, com ângulos de contato por volta de 20º para água, independentemente da potência aplicada na deposição, o que é uma característica importante para biocompatibilidade.

Os filmes apresentaram espessuras de 120 até 460 nm, conforme aumenta-se a potência na deposição, a evolução da espessura com a potência pode ser observada na Fig. 1.

Fig. 1 - Espessura dos filmes de PMOXA depositados em diferentes potências por 1h.

As medidas de espectroscopia por infravermelho foram feitas nas amostras antes e depois da incorporação da clorexidina, de modo a verificar se de fato foi incorporada na estrutura do filme, o que é comprovado ao verificar alteração nas bandas de absorção observadas em C-C (1450-1512 cm-1), C=N

(1600-1670 cm-1) e grupo fenil (1550 cm-1). Como observado na Fig. 2.

Fig. 2 - Espectros infravermelhos dos antes e depois da incorporação da clorexidina.

4. Conclusões

A espessura dos filmes mostrou-se dependente da potência aplicada na deposição, ao aumentar-se a potência, observou-se um aumento na espessura dos filmes. Todos os filmes depositados apresentaram comportamento hidrofílico e pouca variação foi observada ao variar-se a potência.

No espectro infravermelho observa-se que os mesmos grupos funcionais estão presentes para todas as condições de deposição, porém a intensidade de cada banda de absorção varia com a potência aplicada.

A incorporação da clorexidina no filme promoveu alterações nos picos de absorção observados em C-C (1450-1512 cm-1), C=N (1600-1670 cm-1) e grupo fenil (1550 cm-1).

Agradecimentos

Os autores agradecem à CAPES pelo apoio financeiro.

Referências Bibliográficas [1] C. Martins, et al., Springerplus. 4(1), 1 (2015)

[2] R. Konradi, et al., Langmuir. 24(3), 613-616 (2008)

[3] M.N. Ramiasa, et al., Chem. Commun. 51(20), 4297-

4282 (2015)

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Materiais 95

PROCESSAMENTO DE UM COMPÓSITO HÍBRIDO DE

FIBRA DE CARBONO CONTÍNUA E DESCONTÍNUA

COM MATRIZ DE PPS Fernando Alves Guimarães, Natassia Lona

Batista e Edson Cocchieri Botelho

Departamento de Materiais, Guaratinguetá,

Brasil

[email protected]

Resumo

Nesse trabalho foram processadas duas placas de

compósito híbrido de PPS (Polissulfeto de fenileno)

com um reforço misto de fibra de carbono contínua e

descontínua, uma com comprimento de fibra

descontínua de 6 mm e outro com 2 mm. Verificou-

se que a placa com fibra de 6 mm teve uma

dispersão ruim, variação de espessura ao longo da

placa e falta de fusão da matriz nas bordas, enquanto

que a placa com fibras de 2 mm teve uma variação

muito menor de espessura e melhor dispersão da

fibra na matriz.

Palavras-Chave: Compósito híbrido; PPS; Fibra

de carbono

1. Introdução

Os compósitos de matriz termoplástica, em

relação aos com matriz termorrígida, têm como

vantagens apresentarem maior resistência ao

impacto, maior amplitude de temperatura de serviço,

menor absorção de água, menor custo de

processamento quando processado em larga escala,

menor custo de transporte e estocagem, maior

facilidade na execução de reparos e a possibilidade

de serem reciclados [1].

O PPS é um polímero semicristalino com

transição vítrea de 85 ºC, ponto de fusão de 285 ºC e

de início de degradação de 412 ºC [2].

Considerando-se que fibras contínuas

proporcionam baixa tenacidade à fratura em

compósitos avançados, alguns trabalhos envolvendo

a união de fibras contínuas e descontínuas para

aplicações automobilísticas vêm sendo recentemente

reportados [3]. Porém, até o momento, nenhum

trabalho envolvendo este tipo de compósito híbrido

foi encontrado na literatura quanto a aplicações

aeroespaciais.

2. Materiais e Métodos

Foram confeccionadas duas placas de compósito

híbrido de fibras de carbono descontínua (Torayca

T300) e contínua no estilo plain weave (Hexcel),

utilizando como matriz filmes de PPS.

A primeira placa foi obtida com dimensão de

300 x 300 mm e fibras descontínuas com

comprimento nominal de 6 mm. Procurou-se obter

uma porcentagem de 50/50 de reforço/matriz em

volume. A disposição utilizada foi duas camadas de

tecido de fibra de carbono e sete camadas de fibra

descontínua intercaladas com filme de PPS. A

pressão de processamento foi 1,5 MPa.

A segunda placa foi confeccionada com

dimensões de 200 x 200 mm e fibras descontínuas

com comprimento nominal de 2 mm. Para esta placa

tentou-se obter uma porcentagem em volume de

50% de matriz, 25% de fibra descontínua e 25% de

tecido. O compósito foi preparado intercalando

igualmente 7 camadas de tecido e 6 camadas de fibra

descontínua, ambas totalizando uma massa de 55 g.

A pressão utilizada foi 0,75 MPa. A curva de

processamento pode ser vista na Figura 1.

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

0

25

50

75

100

125

150

175

200

225

250

275

300

325

Te

mp

era

tura

(ºC

)

Tempo (min) Fig.1. Curva de processamento das placas.

A qualidade do processamento foi analisada no

equipamento de ultrassom para verificar-se a

dispersão da fibra descontínua no interior do

compósito. Posteriormente, foi realizada uma análise

de microscopia óptica.

3. Resultados

A placa 1, de 300 x 300 mm, apresentou uma

grande variação de espessura ao longo de sua

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Materiais 96

superfície, já a placa 2, de 200 x 200 mm, apresentou uma variação muito menor (Tabela 1).

Tab.1. Diferença nas medições da borda (P1) ao

centro (P5).

Medição Placa 1 Placa 2

Espessura

(mm)

P1 3,32 2,90

P2 3,43 2,95

P3 3,50 3,02

P4 3,51 2,95

P5 3,50 2,97

Média 3,34+0,08 2,96+0,04

No resultado do ultrassom pode-se observar que

na placa 1 as bordas e algumas regiões no centro

apresentam uma menor densidade de fibras

descontínuas como mostrado na Figura 2(a).

(a)

(b)

Fig.2. Ultrassom das placas (a) 1 e (b) 2.

A placa 2 apresenta uma dispersão de fibra

descontínua central melhor, como pode ser

observado Figura 2(b).

Como a placa 1 mostrou-se, já no ensaio de

ultrassom com uma má dispersão de fibra

descontínua, optou-se por fazer micrografia apenas

da placa 2. Pode-se ver o resultado na Figura 3.

A placa 2 apresentou uma variação significativa

na distribuição de fibras e matriz. Na Figura 3(a)

observa-se uma região de maior concentração de

reforço com uma nítida distinção entre a fibra

contínua e descontínua.

(a)

(b)

Fig.3. Micrografia da placa 2

A Figura 3(b) mostra uma região de menor

concentração de reforço contínuo e maior

concentração de matriz.

4. Conclusões

De modo geral, pode-se concluir que utilizando-

se o molde de 200 x 200 pode-se obter corpos

de prova melhores do que com o molde de 300

x 300. Verifica-se que as bordas apresentam

uma melhor dispersão no molde menor,

diminuindo o desperdício de material.

O molde menor também propicia uma espessura

mais uniforme e melhor distribuição de

temperatura.

Observa-se que fibras com comprimento

nominal menor apresentam uma melhor

dispersão no interior do compósito.

Agradecimentos

A CAPES pelo apoio financeiro.

Referências Bibliográficas [1] Amancio Filho, S.T.; et al. “Thermal

degradation of polyetherimide joined by friction riveting (FricRiveting). Part I: Influence of rotation speed”. Polymer Degradation and Stability, v.93, 2008.

[2] Nohara, L. B.; Kawamoto, A. M.; Nohara, E. L.; Rezende, M. C. “Otimização da Interface/Interfase de Compósitos Termoplásticos de Fibra de Carbono/PPS pelo uso do Poli(ácido âmico) do tipo BTDA/DDS”. Polímeros: Ciência e Tecnologia, vol 17, nº 3, p. 180-187, 2007

[3] Ourahmoune, R., Salvia, M. “Mechanical Properties of Light Weight Hybrid Thermoplastic Based Composites”, International Conference on Dynamics of Composite Structures (DynComp 2015), Arles, France, 2015.

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Materiais 97

DRAPABILIDADE DE REFORÇOS FIBROSOS:

ENERGIA INTRA FIBRA E INTERPLANAR

Francisco Maciel Monticeli1*, Sergio Roberto Montoro2 e Maria Odila Hilário

Cioffi 1 1 Departamento de Materiais e Tecnologia

FEG/UNESP, Guaratinguetá, Brasil ² FATEC, Pindamonhangaba, Brasil * ([email protected])

1. Introdução

Com a evolução das técnicas de processamento, surgiu a necessidade de modelagem e aplicação de materiais com dimensionamento e formas mais complexas, para atenderem às necessidades do mercado. Este fato fez com que houvesse um aumento no desenvolvimento de técnicas de processamento, visando encontrar uma maleabilidade dos tecidos no estudo da drapabilidade [1-2].

A drapabilidade é definida como a proporção em que o tecido dobra sob um formato pré-determinado e está diretamente relacionado com as propriedades mecânicas do material. Os principais fatores que podem influenciar a drapabilidade do tecido são os tipos de estrutura de tecidos, quantidade de fios de fibra, capacidade de flexão, cisalhamento, maleabilidade, peso e espessura do tecido. As propriedades mecânicas dos compósitos são ditadas pela orientação e teor das fibras. Durante o dobramento do tecido para conformação de um molde tridimensional, todo desalinhamento angular entre trama e urdume influenciará o comportamento mecânico final do compósito [3-5]. A deformação no tecido pode ser entre filamentos, onde ocorre o deslizamento dos filamentos de fibra até o ângulo de travamento, e pode ocorrer o deslisamento inter planar, quando é deformado mais de um tecido ocorre o atrito e escorregamento entre planos de tecidos [4-5].

Este estudo propõe realizar uma avaliação da energia necessária, descrita pela força necessária, para atingir uma conformação

tridimensional. O objetivo é analisar a energia ocorrente no deslisamento intra fibra e o deslisamento inter planar dos tecidos plain weave e NCF.

2. Materiais e Métodos

Foram utilizados dois tipos de reforços fibrosos, NCF e plain weave, apresentados na tabela 1. Foram realizados ensaios de drapabilidade em triplicata para um, para dois e para três tecidos nas dimensões de 250 x 250 mm.

Tabela 1. Caracteristicas dos reforços fibrosos

Reforço Estrutura Tipo Gramatura

Plain (P) 1x1 T800HB 3K 200 g.m-² NCF (N) Biaxial IM7 GP 12K 408 g.m-²

Para realizar o ensaio de drapabilidade o equipamento foi estruturado em três partes, visualizada na figura 1, conforme estudos de Kissinger, 2005 [5]. A primeira parte foi usinado um êmbolo de aço com ponta hemisférica, 70 mm de diâmetro e 130 mm de comprimento. A segunda parte foi confeccionado um dispositivo para fixar o tecido entre duas placas de acrílico de 8 mm de espessura, na qual foi feito um orifício de 80 mm de diâmetro em ambos acrílicos por onde o êmbolo deformará o tecido. A última parte é o equipamento Shimadzu AG-X, utilizado com a carga de 5kN, onde foi acoplado o dispositivo para prender o tecido e o êmbolo junto a carga. Foram utilizados velocidade de avanço de 10 mm/min e um deslocamento máximo de 90 mm.

Figura 1. Dispositivo de drapabilidade

3. Resultados

Com os resultados gerados pela Shimadzu AG-X, foram gerados gráficos de força [N] por deslocamento [mm] para a média dos ensaios com um reforço (P I e N I), para dois reforços (P II e N II) e para três reforços (P III e N III), demonstrados nas figuras 2 e 3.

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Materiais 98

0 10 20 30 40 50 60 70 80 900

10

20

30

40

50

60

70

80

90

Fo

rça

Deslocamento

P I

P II

P III

Figura 2. Gráfico de força versus deslocamento do

reforço: plain weave

0 10 20 30 40 50 60 70 80 900

50

100

150

200

250

300

350

400

Forç

a

Deslocamento

N I

N II

N III

Figura 3. Gráfico de força versus deslocamento do reforço

NCF

A partir da área gerada sob cada curva é possível chegar a energia [J=N.m] necessária para o dobramento dos tecidos, exibidos na tabela 2.

Tabela 2. Resultados de energia

Reforço Energia Desvio Energia

Interplanar

P I 1,10 ± 0,01 -

P II 2,67 ± 0,02 1,57

P III 3,99 ± 0,02 1,89

N I 4,70 ± 0,05 -

N II 9,94 ± 0,07 5,24

N III 16,01 ± 0,05 5,31

Os reforços NCF apresentam força máxima muito próxima a força final de ensaio, comprovando uma linearidade no dobramento do reforço. Visto que a força é proporcional a energia para o dobramento, era de se esperar que os reforços NCF apresentassem maior energia, já que resultaram em maior força. A energia para o dobramento em um tecido é resultado do deslisamento entre os filamentos do tecido. Quando é realizado um ensaio com

dois ou três tecidos a energia apresentada passa a ser a energia de deslisamento entre filamentos fibrosos somados ao deslisamento entre os planos de tecidos. Para o reforço NCF a energia entre os filamentos de fibras é de 4,70 J, e entre os tecidos há uma pequena variação com média de 5,27 J. Os tecidos plain weave apresentaram força e energia necessária o dobramento inferiores ao NCF. A energia necessária para o escorregamento até o ângulo de travamento, momento de estabilização da curva, é de apenas 1,10 J. A energia necessária para o escorregamento entre cada tecido é 1,72 J.

4. Conclusões Os tecidos tipo plain apresentaram menor força e consequentemente menor energia para drapabilidade do que o reforço NCF, tanto para a energia de deslisamento entre fibras de um tecidos e entre planos dos tecidos. A costura presente no tecido NCF foi um agravante para o travamento do deslisamento das fibras, fato esse que resultaram nos altos valores de energia. Conclui-se que os tecidos tipo plain apresentam uma melhor capacidade de dobramento para compósitos tridimensionais, comparados ao NCF. Esse fato se da pela estrutura de trama e urdume que gera uma mobilidade e maleabilidade maior ao tecido.

Agradecimentos Os autores agradecem a FAPESP (processo 2015/19967-4) pelo suporte financeiro.

Referências Bibliográficas [1] Brocks, T.; Cioffi, M.; Voorwald, H. Effect of fiber

surface on flexural strength in carbon fabric reinforced epoxy composites. Applied Surface Science, v 274 p 210-216, 2013.

[2] Pila, L.; Bensadounb, F. Why are designers fascinated by flax and hemp fibre composites? Composites Part A: Applied Science and Manufacturing, v 83 p 193-205, 2016.

[3] Ashir, M.; Hahn, L. Development of innovative adaptive 3D Fiber Reinforced Plastics based on Shape Memory Alloys. C.S.T v126 p43-51, 2016.

[4] Omeroglu, S.; Karaca, E. Comparison of Bending, Drapability and Crease Recovery Behaviors of Woven Fabrics Produced from Polyester Fibers. Textile Research Journal, v 80(12) p 1180-1190, 2010.

[5] Kissinger, C. P. Advanced Materials for RTM-Processing-Characterization and Application of Non Crimp Fabrics (NCF). Materials for transportation technology, v. 1, p. 176-182, 2005.

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Materiais 99

CARACTERIZAÇÃO DE UM TUBO DE AÇO API 5L X70 SOLDADO POR HF/ERW

Isabela Atilio, Marcelino P. do Nascimento

Departamento de Materiais e Tecnologia - DMT, Guaratinguetá – SP, Brasil

([email protected])

Resumo

A crescente demanda por petróleo e seus derivados tem impulsionado o desenvolvimento de materiais para dutos com tenacidade à fratura e resistência mecânica elevadas, como os aços microligados de alta resistência classes API, bem como a aplicação do processo de soldagem por resistência elétrica de alta frequência (HF/ERW) na fabricação dos tubos. O objetivo deste trabalho é a caracterização mecânica e microestrutural do aço API X70 e suas juntas soldadas por HF/ERW, para posterior avaliação de tenacidade à fratura do material. Palavras-chave: Aço API 5L X70. Soldagem por resistência elétrica. Junta soldada.

1. Introdução

É do conhecimento geral que a absorção de energia e a resistência mecânica de um material dependem de fatores microestruturais, tais como fração volumétrica e morfologia das fases secundárias, tamanho de grão e microestrutura da matriz, e que a temperatura de transição dúctil-frágil baseia-se principalmente sobre a distância entre os limites de grão, ou seja, tamanho de grão eficazes, que funcionam como uma barreira contra a propagação da trinca por clivagem. Entretanto, o aço API 5L X70 pode vir a apresentar diferentes microestruturas dependendo das condições de laminação e resfriamento, bem como, dos teores de certos elementos de liga [1].

Para um aço ARBL, como o API 5L X70, espera-se que a microestrutura da junta soldada apresente propriedades mecânicas similares àquelas do metal base [2], porém isso nem sempre é possível, pois existe uma série

de problemas típicos, inerentes à soldagem, que podem afetar as propriedades mecânicas gerais da junta [3].

2. Materiais e Métodos

O material utilizado nesse estudo foi o aço microligado API de grau X70, fabricado por laminação termomecânica controlada, sem resfriamento acelerado, conformado em tubo na espessura nominal de 11 mm, soldado por HF/ERW e fornecido pela empresa Apolo Tubulars S.A.

a. Análise Metalográfica

A caracterização microestrutural do aço API 5L X70 deu-se a partir da análise do metal base (MB) e da junta soldada (JS) por microscopia óptica (MO). Para a preparação das amostras, foi feito lixamento empregando-se lixas de granulometria decrescente de 100 a 2000 mesh, e polimento com suspensão de sílica coloidal, OP-U, de 0,03µm. O ataque químico para a revelação da microestrutura deu-se com Nital 3%, com o tempo variando de 40 a 60 segundos aproximadamente. Realizou-se análise macrográfica da junta soldada utilizando-se ataque químico com Nital 8% por aproximadamente 8 segundos.

2.2 Ensaio de Tração

Para realização do ensaio de tração, empregaram-se 44 corpos-de-prova extraídos diretamente da parede do tubo na direção longitudinal, a 90° da linha de solda. Os ensaios foram executados em conformidade com a norma ASTM E8M, à temperatura ambiente, por meio de uma máquina servo-hidráulica pertencente ao laboratório da Apolo Tubulars S.A.

3. Resultados

O ensaio de composição química foi realizado pela empresa Apolo Tubulars S.A. e, na Tab. 1, o resultado obtido é comparado com o teor exigido pelas principais normas internacionais de petróleo e gás.

A Fig. 1 mostra a análise microestrutural do metal base, que revelou a presença de perlita, ferrita poligonal e ferrita acicular. Na microestrutura da junta soldada, mostrada na

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Materiais 100

Fig. 2, nota-se a presença de grãos equiaxiais e refinados de ferrita (regiões claras) e perlita (regiões escuras).

A macrografia ilustrada na Figura 3 foi realizada na junta soldada de uma amostra extraída do tubo. É possível perceber a região compreendida pela linha de solda e a zona termicamente afetada, mais conhecida como V térmico. Percebe-se nitidamente os limites da linha A3 no V térmico gerado pelo tratamento térmico de normalização.

Tab. 1. Composição química (%massa) do aço.

Elemento

Químico

API 5L

44a edição

DNV-OS

2007

Tubo Apolo

(máx)

C 0,12 0,17 0,10

Mn 1,75 1,75 1,36

Si 0,45 0,45 0,25

P 0,02 0,02 0,01

S 0,01 0,01 0,004

Ti 0,06 0,06 0,004

V 0,10 0,10 0,004

Nb 0,08 0,05 0,05

Nb+V+Ti 0,15 0,15 0,06

Ca/S - 0,45

Pcm 0,22 0,22 0,19

Fig. 1. Microestrutura do metal base (longitudinal).

Fig. 2. Microestrutura da junta soldada.

Fig. 3. Macrografia da junta soldada.

Os ensaios de tração apresentaram um valor médio para o limite de escoamento (LE) de 562±12 MPa, de 600±13 MPa para o limite de resistência (LR) e alongamento total médio de 31,6%. De acordo com os requerimentos da norma API 5L, os valores mínimos para o limite de escoamento (LE) e limite de resistência à tração (LR) são, respectivamante, 485 MPa e 565 MPa.

4. Conclusões

Pode-se concluir que não houve grandes variações microestruturais entre MB e JS, o que não afetaria tanto as propriedades mecânicas na JS, o que será avaliado após ensaios de tenacidade à fratura.

Conclui-se também que houve tratamento térmico de normalização na JS, com base nas microestruturas obtidas e no V térmico revelado na análise macrográfica.

Os resultados obtidos com os ensaios de tração foram condizentes com a norma API 5L.

Agradecimentos

À Apolo Tubulars S.A., pelo fornecimento de material para a realização dessa pesquisa; À CAPES, pela concessão da bolsa de Mestrado.

Referências Bibliográficas

[1] KIM, Y. M.; SHIN, S. Y.; LEE, H.; HWANG, B., LEE, S., KIM, N. J, Effects of molybdenum and vanadium addition on tensile and charpy impact properties of API X70 linepipe steels. Metallurgical and Materials Transactions A, v.38A, n.8, p.1731-1742, August, 2007.

[2] WAINER, E.; BRANDI, S. D.; MELLO, F. D. H. Soldagem: processos e metalurgia. São Paulo: Editora Edgard Blücher, 1992, 494p.

[3] KOU, S. Welding Metallurgy. Hoboken: John Wiley & Sons, 2003. 461p.

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Materiais 101

Modificação da superfície da liga experimental

TI10MO8NB A PARTIR DO CRESCIMENTO DE

NANOTUBOS DE TIO2

João Pedro Aquiles Carobolante1*, Ana Paula Rosifi Alves Claro1

1 Departamento de Materiais e Tecnologia, Guaratinguetá, Brasil * autor correspondente

([email protected])

Resumo: Na última década cresceu o

interesse na modificação de superfícies de ligas metálicas, para uso em implantes, buscando melhorar a resposta do tecido em relação ao material. O titânio e suas ligas se destacam devido suas propriedades mecânicas e resistência a corrosão, além da excelente biocompatibilidade. Uma das técnicas utilizadas para modificar a superfície em ligas de titânio é a oxidação anódica, que promove o crescimento de nanotubos de TiO2, melhorando a osseointegração, quando em contato com tecido duro. Neste trabalho foram estudados os parâmetros que proporcionam crescimento de nanotubos de TiO2 mais eficiente na superfície da liga Ti10Mo8Nb. A superfície foi analisada por meio da microscopia eletrônica de varredura, encontrando o melhor resultado na quando utilizado um eletrólito de glicerol/H2O (1:1) com 1% m/v de NH4F, sob tensão de 20 V durante 1h. Palavras-chave: Titânio, nanotubos de TiO2,

biomaterial 1. Introdução

Em busca de uma melhor qualidade de vida, novos materiais são estudados para reparar deficiências do corpo. Existe uma propriedade essencial, quando o material está em contato com os tecidos corporais, a biocompatibilidade, ou seja, o material não deve causar efeitos nocivos ao tecido, como indução de morte celular, ser carcinogênico ou provocar respostas imunológicas. Os biomateriais são os materiais que apresentam esta propriedade [1].

Para substituição ou reparo do tecido duro destaca-se o uso de metais, como aço inoxidável, ligas cobalto-cromo e ligas de titânio, sendo este último com grande importância, devido as suas excelentes propriedades, por exemplo, resistência à fadiga e à corrosão e baixa densidade e módulo de elasticidade. As ligas de titânio ainda podem ser subdivididas em classes em relação às fases presentes, sendo as do tipo β (CCC), as que apresentam menor módulo de elasticidade [1], sendo mais indicadas no reparo do tecido ósseo.

A liga Ti10Mo8Nb é uma liga do tipo β, com excelente resistência a corrosão e níveis de citotoxicidade e resposta inflamatória não significativos [2].

Na última década, vêm crescendo o uso de técnicas de modificação de superfície em biomateriais, especialmente, o crescimento de nanotubos de TiO2 em ligas de titânio por meio da oxidação anôdica . A mudança da topografia favorece o crescimento celular, resultando em uma melhor osseointegração. Vários parâmetros influenciam na formação destes nanotubos, destacando-se o potencial elétrico, o eletrólito e o tempo de anodização [3].

Este trabalho tem como objetivo o crescimento de nanotubos de TiO2 na superfície da liga Ti10Mo8Nb.

2. Materiais e Métodos

A liga experimental Ti10Mo8Nb foi obtida a partir da fusão em forno a arco voltaico, sob atmosfera inerte (gás argônio), de titânio (grau 2), molibdênio e nióbio comercialmente puros. Após a fusão, os lingotes foram tratados termicamente, homogeneização seguida de solubilização. Foram forjados a frio em prensa rotativa até atingir o diâmetro de 10 mm. Novamente, o material foi solubilizado, garantindo presença da fase β. Então, foram cortados discos de 3 mm de espessura.

Anteriormente a anodização as amostras foram lixadas e limpas em banho ultrassônico com H2O, sabão neutro e álcool etílico. As tensões utilizadas foram de 20, 30, 40 e 50 V. O tempo de anodização foi de 1, 2, 3, 6,12 e 24 h. E os eletrólitos foi uma solução de glicerol/H2O com NH4F, nas seguintes proporções, 1:1+1%, 1:1+0,27%, 1:1+0,25%, 9:1+0,25%, 9:1+0,75%, sendo que a porcentagem do NH4F foi de

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Materiais 102

massa do sal em relação ao volume da solução glicerol/H2O. Como anodo foi utilizado um eletrodo de platina.

Após a anodização as amostras foram calcinadas a 450 °C durante 1 h.

Para investigação da superfície das amostras foi utilizado microscopia eletrônica de varredura.

3. Resultados

A Tabela 1 apresenta as imagens da superfície das amostras após a anodização. O crescimento dos nanotubos ocorre por meio da formação de pites na superfície e pela formação e dissolução da camada de óxido comandas pela presença de íons F-. Desta forma, soluções menos viscosas e com maior concentração de íons F- são mais agressivas. A microscopia revelou que soluções menos agressivas, com menos H2O e menor concentração de NH4F não foram capazes de formar nanotubos, produzindo nanoporos, ou formaram a estrutura, somente, nas bordas da amostra, mesmo com tensões e tempos maiores. A única condição com que se obteve um crescimento homogêneo foi à solução glicerol/H2O (1:1) com 1% NH4F, sob 20 V, durante 1h. Essa necessidade de condições mais agressivas se deve a presença de Nb, que apresenta uma resistência a corrosão maior que o Ti.

4. Conclusões

Devido ao nióbio presente na liga, condições com eletrólitos menos agressivos não foram capazes de formar o crescimento homogêneo de nanotubos de TiO2. O eletrólito formado por glicerol/H2O com adição de 1% m/v NH4F, sob 20V, durante 1h, foi a condição que apresentou melhor resultado, com crescimento homogêneo dos nanotubos.

Referências bibliográficas [1] Q. Chen, G. A. Thouas. “Metallic implant

biomaterials”. Materials Science and Engineering: R: Reports, Vol. 87, pp 1-57, 2015.

[2] P.Neascsu et al. “In vitro performance assessment of new beta Ti–Mo–Nb alloy compositions”. Materials Science and Engineering: C, Vol. 47, pp 105-113, 2015.

[3] D. Regonini et al. “A review of growth mechanism, structure and crystallinity of anodized TiO 2 nanotubes”. Materials Science and Engineering: R: Reports, Vol. 74, No. 12, pp 377-406, 2013.

Tabela 1 - Aspecto da superfície após anodização.

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Materiais 103

Análise da influência do condicionamento

higrotérmico em juntas soldadas de PEI/fibra de

carbono

Jonas Frank Reis1, Ana Beatriz R. M. Abrahão1, Edson Cocchieri Botelho1

Faculdade de Engenharia de Guaratinguetá, Guaratinguetá, Brasil,

Jonas Frank Reis ([email protected])

Resumo

Apesar da grande utilização dos compósitos termoplásticos na indústria aeronáutica, ainda existem diversos desafios relacionados à integração das partes constituintes de uma aeronave. Como alternativa para união destas peças, dentre os principais métodos de união disponíveis em compósitos termoplásticos, a soldagem vem sendo considerada a mais vantajosa. No entanto, componentes que requerem exigências estruturais, quando expostos a ambientes agressivos como a umidade associada à temperatura, podem ter suas propriedades mecânicas reduzidas. Desta forma, este trabalho tem como principal objetivo avaliar a influência do condicionamento higrotérmico em amostras de compósito polimérico Polieterimida (PEI) /fibras de carbono soldados.

Palavras-chave: Compósitos. Soldagem. Condicionamento higrotérmico.

1. Introdução

Os efeitos da umidade e temperatura devem ser sempre considerados nos projetos de laminados para aplicação estrutural. Vários estudos demonstraram os efeitos negativos da água absorvida e da exposição a variações súbitas de temperatura sobre as propriedades físicas e mecânicas dos materiais compósitos [1]. Quando são utilizados materiais compósitos, principalmente envolvendo aplicações estruturais, os aspectos ambientais devem ser cuidadosamente considerados. Isto se aplica, em particular, ao fenômeno mais

comum de absorção de umidade em compósitos, que se tornou uma das principais limitações para seu uso industrial [2].

2. Materiais e Métodos

Uma expressão para o cálculo do ganho de massa como função do tempo para o material totalmente exposto, em que o conteúdo de umidade e a temperatura são constantes, pode, teoricamente, ser classificado em três categorias [3]: I - Difusão Fickiana, em que a taxa de difusão é menor que a mobilidade dos segmentos de cadeias; II – A taxa de difusão e mobilidade são maiores quando comparados a processos de relaxação das cadeias; III - Difusão anômala (não Fickiano), que ocorre quando a mobilidade de permeação da água e relaxação dos segmentos das cadeias são comparáveis. Quando a difusão é analisada com os polímeros no estado vítreo ou em regiões próximas a temperatura de transição vítrea, em que os segmentos têm pouca mobilidade, este comportamento pode ser encontrado. Para avaliar em qual caso se enquadra o material sob análise, pode-se considerar a curva de sorção versus tempo representada pela equação (1):

(1)

Onde relativo ao ganho de massa com

relação ao tempo t, relativo ao ganho de massa no equilíbrio e k e n são constantes. Para sistemas fickianos n ~ ½, sistemas anômalos ½ < n< 1 e se o comportamento segue o caso II, n ≥ 1. Para este trabalho, as amostras foram transferidas para a câmara de climatização disponível no laboratório de condicionamento ambiental (FEG). Semanalmente, três amostras de controle para os materiais soldados e não soldados foram pesados em uma balança analítica, sendo construído um gráfico de ganho de massa em função do tempo de exposição.

3. Resultados

A Figura 1 apresenta os resultados obtidos referentes à absorção de umidade dos laminados de PEI/fibra de carbono não soldados e soldados. Para ambos os casos, a porcentagem de ganho de massa se encontra no gráfico em função da raiz quadrada do

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Materiais 104

tempo de exposição em condicionamento higrotérmico.

Fig.1. Resultados do ganho de massa em

câmara de climatização.

A partir da Figura 1 pode ser observado que os compósitos de PEI/fibra de carbono soldado e não soldado obtiveram uma absorção máxima de umidade de 0,55% e 0,58%, respectivamente. Foi realizado o estudo do comportamento Fickiano das amostras de PEI/fibra de carbono soldadas e não soldadas. As Figuras 2 e 3 apresentam os gráficos obtidos utilizando a equação 1 e os pontos a partir dos quais se faz regressão linear para obtenção dos valores de n e k para o compósito PEI/fibra de carbono soldado e não soldado, valores que são apresentados pela Tabela 1.

Fig. 2. Avaliação dos parâmetros Fickianos no

compósito não soldado e soldado.

Fig. 3. Avaliação dos parâmetros Fickianos no compósito não soldado e soldado.

Tab. 1. Coeficiente de difusão e valores de n e k para os laminados PEI/carbono.

Laminados n k

PEI/carbono não soldado 0,43 3,50 PEI/carbono soldado 0,40 3,33

4. Conclusões

As amostras dos laminados PEI/fibras de carbono soldados e não soldados quando submetidas ao condicionamento higrotérmico apresentaram um comportamento Fickiano. As amostras não soldadas apresentam maiores valores de tendência à absorção de umidade se comparados às amostras soldadas, isso se deve ao fato da presença da malha metálica presente na união dos laminados, que pode agir como uma espécie de filtro para a passagem da umidade na região de absorção da junta.

Agradecimentos

Referências Bibliográficas

[1] OLIVEIRA, G. H.; GUIMARÃES, V. A.; BOTELHO, E. C. “Influência da temperatura no desempenho mecânico de compósitos PEI/fibras de vidro”. Polímeros, v. 19, n. 4, p. 305–312, 2009. [2] YILMAZ, T.; SINMAZCELIK, T. “Effects of hydrothermal aging on glass-fiber/polyetherimide (PEI) composites”. Journal of Materials Science, v. 45, n. 2, p. 399–404, 2010. [3] RAZEIRA, I. A. T. “Fibras lignocelulósicas como agente de reforço de compósitos de matriz fenólica e lignofenólica”. 2006. 167 f. Tese (Doutorado em Ciências) – Instituto de Quimica de São Carlos, Universidade de São Paulo, 2006.

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Materiais 105

Avaliação do comportamento mecânico da liga Ti30Ta submetida a tratamento

alcalino e térmico visando aplicações biomédicas

Kerolene Barboza da Silva*, Valdir Alves Guimarães1 e Ana Paula Rosifini Alves

Claro 2

1 Departamento de Materiais e Tecnologia, Guaratinguetá,Brasil.

* autor correspondente: Kerolene Barboza da Silva ([email protected])

Resumo

Titânio e suas ligas são considerados muito importantes na área médica devido a sua excelente biocompatibilidade e propriedades mecânicas. Nos últimos anos as superfícies dos implantes têm sido estudadas com o objetivo de melhorar as respostas ósseas, trazendo uma tendência ao uso de superfícies tratadas com produtos químicos a fim de acelerar a osseointegração. Os tratamentos alcalinos e térmicos são empregados para melhorar a bioatividade de materiais metálicos. É um método típico de modificação da superfície do titânio, onde óxidos bioativos, tais como titanato de sódio (Na2Ti5O11 ou Na2Ti6O13), que tem uma superfície porosa são criados por esses tratamentos. O objetivo deste trabalho é estudar a influência do tratamento alcalino e térmico no comportamento mecânico da liga Ti-30Ta. O trabalho foi iniciado com a obtenção da liga, processamento, confecção dos corpos de prova e seguido do tratamento alcalino e térmico. Para caracterização superficial, serão realizados MEV, difração de raios X e ângulo de contato, e na caracterização mecânica, estudo de resistência à fadiga, microdureza e fractografia.

Palavras-chave

Resistência à fadiga, biomateriais, ligas de titânio, tratamento alcalino.

1. Introdução

O titânio é o material mais utilizado em implantes odontológicos, e seu uso em próteses ortopédicas vem crescendo continuamente. Este extensivo uso é baseado nas propriedades deste material, que incluem a combinação de elevada resistência à corrosão e excelente biocompatibilidade. Estas qualidades combinadas com um módulo elástico que facilita a transferência de carga para os tecidos vizinhos, uma propriedade biomecânica, tornam o titânio um material apropriado para aplicações onde se requer tenacidade [1].

A resposta dos biomateriais quando inseridos em um organismo vivo não depende apenas do material, mas também de sua estrutura como a textura da superfície, porosidade e interconectividade dos poros. Superfícies rugosas utilizadas em áreas endósseas de implantes aumentam a superfície total disponível para deposição óssea e estabilidade mecânica devido à interligação entre o osso e o implante [2].

Tratamentos alcalinos e térmicos são um método típico de modificação da superfície do titânio para melhorar a bioatividade. Óxidos bioativos, tais como titanato de sódio (Na2Ti5O11 ou Na2Ti6O13), que tem uma superfície porosa nanoestruturada com média de poros de 150-200 nm, são criados por esses tratamentos. Lee et al (2004)[2] relatam que titânio e suas ligas em que foram realizados tratamentos alcalino e térmicos, são capazes de gerar a osseointegração entre o osso e o implante.

Os implantes metálicos trabalham sob a ação de complexos carregamentos mecânicos, por exemplo, um implante de articulação de cabeça de fêmur (implante permanente) suporta cargas aplicadas que variam de três a quatro vezes o peso do paciente, e a frequência de ciclos de esforço-repouso no implante pode chegar a três milhões ao longo de um ano [3]. Nesses casos, a resistência à fadiga do material e as características do projeto, produção e montagem dos implantes são muito importantes.

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Materiais 106

2. Materiais e Métodos

Fig. 1. Fluxograma da metodologia empregada para a realização da pesquisa

3. Resultados

A partir do lingote obtido após da fundição, homogeneização e solubilização da liga Ti30Ta, foi possível analisar a variação de microestrutura da liga Ti30Ta na condição bruta de fusão e tratada termicamente. As microscopias revelaram a presença de fase β e fase α, senda a parte mais clara fase β e a parte escura é a fase α.

Fig. 2.(a) Microestrutura na condição bruta de fusão e (b) Microestrutura na condição tratada.

Quando resfriada rapidamente a partir do campo β a 950 °C 1 hora as ligas Ti-Ta com teores de tântalo entre 30 e 50 % exibem estrutura α”, fase martensitica, que apresenta menor resistência à deformação do que a fase α, mas é superior a fase β[4]. A figura 2 (a) possibilita a visualização da fase α” através de

estruturas finas e paralelas, em forma de agulhas.

A figura 3 a e b permite a verificação do lingote na confecção da liga e também os corpos de prova confeccionados para a realização do teste de resistência à fadiga.

Fig. 3. (a) Lingote da liga Ti30Ta (b)

Corpos de prova fadiga Além de determinar técnicas de

processamento adequadas para se obter microestruturas com melhores condições biomecânicas, a continuidade deste estudo pretende estabelecer correlações entre características microestruturais e propriedades mecânicas em sistemas biometálicos, e deste modo, atender ao objetivo de melhorar o desempenho mecânico de implantes submetidos a carregamentos cíclicos, dando-se atenção especial à influência do efeito da modificação das propriedades de superfície no comportamento em fadiga da liga Ti-30Ta.

4. Conclusões O processamento da liga garante a

presença da fase α”, que tem se mostrado viável para aplicação em confecção de próteses devido a sua excelente resistência à corrosão e combinação de baixo módulo de elasticidade e elevada resistência mecânica.

Referências Bibliográficas

[1] Niimoni, M; Nakai, M. - Titanium-Based biomaterials for preventing stress shielding between implant devices and bone - International journal of biomaterials 2011. [2] Souza, K. A.; Robin, A. - Preparation and caracterization of Ti-Ta alloys for application in corrosive media - Materials letters 2003. [3] Tomé, S. B., Tonetto, A., Heizemann, G., Burmann, P. F. P., Beck, D. G. S., Bruggemann, R., Ruschel, G. H. Estado atual das superfícies de implantes dentário de titânio. Revista saúde, 2015. [4] Zhou, Y. L.; Niimoni, M.; AkahoriI, T.;- Decomposition of martensite α'' during aging treatments and resulting mechanical properties of Ti−Ta alloys - Materials Science and Engineering A – 2004.

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Materiais 107

USINABILIDADE DO AÇO SAE 4340 ENDURECIDO NO

PROCESSO DE FRESAMENTO A SECO

Larissa Ribas de Lima Soares1*, Manoel Cléber de Sampaio Alves1

1 Departamento de Materiais, Guaratinguetá, Brasil,

* [email protected]

Resumo: Têm-se buscado alternativas para

otimizar os processos de fabricação por usinagem, com o objetivo de diminuir custos, aumentar produtividade e diminuir problemas ambientais. Entre essas alternativas destacam-se a procura pela usinagem a seco e a usinagem de aços endurecidos. Portanto, neste trabalho foi analisado o fresamento frontal do aço SAE 4340 endurecido (temperado e revenido), utilizando ferramentas de metal duro com recobrimento de TiAlN e TiN na condição a seco. O objetivo deste trabalho foi verificar o comportamento da qualidade superficial nas diferentes condições de usinagem. Esta pesquisa foi realizada em um Centro de Usinagem CNC, variando-se os parâmetros velocidade de corte (200, 250 e 300 m/min) e avanço de (0,1 e 0,04 mm/dente). Com os resultados parciais obtidos conclui-se que na usinagem de aços endurecidos é melhor utilizar menores velocidades de corte porque elas proporcionaram menores rugosidades. Palavras-chave: Fluido de corte; SAE 4340; Usinagem a Seco.

1. Introdução

A usinagem de aços endurecidos está cada vez mais em destaque no setor industrial devido à possibilidade de eliminar o processo de retificação possibilitando, portanto, a redução de custo e tempo de fabricação. Para que isso ocorra, é necessário que o processo de usinagem seja realizado em uma máquina rígida combinada com ferramentas de corte com elevada dureza e resistência ao desgaste em temperaturas elevadas.

Em relação a estes processos industriais de usinagem, é muito comum utilizar fluidos de corte para lubrificar e refrigerar o sistema

ferramenta-peça. No entanto, os fluidos de corte presentes em alguns processos podem causar doenças ou lesões em operadores de máquinas, como doenças de pele e doenças respiratórias. Além de poluir o solo e a água, quando eles não passam por uma reciclagem e/ou não são tratados adequadamente após a sua eliminação [1].

Portanto, para evitar os problemas ambientais, os processos de usinagem devem ser orientados para a usinagem a seco ou a usinagem próxima a seco [2].

Com base nestas informações, esta pesquisa buscou analisar a usinabilidade do aço SAE 4340 endurecido, mediante o fresamento a seco com ferramentas recobertas de TiAlN e TiN, com o intuito de analisar a qualidade superficial das peças usinadas.

2. Materiais e Métodos

O material utilizado para estudo, nesta pesquisa, foi o aço ABNT 4340. Ele foi adquirido na forma bruta e passou por um processo de usinagem preparatório para obter dimensões nominais de 25x70x100mm.

Estas amostras (Fig. 1) foram tratadas termicamente (temperadas e revenidas) na Empresa Proterm na cidade de São José dos Campos para que elas atingissem uma dureza de 56 HRc (615 HV).

Fig.1. Corpos de prova.

O fresamento a seco foi desenvolvido no

Laboratório de Estudo da Usinagem na Unesp-Guaratinguetá, em um Centro de Usinagem marca DMG modelo DMU50ECO série DMG Ecoline. Variando-se os parâmetros velocidade de corte (200, 250 e 300 m/min) e avanço de (0,1 e 0,04 mm/dente). No qual, para cada condição de usinagem foram utilizadas 3 ferramentas de metal duro revestida com TiAlN (0,18 µm) e TiN (0,02 µm).

Em todas as condições foram realizadas seis passadas (da ferramenta na peça). E após

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Materiais 108

o término do fresamento, foram mensuradas a rugosidade média e a rugosidade total das peças usinadas como auxílio de um rugosímetro da marca Mahr modelo Marsurf

M300. 3. Resultados

A análise da rugosidade média obtida no processo de fresamento frontal do aço 4340 endurecido mostrou que houve interação entre a velocidade de corte e o avanço (p-valor = 0,0084) com nível de significância de 5%. Portanto, as observações em relação a esta variável de saída foram realizadas levando em consideração a combinação dos dois fatores. Esta interação pode ser observada na Fig. 2.

Fig. 2. Gráfico da interação entre a velocidade de corte e o avanço: Rugosidade média em função da velocidade de corte.

Ao analisar o gráfico da Figura 2 é possível notar que: a menor rugosidade foi obtida na combinação da velocidade de 250 m/min com um avanço de 0,04 mm/dente; em relação ao avanço de 0,1 mm/dente, a rugosidade aumentou conforme o aumento da velocidade; e na velocidade de 300 m/min, foram obtidos os maiores valores de rugosidade, independente do avanço utilizado.

Já em relação a rugosidade total, não houve interação entre os fatores velocidade de corte e avanço (p-valor = 0,97980), com nível de significância de 5%. Devido a isto, foram analisados os efeitos principais destes fatores, no qual, a velocidade de corte apresentou diferença estatística entre seus níveis (p-valor < 5%). A distribuição dos dados de rugosidade Rt, bem como as diferenças estatísticas entre as velocidades estão ilustradas na Fig. 3.

Fig. 3. Distribuição da vibração produzida

durante o ensaio: (a) Rt em diferentes avanços; (b) Rt em diferentes velocidades de corte. Diferentes letras representam diferença significativa (p-valor < 0,05) entre grupos.

É possível inferir através da análise

estatística que as velocidades de 200 e 250 m/min proporcionaram menores rugosidades totais nas superfícies usinadas. Já os diferentes níveis de avanço não interferiram neste parâmetro. Na Figura 3 também são mostrados estes comportamentos, além de ilustrar que na combinação da velocidade de 300 m/min com avanço de 0,1 mm houve uma grande variabilidade dos dados.

4. Conclusões

Com as análises dos resultados obtidos no fresamento frontal a seco do aço 4340, utilizando ferramentas revestidas com TiAlN e TiN, é possível concluir que as velocidades mais baixas (200 e 250 m/min) contribuíram para uma menor rugosidade das peças usinadas.

Agradecimentos

Ao Conselho Nacional de Desenvolvimento Cientifico e Tecnológico (CNPq), pela concessão da bolsa de mestrado.

Referências Bibliográficas [1] D. M. DUARTE COSTA, et al. “A normal boundary intersection with multivariate mean square error approach for dry end milling process optimization of the AISI 1045 steel”. Journal of Cleaner Production, Vol. 135, pp 1658–1672, 2015. [2] A. K. SAHOO and B. SAHOO. “Experimental investigations on machinability aspects in finish hard turning of AISI 4340 steel using uncoated and multilayer coated carbide inserts”. Measurement, Vol. 45, No. 8, pp 2153–2165, 2012.

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Materiais 109

SENSOR DE GÁS PARA CO(G): RESPOSTA ÓPTICA E

ELÉTRICA ROCHA, L.S.R.

1*, SIMÕES, A.Z.

1

1 Departamento de Materiais e Tecnologia, Guaratinguetá, Brasil

* ([email protected])

Resumo: Foi desenvolvido um duplo sensor

de gás, composto de dióxido de cério (CeO2) nanoestruturado, puro e dopado com lantânio (La) em distintas proporções, sintetizado através da rota hidrotermal assistida por micro-ondas (HAM), e depositado pelo método screen-printing, o qual apresenta resposta elétrica e óptica perante exposição ao gás CO(g).

Palavras-chave: Sensores de gás, CeO2,

micro-ondas, CO(g).

1. Introdução Dióxido de cério (CeO2) é um importante

material multifuncional, com estrutura cristalina cúbica do tipo fluorita, que pode ser aplicado na produção de catalisadores [1], células combustíveis [2], sensores de gases [3], etc.

O presente trabalho tem como foco investigar a dupla capacidade desse material de atuar como sensor de gás, para atmosfera de CO(g), apresentando resposta elétrica e óptica.

2. Materiais e Métodos Filmes de estequiometria Ce1-(3/4)xLaxO2 (x =

0, 4, 8 e 12%) foram preparados com auxílio de solução ligante (Glicerol) e depositados em substratos de alumina, com eletrodos interdigitados, para realização de caracterizações elétricas frente a atmosfera de gás CO(g). Caracterizações de espectroscopia de fluorescência de raios-X (XPS), resistência relativa x temperatura e com fotodiodo RGB, para observação da mudança de cor, foram realizadas.

3. Resultados

3.1 Análise de XPS

Pela Fig. 1, podem-se observar os espectros de fotoelétrons excitados por raios-X

(XPS) dos filmes depositados. É possível notar a contribuição de ambos estados de valência do elemento Ce, os quais são influenciados pela quantidade de dopantes introduzidos na rede. Nota-se no espectro do Ce 3d que à medida que a concentração de dopante é elevada, a contribuição dos estados Ce4+ também cresce, sugerindo que mais espécies de oxigênio possam ser encontradas próximas à superfície, devido à criação de vacâncias de oxigênio com a introdução de dopantes.

Fig. 1. Espectros de XPS dos pós obtidos a partir da rota HAM para (a) x = 0, (b) x = 0.4, (c) x = 0.8 e (d) x = 0.12.

3.2 Resposta elétrica Pode-se observar que o filme da

amostra pura (x = 0) apresenta maior sensibilidade (3,84) ao gás CO em 170 °C. Já o sistema modificado com 8% La apresenta maior sensibilidade (1,72) para 160 °C enquanto que o sistema com 12% La apresenta maior sensibilidade (2,8) para uma temperatura superior, de 210 °C. Pode-se notar uma diminuição da temperatura de trabalho do sensor, com a adição de modificadores, acompanhada de queda na sensibilidade relativa. Com o aumento da temperatura, acima de 250 °C, a sensibilidade volta a crescer para o sistema puro (x = 0), provavelmente devido ao aumento da adsorção de espécies de oxigênio na superfície das partículas, a qual produz decréscimo na condutividade da amostra em função da elevação da altura de barreira tipo Schottky [3].

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Materiais 110

LaxCe1-(3/4)xO2 0% La

RAIR/RVAC

RCO/RVAC

100 200 300 400

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Resis

tênc

ia re

lativ

a

Temperatura (°C)

100 200 300 400

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

1,4

1,6

1,8

LaxCe1-(3/4)xO2 8% La

RAIR/RVAC

RCO/RVAC

Res

istê

ncia

rela

tiva

Temperatura (°C)

LaxCe1-(3/4)xO2 12% La

RAIR/RVAC

RCO/RVAC

140 210 280 350

1

10

Res

istê

ncia

rela

tiva

Temperatura (°C)

Fig. 2. Resistência relativa x temperatura (°C) para as amostras com x = 0.0, 0.8 e 0.12.

3.3 Resposta óptica

É interessante notar que a alteração de cor dos filmes compostos de Ce1-(3/4)xLaxO2-δ, para x = 0.8 e 0.12, ocorre somente com temperaturas em torno de 400 °C, permitindo sua aplicação como dispositivo sensor de gás em processos industriais envolvendo reações de combustão a altas temperaturas [4].

Fig. 3. Fotografia do filme com 8% La antes da exposição ao gás CO (a), e depois da exposição (b), com suas respectivas medidas do fotodiodo TMS3200.

4. Conclusões Com os resultados obtidos a partir das

caracterizações ópticas e elétricas destes filmes, pode-se notar sua capacidade de aplicação como sensor elétrico de gás, se acoplado a um circuito elétrico ou como sensor óptico, para reações de combustão em alta temperatura, devido à visível alteração de cor perante exposição ao gás.

Agradecimentos

Agradecemos aos Professores Miguel Adolfo Ponce, da Universidad Nacional de Mar del Plata (Argentina), Mario Cilense e Elson Longo pela estrutura disponibilizada para realização das caracterizações.

Referências Bibliográficas

[1] Yiming Liu, Liangfeng Luo, Yuxian Gao, Weixin Huang “CeO2 morphology-dependent NbOx –CeO2 interaction, structure and catalytic performance of NbOx/CeO2 catalysts in oxidative dehydrogenation of propane”, Applied Catalysis B: Environmental, vol. 197, pg. 214-221, 2016. [2] Vedat Sarıboğa, M.A. Faruk Öksüzömer, “Cu-CeO2 anodes for solid oxide fuel cells: Determination of infiltration characteristics”, Journal of Alloys and Compounds, vol. 688 part B, pg. 323-331, 2016. [3] R.C. Deus et al, “Electrical behavior of cerium dioxide films exposed to different gases atmospheres”, Ceramics International, vol. 42 (13), pg. 15023-15029, 2016. [4] Yixin Liu et al, “Solid-state gas sensors for high temperature applications – a review”, Journal of Materials Chemistry A, vol. 2, pg. 9919-9943, 2014.

(a)

(b)

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Materiais 111

OBTENÇÃO E CARACTERIZAÇÃO DE

COMPÓSITOS NANOESTRUTURADOS DE

PEI REFORÇADOS COM NANOTUBOS DE CARBONO

Luis Felipe de Paula Santos 1*, Edson Cocchieri Botelho1, Bruno Ribeiro1 e

Michelle Leali Costa 1 1 Departamento de Materiais e Tecnologia,

Guaratinguetá, Brasil. * ([email protected])

Resumo Palavras-chaves: Nanotubos de carbono, PEI, análises térmicas, TGA, DMA.

1. Introdução

Os nanotubos de carbono desde sua descoberta em 1991 por Iijima [1], apresentam grande potencial em sua utilização como reforços em compósitos poliméricos, devido as excelentes propriedades elétricas, térmicas e mecânicas [2]. A obtenção de compósitos poliméricos nanoestruturados ainda apresenta desafios, principalmente quando se trata da qualidade e estabilidade da dispersão dos nanotubos de carbono [3,4]. Portanto, o presente trabalho tem como objetivo apresentar o processamento de filmes de poli(éter-imida) (PEI) com e sem adição de nanotubos de carbono e avaliar, através de técnicas termoanalíticas como Termogravimetria (TGA) e Análise Dinâmico Mecâmica (DMA), a qualidade do filme obtido para sua utilização em compósitos reforçados com fibras.

2. Métodos e Materiais

A técnica de mistura em solução, a mais utilizada para a obtenção de compósitos poliméricos nanoestruturados, foi adotada neste trabalho [5], na qual os nanotubos de carbono funcionalizados de paredes múltiplas (MWCNT) e a matriz polimérica poli (éter-imida)

(Ultem 1010) foram adicionados ao cloreto de metileno. A ultrassonificação de alta potência foi empregada com o objetivo de promover a desaglomeração do nanoreforço na matriz polimérica. Além disso, com o intuito de auxiliar na estabilidade da dispersão, o surfactante Triton X-100 foi adicionado à mistura. Por fim, o filme foi obtido a partir da evaporação do solvente em estufa a 40˚C durante 3 horas.

Materiais Filme 1 Filme 3

Ultem 1010® (g) 10 10

Diclorometano (ml) 250 250

CNT (g) - 0,1

Triton X-100 (g) - 0,5

Tab. 1 – Materiais utilizados para confecção dos filmes

A análise por TGA foi realizada utilizando-se a taxa de aquecimento de 10ºC/min, sob fluxo de nitrogênio de 50mL/min, na faixa de temperatura de 25ºC a 1000ºC e com porta amostra de platina. Para realização do DMA os parâmetros utilizados foram: modo de tensão, atmosfera de nitrogênio a 100 mL/min, amplitude de oscilação de 10µm, frequência 1Hz, taxa de aquecimento de 3ºC/min e faixa de temperatura de 25ºC a 250ºC.

3. Resultados

Os resultados obtidos a partir da análise das curvas TGA e DMA, são apresentados nas Figuras 1 a 4.

Figura 1 – TGA do filme de PEI.

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Materiais 112

Figura 2 – TGA do filme de PEI/MWCNT.

Figura 3 - DMA filme de PEI.

Figura 4 - DMA filme de PEI/MWCNT.

Conforme apresentado nas Figuras 1 e 2, a estabilidade térmica do PEI e do compósito PEI/MWCNT foi avaliada por Termogravimetria. Como pode ser observado, a adição do nanoreforço foi responsável pelo aumento das temperaturas Ti (temperatura inicial de degradação, 427°C para o PEI puro e 460°C

para o PEI/MWCNT) e Tmax (temperatura de pico, na DTG), sugerindo um aumento na estabilidade térmica do compósito. Além disso, como observado nas Figuras 3 e 4, apesar da redução na temperatura de transição vítrea (Tg), o compósito PEI/MWCNT apresentou um aumento da ordem de 100% no módulo de armazenamento (E’) quando comparado a matriz PEI. Por outro lado, a redução na Tg pode estar associada à utilização do surfactante, exercendo assim um efeito plasticizante na matriz polimérica. Conclusões A técnica de mistura em solução utilizada juntamente com a quantidade adequada dos materiais permitiu a obtenção de filmes homogêneos. A redução na Tg dos compósitos nanoestruturados obtidos pode estar associada à utilização do surfactante. Por outro lado, o filme de PEI/MWCNT apresentou maior módulo de armazenamento, o que sugere que o mesmo é adequado para ser utilizado no processamento de compósitos poliméricos estruturais. Referências [1] Iijima, S., Helical microtubes of graphitic carbon.

Nature, 1991. 354(7): p. 56-58.

[2] L. Shao, Y. Bai, X. Huang, L. Meng, J. Ma “Fabrication and characterization of solution cast MWNTs/PEI nanocomposites”. Journal of Applied Polymer Science, Vol. 113, pp 1879-1886, 2009.

[3] T. Liu, Y. Tong and W. Zang “Preparation and characterization of carbono nanotube/polyetherimide nanocomposites films”. Composites Science and Technology, Vol. 67, , pp 406-412, 2007.

[4] I. González, J. I. Eguiazábal “Widely dispersed PEI-based nanocomposites with multi-wall carbono nanotubes by blending with a masterbatch”. Composites: Parte A, Vol. 53, pp 176-181, 2013.

[5] B. Ribeiro “Obtenção e caracterização de compósitos nanoestruturados de poli(sulfeto de fenileno) reforçados com nanotubos de carbono”. Guaratinguetá: UNESP, 2015. v.1. Tese de doutorado.

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Materiais 113

CARACTERIZAÇÃO DO COMPÓSITO AERONÁUTICO DE RESINA FURFURÍLICA,

FIBRA DE CARBONO E CNT Luíza dos Santos Conejo1*, Edson

Cocchieri Botelho1 e Michelle Leali Costa1 1 DMT, Guaratinguetá, Brasil

* ([email protected])

Palavras-chaves: resina furfurílica, fibra de

carbono, compósito aeronáutico, CNT.

1. Introdução

A resina furfurílica é considerada uma bioresina, por ser obtida a partir de biomassa rica em pentose, além de apresentar características interessantes, como dureza mais elevada e boas resistências mecânica e química [1]. Porém, essa resina não vem sendo comercializada em maior escala, devido à dificuldade encontrada em controlar a sua reação de policondensação [2]. Atualmente, a nanotecnologia é um dos principais focos das atividades de pesquisa, desenvolvimento e inovação em todos os países industrializados. Desta forma, uma das tendências que se tem observado ao longo dos últimos anos na área de materiais compósitos consiste na preparação de materiais em que a interação entre os constituintes ocorre em escala nanométrica, ou seja, em que pelo menos um dos constituintes apresente dimensões nanométricas, visando a melhoria dos desempenhos mecânico, térmico e elétrico de um determinado material [3]. Em princípio, alguns tipos de materiais podem ser produzidos com formas e tamanhos nanométricos, mas nenhuma dessas partículas ganhou tanta atenção como os nanotubos de carbono (CNT), descoberto por Iijima em 1991 [4]. Para assegurar a qualidade da impregnação dos CNT em matrizes termorrígidas, é necessária a realização de um estudo sistemático e criterioso envolvendo a influência dos CNT nas cinéticas de cura e de degradação, assim como nas propriedades térmicas dessas matrizes.

2. Materiais e Métodos Síntese da Resina Furfurílica:

A reação de polimerização do álcool furfurílico para a síntese da resina furfurílica foi baseada na literatura [2]. A rota de síntese foi conduzida em um balão de 3 bocas, sob refluxo e agitação magnética. Utilizou-se, como catalisador, uma solução aquosa diluída do ácido sulfúrico (0,5 mol/L) na seguinte proporção: [álcool furfurílico]/[solução de ácido] = 70. Durante este procedimento, a solução do ácido sulfúrico foi adicionada lentamente ao álcool furfurílico mantendo-se a reação a uma temperatura de 40°C. O tempo de reação durou em média 4 horas. O final da reação foi determinado a partir do controle da viscosidade do meio reacional. Neste caso, foi escolhido interromper a reação por meio de choque térmico em banho de gelo, quando a viscosidade atingisse o valor próximo de 1000 mPa.s. O excesso de água proveniente da reação de policondensação foi retirado por decantação, utilizando-se um funil de separação. Em seguida, a resina foi centrifugada por 40 minutos a 2.800 rpm para otimizar a remoção de água. Dispersão dos CNT: A dispersão dos CNT nas variações de 15 e 20%, em relação a massa da fibra de carbono, ocorreram com o uso da ponteira ultrassônica da Sonics & Materials, modelo VC 750, utilizando 25% de sua amplitude máxima de operação (750 W, 20 kHz), durante um intervalo de tempo de 2 minutos, direto na resina furfurílica. Após essa dispersão foi montado o pré-impregnado. Montagem do pré-impregnado e Moldagem por Compressão a quente:

A montagem do pré-impregnado foi realizada utilizando 15 camadas de um tecido de fibra de carbono do tipo plain weave (30cm x 30cm), e 110g de Resina Furfurílica (0, 15 e 20% CNT) com catalisador APTS (3%). Primeiramente, foi preparado o pré-impregnado, camada a camada, sendo este armazenado a -18ºC. A fim de realizar a moldagem por compressão à quente, foi necessário previamente preparar o molde para o uso. Para isso, é necessário limpar o molde, passar desmoldante (polidesno).

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Materiais 114

A moldagem por compressão à quente foi realizada a partir do pré-impregnado, dispondo-o no molde. Posteriormente, este molde foi fechado e colocado em uma prensa, de resfriamento controlado, que trabalhou com uma pressão de 0,5 MPa. A prensagem foi realizada com um aumento gradual de temperatura, e com um resfriamento controlado. MEV:

A inspeção da qualidade do compósito e na dispersão dos CNT foi realizada com o auxílio do microscópio eletrônico de varredura (MEV). Com as seguintes condições: 12kV, abertura de 30µm, ampliação de 10000x, em campo claro e as amostras metalizadas.

3. Resultados Caracterização da resina furfurílica:

A Tabela 1 apresenta a caracterização inicial da resina furfurílica. Tabela 1. Caracterização da Resina Furfurílica

MEV: Foi observado que o compósito apresentou uma boa homogeneidade no que diz respeito à distribuição da matriz polimérica, não sendo possível observar problemas referentes a delaminações e/ou conteúdo de vazios, apensa pequenos poros. Este fato permite concluir que a amostra apresentou uma boa compactação das camadas, contendo uma baixa quantidade de poros e delaminações. Em relação a dispersão de CNT pode-se observar que na comparação das imagens obtidas de 0, 15 e 20% obteve-se um aumento de tonalidades e aglomerados de cor branca, que possivelmente são os CNT. A Figura 1 mostra uma das imagens obtidas.

Fig. 1. Imagem do MEV do compósito RF/FC

20%CNT.

4. Conclusões

O compósito estrutural de fibra de carbono com resina furfurílica e CNT foi processado satisfatoriamente, a partir da técnica de moldagem de compressão a quente, como comprovado pelas análises de caracterização utilizadas. Ao que se pode observar pelas imagens do MEV a dispersão do CNT foi satisfatória.

Agradecimentos Ao Departamento de Materiais e Tecnologia da FEG pelo apoio e suporte técnico, ao CNPq e à FAPESP pelo auxílio financeiro.

Referências Bibliográficas [1] Domínguez, J. C. et al. Study of the non-isothermal curing kinetics of polyfurfuryl alcohol bioresin by DSC using different amounts of catalyst. Thermochimica Acta, v.529, n.1, p.29-35, 2012. [2] Lebach, H. H. Furfuryl alcohol-phenol aldehyde resinous products and method of making the same. United States Patent Office, 2.471.631, 1949. [3] Oriakhi, C. O. Polymer nanocomposition approach to advanced materials. Journal of Chemical Education, v. 77, n.9, p. 1138-1146, 2000. [4] Fiedler, B. et al. Fundamental aspects of nano-reinforced composites. Composites Science and Technology, v. 66, n.16, p. 3115-3125, dec. 2006.

Análise Resultado

pH da resina Furfurílica 2,5

Viscosidade da Resina Furfurílica antes da destilação

730 mPa.s

Viscosidade da Resina Furfurílica após a destilação

820 mPa.s

Densidade da Resina Furfurílica

1,2 g/cm³

Umidade 1,8%

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Materiais 115

ESTUDO DA RETIFICAÇÃO DO AÇO ABNT 4340 COM

GEOMETRIA INTERROMPIDA ATRAVÉS DO MÉTODO DE

TAGUCHI Marcel Yuzo Kondo1*, Manoel Cléber de

Sampaio Alves1 1 Departamento de materiais e tecnologia,

Guaratinguetá, Brasil * autor correspondente

([email protected]) Palavras-chaves: Retificação, corte

interrompido, Taguchi, MQL

1. Introdução Poucos são os estudos que abordam a

presença do corte interrompido nos processos de retificação. Mello et al. (2015) estudou a retificação cilíndrica do aço 4340 endurecido com corte interrompido. Já Kwak (2005) selecionou, através do método de Taguchi, os melhores parâmetros para retificação plana analisando o erro geométrico das peças usinadas.

No processo de retificação é necessário o uso de emulsões lubrificantes, sistema de lubrificação convencional, pois durante a usinagem com rebolo abrasivo têm-se altas temperaturas que prejudicam a qualidade das peças trabalhadas. Essas emulsões possuem alto custo de descarte e apresentam potencial risco de contaminação ambiental, o que ocasionou uma crescente busca por alternativas, de acordo com Silva et al. (2007). Uma delas é a utilização do método de mínima quantidade de lubrificação (MQL), estudada por muitos autores (Batako; Tsiakoumis (2014) e Razuk (2014)).

Este trabalho visa o estudo da influência do corte interrompido, que é a usinagem de superfície descontínua, do tipo de sistema de lubrificação (convencional e MQL) e da profundidade de corte no processo de retificação plana do aço 4340 temperado e revenido. Busca-se com isso avaliar também a possibilidade da troca do sistema convencional de lubrificação pelo MQL.

2. Materiais e Métodos As amostras de aço 4340 temperado e

revenido foram submetidas ao processo de retificação plana com rebolo convencional de óxido de alumínio. A velocidade do rebolo utilizada foi de 30 m/s e a velocidade de avanço de 0,021 m/s.

O método de Taguchi de planejamento de experimento foi utilizado. Cada fator foi avaliado em quatro níveis onde os valores de cada nível são encontrados na tabela 1.

Tabela 1. Valores de entrada do

planejamento experimental.

Fatores Nível

1 2 3 4

Tipo de lubrificação

Convencional

MQL baixo

MQL médio

MQL alto

Corte interrompido

0 1 2 3

Profundidade de corte (μm)

10 15 20 5

A vazão do fluído na lubrificação

convencional foi de 49 L/min. Com relação ao MQL, trabalhou-se com três faixas de vazão, baixa, média e alta. Para o MQL (baixa) a vazão variou entre 32 a 80 mL/h, para o MQL (média) entre 96 a 156 mL/h e para o MQL (alta) 291 a 345 mL/h.

Foram avaliadas as qualidades superficiais das peças com a obtenção das rugosidades Ra e Rt, sendo utilizado para tanto o rugosímetro MarSurf M 300 + RD 18 da Mahr.

O fator corte interrompido foi inserido durante a confecção dos corpos de prova, criando-se uma superfície descontínua de retificação através de sulcos. Para o nível 1 do parâmetro corte interrompido, a peça não apresentava descontinuidades (sulcos), para o nível 2 havia uma descontinuidade, para o nível 3 duas descontinuidades e para o nível 4 a peça possuía 3 sulcos, causando 3 interrupções de corte. A direção de corte na retificação é perpendicular aos sulcos forçando assim a condição de corte interrompido.

Os dados de potência, emissão acústica e vibração foram obtidos através de sensores ligados a um sistema de aquisição de dados. Utilizou-se o software LABVIEW® para a

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Materiais 116

aquisição sendo o processamento feito pelo software MATLAB® R2009a.

As variáveis respostas emissão acústica, vibração, potência de corte e rugosidade (Ra e Rt) foram então avaliadas pelo método de Taguchi através do software estatístico MINITAB® 17. As análises dos efeitos dos parâmetros nas respostas foram realizadas por análise de variância (ANOVA) com 5% de nível de confiança.

3. Resultados Para emissão acústica o fator que mostrou

efeito significativo foi o tipo de lubrificação (f-value = 5,08; f-valuecrit=4,76). O fator corte interrompido também pode ser considerado significante, pois seu f-value de 4,08 (p-value=0,067) ficou muito próximo do f-valuecrit = 4,76. Os menores efeitos foram obtidos para lubrificação convencional e nível 2 de corte interrompido (um sulco).

Na avaliação dos efeitos dos fatores na variável resposta vibração encontrou-se que a mudança do tipo de lubrificação teve efeitos significativos (f-value = 376,13; f-valuecrit = 4,76), sendo os menores efeitos obtidos para a lubrificação com MQL médio.

Com relação à potência de usinagem, nenhum dos fatores analisados, tipo de lubrificação, corte interrompido e profundidade de corte apresentou efeitos significativos.

Nas figuras 1 e 2 encontram-se os valores das rugosidades Ra e Rt, respectivamente, para as combinações dos parâmetros testadas.

Fig. 1. Valores médios de Ra

Para os valores de Ra e Rt, a mudança de

níveis dos fatores tipo de lubrificação, corte interrompido e profundidade de corte não ocasionou efeitos significativos.

Fig. 2. Valores de Rt

4. Conclusões O tipo de lubrificação teve efeitos

significativos nas variáveis emissão acústica e vibração. Já o fator corte interrompido teve influência na emissão acústica.

Pode-se concluir que a substituição da lubrificação convencional para o MQL é possível quando se analisa as rugosidades, que são parâmetros de qualidade superficial, uma vez que a mudança de níveis no tipo de lubrificação não demonstrou diferença significativa.

Referências

BATAKO, A. D. L.; TSIAKOUMIS, V. An experimental investigation into resonance dry grinding of hardened steel and nickel alloys with element of MQL. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, v. 77, n. 1–4, p. 27–41, 2014. Disponível em: <http://link.springer.com/10.1007/s00170-014-6380-8>. . KWAK, J. S. Application of Taguchi and response surface methodologies for geometric error in surface grinding process. International Journal of Machine Tools and Manufacture, v. 45, n. 3, p. 327–334,

2005. MELLO, H. J. DE; MELLO, D. R. DE; BIANCHI, E. C.; AGUIAR, P. R. DE. Retificação do aço AISI 4340 usando corte interrompido com rebolo convencional. Revista Escola de Minas, v. 68(2), p. 229–238, 2015. RAZUK, H. C. Transferência de calor inversa do método convencional e do otimizado de lubri-refrgeração na retificação plana tangencial, 2014. Universidade Estadual Paulista - UNESP. SILVA, L. R. DA; BIANCHI, E. C.; FUSSE, R. Y.; et al. Analysis of surface integrity for minimum quantity lubricant-MQL in grinding. International Journal of Machine Tools and Manufacture, v. 47, n. 2, p.

412–418, 2007.

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Materiais 117

TRATAMENTOS A LASER EM AÇOS AVANÇADOS

Marcelo Soares Amorim1*, Fernando de Azevedo Silva2 e Davi Neves 3

1 ANAC, São José dos Campos, 2 Depto. de Mecânica, UNESP-FEG, Guaratinguetá,

3 IEAv – DCTA, São José dos Campos * ([email protected])

Foram feitos tratamentos térmicos localizados a laser, alterando propriedades de dois materiais siderúrgicos avançados. Propôs-se um método para avaliar a interação entre o laser e a intensidade das mudanças nas propriedades dos materiais. Aços avançados; tratamento térmico; processamento a laser.

1. Introdução

Aços avançados de alta resistência (AHSS) são de importância na indústria do transporte, sobretudo na fabricação de carrocerias. Estes materiais foram desenvolvidos a partir de um consórcio de empresas siderúrgicas [1], e apresentam microestruturas mais complexas do que as ferrítico-perlíticas dos aços de baixo teor de carbono, sendo classificados como multifásicos, de alta resistência, de baixo carbono e baixa liga [2]. Dois destes materiais, estudados aqui, são o aço bifásico (Dual Phase

- DP), que apresenta ilhas de martensita em adição a uma matriz ferrítica, além de frações diminutas de bainita e austenita retida, e o Transformed Induced Plasticity (TRIP), que

apresenta estas fases em proporções variáveis. Estes materiais têm características desejáveis de absorção de energia de impacto resistência, e algumas de suas propriedades podem ser alteradas localmente por laser, forma controlada de adição de energia. Os trabalhos nesta área de estudo para AHSS são escassos [3], e focam sobretudo corte e soldagem, e para o TRIP existe uma escassez ainda maior de dados.

2. Materiais e métodos

Foram usadas chapas de espessura 1,6 mm de DP 600 e TRIP 750 (índices indicam a resistência mínima à tração - MPa). A caracterização dos materiais foi feita por ensaios de tração, microdureza Vickers (superficial e transversal), e metalografia, antes e após os tratamentos térmicos. O processo foi feito com equipamento a fibra óptica com potência máxima de saída de 2 kW e pôde ser controlado através de programa controlando os eixos x, y e z de uma mesa coordenada (CNC) - Fig. 1, e a potência de saída do feixe. Os parâmetros de controle foram a velocidade de avanço do feixe, v, a potência do feixe, P, e a

distância do foco do feixe à superfície do material, f. Para cada parâmetro foram experimentados dois níveis conforme Tab. 1.

Fig. 1. Arranjo experimental

Nível v (mm/min) P (W) f (mm)

Alto 165 330 50

Baixo 135 270 45

Tab. 1. Valores experimentais de processo Foram feitos 8 casos de ensaio (conjunto de parâmetros) para cada material, em linha reta. A densidade de energia DE, calculada

conforme Eq. 1, variou de 15,15 a 25,15 J/mm2.

DE=DP.t (1)

Na Eq. 1, DP é a densidade de potência, dada pela Eq. 2, e t é o tempo de interação entre o feixe e o material, relacionado à velocidade do processo (Eq. 3).

DP=P/A (2)

A área A é iluminada pelo feixe (circular neste estudo).

t=D/v (3)

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Na Eq. 3, D é o diâmetro do círculo iluminado. Após cada caso de ensaio, foi feita a avaliação da chamada “severidade de interação”, calculada a partir da microdureza superficial das amostras, conforme ilustrado na Fig. 2. A severidade é a área sob a curva.

Fig. 2. Conceito de severidade de interação

Para os ensaios de tração nas amostras tratadas, utilizou-se a geometria ilustrada na Fig. 3.

Fig. 3. Espécimes tratados para tração

3. Resultados As alterações avaliadas por ensaios de tração, após tratamentos térmicos, constam na Fig. 4. Os valores estão em porcentagem com relação aos materiais-base.

Fig. 4. Alterações nas propriedades dos materiais

Com relação às alterações microestruturais, para o aço DP os menores níveis de DE não promoveram alteração visível. Porém, com o aumento destes níveis, ocorre refinamento da microestrutura e aparecimento de duas áreas distintas na transversal da amostra: uma calota

inscrita em um trapézio. Para o aço TRIP, as alterações começam já nos menores níveis energéticos, formando calotas inscritas em trapézios. As microestruturas resultantes são tipicamente martensíticas de baixo carbono, na forma de pacotes de ripas com orientações distintas. Este resultado confirma os valores de severidade de interação para os materiais: no caso do aço DP, ela varia de um valor negativo (revelando revenimento da martensita original do material) até um máximo em torno de 180 HV.mm. Para o TRIP, mais susceptível à ação da radiação, estes valores vão de 400 a 900 HV.mm. As durezas superficiais máximas atingidas nos tratamentos conferiram ao aço DP um aumento em torno de 50% na área mais afetada; já para o TRIP conseguiu-se dobrar a dureza original. Através de uma análise pelo gráfico de Pareto, usando o valor de severidade de interação como objetivo, pôde-se verificar que a potência do feixe é a maior responsável pelos efeitos, seguida pelo foco do feixe.

4. Conclusões Promoveu-se, para a faixa de parâmetros experimental, a têmpera superficial nos materiais. O aço TRIP mostrou-se mais susceptível à interação com o laser. Houve aumento do limite de escoamento em ambos os materiais, mas somente o TRIP sofreu aumento no limite de resistência à tração. Houve porém queda pronunciada nas propriedades de ductilidade dos materiais.

Referências Bibliográficas [1] Keeler, S.; Kimchi, M. (editores). “Advanced high-strenght steels application guidelines v.5.0”. 2014. WORLDAUTOSTEEL. Middletown, OH. [2] Gorni, A.A. “Aços avançados de alta resistência: microestrutura e propriedades mecânicas”. 2008. Corte & Conformação de Metais, 4:44, p. 26-57. [3] Asadi, M.; Frommeyer, G.; Aghajani, A.; Timokhina, I.; Palkowski, H. “Local laser heat treatment in dual-phase steels”. Metallurgical and materials transactions A, 1244-volume 43A, 2012).

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ANÁLISE DO DIÂMETRO DE POROS DE ESPUMAS

DE ALUMÍNIO VIA SOFTWARE DE IMAGEM

Maurício de Oliveira Filho 1*, Wesley da Silva Assis 2 e Peterson Luiz Ferrandini 1

1 Departamento de materiais e tecnologia, Guaratinguetá, Brasil, 2 Escola de

engenharia industrial, Volta Redonda, Brasil

* autor correspondente ([email protected])

Resumo

Espumas metálicas são uma nova classe de materiais, já que tem uma grande quantidade de vazios. O tamanho de poro é um parâmetro importante, já que influencia nas propriedades mecânicas. Portanto esse trabalho visa quantificar e analisar, com baixo custo, a distribuição total e gradual de poros. Palavras chave: CaCO3, ImageJ, tamanho de poros.

Introdução

Os materiais celulares apresentam conjunto de propriedades bastante particular, o que os torna muito interessantes para aplicações específicas em diversos setores da industriais, como por exemplo construção civil, na indústria naval e automobilística [1]. Esses materiais são bons atenuadores de impacto, isoladores acústicos, redutores de vibração, apresentam boa rigidez e baixa densidade. Existem diversas métodos de obter espumas de alumínio, sendo o processo convencional Alporas, desenvolvido pela empresa japonesa Shinko Wire, é atualmente o com melhor homogeneidade de poros [2]. Todavia, a espumas produzidas por esse método são custosas, já que o TiH2 (agente espumante) e o Ca (agente estabilizador) são materiais caros e não tem produção nacional. Portanto uma via com menor custo é a utilização de CaCO3 como agente espumante [3,4]. Espumas produzidas com CaCO3 atingem porosidades próximas a 92%, com poros na ordem de 2 mm de diâmetro e não necessitam de agente

estabilizador [5]. Portanto, tornando o material final mais barato e com boas propriedades mecânicas. Visto que o tamanho, é um parâmetro muito importantes, já que com poros menores o material tem melhores propriedades mecânicas[6]. Portanto, este trabalho buscou, a partir de espuma produzida com CaCO3, analisar e quantificar o diâmetro de poros (longitudinal e transversal) observando como foi a distribuição do mesmo em diferentes alturas, utilizando software ImageJ. Já que o mesmo é uma ótima ferramenta de aquisição de dados via imagem e é um software aberto, logo não acrescentando custos a análise.

Materiais e Métodos

As amostras foram produzidas no laboratório de tratamentos térmicos, do DMT, Unesp – Guaratinguetá. Estas foram obtidas conforme os seguintes passos: (i) fusão da liga de alumínio silício em um forno mufla; (ii) o alumínio líquido (700ºC) foi vertido em um cadinho contendo 3,5 % (m/m) de CaCO3; (iii) mistura e homogeneização do material em um forno com misturador mecânico a 1000 rpm, durante 180 s; (iv) retirada do misturador do forno e estabilização do material, no forno, por 150 s; (v) retirada do material líquido repleto de vazios e resfriamento ao ar. Posteriormente, a espuma foi seccionada transversalmente (10 em 10 mm) e longitudinalmente. Neste o material seccionado foi impregnado pela mistura de resina acrílica com corante alimentício azul, desbastado com lixas de SiC (80, 120 e 220). As imagens foram obtidas em escala de cinza e com razão de aspecto de 1, utilizando uma câmera 13MP de um celular lenovo. Estas foram tratadas no software ImageJ e neste a análise do tamanho de poros foi obtida pelas seguintes etapas: Set scale; selection and duplicate; unsharp mask com 1,0 de raio e mask weight 0,4; threshold; erode; fill holes; analyse particles. Finalmente os parâmetros obtidos foram divididos em classes, conforme Equação (1), para posteriormente serem analisadas via software Excel.

(1)

Os elementos, também foram analisados dividindo em três domínios distintos: região inferior (10, 20 e 30 mm), região central (40, 50,

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60 e 70 mm) e região superior (80, 90 e 100 mm).

Resultados

A distribuição total de poros por altura, das amostras cortadas transversalmente, pode ser observada na Fig.1.

Fig. 3. Distribuição da frequência do tamanho de poros por altura da amostra.

A distribuição média de poros, com valores superiors a 2 mm, por região pode ser observado na Fig.2.

Fig. 4. Frequência média de poros por região.

Para a amostra seccionada longitudinalmente, a distribuição da frequência do diâmetro de poros por região pode ser observada na Fig.3.

Fig. 5. Frequência do tamanho de poros por região.

Conclusão

A utilização do software ImageJ demonstrou ser uma boa ferramenta para análise do diâmetro de poros. Nesta análise foi possível concluir que a espuma fabricada teve uma grande concentração de poros com diâmetros menores que 2 mm e que na região superior e central tiveram maiores quantidades de poros pequenos. Mostrando uma falta de uniformidade por região analisada.

Agradecimentos

Agradeço a Unesp pelo alumínio e por todo suporte técnico. Agradeço a LABSYNTH pelo carbonato de cálcio doado. Referências: [1] J. Banhart, “Light-Metal Foams-History of

Innovation and Technological Challenges,” Adv. Eng. Mater., vol. 15, no. 3, pp. 82–111, Mar. 2013.

[2] B. Kheradmand, S. Otroj, Z. Soleimanpour, and M. Beigyfar, “Comparison between methods used for manufacturing of aluminum foam,” Life Sci. J., vol. 10, no. 1, pp. 175–185, 2013.

[3] A. Soloki and M. Esmailian, “Carbonate-Foaming Agents in Aluminum Foams: Advantages and Perspectives,” Metall. Mater. Trans. B, vol. 46, no. 2, pp. 1052–1057, Apr. 2015.

[4] T. N. Praveen Kumar, S. Venkateswaran, and S. Seetharamu, “Effect of Grain Size of Calcium Carbonate Foaming Agent on Physical Properties of Eutectic Al–Si Alloy Closed Cell Foam,” Trans. Indian Inst. Met., vol. 68, no. S1, pp. 109–112, Aug. 2015.

[5] A. Byakova, I. Kartuzov, S. Gnyloskurenko, and T. Nakamura, “The Role of Foaming Agent and Processing Route in Mechanical Performance of Fabricated Aluminum Foams,” Adv. Mater. Sci. Eng., vol. 2014, no. 4, pp. 1–9, May 2014.

[6] S.-Y. He, Y. Zhang, G. Dai, and J.-Q. Jiang, “Preparation of density-graded aluminum foam,” Mater. Sci. Eng. A, vol. 618, pp. 496–499, Nov. 2014.

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Materiais 121

AVALIAÇÃO PRELIMINAR DE VIGAS DE MLC A PARTIR DO

USO DO EQUIPAMENTO SONELASTIC

Nádia Barros Gomes1*, Julio Cesar Molina2

Departamento de Engenharia Mecânica, Guaratinguetá, Brasil

* ([email protected])

Resumo: Este trabalho de pesquisa teve a

finalidade de analisar preliminarmente, de forma experimental, o comportamento de elementos de MLC na flexão. Foram realizadas verificações do comportamento do sistema a partir de ensaios experimentais de flexão e também a partir do uso do equipamento Sonelastic. Os resultados teóricos e experimentais concordaram entre si e as diferenças observadas foram até 11% no caso de elementos com madeiras de eucalipto e de 2% no caso de elementos com madeiras de pinus.

Palavras chave: MLC, rigidez EI, Sonelastic.

1. Introdução

De uma maneira geral a madeira laminada colada (MLC) consiste num sistema industrializado que permite a obtenção de elementos estruturais de madeira com várias dimensões e formas. As peças de MLC são compostas por elementos estruturais fabricados a partir da colagem entre tábuas de madeira (Figura 1).

Fig. 1. Esquema geral de uma peça de MLC.[1]

No Brasil, o estudo do sistema construtivo de MLC é de fundamental importância, visto que o desenvolvimento de pesquisas nessa área certamente contribuirá para uma maior utilização desse sistema. Somado a este fato sabe-se que o Brasil possui atualmente grande disponibilidade de madeiras de reflorestamento sendo (pinus e os eucaliptos). Por outro lado, a norma brasileira de madeiras ABNT NBR 7190:1997 propõe um modelo de cálculo bastante simplificado para a avaliação de elementos estruturais de MLC. A versão de revisão desta mesma norma, realizada em 2013, e atualmente em consulta nacional, propõe um modelo de cálculo baseado na rigidez à flexão (rigidez EI) do elemento fletido. Dentro deste contexto, não existem resultados teóricos e experimentais que validem o referido modelo de cálculo proposto. Assim, esta análise preliminar propôs a avaliação do valor de rigidez EI dos elementos de MLC por meio de ensaios de flexão estática e por meio do uso do equipamento Sonelastic.

2. Materiais e Métodos

Foram realizados ensaios experimentais de elementos de MLC na flexão, com dimensões 5 cm x 5 cm x 115 cm e distância entre apoios de 105 cm. As lamelas de madeira usadas na confecção dos elementos passaram previamente por classificação visual. Avaliou-se a rigidez EI dos elementos fletidos a partir da aplicação de uma carga concentrada no meio do vão. Foram utilizadas madeiras de reflorestamento: Pinus elliotti e Eucaliptus grandis. A pressão utilizada na confecção dos elementos ensaiados (2 MPa) foi obtida com o uso de sargentos (grampos) e torquímetro. O adesivo utilizado na colagem das lamelas foi o Polituretano bicomponente vegetal da Imperveg ficando submetido a colagem por 24 horas. Os ensaios realizados nos elementos de MLC seguiram as recomendações propostas na ABNT NBR 7190:1997. Os ensaios de flexão dos elementos de MLC foram realizados na máquina universal de ensaios EMIC com capacidade para 300 kN. A equação 1 foi utilizada para o cálculo da rigidez EI experimental das peças de MLC na flexão:

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Materiais 122

(1)

Onde:

P é a variação da força aplicada

L é a distância entre apoios

v é a variação do deslocamento da viga

Posteriormente o cálculo da rigidez EI foi feito a partir do uso do equipamento sonelastic para a determinação do módulo de elasticidade do elemento. O valor do momento de inércia foi calculado pela equação (2).

(2)

Onde: I é o momento de inércia b é a largura h é a altura

Por fim os valores de rigidez EI obtidos pelos dois métodos foram comparados entre si.

3. Resultados

Os resultados apresentados nas Figuras 2 e 3 são referentes aos valores de rigidez EI obtidos por ensaios de flexão e pelo equipamento sonelastic e equação (2).

Fig. 2. Comparação entre rigidez EI (Pinus).

Fig. 3. Comparação entre rigidez EI (Eucalipto).

4. Conclusões

Os valores obtidos experimentalmente para a rigidez EI por ensaios de flexão estática se aproximam dos valores obtidos pelo uso do sonelastic.

De uma maneira geral os resultados de rigidez EI obtidos com o uso do sonelastic foram superiores aos resultados obtidos por meio de flexão estática.

As diferenças obtidas neste caso foram de aproximadamente 2% para madeiras de pinus e de 11% para madeira de eucalipto.

Agradecimentos

À Capes pelo financiamento da pesquisa.

Referências Bibliográficas

[¹] A. L. ZANGIÁCOMO “Emprego de Espécies Tropicais Alternativas na Produção de Elementos Estruturais de Madeira Laminada Colada.” 2003. 103 f. Dissertação (Mestrado) - Universidade de São Paulo, São Carlos, 2003.

[2] ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS (1997). NBR 7190 – Projeto de estruturas de madeira. Rio de Janeiro

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Materiais 123

ESTUDO DE PLASMAS DE OXAZOLINA A PARTIR DA

TÉCNICA DE MEDIDAS ELETROSTÁTICAS POR SONDA DE LANGMUIR –

DEPOSIÇÃO POLIMÉRICA Pedro William Paiva Moreira Júnior1*,

Rogério Pinto Mota1 1 Departamento de Física e Química,

Guaratinguetá, Brasil * Autor Correspondente

([email protected])

1. Introdução

Polímeros produzidos a partir de monômeros da família das oxazolinas vêm despertando grande interesse na área acadêmica e industrial. Por apresentar propriedades como biocompatibilidade, alta resistência à degradação em meios biológicos e resistência a adesão de proteínas, estes polímeros podem ser aplicados na área da biomedicina como substitutos aos polímeros convencionais, como o PEO e o PEG. Nesta área podem ser destacadas as aplicações destes materiais como biosensores, drug-delivery, recobrimento de próteses e

membranas seletivas. O que garante a alta resistência à degradação em meios biológicos são as estruturas em suas cadeias que se assemelham à estrutura peptídica.

A polimerização a plasma destes polímeros apresenta diversas vantagens em relação à polimerização via química convencional, pois se trata de um processo de somente um estágio onde não são necessárias soluções para a ativação do processo de polimerização, é utilizado o mínimo de monômero o possível e não são gerados dejetos químicos. Além de se preservar os grupos funcionais na estrutura polimérica, esta técnica ainda pode aprimorar algumas características destes polímeros, como uma maior resistência a meios ácidos e básicos, devido ao entrelaçamento das cadeias e o fato de que, a princípio, a polimerização a plasma pode ocorrer sobre qualquer tipo de substrato.

Conhecendo-se algumas características do plasma é possível fazer correlações entre o meio que o polímero foi sintetizado e sua estrutura final, ajudando na interpretação de como ocorrem alguns processos de polimerização. A técnica de medidas eletrostáticas através da sonda de Langmuir pode trazer informações sobre a população eletrônica do plasma [2]. Neste trabalho será estudada a fase plasma de descargas de oxazolina juntamente com a caracterização dos polímeros formados por esta técnica.

2. Materiais e Métodos

Os polímeros foram sintetizados em um reator cilíndrico de aço inox medindo 22 cm de diâmetro e 25 cm de altura. No interior do reator se encontra duas placas paralelas situadas a meio plano, sendo a inferior aterrada e servindo como porta substratos e a superior ligada a uma fonte de radiofrequência modelo RF300 – Tokyo Hy-Power, que opera na faixa de 13.56MHz. O reator é evacuado por uma bomba mecânica modelo M18 – Edwards e a pressão é monitorado por um medidor tipo PiraniTM. Foram realizadas descargas em diferentes condições entre 80 e 200 mTorr de pressão e 5 a 25 W de potência. O diagnóstico de plasmas utilizado foi o de medidas eletrostáticas por sonda de Langmuir. A sonda de Langmuir foi construída no Laboratório de Plasmas do Departamento de Física e Química da UNESP – campus de Guaratinguetá e projetada de forma a filtrar o primeiro e o segundo harmônico da descarga de radiofrequência e também evitar que filmes poliméricos sejam depositados em sua superfície. O monômero precursor das descargas foi o 2-metil-2-oxazolina (C4H7NO). Os polímeros foram depositados sobre substratos de vidro e alumínio para que pudessem ser realizadas medidas de molhabilidade e FTIR, respectivamente.

3. Resultados

Foi observado um aumento da tempera eletrônica dos plasmas de 4,3 para 5,0 eV quando a potência era aumentada de 5 para 25 W a 200 mTorr. O que pode ser creditado ao

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Materiais 124

campo elétrico mais intenso entre as placas experimentado pelos elétrons. O mesmo comportamento foi observado para a pressão de 80 mTorr, com valores de temperatura de 3,3 e 3,4 eV para 5 e 25 W, respectivamente. Com o aumento de energia, espera-se que uma parte maior da população eletrônica comece a participar de processos de fragmentação no plasma e desta forma o polímero formado possua um nível de entrelaçamento maior.

Foram observadas, através da espectroscopia, infravermelha as seguintes ligações: próximas de 3270 cm-1 correspondente a OH e/ou N-H estiramento,

entre 2250-2170 cm-1 correspondente a C≡C

e/ou O=C=N e/ou C≡N, 1550 cm-1 para N-H

deflexão, entre 1350-1450 cm-1 para C-H deflexão e entre 1100-1350 cm-1 correspondente a C-O ligado a grupos acila. Além destes foram observados grupos que evidenciam a presença de anéis de oxazolina fechados na estrutura. Os espectros infravermelhos para as condições de 5 e 25 W a 80 e 200 mTorr podem ser observados na figura 1.

Fig. 1. Espectros infravermelho dos filmes depositados a 5 e 25 W para as condições de

80 e 200 mTorr.

Os dados obtidos pelo método goniométrico para análise de molhabilidade mostraram um aumento no ângulo de contato dos polímeros de 9,42º para 13,60º quando a potência era

aumentada de 5 para 25 W a 80 mTorr, o que está de acordo com os dados observados através das medidas de sonda de Langmuir. Com o aumento dos processos de fragmentação, o filme polimérico formado passa a ter suas cadeias mais entrelaçadas, o

que faz com que sua energia de superfície seja menor e assim ocorre um aumento no ângulo de contato com a água. Já para os filmes depositados a 200 mTorr, foi observado comportamento contrário, com o ângulo de contato indo de 11,22º para 10,06º quando a potência era aumentada de 5 para 25 W. Como observado pelos dados da espectroscopia infravermelha, houve um aumento na banda de absorção próxima a 3270 cm-1 quando as condições eram de 25 W e 200 mTorr. Assim, o aumento de grupos polares, como o OH, na estrutura dos filmes faz com que a ângulo de contato com a água diminua.

4. Conclusões

Todos os filmes apresentaram caráter hidrofílico, característica essa que permite suas aplicações como membranas seletivas, revestimento de próteses entre outras na área da biomedicina.

A técnica de medidas eletrostáticas através da utilização de sonda de Langmuir apresentou-se como um bom diagnóstico auxiliando na compressão de alguns processos de polimerização quando correlacionada às medidas de ângulo de contato.

A espectroscopia infravermelha revelou características dos filmes que auxiliaram como complemento para a interpretação da polimerização e pelas diferenças observadas nas bandas de absorção pôde-se concluir que embora a composição química dos polímeros não tenha sido alterada (as mesmas bandas estão presentes em todos os polímeros) as estruturas dos polímeros se diferenciam em relação às proporções entre as ligações presentes neles.

Agradecimentos

Agradeço à FAPESP e CAPES pelo suporte financeiro deste trabalho.

Referências Bibliográficas

[1] R. Konradi, B. Pidhatika, A. Mühlebach, and M. Textor, Lang., 24, 613-616, (2008).

[2] V. I. Demidov, S. V. Ratynskaia and K. Rypdal, Americ. Inst. Phys., 73; 10, 3409-3429, (2002).

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Materiais 125

PROPRIEDADES ELETROCATALÍTICAS DE

NANOPARTÍCULAS DE PALÁDIO ANCORADAS EM

CARBONO SANTOS, R.M.I.S

1, NAKAZATO, R.Z.

1 e

CIAPINA, E. G.1

1 Departamento de Física e Química,

Guaratinguetá, Brasil

* autor correspondente ([email protected])

1. Introdução

As células a combustível tem atraído um grande interesse no cenário mundial por serem uma fonte alternativa de energia e com amplo espectro de aplicações. Devido às suas excelentes propriedades eletrocatalíticas, nanoestruturas de paládio têm sido amplamente investigadas frente à oxidação de ácido fórmico nas chamadas Células a Combustível de ácido fórmico. No entanto, o efeito do tamanho do cristal nas propriedades eletroquímicas ainda não está estabelecido. O objetivo deste trabalho foi investigar o efeito do tamanho do cristalito de nanopartículas de paládio ancoradas em carbono de alta área superficial nas propriedades eletroquímicas e eletrocatalíticas frente à oxidação de ácido fórmico/ formiato em meio alcalino.

2. Materiais e Métodos

2.1.Síntese de nanopartículas de paládio: As

nanopartículas de paládio ancoradas em carbono de alta área superficial foram sintetizadas por meio da redução química de sais precursores de paládio (PdCl2, Sigma-Aldrich) por borohidreto de sódio (NaBH6, Sigma-Aldrich) em meio aquoso contendo uma dispersão de partículas de carbono (Vulcan XC 72R, Cabot Co.) e com quantidades variáveis de citrato de sódio no meio reacional. Após a síntese, os materiais foram lavados com água deionizada e secos em estufa a 60 ºC. 2.3. Caracterização Estrutural: Os ensaios de

Difratometria de Raios–X foram realizados em um difratômetro Brucker D8 Advance. A determinação do tamanho dos cristalitos foi realizada por meio do software XFIT.

2.3. Caracterização Eletroquímica: Uma célula eletroquímica convencional de três eletrodos foi utilizada. Um fio de platina e um eletrodo de Ag/AgCl (NaCl 3 mol L-1) foram utilizados como contra eletrodo e eletrodo de referência, respectivamente. As correntes foram normalizadas pela área ativa estimada pela carga de redução de óxido de paládio obtida por meio da técnica de voltametria cíclica. Os experimentos de oxidação de ácido fórmico/formiato (0,5 mol L-1) foram realizados em meio de KOH 0,1 mol L-1, em temperatura ambiente.

3. Resultados

a. Caracterização estrutural:

Os resultados obtidos pela técnica de DRX para as diferentes amostras de Pd/C são

mostrados pela Figura 1. Para todas as

amostras é observado um pico em 2Ө=25°, correspondente à fase suporte do Carbono Vulcan XC-72R. Os demais picos indicados na figura correspondem ao esperado para a estrutura cúbica de face centrada do paládio. Na Figura também estão indicados os valores dos tamanhos do cristalito obtido pela análise

do plano (220).

Figura 2.Difratograma de Raios-X dos eletrocatalisadores

de Pd/C com diferentes concentrações de citrato de sódio.

b. Caracterização Eletroquímica

Um voltamograma cíclico em meio alcalino obtido para o material Pd/C preparado com 0,8 gramas de citrato de sódio no meio reacional é apresentado pela Figura 2. Na

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Materiais 126

região de potenciais entre -0.77 V e -0,2 V há processos de absorção e adsorção/desorção do hidrogênio; entre -0,2 V e +0,2 V há predominantemente formação e redução de óxidos de paládio. Um comportamento semelhante foi observado para as demais amostras (não mostrado).

Figura 2. Voltamagrama cíclico obtido a 20 mV/s para

amostras de Pd/C preparada com 0,8 gramas de citrato.

Por meio da quantificação das cargas

envolvidas nos processos de formação e redução de óxido de paládio foi possível determinar o grau de recobrimento de PdO em função do tamanho do cristalito, como mostra a Figura 3.O comportamento observado sugere a existência de uma maior tendência na formação de óxido de Pd com a diminuição do tamanho do cristal.

Figura 3.Variação da ӨPdO(detectável) e do

ӨPdO(estimado até -0,3 V) em função do tamanho de

cristalito

Experimentos de voltametria cíclica em uma solução contendo 0,5 mol L-1 de ácido fórmico (mostrado na Figura 4) mostram que as correntes de oxidação de formiato já se iniciam em baixos potenciais, demonstrando uma elevada atividade eletrocatalítica.

Figura 4. Perfil voltamétrico da amostra de Pd/C frente à

oxidação do ácido fórmico 0.5 mol L-1

em KOH 0,5 mol

L-1

. Velocidade de varredura de 20 mV s-1

.

A atividade eletrocatalítica dos materiais de

Pd/C em condição potenciostática (determinada

por experimentos de cronoamperometria) em

função do tamanho do cristalito é mostrada na

Figura 5. O comportamento obtido revela um

máximo de atividade eletrocatalítica para

cristais com tamanho de 7,5nm.

Figura 5. Densidade de corrente em estado pseudo-

estacionário obtida durante a oxidação de formato a -0 4

V em função do tamanho de cristalito.

4. Conclusão:

A presença da variação de íons citrato no meio de síntese produz cristalitos de Pd com diferentes tamanhos que consequentemente interfere nas suas propriedades eletroquímicas e eletrocatalíticas. A atividade eletrocatalítica de nanopartículas de Pd/C mostrou uma dependência com o tamanho do cristalito da fase metálica. As maiores atividades eletrocatalíticas foram observadas pelos eletrocatalisadores com cerca de 7,5 nm e podem ser atribuídas tanto a uma força de interação ótima entre as espécies adsorvidas com a superfície de Pd como a um grau de recobrimento ótimo da superfície.

Agradecimentos: A CAPES, CNPq e PROPe/UNESP pelo suporte financeiro.

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Materiais 127

AVALIAÇÃO DOS PARÂMETROS DE OXIDAÇÃO

ANÓDICA DA LIGA Ti15Zr PARA APLICAÇÕES

BIOMEDICAS Reginaldo Toshihiro Konatu1*, Ana Lúcia

do Amaral Escada1 Carlos Roberto Grandini2 e Ana Paula Rosifini Alves Claro1 1 Departamento de materiais e tecnologia,

Guaratinguetá, Brasil 2 Departamento de física, UNESP,Bauru,

Brasil

* autor correspondente ([email protected])

Resumo

Os tratamento superficiais ajudam a criar condições que levem a uma melhor interação celular dos tecidos hospedeiros e o material implantado. A formação de nanotubos de dióxido de titânio (TiO2) é uma dessas técnicas e pode ser obtida por oxidação anódica, que depende de alguns parâmetros como: potencial, eletrólito e tempo. Neste trabalho, o crescimento do óxido na superfície da liga Ti15Zr foi estudada utilizando diferença de potencial de 20 V; eletrólitos contendo água, glicerol e fluoreto de amônio em duas concentrações diferentes: um com menor e outro com maior viscosidade; e em 3 tempos de processo: 6, 12 e 24 horas. Obteve-se uma camada de nanotubos de TiO2 mais uniforme ao utilizar o eletrólito de menor viscosidade, independente do tempo de anodização. Palavras-chave: tratamento superficiais; dióxido de titânio; oxidação anódica.

1. Introdução

O desenvolvimento da tecnologia e dos conhecimentos possibilitaram o aumento da expectativa de vida mundial. Fraturas e doenças que antigamente levavam restrição do movimento por longos períodos de recuperação, podem ser contornados com a utilização de implantes e próteses, que servem para substituir os tecidos afetados e recuperando a sua função. Um dos principais materiais utilizado para produção destes dispositivos é o titânio, devido as suas propriedades físico-

químicas e mecânicas. Em contato com o meio celular, o titânio é considerado bioinerte, ele não promove uma reação adversas e nem uma proliferação celular. Para que o material promova uma proliferação celular, os tratamentos superficiais são necessários, visando modificar a superfície sem alterar as propriedades de volume [1]. A Oxidação anódica procura criar uma camada de oxido de titânio com nanotubos ordenados, criando uma camada de um material diferente e com topografia que se assemelha com a do osso em escala nanométrica. Segundo estudos, a modificação da superfície com os nanotubos propicia uma melhor proliferação células [2]. O objetivo deste trabalho é a caracterização do óxido formado na superfície da liga Ti15Zr em função dos parâmetros de anodização utilizados.

2. Materiais e Métodos

A Liga Ti15Zr foi obtida pela fusão dos metais comercialmente puro em um forno a arco voltaico em atmosfera inerte. A liga foi tratada termicamente em vácuo por 24 horas à 1000 ºC para obter uma homogeneidade química. Barras com 10 mm de diâmetro foram obtidas por meio do forjamento rotativo a quente (1000 °C) e seguidos de um tratamento térmico de solubilização à 950 ºC por 2 horas seguido por resfriamento a rápido em água. Discos de 3 mm de espessura foram cortados da barra forjada. As amostras tiveram a superfície preparada por lixamento úmido até a granulometria 600. Para o experimento foram preparados dois eletrólitos compostos por água, glicerol e fluoreto de amônio em diferentes proporções: (I) 1:9:0,25 e (II)1:1:0,27 [V:V:%m/v] respectivamente. As amostras foram anodizadas em um potencial de 20 V por diferentes intervalos de tempo: 6, 12 e 24 horas, seguidos de um tratamento térmico em um forno tipo mufla a 450 °C por 1 h. A Superfície das amostras anodizadas foram analisadas por Microscopia eletrônica de varredura, e a estrutura cristalina presente na superfície foi analisada pela difração de raios-X

3. Resultados

As imagens das superfície das amostras obtidas por MEV são mostradas na figura 1. As amostras de 6 e 12 horas em solução (I)

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Materiais 128

(Figura 1 - A,B) apresentaram uma camada de TiO2 na forma de nanoporos. A amostra de 24 horas na mesma solução (Fig. 1 - C) apresentaram estrutura de TiO2 na forma de nanotubos, porém a superfície apresentou rachaduras. Já, as amostras anodizadas na solução 1:1:0,27 apresentaram formação de TiO2 na forma de nanotubos uniformes (Fig. 1- D,E,F) a tabela 1 mostra os diâmetros interno dos nanotubos em função do intervalo de tempo de anodização e o eletrólito utilizado, mostrando que os valores são próximos se comprar com o tempo de anodização, mas tem um diferença se comparado com o tipo de eletrólito utilizado.

Fig. 3 Imagens MEV da superfície das amostra anodizadas em diferentes condições

Tabela 1. Diâmetro interno do nanotubo em função do tempo e do eletrólito

Eletrólito Tempo [h] Diâmetro interno [nm]

1:9:0,25

6 65,0

12 63,1

24 56,8

1:1:0,27

6 86,8

12 88,6

24 94,1

Os difratogramas (Fig. 2) apresentaram formação de fases bem semelhantes mesmo

apresentando morfologia diferente, A presença do substrato (S) e a formação de uma

camada de Oxido de titânio (TiO2) na forma de anatase (A)

Fig. 4 Difratograma de raios-X (I) eletrólito 1:9:0,25 (II) eletrólito 1:1:0,27

4. Conclusões

A formação dos nanotubos sofreu maior influência do eletrólito do que o tempo de anodização, obtendo diâmetro interno maior para o eletrólito com maior concentração de água. A topografia da amostra com iguais concentrações de água e glicerina mostrou ser mais uniforme do que a com maior concentração de glicerol. A influencia do eletrólitos ou do tempo de anodização não mostrou ser um fator significativo na estrutura cristalina do oxido formado.

Agradecimentos

Capes, CNPq, Proap

Referencias bibliograficas

[1] X. Liu, P. K. Chu, and C. Ding, “Surface modification of titanium, titanium alloys, and related materials for biomedical applications,” Mater. Sci. Eng. R Reports, vol. 47, no. 3–4, pp. 49–121, 2004.

[2] K. C. Popat, L. Leoni, C. A. Grimes, and T. A. Desai, “Influence of engineered titania nanotubular surfaces on bone cells,” Biomaterials, vol. 28, no. 21, pp. 3188–3197, 2007.

(I)

(II)

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Materiais 129

EFFECTS OF CUTTING FLUID APPLICATION IN THE

PERFORMANCE OF THE INCONEL 718 TURNING

Gama, R.P.1*, Ribeiro, M.V.1 1 Departamento de Materiais e Tecnologia,

Guaratinguetá-SP, Brazil ([email protected])

Abstract: The objective of this work is to study the

influence of the application of cutting fluids in turning and the machining parameters, in order to determine the best machining conditions. The superalloy was machined by external cylindrical turning using various cutting parameters: cutting speed (75 and 90 m/min), feed rate (0.15 and 0.18 mm/rev), cutting depth (0.8 mm), Minimum Quantity Lubrication (MQL), flood cutting fluid and coated cutting tools. After turning, chip samples were obtained, were measured the surface roughness in the workpiece, were calculated the volume removed and cutting length, were performed macrostructural analyzes and of lifetime of the tools used, in order to detect possible wear, as well as, microstructural analyzes of the chips and the samples by optical microscopy. In this work can be observed the behavior of the materials and tools in the two lubrications conditions used, as well as, the impacts of the parameter variations in the surface finish, on the structure of the material and performance of the tools. Keywords: Superalloy, Wear, Roughness, Chip

formation.

1. Introduction The use of the nickel based alloys in the aeronautical and rocket engineering field is mainly because of their good performance at high temperatures, which is given for some of its intrinsic characteristics, such as having a high mechanical strength at elevated temperatures, a high resistance to fluidity, a high resistance to fatigue, and corrosion resistance

[1]e[2]. Superalloys nickel-based have a

chemical composition containing high levels of alloying elements, which are responsible for their mechanical and thermal properties, but these characteristics make its machining excessively difficult, causing some problems during the process [2]

. The main difficulties in machining these alloys can be summarized as

[3]: high strength and hardness at

high temperatures; the austenitic matrix of the nickel alloy promotes a fast hardening; the presence of hard carbides and abrasives in the microstructure; the low thermal conductivity, and the weldability of the workpiece material in the cutting edge of the tool.

The use of conventional lubrication (flood) is not the best way to improve the machining conditions of superalloys because the lubrication is unable to reach the cutting zone due to the formation of steam that prevents the penetration of refrigerant into the high temperature zone. The flow of chip can to impede access by lubrication in the cutting zone. The administration of lubrication directly in the cutting zone is required to ensure an efficient and economic machining of the superalloys. High pressure of lubricant, cryogenic refrigeration and Minimum Quantity Lubrication - MQL are techniques used for achieve this goal

[3].

2. Materials e Methods

The Inconel 718 superalloy, used was produced by the hot rolling process with average hardness of HV 412,3. The workpieces dimensions were: Length = 180 mm and Diameter = 50 mm. The tools used in the tests as indicated by the manufacturer (Sandvik) for superalloys machining, were coated hard metal pads TNMG 160408-23 Class S15 (GC 1105). This tool (Sandvik GC 1005) was chosen because they present good resistance against plastic deformation and excelent hardness at elevated temperatures (Sandvik, 2005). The tests were performed on a CNC MACH-9-Centur 30S, 25 to 3500 rpm, with power of 7.5 CV, ROMI. The cutting fluid used for flood lubrication was the Lubrax OP-38-EM that consists in an oil emulsion of naphthenic base. The cutting fluid flow during the tests was at approximately 4.8 liters/minute. For the tests developed with the Minimum Quantity of Lubrication (MQL) technique the Accu-lube equipment was used, which is manufactured by ITW Chemical Products Ltd. The vegetable-based lubricant LB 1000 was used according to the manufacturer's instructions. The flow and pressure for the test were adjusted to 5 ml/h and 5 bar, respectively. The equipment was put about 30 mm from the tool and directed to the rake face.

3. Results

Flood Fluid

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Materiais 130

In Fig 1 is presented the evalution of tool life, it can be noted that there is a increase in the tool life the greatest feed rates in the cutting speed of 75 m/min.

The tools of Fig 2 can be noted that the flank wear was greater in the image (b) whose parameters used were 90-15-8, also it should be noted a possible adhesion of material, such changes in the tool geometry may reduce their ability to remove material and its life considerably. In the image (a) whose parameters used were 75-15-8 is evident the presence of notch edge and flank wear in less intense.

In Fig 3 can be noted that in most cases for the feed rate of 0.15 mm/rev was obtained the best finish for both cutting speeds, what was to be expected.

MQL

In Fig 4 it can be noted that there is a sharp drop in tool life when the cutting speed increases. The effect of loss in tool life may be attributed to the high attrition generated in the lubrication MQL which in turn makes the process to reach elevated temperatures increasing the speed of tool wear and thus shortening its life.

In Fig 5 (a) and (b) can be see grooves in the tool tip, coming of the abrasion of tougher particles possibly of Inconel 718 alloy. The image (b) of Fig 5 it is evident the effect of the excessive wear of the tool with increased cutting speed.

In Fig 6, is presented the surface roughness for the Inconel 718 alloy, where one notices a roughness increased following the increase of the cutting speed.

4. Conclusion

The variables analyzed did not show direct relation as to form or type of chip, but the tests showed some difficulty with regard the control of chip breakage since the chips were long in most cases both for flood lubrication as to for MQL lubrication. The best parameters with regard tool life, volume of material removed, surface roughness and machined length are the cutting speed of 75 m/min associated with the feed 0.18 mm/rev.

References

[1] EZUGWU, Z.M.; WANG, C.I. OKEKE, Tool life and surface integrity when machining Inconel 718 with PVD and CVD coated tools, Tribol. Trans. 42 (2), 1999, p. 353-360.

[2] SILVA, L. R., Estudo da geometria da aresta de corte de ferramentas aplicadas ao torneamento de superligas à base de níquel com alta velocidade de corte. São Carlos. - Escola de Engenharia de São Carlos, Universidade de São Paulo, 211 p., Tese de Doutorado, 2002.

[3] EZUGWU, E. O.; BONNEY, J.; YAMANE, Y. An overview of the machinability of aeroengine alloys. Journal of Materials Processing Technology, v.134,(2), 2003, p.233 – 253.

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Materiais 131

VARIÁVEIS QUE INFLUENCIAM A

ESTABILIDADE DA ALVURA DE POLPAS BRANQUEADAS

EM SEQUÊNCIAS ECF Sâmique Kyene de C.A Camargo.1*,

Gustavo Ventorim 1 1 Unesp, Itapeva, Brasil,

* ([email protected])

Resumo

Este trabalho tem por objetivo analisar a reversão de alvura de diferentes sequências de branqueamento ECF. Os experimentos foram feitos no Laboratório de Tecnologia de Celulose da UNESP. Onde foram efetuados o branqueamento, D0(E+P)D1D2, AHTD0(E+P)D1P, AHTD0(E+P)D1D2, AHTD0(PO)D, AHTD(PO) das amostras de polpa deslignificada com oxigênio e realizadas as análises. Os resultados mostraram a vantagem da utilização do estágio de hidrólise ácida para a redução da reversão de alvura e obtenção de elevada alvura. Além disso, a inclusão deste estágio gera uma economia na quantidade de reagente total utilizado no branqueamento. O estágio de dioxidação se mostra seletivo, pois sem a hidrólise ácida na sequência com dióxido de cloro final a perda de viscosidade foi menor. A peroxidação final foi de grande importância no ganho e estabilidade de alvura.

Palavras –chave: Branqueamento ECF. Alvura. Reversão de alvura.

1. Introdução

Para a produção de um produto de maior competitividade eleva-se a alvura da polpa, aumentando assim a qualidade do papel produzido. Já que o mercado consumidor exige cada vez alvuras mais elevadas. No Brasil, busca-se atingir alvura mínima de 90% ISO.

A reversão de alvura é causada pela presença de lignina residual, ácidos hexenurônicos, metais, grupos carbonilas e carboxilas presentes na polpa a ser branqueada, e também pelo pH, temperatura, calor, e umidade da mesma.

A estabilidade da alvura é um parâmetro de suma importância principalmente nos casos

de exportação, onde a polpa fica armazenada em navios sob luminosidade e temperatura, até seu destino final. Portanto, a capacidade da polpa em permanecer com a alvura estável por um período de tempo é muito importante1.

A escolha da sequência de branqueamento é de fundamental importância já que influencia a estabilidade da alvura da polpa final2. Isto é explicado através do fenômeno de reversão de alvura definida de acordo com os grupos residuais presentes na polpa (lignina residual, ácido hexenurônico, polissacarídeos oxidados, extrativos e metais de transição) e cujo teor depende do processo de branqueamento aplicado2.

Os grupos funcionais que dão cor a polpa são chamados de substâncias cromóforas, e são compostas por substâncias orgânicas que possuem ligações insaturadas

do tipo C=O, C=C, e N N, originadas na

lignina modificada e nos produtos de sua degradação, nos ácidos hexenurônicos, extrativos e metais. Substâncias cromóforas absorvem radiação na faixa ultravioleta e no espectro visível3.

Este trabalho tem como objetivo avaliar a influência dos grupos cromóforos que causam reversão de alvura, e a eficiência dos diferentes reagentes de branqueamentos na remoção dos mesmos, levando em consideração o efeito do pH dos estágios utilizados na estabilidade de alvura.

2. Materiais e Métodos

Os experimentos foram realizados no Laboratório de Tecnologia de Celulose da UNESP/Câmpus de Itapeva. Para execução dos procedimentos experimentais foram adotados normas padrões internacionais.

Neste estudo, a sequência D0(E+P)D1D2

terá um estágio substituído ou acrescentado pelos estágios AHT, (PO) e P, gerando as sequências AHTD0(E+P)D1D2, D0(E+P)D1P, e AHTD0(E+P)D1P, AHTD0(PO)D2. Posteriormente foram efetuadas as análises de kappa, alvura, reversão de alvura e viscosidade, conforme necessidade de cada estágio para caracterização da polpa branqueada e visualização da eficiência de cada reagente de branqueamento. O branqueamento das amostras de polpa deslignificada com oxigênio, foi feita em sacos de polietileno, objetivando

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Materiais 132

alcançar alvura 90% ISO, de acordo com as condições da Tabela 1. E, para controle da temperatura, utilizou-se o banho termostatizado.

Tabela 1. Condições de branqueamento

As análises realizadas neste trabalho foram feitas de acordo com a Tabela 2.

Tabela 2. Análises

3. Resultados

Um quadro comparativo dos resultados experimentais de cada sequência, Tabela 3.

Tabela 3. Resultados

Neste trabalho pode-se observar a influência da utilização de diferentes reagentes de branqueamento na reversão de alvura da polpa branqueada, isso se deve à melhor remoção dos cromóforos presentes na polpa. A introdução da hidrólise ácida resultou numa maior estabilidade de alvura quando comparada a sequência de referência, este fato pode explicado pela remoção dos ácidos hexenurônicos, complexos LCC’s e metais presentes na polpa. Esse estágio diminui a viscosidade da polpa.

A substituição do dióxido de cloro pelo peróxido de hidrogênio no estágio final também trouxe uma vantagem com relação à reversão de alvura, pois a estabilidade de alvura foi maior para sequência com peróxido final, devido à remoção dos grupos carbonilas. Esse estágio ocasionou também uma queda na viscosidade.

A introdução da peroxidação pressurizada com oxigênio trouxe vantagens com relação à alvura e reversão de alvura, tanto para a sequência com PO final quanto para a com dioxidação final, sendo a queda da viscosidade mais significativa para a sequência com PO final.

A dosagem de reagente foi inferior a da sequência de referência para todas as demais sequências sendo, portanto, também neste aspecto mais vantajoso. A menor dosagem de reagente observada foi para a sequência com introdução de PO e dioxidação final.

4. Conclusões

Neste trabalho pode-se concluir que:

A hidrólise ácida aumenta a alvura e sua estabilidade e reduz a viscosidade

A peroxidação final aumenta a alvura e sua estabilidade, em maior grau que a hidrólise ácida. E reduz a viscosidade da polpa.

O estágio de peroxidação pressurizado com oxigênio trouxe maiores ganhos na estabilidade da alvura, e reduziu também a viscosidade a polpa.

Agradecimentos

Agradecimentos à Capes pelo incentivo.

Referências Bibliográficas

[1] ALMEIDA, Maria Luiza Otero D' et al. Celulose. 2. ed. São Paulo: Senai-sp, 2013. 352 p.

[2] SÊCO, Isabel Maria Carvalho Lopes. Reversão da brancura em pastas kraft de Eucalyptus globulus. 2006. 172 f. Dissertação (Mestrado) - Curso de Engenharia dos Processos de Produção de Pasta Para Papel, Universidade de Aveiro, Aveiro, 2006.

[3] COMELATO, Jaqueline Silveira. Influência da lignina residual no estágio final de branqueamento com peróxido de hidrogênio. 2009. 55 f. TCC (Graduação) -

Curso de Engenharia Industrial Madeireira, Unesp, Itapeva, 2009.

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Materiais 133

ANÁLISE DE JUNTAS SOLDADAS DE

AÇOS DISSIMILARES AISI 304 E SAE 1020 PELO PROCESSO GTAW

Sandro Luz da Silva1 Luis Gustavo Costa e Silva2 Peterson Luiz Ferrandini1

José Vitor Candido de Souza2

¹Departamento de Materiais FEG -UNESP Guaratinguetá, Brasil

*[email protected]

Resumo Solda dissimilar é caracterizada pela junção entre diferentes materiais, no caso, aço inoxidável AISI 304 (AI) e aço carbono SAE 1020 (AC) que são largamente utilizadas em linhas de vapor em plantas de energia, em reatores nucleares, plantas petroquímicas e diversos seguimentos industriais. Por suas diferentes propriedades mecânicas e corrosivas, existe possibilidade de substituir a atual utilização de varetas de AI como AWS ER 309 L como metal de adição na solda dissimilar entre AI-AC por um material de adição essencialmente de AC como AWS ER 70S 3 como forma de economia.

Palavras-chave: solda dissimilar, aço carbono, aço inoxidável.

1. Introdução As soldas de metais dissimilares (DMW –

Dissimilar Metal Weld) utilizando AI como metal de adição garantem alta resistência à corrosão e propriedades mecânicas superiores à junta. Utilizadas em diversos segmentos industriais, tais soldas são necessárias para conectar tubulações de AI com componentes fabricados em aços baixa liga [1].

Como juntas soldadas de AC e AI são relativamente comuns, estas devem receber atenção especial, por causa das diferentes propriedades físicas, químicas e mecânicas dos metais de base soldados. Quando envolvem os aços austeníticos que são suscetíveis à presença de fases indesejadas e resultam numa série de mudanças

metalúrgicas negativas, como presença de ferrita delta, corrosão de contorno de grão e precipitação de fase sigma, que ocorrem na interface da solda, a maneira de reduzir esse problema é utilizando altas velocidades de soldagem adequadas [2].

A união de AI a AC é o exemplo mais comum e mais importante de soldagem de aços dissimilares com aplicação na junção de componentes. Alguns dos problemas mais críticos encontrados na união de materiais diferentes é o aparecimento de tensões residuais, principalmente porque esses materiais possuem coeficientes de contração e condutividade térmica diferente [3].

Muitos cuidados são necessários com a pré e pós-soldagem utilizando processos de tratamento térmico, pois, a microssegregação que ocorre nas zonas de fusão de solda de metais dissimilares leva ao enriquecimento em Fe, Cr e C, levando à deterioração das propriedades mecânicas e resistência à corrosão das juntas [4].

Para evitar os problemas citados, os parâmetros utilizados na soldagem devem todos ser padronizados [5]. Assim, o objetivo deste trabalho é estudar juntas dissimilares AI-AC, substituindo o metal de adição (MA) de AI por AC.

2. Materiais e Métodos Os materiais utilizados no trabalho foram

chapas de AI AISI 304 e AC SAE 1020 de espessura 3 mm. Como MA foram utilizados AC, AWS ER 70S 3 e AI AWS ER 309 L. O processo de soldagem utilizado foi GTAW (Gas Tungsten Arc Welding) com parâmetros indicados na Tab. 1.

Tab. 1. Parâmetros de soldagem.

Item Parâmetros Ajustes

nᵒ Processo GTAW Máquina e

equipamento

1 Amperagem utilizada 80 a 120 ( A )

2 Voltagem utilizada 10 a 12 ( V )

3 Velocidade de soldagem 25 a 30 cm/min.

4 Pré-Aquecimento Não

5 Trat. Pós-aquecimento Não

6 Usinagem de chanfro Não

7 Diâmetro da Vareta 1 / 8 pol

8 Vazão do Argônio 3 a 4 l/min.

Fonte: (AUTORIA PRÓPRIA, 2016).

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Materiais 134

As chapas foram soldadas utilizando-se a técnica de “soldagem para trás”, em que o eletrodo segue após a tocha e, portanto, o cordão de solda se resfria mais lentamente, já que o arco continua aquecendo o cordão já executado por alguns instantes, para evitar o aparecimento de tensões residuais.

Os corpos-de-prova (CDPs) para ensaios de tração são vistos na Fig. 1 e foram confeccionados conforme norma ASTM E8/E8M, com comprimento útil de 25 mm. Os CDPs foram identificados de forma sequencial e ensaiados, sendo 12 utilizando AC como MA, e 12 utilizando AI como MA, subdivididos em: 8 soldados na direção longitudinal (L) e 4 na direção transversal (T) de laminação.

Fig. 1. CDPs para Ensaio de Tração.

Fonte: (AUTORIA PRÓPRIA, 2016)

3. Resultados Podemos ver na Tab.2, os valores obtidos

no ensaio de tração. Foi observado, após o ensaio, que a ruptura dos CDPs não se deu no cordão de solda (S), comprovando a qualidade da mesma. Em todos os casos a ruptura ocorreu no AC, de menor resistência mecânica, mas observou-se queda na resistência e na ductilidade de ambos comparados ao material não soldado.

Tab. 2. Médias dos valores (Ensaios de Tração).

Qt Pos Alon Estr σe σm σr

CDP c / S ∆L% ∆A % Mpa Mpa Mpa

8 LAI 23,5 70,8 266 395 264 4 TAI 22,0 66,7 271 382 254 8 LAC 22,5 69,8 250 372 264 4 TAC 22,7 65,6 297 400 286

Fonte: (AUTORIA PRÓPRIA, 2016).

Comparando as Tabelas (2) e (3) podemos observar as variações das propriedades mecânicas determinadas com e sem soldagem. Estes resultados sugerem que a ruptura se deu na zona termicamente afetada (ZTA), por aumento do tamanho médio de grão.

Tab. 3. Médias dos valores (Ensaios de Tração).

Qt Pos Alon Estr σe σm σr CDP s/ S ∆L % ∆A % Mpa Mpa Mpa

4 AI 60,0 70,2 339 683 469 4 AC 39,6 65,1 237 350 487

Fonte: (AUTORIA PRÓPRIA, 2016).

4. Conclusões O estudo realizado permitiu concluir que: (i)

os procedimentos adotados foram satisfatórios, já que os cordões de solda gerados foram de boa qualidade; (ii) houve uma diminuição de resistência mecânica devido ao aumento do tamanho de grão na ZTA, efeito que pode ter sido evidenciado pela técnica de soldagem utilizada, que leva a resfriamento mais lento; (iii) a soldagem utilizando AC como metal de adição se mostrou eficiente e pode substituir o AI, resultando em diminuição de custo do processo.

Referências Bibliográficas [1] Lima LIL, Silva GM, Chilque ARA, et al. Caracterização microestrutural de soldas dissimilares dos aços ASTM A-508 e AISI 316L. Soldagem e Inspecao, v. 15, n. 2, p. 112–120, 2010. [2] Arivazhagan N, Singh S, Prakash S, et al. Investigation on AISI 304 austenitic stainless steel to AISI 4140 low alloy steel dissimilar joints by gas tungsten arc, electron beam and friction welding. Materials and Design, v. 32, n. 5, p. 3036–3050, 2011. [3] Mirim DDC. Estudo Da Tensão Residual Na Soldagem Laser Entre O Aço Carbono AISI 1010 E O Aço Inoxidável AISI 304. Manufacturing Engineering. Anais... . p.1–112, 2011.

[4] Özdemir N, Sarsilmaz F, Hasçalik A. Effect of rotational speed on the interface properties of friction-welded AISI 304L to 4340 steel. Materials and Design, v. 28, n. 1, p. 301–307, 2007.

[5] Emílio W, Brandi SD, Mello, F.D.H. Soldagem processos e metalurgia págs. 60-98 1992, 4

a

reimpresão 2004 editora Edgard Blucher Ltda. São Paulo Brasil,e-mail:[email protected].

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Materiais 135

ESTUDO DO ACABAMENTO SUPERFÍCIAL DE

COMPÓSITOS POLIMÉRICOS, ATRAVÉS DO PROCESSO DE

FRESAMENTO Sarah David Müzel1*, Júlio Cesar Molina2,

Manoel Cleber de Sampaio Alves1 1Departamento de Materiais,

Guaratinguetá-Brasil. 2Departamento de Eng. Madeireira,

Itapeva-Brasil. * autor correspondente

([email protected])

Resumo

O objetivo deste estudo foi avaliar a rugosidade média do plástico madeira e da madeira plástica, através da verificação da influência dos parâmetros de corte na qualidade superficial de peças usinadas no processo de fresamento tangencial e frontal, por meio de um arranjo ortogonal L18 de Taguchi. Foram utilizadas três velocidades de corte (4000, 6000 e 8000 rpm), três velocidades de avanço (3, 5 e 7 m/mim) e três profundidades de corte (4, 5 e 6 mm). Para cada material foi utilizada uma fresa de metal duro revestida com TiAlN, com três arestas cortantes. Conclui-se com este trabalho que o sentido de corte concordante, velocidade de corte de 8000 rpm, velocidade de avanço de 3 m/min e uma profundidade de corte e 5 mm proporcionam uma melhor qualidade superficial para peças usinadas. Palavras-chave: Usinagem; Rugosidade.

1. Introdução

Com o crescimento populacional e a intensa industrialização, surgiu a necessidade de materiais com combinações incomuns de propriedades e que fossem fabricados a partir de materiais recicláveis, como o compósito plástico madeira e a madeira plástica. O termo compósito plástico madeira (WPC), refere-se a qualquer compósito que contenha madeira e uma resina polimérica [1]. Já a madeira plástica (MP) é um produto fabricado com 100% de polímero virgem ou reciclado,

não contendo madeira em sua composição [2]. Ambos são utilizados, atualmente, como substitutos da madeira e de peças produzidas com ferro fundido, nos mais variados setores, desde a automobilística até a ferroviária. Podendo ser utilizados como decks, bancos,

lixeiras, cercas, mourões, entre outros [3 -5]. Tanto a MP como o WPC são produzidos principalmente pelo processo de extrusão, o qual nem sempre requer a realização de processo de usinagem posteriormente, porém através dela seria possível produzir peças mais complexas em termos geométricos, dimensionais e superficiais [6-7] e, segundo Hutyrová et al. [7], com as novas aplicações do WPC, e consequentemente da MP, haverão perfis que exigirão a desbaste e aplainamento de superfícies de um bloco bruto. O objetivo desse trabalho é analisar a influência da dos parâmetros de usinagem na qualidade superficial do WPC e da MP.

2. Materiais e Métodos

Para o estudo foram utilizados peças de WPC e de MP. O processo de usinagem foi realizado mediante fresamento tangencial e frontal, nos sentidos concordante e discordante, por meio de um arranjo ortogonal L18 de Taguchi. Foram utilizadas três velocidades de corte (4000, 6000 e 8000 rpm), três velocidades de avanço (3, 5 e 7 m/mim) e três profundidades de corte (4, 5 e 6 mm). Para cada material foi utilizada uma fresa de metal duro revestida com TiAlN, com três arestas cortantes doadas pela empresa Seco Tools. A avaliação da qualidade superficial foi realizada através da rugosidade média (Ra), com o auxílio de um rugosímetro da marca Mahr modelo Marsurf M300.

Para o tratamento das variáveis resposta foi escolhida a modalidade “menor melhor”. Para a análise estatística foi realizada uma análise de variância (ANOVA) através do teste F, com nível de significância de 5%.

3. Resultados

As Figuras 1 e 2 apresentam o gráfico do efeito das médias na média na Ra nos processos de fresamento tangencial e frontal, respectivamente.

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Materiais 136

Fig. 1. Gráfico dos efeito das médias na média na rugosidade média no fresamento tangencial.

Fig. 2. Gráfico dos efeito das médias na média na rugosidade média no fresamento frontal

O ajuste que proporcionou uma menor Ra, para ambos os processos, foi o sentido de corte no nível 1 (concordante), o material no nível 2 (MP), a velocidade de corte no nível 3 (8000 rpm), a velocidade de avanço no nível 1(3 m/mim) e profundidade de corte no nível 2 (5 mm).

Através da análise estatística, verificou-se que para o tangencial os fatores significativos foram o tipo de material, a velocidade e profundidade de corte e para o frontal, o sentido de corte e o tipo de material.

4. Conclusões

Conclui-se com este trabalho que o sentido de corte concordante, velocidade de corte de 8000 rpm, velocidade de avanço de 3 m/min e uma profundidade de corte e 5 mm proporcionam uma melhor qualidade superficial para peças usinadas. Dentre os materiais estudados o de menor rugosidade foi a madeira plástica. Analisando os processos de fresamento utilizados, contatou-se que o fresamento frontal foi o que proporcionou menor rugosidade.

Agradecimentos

Agradeço as empresas Econs e Wisewood, pela doação dos materiais de estudo, à empresa Seco Tools pela doação das ferramentas empregadas e ao CNPq pela concessão da bolsa de mestrado.

Referências Bibliográficas

[1] C. Clemons “Wood-Plastic Composites in the United States: The Interfacing of Two Industries”. Forest Products Journal, Vol. 52, No. 6, pp 10-18, 2002

[2] F. M. Yamaji, A. Bonduelle “Utilização da serragem na produção de compósitos plástico-madeira”. Revista Floresta, Vol. 34, No.1, pp 59-66, 2004

[3] WISEWOOD (2014) Retrieved from http://www.wisewood.com.br/pecas.php.

[4] J. C. Molina, M. R. Carreira e C. Callil Junior. “Análise do comportamento mecânico de perfis retangulares de madeira plástica (Wood Plastic Composite)”. Minerva, Vol. 6, No. 1, pp 47-57, 2007

[5] Z. Somsakova,J. Zajac, P. Michalik and M. Kasina. “Machining of wood plastic composite (pilot experiment)”. Materiale plastic, Vol. 49, No. 1, 2012

[6] D. Saloni, U. Buehlmann and R. L. Lemaster. “Tool wear when cutting wood fiber-plastic composite materials”. Forest Products Journal. Vol. 61, No. 2, pp. 149-154. 2011

[7] Z. Hutyrová, J. Zajac, P. Michalik, D. Mitaľ, J. Duplák and S. Gajdoš, “Study of Surface Roughness of Machined Polymer Composite Material”. International Journal of Polymer Science. 2015

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Materiais 137

ESTUDO DO TRATAMENTO A PLASMA EM SEMENTES

DE LENTILHA T.S.M. Mui

1*, R.P. Mota

1, K.G. Kostov

1

1 Departamento de Física e Química, Guaratinguetá, Brasil. * autor correspondente

([email protected])

RESUMO

Este trabalho apresenta o uso de um jato de plasma no tratamento de sementes de lentilha. Com o intuito de avaliar características superficiais e de molhabilidade das sementes antes e após tratamentos a plasma, foram realizados ensaios de ângulo de contato, energia superficial e teste de absorção de água.

Palavras-chave: jato de plasma, tratamento, sementes, lentilha.

1. Introdução

Lentilha é uma importante fonte de alimentação humana e animal por conter elevada quantidade de proteínas e vitaminas em seus constituites. As sementes antes de serem plantadas geralmente passam por um processo de pré-tratamento, que influencia diretamente no desenvolvimento das plantas. O método tradicional mais utilizado é o tratamento químico, onde as sementes são imersas em ácidos [1]. Por outro lado, estudos recentes com plasma em pressão atmosférica aplicados na agricultura têm sido investigados. Uma vez que, plasmas geram tratamentos uniformes, que não danificam sementes e não geram sub-produtos perigosos [2]. Este trabalho tem o objetivo de estudar os efeitos da aplicação do jato de plasma no tratamento de sementes de lentilha.

2. Materiais e Métodos

Sementes de lentilha da marca SLC Alimento Ltda. foram aplicados neste estudo.

Um jato de plasma com bocal aberto foi empregado no tratamento das sementes. O

plasma foi gerado com uma fonte de alimentação AC (Minipuls 4, GBS Elektronik, Dresden Germany), frequência de 19 kHz, tensão de 12 kV pico-a-pico, tempos de tratamento de 20, 40, 60, 80 e 100 s, com fluxo de argônio (1,2 L/min).

Medições de ângulo de contato (WCA) e energia superficial (SFE) foram conduzidos a fim de avaliar as mudanças na molhabilidade das sementes antes e após o tratamento a plasma.

3. Resultados

Após tratamentos a plasma foi observado uma diminuição significativa dos valores de ângulo de contato das sementes, de cerca de 100˚ (não tratada controle) para menos que 40˚ (tratadas), ilustrado na Fig. 1 e Tab. 1.

Fig.1. Ângulo de contato das sementes de lentilhas: (a) controle (b) tratada 60 s (c) tratada

100 s.

Observa-se que os ângulos de contato das sementes diminuem gradualmente com o aumento dos tempos de tratamento a plasma, resultando em um aumento significativo da hidrofilicidade nas amostras tratadas.

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Materiais 138

Tab.1. Ângulo de contato das sementes de lentilhas

Tempo (s) Ângulo de Contato (°) Desvio Padrão (°)

0 100,9 ± 2,5

20 39,3 ± 1,5

40 32,2 ± 1,3

60 27,9 ± 1,0

80 22,6 ± 1,2

100 12,3 ± 1,0

Houve um aumento substancial nos valores de energia superficial nas sementes tratadas a plasma de cerca de 3 vezes mais que a condição de controle. Conforme é apresentado na Figura 2.

É possível verificar que tanto a componente polar, quanto a componente dispersiva tiveram um ganho após tratamentos a plasma, porém a componente polar foi a que obteve um aumento expressivo, quando comparado com as amostras não tratadas.

A diminuição dos valores de ângulo de contato e aumento da energia superficial poderm ser atribuídos à remoção de contaminantes orgânicos da superfície das sementes tratadas a plasma, além da interação das espécies geradas na descarga (.O+, N, N+, O, O-, OH- entre outros).

0 20 40 60 80 1000

15

30

45

60

75

90

37,933.432.430.225.3

36.137.336.338.339.44.6

13.2

En

erg

ia S

up

erf

icia

l (m

J/m

2)

Tempos de Tratamento (s)

Componente Polar

Componente Dispersiva

Fig.2. Energia Superficial

4. Conclusões

Com base nos resultados, pode-se inferir que o tratamento a plasma, provocou uma diminuição do ângulo de contato e um aumento da energia superficial nas sementes de lentilha. Tornando a superfície das sementes hidrofílicas. Conferindo, portanto uma melhor molhabilidade, que pode contribuir para uma melhor eficiência na germinação das sementes.

Agradecimentos

Os autores agradecem à Capes pelo apoio financeiro.

Referências Bibliográficas

[1] A. Cokkizgin, M.J.Y. Shtaya. Lentil: Origin,

Cultivation Techniques, Utilization and Advances in Transformation. Agricultural Science, Vol. 1, Issue 1, 55-62, 2013.

[2] D. Dobrin, M. Magureanu, N. B. Mandache, M. Ionita. The effect of non-thermal plasma treatment on wheat germination and early growthInnov. Food Sci. Emerg. Technol. 29, 255–260, 2015.

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Materiais 139

Aplicação de Ferramenta de Corte de Cerâmica na

Usinagem de Ferro Fundido Vermicular.

Sousa, T.A. 1*, Nascimento, M. P.1, Souza, J.V. C1

1 Departamento de Materiais, Guaratinguetá, Brasil.

Taise Azevedo de Sousa ([email protected])

RESUMO

Nos processos de usinagem ocorrem fenômenos como força de corte, emissão acústica, vibrações e temperatura devido ao contato íntimo da ferramenta com a peça , que são empiricamente ajustados pelo operador afim de controlar as variáveis durante o processo de usinagem. Neste trabalho foi utilizada ferramenta cerâmica de alumina (Al2O3) no torneamento do ferro fundido vermicular sem utilizar fluido de corte, nas velocidades de (Vc) 300 e 500m/min, avanço de (f) 0,20mm/rot e profundidade de corte de (ap) 0,50mm. . Analisou-se a rugosidade das peças torneadas, o desgaste das ferramentas e os comprimentos de corte conseguido. Realizou-se ainda a caracterização das ferramentas através de difração por raio X e através de microscopias eletrônicas de varredura. Palavras chave: Ferramentas cerâmicas; Temperatura de usinagem; Ferro fundido vermicular; Usinagem a seco.

INTRODUÇÃO Nas indústrias de usinagem a fabricação de peças e equipamentos dentro das especificações é cada vez mais necessária para manter a competitividade. Por ser um processo que envolve diversas variáveis, uma das maneiras de tentar melhorar os processos é pautada nas variações de velocidades de corte, avanços, profundidades de corte, uso ou não de fluido refrigerante e tipos de ferramentas de corte. As propriedades atribuídas ao CGI (compacted graphite iron) são caracterizadas por terem partículas de grafites alongadas e orientadas aleatoriamente, que promove inibição do inicio de trincas, e tem uma forte adesão na matriz, formando contorno

de interface de alta dureza [1, 2]. Fundamentado em literaturas as ferramentas de corte de materiais cerâmicos têm mostrado potencial para usinagem do ferro fundido vermicular [3,4].

MATERIAIS E MÉTODOS

A ferramenta cerâmica a base de alumina foi produzida usando pós de alumina α (α-Al2O3 da Almatis do Brasil Ltda.) e óxido de Magnésio (MgO da Magnesita do Brasil), com uma composição de 97,75% em peso Al2O3 e 0,25% em peso MgO com tamanho de partículas de 0,40 - 0,60 µm, conforme descrito no fluxograma abaixo.

Fig 1 – Fluxograma processamento ferramentas de

Al2O3 +MgO.

Os corpos a verde foram prensados uniaxialmente em uma matriz metálica no formato 16,36 x 16,36 x 7,50mm com carga de 80 MPa, seguida prensagem isostática com carga de 350 MPa, por 2 min no laboratório do Departamento de Ciência e Tecnologia Aeroespacial (DCTA). Os testes de torneamento foram realizados sem a presença de fluido de corte em um torno CNC GL 204M no laboratório de usinagem da Feg Unesp/DMT.

Fig 2 – Ferramenta Cerâmica de Al2O3 .

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Materiais 140

As ferramentas foram fixadas em um suporte do tipo CSRNR 2525M 12CEA que é apropriado para ferramentas cerâmicas e submetidas ao torneamento conforme parâmetros da Tabela 1.

Tabela 1 – Parâmetros ensaio Al2O3 + MgO.

Velocidade de Corte (m/min)

Avanço f (mm/rot)

Profundidade de Corte ap (mm)

300 0,2 0,5

500 0,2 0,5

As ferramentas cerâmicas de alumina apresentam densidade relativa superior a 98,42±0,15%, propriedades como microdureza de 17,01±0,12 GPa e K1c=6,8 MPam1/2. A difração de raios-X apresenta fase majoritária alfa (α), característica da alumina de alta densidade conforme Fig 3-a, a Fig 3-b podemos observar a microestrutura obtida por

MEV após ataque em 1200C por 10 min e resfriamento em água.

20 30 40 50 60 70

0

1000

2000

3000

4000

5000

A

A

A

A

A

A

A

A

A

Inte

nsi

dad

e (u

.a.)

2 (graus)

a)

Fig 3: a) Difratograma de raios X da ferramenta; b) Microestrutura da ferramenta.

RESULTADOS

A melhor condição de usinagem foi apresentada para a Vc=500m/min; este

desempenho esta relacionado com a ação da temperatura na interface ferramenta e peça, que durante a usinagem promoveu no material uma menor resistência ao cisalhamento devido ao esforço compressivo realizado pela a ferramenta sobre a peça, gerando alta temperatura. Nos gráficos 4-a e b, pode-se observar os desgastes e falhas ocorridos na ferramenta à base de Al2O3 aplicada na usinagem do ferro fundido vermicular.

0 1000 2000 3000 4000 5000-0,1

0,0

0,1

0,2

0,3

Comprimento de corte - Lc (m)

500 m/min

300 m/min

De

sg

as

te d

e f

lan

co

- V

Bm

ax (

mm

)

0 1000 2000 3000 4000 5000-0,5

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

Comprimento de corte - Lc (m)

Vc= 500 m/min

Vc= 300 m/min

Ru

go

sid

ad

e -

Ra (m

)

Al203

Fig 4: a) Desgaste de flanco vs comprimento de corte; b) Rugosidade Superficial - Ra; c) Fratura da ferramenta na Vc=300 m/min; d) Desgaste de flanco na Vc=500 m/min.

Nas Figuras-4c e d, podemos observar que no torneamento a seco do ferro fundido vermicular com ferramenta à base de Al2O3 o desgaste predominante foi pela abrasão, seguido de pequenas fraturas nas ferramentas, fato que levou a interrupção dos testes. CONCLUSÕES

Os resultados demonstraram que a ferramenta apresenta potencial para usinagem do ferro fundido vermicular em função de seu desempenho associado com a temperatura de corte.

AGRADECIMENTOS Capes pelo apoio à pesquisa. Referências Bibliográficas [1] DAWSON, S.; HOLLINGER, I.; ROBBINS, M.; DAETH, J.; REUTER, U.; SCHULZ, H.; The effect of metallurgical variables on the machinability of compacted graphite iron. In: SAE Tech. Pap. Ser. 2001-01-0409; 2009. [2] ABELE, E.; SAHM, A.; and SCHULZ, H.; Wear mechanism when machining compacted graphite iron, CIRP Ann. 2002, Manufact. Technol. 51 (2002) (1), pp. 53–56. [3] GASTEL, M.; KONETSCHNY, C.; REUTER, U.; FASEL, C.; SCHULZ, H.; RIEDEL, R.; Investigation of the Wear Mechanism of Cubic Boron Nitride Tools Used for the Machining of Compacted Graphite Iron and Grey Cast Iron, International Journal of Refractory Metals & Hard Materials, 18 (2000,), pp 287–296. [4] SOUZA, J.V.C.; CUNHA, E.A.; MOREIRA, M.R.V.; MARTINS, G.V.; RAYMUNDO, E. A.; KELLY, C. A.; Usinagem de Ferro Fundido Vermicular com Pastilhas Cerâmicas a Base de Nitreto de Silício. Máquinas e Metais, v. 470, p. 140-152, 2005.

b

)

d

)

c

a b

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estão e Otimização

G

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Gestão e Otimização 142

METODOLOGIA PARA CARACTERIZAÇÃO DA HOMOGENEIDADE DE

MATERIAIS POR ANÁLISE MULTIFASE DO

HISTOGRAMA, A PARTIR DA VARIABILIDADE DOS DADOS André Ricardo Soares Amarante1*, Antonio Fernando Branco Costa1, Luiz Rogério de

Oliveira Hein2 1 Departamento Produção,

Guaratinguetá.SP, Brasil, 2 Departamento de Materiais e Tecnologia, Guaratinguetá.SP, Brasil

([email protected])

1. Introdução O conceito de Processamento Digital de Imagem vem evoluindo ao longo das décadas, permitindo a aquisição, o processamento e a interpretação de um grande volume de dados à partir da aquisição de imagens, advindas de diferentes fontes de informação, graças ao poder de processamento e armazenamento proporcionado por tais tecnologias. No caso das Engenharias, mais especificamente na área de Ciências de Materiais, é frequentemente utilizada na análise e caracterização de materiais [2], que é o foco desta pesquisa. Dentre os avanços pode-se destacar: o desenvolvimento de Plugins (programas de computador), a computação de alto desempenho e as técnicas envolvendo a Microscopia Ótica, Microscopia Eletrônica de Varredura e a Microscopia Correlativa. A partir do exposto, o objetivo desta pesquisa é desenvolver um plugin (programa de

computador) para o processamento de imagens digitais, de maneira que permita a identificação da homogeneidade, ou não, dos materiais analisados. Dentre os recursos presentes no plugin encontra-se o conceito de Variabilidade para auxiliar na seleção das fases. Este plugin será desenvolvido em uma linguagem que possui as seguintes características: é gratuito, multiplataforma e possui uma quantidade muito grande de soluções desenvolvidas e disponibilizadas nela para manipular imagens. Uma destas soluções

é o NIH ImageJ, para o qual foi desenvolvido o plugin em questão.

O processamento estará baseado na segmentação, em fases, do histograma, representados a partir de tons de cinza. O histograma é uma das formas mais comuns de representar a distribuição dos Digital Numbers (DNs) de uma imagem, e possivelmente a mais útil em processamento digital de imagens [3][4].

2. Materiais e Métodos Para o desenvolvimento do plugin foi utilizado o JAVA como ferramenta de programação. O processamento da imagem dar-se-á a partir da execução de cinco passos, sendo estes: a aquisição das imagens, preparação ou adequação da imagem, identificação e visualização das fases, geração dos dados e apresentação dos dados. O programa será disponibilizado no programa NIH Image J, que é um aplicativo que tem a característica de ser código aberto e de uso gratuito, à partir da utilização de rotinas, chamadas também de plugins[1]. Para o auxílio na determinação das fases dos materiais analisados presente no histograma será utilizado o conceito estatístico conhecido como Medida de Variabilidade ou Dispersão.

2.1 Desenvolvimento do Plugin O plugin tem início com a seleção do arquivo representando a imagem a ser analisada, conforme exemplo apresentado na Fig. 1.

Fig.1 – Imagem inicial do material a ser

analisado.

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Gestão e Otimização 143

Após a seleção da imagem o usuário determinará os limites das fases. Para cada limite de fase selecionado, o plugin, ao mesmo tempo que ilumina os pixels relacionados ao tom de cinza em questão, calcula e informa a variabilidade dos dados não agrupado, exibindo as seguintes informações: Amplitude Total, Desvio Médio, Variância, Desvio Padrão e Coeficiente de Variação (Fig. 2).

Fig.2 - Painel seleção da fase e elementos

selecionados na imagem.

3. Resultados Após a determinação de todas as fases, o plugin exibe as informações referentes a cada uma das fases selecionadas, bem como a composição da imagem final, a imagem do agrupamento (em porcentagem) dos pixels de cada uma das fases, tabela contendo as informações referentes a cada uma das fases (número da fase, quantidade total de pixels, setores e percentual de distribuição de pixels em cada um dos setores) (Fig. 3).

Fig. 3 - Imagem final com as fases definidas / Identificação dos Setores da fase / Painel com

os resultados / dados estatísticos.

4. Conclusões Observa-se que, a partir da metodologia proposta de análise da composição e homogeneidade do material, o analisador terá a disposição elementos estatísticos que possam subsidiar quando da determinação dos limites das fases definidas, deixando de ser apenas um parâmetro baseado nas observações visuais do mesmo e passando a ter dados que validem as regiões determinadas.

Agradecimentos Os autores agradecem à CAPES pelo apoio financeiro, através da concessão da Bolsa de Pesquisa.

Referências Bibliográficas [1] COSTA, F. H., FUKUGAUCHI, C. S., PEREIRA, M. S.

Análise Metalográfica de um aço Trip 800, utilizando processamento digital de imagens. VI Conferência Brasileira sobre Temas de Tratamento Térmico. Atibaia, SP, Brasil, 2012

[2] MANSUR, H. S.; PEREIRA, M.; ORÉFICE, R. Cap. 7 - Técnicas de Caracterização de Materiais. In: Rodrigo Oréfice; Herman Mansur; Marivalda Pereira. (Org.). BIOMATERIAIS: FUNDAMENTOS E APLICAÇÃO. 1ed.Rio de Janeiro: Editora Cultura Médica, 2005, v. 1, p. 185-236.

[3] UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO SUL. Página Dinâmica para Aprendizado do Sensoriamento Remoto. Disponível em: Acessado em 19/08/2016.

[4] HEIN, L. R. O. OLIVEIRA, J. A. CAMPOS, K. A. Correlative Fractography: Combining Scanning Electron Microscopy and Light Microscopes for Qualitative and Quantitative Analysis of Fracture Surfaces. Microscopy and Microanalysis (Print), v. 19, p. 496-500, 2013.

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Gestão e Otimização 144

TESTE DA EFICIÊNCIA DA FLOCULAÇAO DAS

MICROALGAS NANNOCHLOROPSIS

GADITANA E DUNALIELLA SALINA

USANDO FeCl3 Eduardo Henrique Bredda, Messias Borges

Silva. Engenharia Mecânica, Guaratinguetá,

Brasil. ([email protected])

Microalgas podem vir a se tornar uma importante fonte de lipídeos para a produção de biodiesel. Contudo, para obter estes lipídeos, é necessária a aplicação de metodologias eficientes para a colheita da biomassa. Neste ínterim, a floculação se destaca, por reduzir o volume do meio de cultivo, facilitando etapas posteriores da colheita. Neste trabalho, foi determinada a eficiência da colheita das microalgas Nannochloropsis gaditana e Dunaliella salina, filtradas após floculação com cloreto de ferro (FeCl3). A organização dos experimentos, bem como a análise de dados, foi feita usando uma matriz Taguchi L4. Nas análises foi evidenciada excelente eficiência da floculação destas microalgas, sendo que a concentração do FeCl3 foi o fator mais influente sobre o processo. Palavras chave: floculação, FeCl3, Nannochloropsis gaditana, Dunaliella salina.

1. Introdução

A obtenção de biocombustíveis a partir do cultivo de microalgas é bastante promissora devido a diversas razões: não apresentar competição com a produção de alimentos por áreas férteis, apresentar maior taxa de crescimento, maiores teores de lipídeo, além da capacidade de produzir compostos de elevado valor agregado (β-carotenos, ômegas 3 e 6, dentre outros) [1, 2, 3, 4, 5]. Antes de obter quaisquer produtos das microalgas, se faz necessária a colheita das mesmas. Para facilitar a realização da colheita, é interessante a realização da floculação, como

uma etapa prévia, pois ela ajuda na redução do volume de material a ser trabalhado. Neste processo, a adição do floculante faz com que as células da microalga se agrupem em flocos maiores e precipitem no meio de cultivo, facilitando sua obtenção [3].

2. Materiais e métodos As microalgas das espécies Nannochloropsis gaditana e Dunaliella salina foram gentilmente doadas pelo Instituto de Oceanografia da Universidade de São Paulo (USP). Os cultivos foram realizados durante 14 dias em balões de fundo chato de 2 L em 25ºC e com taxa de aeração de 3 L/min. O meio de cultivo utilizado foi o Guillard f/2 [6]. Após os cultivos, foram feitas as floculações, seguindo o arranjo ortogonal de Taguchi L4. Os fatores, bem como os níveis escolhidos estão apresentados na tabela 1. Todos os experimentos previstos pela matriz Taguchi foram realizados em triplicata. Para cada experimento, 100 ml de meio de cultivo eram colocados em erlenmeyers de 250 ml de capacidade. Em seguida, era adicionada solução concentrada de floculante (20 mM), até apropriado ajuste da concentração de FeCl3 (tabela 1). Após vigorosa agitação, os frascos eram deixados em repouso por 15 ou 30 min.

Fator Nível

1 2

A-Concentração de FeCl3

0,1 mM 1 mM

B-Tempo de floculação

15 min 30 min

C-Espécie da microalga

Dunaliella salina

Nannochloropsis gaditana

Tab.1: Fatores estudados.

Para a avaliação da eficiência das floculações, foi medida a absorbância do meio de cultivo original (Abs1) e, também, dos filtrados obtidos após cada um dos experimentos (Abs2). Estes valores foram inseridos na equação 1 para a obtenção da eficiência (η) dos experimentos. Em seguida, foram feitas análises de ANOVA com o uso do software de computador Statistica.

[1]

3. Resultados

Todos os resultados de eficiência (η) e suas médias ( ) estão apresentados na tabela 2,

enquanto que a figura 1 mostra o gráfico de

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Gestão e Otimização 145

efeito dos fatores. Os dados da análise ANOVA estão apresentados na tabela 3.

Exp A B C η

1 1 1 1 15.7 19.3 21.9 19.0

2 1 2 2 81.9 80.9 76.9 79.9

3 2 1 2 100 99.3 99.8 99.7

4 2 2 1 99.7 99.2 99.8 99.6

Tab.2: Resultados de eficiência.

Fig. 1: Médias dos efeitos sobre a eficiência da floculação.

Fonte de variação

SQ GL QM F

Fator A 7560.120 1 7560.120 1786.558

Fator B 2772.480 1 2772.480 655.175

Fator C 2796.853 1 2796.853 660.934

Erro 33.853 8 4.232

Tab. 3: Análise ANOVA de η (SQ: soma dos quadrados, GL: graus de liberdade, QM: quadrados médios, F: índice F).

Dentre os fatores analisados, o mais influente foi a concentração de FeCl3. Isto é especialmente notado quando são comparados os valores de F da ANOVA. Na tabela 3 percebe-se que o valor de F relativo à concentração do floculante é mais que o dobro dos demais valores. Considerando os resultados da ANOVA e com base na figura 1, concluí-se que a concentração do FeCl3 deve ser de 1 mM para se obter bons resultados de floculação.

Apesar de o fator C não ser tão influente quanto à concentração do FeCl3, a análise de dados indica que o maior tempo de floculação, 30 min, é a melhor opção.

A espécie da microalga também foi considerada como relevante ao processo, vide tabela 3. Segundo a figura 1, o processo de floculação é mais eficiente para a microalga

Nannochloropsis gaditana. Por outro lado, o experimento 4 apresenta elevada eficiência de floculação para a microalga Dunaliella salina, cujos dados de eficiência concordam com [3]. Com isto, pode-se concluir que o processo usado para flocular a microalga Nannochloropsis gaditana pode, sem nenhum problema, ser aplicado também a microalga Dunaliella salina.

4. Conclusão

Com base nos resultados, conclui-se que o processo de floculação, com FeCl3 (1 mM) por 30 min, é eficiente para a colheita das microalgas Dunaliella salina e Nannochloropsis gaditana.

Agradecimentos

Agradeço ao instituto de oceanografia da Universidade de São Paulo (USP) pela generosa doação das cepas usadas para a condução deste estudo. Também agradeço a CAPES pela concessão da bolsa de estudos.

Referências bibliográficas

[1] B.D. Woodworth, R.L. Mead, C.N. Nichols and D.R.J. Kolling “Photosynthetic light reactions increase total lipid accumulation in carbon-supplemented batch cultures of Chlorella vulgaris”. Bioresource Technology, Vol. 179, pp. 159-164, 2015.

[2] C.H. Tan, P.L. Showa, J.S. Chang, T.C. Ling and J.C.W. Lan “Novel Approaches of Producing Bioenergies from Microalgae: A Recent Review”. Biotechnology Advances, Vol. 33, No. 6, pp 1219-1227, 2015.

[3] K. Pirwitz, L. Rihko-Struckmann and K. Sundmache “Comparison of flocculation methods for harvesting Dunaliella”. Bioresource Technology, Vol. 196, No. 1, pp 145-152, 2015.

[4] E. Ryckebosch, C. Bruneel, R. Termote-Verhalle, K. Goiris, K. Muylaert and I. Foubert “Nutritional evaluation of microalgae oils rich in omega-3 long chain polyunsaturated fatty acids as an alternative for fish oil”. Food Chemistry, Vol. 160, No. 1, pp 393-400, 2014.

[5] D.A. Martins, L. Custódio, L. Barreira, H. Pereira, R. Bem-Hamadou, J. Varela and K.M. Abu-Salah “Alternative sources of n-3 long-chain polyunsaturated fatty acids in marine microalgae”. Marine Drugs, Vol. 11, No. 1, pp 2259-2281, 2013.

[6] J. Liu “Interspecific biodiversity enhances biomass and lipid productivity of microalgae as biofuel feedstock”. Journal of applied Phycology, Vol. 28, No. 1, pp 25-33, 2016.

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ANAIS JORNADA CIENTÍFICA DA PÓS-GRADUAÇÃO DA FEG-UNESP 2016 Guaratinguetá, 26 a 30 de Setembro

Gestão e Otimização 146

A relação entre Clima Organizacional e Gestão do Conhecimento: uma visão

holística da teoria e da prática. Arias-Rodriguez, Indira1*; Muniz Jr, Jorge1;

Munyon, Timothy 2 1 Programa de Pós Graduação em

Engenharia Mecânica, área de Gestão e Otimização. UNESP, Campus de

Guaratinguetá. 2 Haslam College of Business. University of Tennessee,

Knoxville, USA. * [email protected]

RESUMO Palavras chaves: clima organizacional, gestão

do conhecimento, indústria automotiva. 1. Introdução

O objetivo de este estudo foi explicar o processo de interinfluências entre Clima Organizacional (CO) e Gestão do Conhecimento (GC), considerando os aspectos inter-relacionais dos termos nas publicações existentes e nos resultados obtidos de uma pesquisa piloto no chão de fábrica da indústria automotiva. CO engloba a estrutura organizacional e de processos, relacionamento interpessoal, administração de compensações, o comportamento dos funcionários, expectativa de desempenho e oportunidades de crescimento [1]. Para os membros da organização, clima toma a forma de um conjunto de atributos e expectativas que descrevem o padrão geral de atividades organizacionais [2] desempenhando um papel fundamental na formação de comportamentos dos empregados e influenciando sua percepção da GC [3] [4]. GC são crenças, compromissos, situações e interações apropriadas nas organizações (elementos interligados com CO) que propiciam que as informações sejam convertidas em conhecimento e possam circular pelas

organizações [5]. 2. Materiais e Métodos

Trata-se de um estudo baseado, primeiro na revisão de artigos entre 1997-2016 selecionados nas bases de dados Web of Science e Scopus, por meio dos descritores: “organizational climate” and “knowledge

management”, identificando elementos inter-relacionais dos termos; e segundo aplicando um questionário, com escala likert, em 45 colaboradores de uma fábrica inserida no paradigma de consórcio modular, para avaliar a relação entre CO e GC na indústria automotiva. As análises foram desenvolvidas usando o programa SPSS versão 21.0. Os dados foram submetidos às análises descritivas das variáveis e logo foram aplicadas análises correlacionais para estudar as inter-relações existentes entre o CO e a GC.

3. Resultados A pesquisa nas bases de dados indicou um total de 57 artigos, 24 artigos na Web of Science e 33 na Scopus. Os resultados mostraram uma relação entre os termos nos diversos sistemas de produção (bens e serviços), não foram encontrados estudos dessa relação em países em desenvolvimento, nem no Brasil, a literatura também não mostra evidências desses estudos na indústria automotiva. Tabela 1: Resultados da pesquisa bibliográfica.

Métrica Resultado

Ano de maior publicação

2013

Revista que mais publica

Journal of Knowledge Management

Instituição que mais publica

National Cheng Kung University

País que mais publica

Taiwan

Autores que mais publicam

Huang, J.; Chen, C.; Lin, H.; Ramayah, T.

Áreas mais interessadas

Negócios, Gestão e Contabilidade; Ciências Sociais; Ciências da Computação

A análise descritiva das variáveis (na pesquisa de campo) mostrou que na organização os interesses pessoais estão acima dos interesses coletivos e organizacionais (CO1, CO2, CO4). Há uma percepção generalizada, de que trabalhadores da empresa, passam tempo adulando os seus superiores (CO3). Os participantes concordam em apontar que dentro da organização as pessoas falam mal dos outros para ser bem valorizados (CO6). Respeito à GC, os participantes indicaram que procuram falar com as pessoas que os ajudam com os seus problemas de trabalho (GC1), ou

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ANAIS JORNADA CIENTÍFICA DA PÓS-GRADUAÇÃO DA FEG-UNESP 2016 Guaratinguetá, 26 a 30 de Setembro

Gestão e Otimização 147

para mantê-los atualizados com informações importantes sobre a organização (GC2). O uso de e-mail nesta amostra não é uma ferramenta para a partilha de conhecimento, 43,2% se recusou a comentar sobre este item (GC3), expressando a neutralidade e 21,5% discordaram totalmente. A maioria também manifestou concordância em apontar que há um ambiente de compartilhamento do conhecimento dentro da organização (GC4; GC5; GC6; GC7). A análise de correlação (Tabela 2) mostrou correlações significativas entre as questões que estudam o CO (p <0,001) e foi semelhante olhando para o interior das questões relativas à GC (0,01 <p <0,05), mas o nível de significância foi menos forte quando comparado com o CO. O item GC2 relativo à utilização de conversa pessoal para manter os outros atualizados com informações importantes sobre a organização, mostraram correlação significativa com todas as perguntas de Clima Organizacional. Tabela 2. Análises das correlações entre as variáveis: Clima Organizacional e Gestão do Conhecimento.

Legenda: r: coeficiente de correlação. p: nível de significância. *: correlações significativas.

4. Conclusões Através do levantamento teórico e da coleta de dados de campo, pôde-se chegar a algumas considerações acerca da relação existente entre CO e GC. Há um consenso na literatura, que aponta que o CO favorável promovem benefícios sobre a GC, porém organizações com muita formalização e centralização dificultam a integração entre os membros da organização e a interação social o que acaba promovendo barreiras do CO que comprometem o bom

desempenho dos níveis da GC. As novas tecnologias de informação e a inovação possuem também uma relação de causa efeito entre o CO e a GC. O uso da tecnologia da informação pode auxiliar a aplicação da gestão do conhecimento, para isso deve prevalecer um clima de aderência ao sistema que deve ser prático e dinâmico, caso contrário o impacto positivo pode ser revertido e visto como obstáculo nas organizações. A pesquisa de campo indicou que a situação de desemprego pode influenciar negativamente o clima de organizações. A interação social positiva pode preservar a partilha de conhecimentos, mesmo quando há deficiências no CO. Estudos futuros podem comparar os resultados da presente pesquisa com outra amostra no mesmo ambiente em situação de estabilidade no emprego. Outras pesquisas podem replicar este estudo com maior número de participantes. Agradecimentos À Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) pelo subsídio e apoio ao desenvolvimento dessa pesquisa. Referências: [1] BAMEL, U. K. et al. Organizational Climate and managerial effectiveness: An Indian perspective. International Journal of Organizational Analysis, v. 21, p. 198–218, 2013. [2] JAW, B. S., & LIU, W. Promoting organizational learning and self-renewal in Taiwanese companies: The role of HRM. Human Resource Management, 42(3), 223–241, 2003. [3] CHEN, C., & LIN, B. The effects of environment, knowledge attribute, organizational climate, and firm characteristics on knowledge sourcing decisions. R&D Management, 34(2), 137–146, 2004. [4] SVEIBY, Karl-Erik; SIMONS, Roland. Collaborative climate and effectiveness of knowledge work-an empirical study. Journal of knowledge Management, 2002, vol. 6, no 5, p. 420-433. [5] NONAKA, I.; TAKEUCHI, H. Criação de conhecimento na empresa: como as empresas japonesas geram a dinâmica da inovação. Rio de Janeiro: Campus, 358p, 1997.

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ANAIS JORNADA CIENTÍFICA DA PÓS-GRADUAÇÃO DA FEG-UNESP 2016 Guaratinguetá, 26 a 30 de Setembro

Gestão e Otimização 148

MODELO PARA ALINHAMENTO DE SISTEMAS DE GESTÃO

INTEGRADA COM A ESTRATÉGIA EMPRESARIAL EM EMPRESAS

INDUSTRIAIS BARBOSA, L.C.F.M1

*, OLIVEIRA, O.J2 1 e 2 Engenharia de Produção,

Guaratinguetá, Brasil * autor correspondente ([email protected])

Resumo: Com o atual cenário organizacional globalizado e cada

vez mais competitivo, organizações precisam de estratégia para

sobreviver em meio à concorrência excessiva e a fim de poupar

esforços e recursos, empresas passaram a desenvolver seu próprio Sistema de Gestão Integrada (SGI) como uma

alternativa plausível e eficaz nesse sentido, o SGI busca realizar

de forma mais notória a integração dos processos de qualidade,

meio ambiente, segurança e saúde ocupacional conforme as características, atividades e necessidades de cada organização.

No entanto, as empresas não estão cientes e normalmente não se

atentam as dificuldades do alinhamento do SGI desenvolvidos

por elas com a estratégia adotada inicialmente. Se alinhadas de forma eficaz elas devem conduzir as organizações a obterem a

integração do SGI desenvolvido com a estratégia empresarial

adotada pelas próprias empresas, o que deve gerar influências

positivas nas suas capacidades inovadoras, bem como na satisfação de seus funcionários e clientes. Sendo assim, o

objetivo dessa pesquisa é propor um modelo teórico para o

alinhamento do Sistema de Gestão Integrada com a estratégia

empresarial em empresas industriais. Palavras-chave: Estratégia empresarial, Sistemas de gestão

certificáveis, Sistema de gestão integrada.

1. Introdução

A globalização da economia e as recentes crises

financeiras têm levado as organizações a novos desafios,

com clientes cada vez mais exigentes e que esperam mais

em termos de novos produtos, qualidade e preço. Além do

ambiente turbulento em que as organizações estão

inseridas caracterizadas pela intensa competitividade,

constantes progressos tecnológicos, novas exigências de

mercado, e recursos naturais cada vez mais escassos,

impõem ao cenário empresarial as necessidades

constantes de mudanças operacionais e gerenciais

(SIMON et al., 2014; OLIVEIRA, 2013).

O Brasil é hoje, considerado dentre os países em

desenvolvimento um dos mais industrializados do mundo

e ocupa o décimo quinto lugar no segmento em escala

global (IBGE, 2015).

Quando se estabelecem as diretrizes de atuação de uma

organização, a seleção e a implementação das estratégias

corporativas e dos negócios se tornam um dos pontos

fundamentais para que se possam alcançar os objetivos

desejados, superar os desafios do mercado e da

concorrência e atingir assim um desempenho adequado,

diante de todas as contingências e situações favoráveis ou

adversas que se apresentam (ABRAHAM, 2013).

Assim, a implementação de sistemas de gestão

certificáveis tornou-se uma prática comum entre os

diferentes tipos de organizações. Neste contexto, a

certificação de Sistemas de Gestão da Qualidade (SGQ),

de acordo com a norma ISO 9001, Sistemas de Gestão

Ambiental (SGA), de acordo com a norma ISO 14001, e

Sistema de Gestão da Segurança e Saúde no Trabalho

(SGSST), de acordo com a OHSAS 18001, são os centros

das atenções, devido a sua grande aplicabilidade em todo

o mundo. Os sistemas de gestão certificáveis podem ser

integrados com uma crescente variedade de outros

subsistemas implementados de acordo com outros

padrões, incluindo os de responsabilidade social, de risco,

ou recursos humanos, e etc. (SAMPAIO et al., 2012;

OLIVEIRA, 2013; WENIG; REFFLINGHAUS, 2015).

Desta forma, as dificuldades na integração de sistemas de

gestão e sua relação com a estratégia de inovação e

satisfação do cliente devem ser exploradas, propondo um

modelo que vise unir estes três conceitos juntos.

Integração, inovação e satisfação do cliente que são

questões relevantes para a competitividade de qualquer

organização, especialmente para as que têm

implementado algumas normas de sistema de gestão

(SIMON et al., 2014).

Perante tais argumentos, a questão de pesquisa que vai

nortear o desenvolvimento deste trabalho pode ser

enunciada da seguinte maneira: de que forma é possível

fazer o alinhamento do SGI desenvolvidos nas empresas

industriais com as estratégias empresariais adotadas por

elas?

Sendo assim o principal objetivo desse trabalho é propor

um modelo teórico para o alinhamento do Sistema de

Gestão Integrada com a estratégia empresarial em

empresas industriais.

2. Materiais e Métodos

Para o desenvolvimento e execução desse trabalho será

realizada uma pesquisa quali-quanti em duas etapas,

começando pela parte quantitativa (pesquisa tipo survey)

e depois com a pesquisa qualitativa (estudo de casos).

Dessa forma, a pesquisa pode ser classificada quanto a

sua natureza como aplicada, pois esperasse resultados

aplicados e utilizados na solução de problemas reais que

envolvem o cotidiano. É realizada com objetivo de obter

conhecimento que será usado a curto ou médio prazo.

Envolve conhecimento disponível e sua ampliação

(PRODANOV; FREITAS, 2013; KOTHARI, 2013).

Em relação os seus objetivos a pesquisa pode ser

classificada como descritiva e exploratória, por

proporcionar maior familiaridade com o problema,

visando explicitá-lo. Pode envolver levantamento

bibliográfico, e entrevistas com pessoas experientes no

problema pesquisado. Geralmente, assume a forma de

pesquisa bibliográfica e estudo de caso (KOTHARI,

2013). Quanto ao objeto a pesquisa pode ser classificada

como uma pesquisa de campo, tendo em vista que é uma

investigação empírica realizada no local onde ocorrerá o

fenômeno ou até mesmo vai se despor de elementos para

poder explica-los, podendo incluir ainda entrevistas,

aplicação de questionários, testes e observação

participante ou não (KOTHARI, 2013).

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ANAIS JORNADA CIENTÍFICA DA PÓS-GRADUAÇÃO DA FEG-UNESP 2016 Guaratinguetá, 26 a 30 de Setembro

Gestão e Otimização 149

Os procedimentos técnicos da pesquisa serão feitos

mediantes a levantamento ou survey e estudo de caso. O

levantamento envolve a interrogação direta ao objeto de

estudo a partir de um questionário. Também pode ser

classificado como a interrogação direta das pessoas cujo

comportamento se deseja conhecer. Inclui à solicitação de

informações a um grupo significativo de pessoas acerca

do problema estudado para, em seguida, mediante análise

quantitativa, obterem-se as conclusões correspondentes

aos dados coletados (PRODANOV; FREITAS, 2013).

A forma de abordagem da presente pesquisa pode ser

classificada como quantitativa (survey) e qualitativa

(estudo de caso), ou seja quali-quanti. É quantitativa

porque é de característica de estudo estatístico, no qual

destinasse a descrever uma situação medindo

numericamente as hipóteses levantadas a respeito de um

problema de pesquisa. As informações podem ser

colhidas por meio de questionário estruturado com

perguntas claras e objetivas, é principalmente projetada

para gerar medidas precisas e confiáveis que permitam

uma análise estatística. É qualitativa também, porque tem

como principal objetivo interpretar o fenômeno que

observa. Seus objetivos são a observação, a descrição, a

compreensão e o significado, o ambiente natural é a fonte

direta para coleta de dados, o que cabe ao pesquisador ser

o instrumento-chave da pesquisa (KOTHARI, 2013).

3. Resultados

Com o desenvolvimento da presente pesquisa esperam-se

os seguintes resultados:

Elaborar um modelo para o alinhamento do SGI

com a estratégia empresarial;

Articular a teoria relacionada aos SGIs com

estratégia empresarial de modo a criar um novo

bloco de conhecimento visando aumentar a

competividade das empresas industriais;

Submeter pelo menos um artigo científico por

ano para revistas com Qualis A1, A2 ou B1 em

engenharias III;

Submeter um artigo científico por ano para

congresso de expressão nacional e/ou

internacional na área de Engenharia de

Produção;

Realizar workshop gratuito com empresas da

região a fim de divulgar o modelo desenvolvido;

Elaboração de um material instrucional a ser

disponibilizado na internet; e

Criar um programa de capacitação sobre o tema.

4. Conclusão

Com isso, conclui-se que o desenvolvimento e

implementação de um modelo teórico que o alinhe o SGI

com a estratégia empresarial passa pelos esforços

constantes e estruturados para a criação desse modelo,

pelo qual, o alinhamento adequado deva permitir que as

organizações atinjam seus objetivos e que esses possam

ser convergentes, propondo ações no mesmo sentido para,

investimentos, capacitações, sensibilização, motivação,

controle, verificações, análises documentais, que

estabeleçam indicadores comuns de desempenho, de

modo que um alimente o outro, e assim estabeleçam altos

parâmetros estratégicos, de qualidade, meio ambiente,

saúde e segurança no trabalho, a fim de obter uma maior

confiança e satisfação junto aos clientes internos e

externos.

Sendo assim, a fim de propor um maior entendimento e

compreensão da pesquisa a Figura 1 ilustra como possa

vir a ser o modelo para o desenvolvimento do

alinhamento estratégico empresarial com SGI, que tem

como objetivo promover o alinhamento correto do SGI

desenvolvidos nas empresas juntamente com as

estratégias organizacionais adotadas por elas.

Figura 1 - Modelo para o alinhamento do SGI com a estratégia empresarial

Agradecimentos

Agradecimento a CAPES.

Referências Bibliográficas

[1] ABRAHAM, S. Will business model innovation

replace strategic analysis? Strategy & Leadership.

v. 41, n. 2, p. 31 – 38, 2013.

[2] IBGE. Instituto Brasileiro de Geografia e

Estatística. www.ibge.gov.br , 2015.

[3] KOTHARI, C. Research methodology: methods

and techniques. Third ed. New Aged International

Publishers, New Delhi. 2013.

[4] OLIVEIRA, O. J. Guidelines for the integration of

certifiable management systems in industrial

companies. Journal of Cleaner Production. v. 57,

p. 124 – 133, 2013.

[5] PRODANOV, C. C.; FREITAS, E. C. DE.

Metodologia do trabalho científico: métodos e

técnicas da pesquisa e do trabalho acadêmico. Nova Hamburgo: Universidade Feevale, 2013.

[6] SAMPAIO, P.; SARAIVA, P.; DOMINGUES, P.

Management systems: integration or addition?

International Journal of Quality & Reliability

Management. v. 29, n. 4, p. 402 – 424, 2012.

[7] SIMON, A.; KARAPETROVIC, S.; CASADESÚS,

M. Evolution of Integrated Management Systems in

Spanish firms. Journal of Cleaner Production. v.

23, p. 8 – 19, 2012.

[8] WENING, S, K.; REFFLINGHAUS, R. Integrating

sustainability aspects into an integrated management

system. The TQM Journal. v. 27, n. 3, p. 303 – 315,

2015.

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ANAIS JORNADA CIENTÍFICA DA PÓS-GRADUAÇÃO DA FEG-UNESP 2016 Guaratinguetá, 26 a 30 de Setembro

Gestão e Otimização 150

MODELO PARA PLANEJAMENTO,

IMPLANTAÇÃO, AVALIAÇÃO E MELHORIA DA CAPACITAÇÃO DE EQUIPES DE PRESTAÇÃO DE SERVIÇOS COM CONTATO

DIRETO COM O CLIENTE Maria Augusta Siqueira Mathias1*, Otávio

José Oliveira1 1 Departamento de Produção FEG Unesp,

Guaratinguetá, Brasil *([email protected])

Resumo

À medida que a competitividade no mundo dos negócios torna-se mais acirrada, a preocupação e o foco na prestação de serviços passam a ser um dos fatores determinantes para o sucesso. A excelência em serviços é composta pelos diversos fatores e variáveis intrínsecas a uma organização, todavia, o fator humano faz a diferença e qualidade em serviços significa qualidade na gestão de pessoas. Por esse motivo, a capacitação de funcionários assume um papel fundamental nas organizações, pois, além de focar na melhoria do desempenho pessoal do empregado, ela repercutirá na sua qualidade global, também contabilizando como vantagem competitiva para aquela organização. O objetivo deste trabalho é propor um modelo para planejamento, implantação, avaliação e melhoria da capacitação de equipes de prestação de serviços com contato direto com cliente interno ou externo com vistas a aumentar a sua qualidade e eficácia.

Palavras-chave

Qualidade em serviços, Capacitação, Gestão de serviços.

1. Introdução

A qualidade de serviços está fortemente relacionada às pessoas, abrangendo, ainda, os processos internos, as instalações e os bens facilitadores. A excelência é considerada o todo, os diversos fatores e variáveis intrínsecas a uma organização, no entanto, o fator humano faz a diferença e a qualidade em serviços

significa qualidade em gestão de pessoas (CHAVAN et al., 2014). Muitas empresas mudaram sua forma de pensar em relação à função da capacitação quando obtiveram a comprovação de que é durante a capacitação interna de seus funcionários que qualidades e atributos são desenvolvidos, atitudes são mudadas, ideias evoluem, e a organização é reinventada (KANG; PARK, 2014). Conforme apontado por Dhar (2015) e Teck-Hong e Yong-Kean (2012), quando funcionários percebem que sua organização incentiva o plano de carreira e o desenvolvimento de suas habilidades, eles devotam um maior nível de comprometimento com a empresa.

A criação de uma experiência superior e diferenciada para o cliente é ponto chave para a manutenção de uma base de clientes fiel e satisfeita, tornando-se, dessa forma, o objetivo final das organizações, sejam elas do setor de serviços ou manufatureiras. Os funcionários com contato direto com o cliente são fundamentais no estabelecimento desse patamar de qualidade e o serviço prestado por eles é crítico no desenvolvimento do relacionamento com os clientes, na captura de informações e, principalmente, na criação da satisfação dos clientes e no comprometimento com a marca (REVILLA-CAMACHO et al., 2015). É nesse cenário que Latif (2012) destaca as contribuições diretas da capacitação de prestadores de serviço para a melhoria dos resultados das empresas, sejam eles financeiros ou relacionados a sua imagem, definindo-a como fator essencial para moldar as atitudes dos funcionários com relação a sua organização.

2. Materiais e Métodos

A partir da questão de pesquisa e dos objetivos, será desenvolvido um referencial teórico para dar suporte à elaboração do questionário de pesquisa tipo survey e à realização de estudos de casos. A revisão bibliográfica subsidiará a análise crítica dos resultados e a elaboração de artigos teóricos sobre o tema. O questionário será estruturado com base na escala Likert e será enviado por e-mail para as empresas pertencentes aos grupos das 500 maiores e 100 melhores empresas para trabalhar do Brasil (referência: revista Exame), visando caracterizar as empresas e identificar seus processos de seleção, integração, capacitação

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ANAIS JORNADA CIENTÍFICA DA PÓS-GRADUAÇÃO DA FEG-UNESP 2016 Guaratinguetá, 26 a 30 de Setembro

Gestão e Otimização 151

e avaliação dos funcionários. Considerando um nível de confiança de 90%, uma margem de erro de 5% (e) e uma heterogeneidade de 50% (p), a fórmula (1) fornece o tamanho mínimo da amostra (n =176) para que as análises do trabalho sejam significantes (ÁGUILA; GONZÁLEZ-RAMÍREZ, 2014).

A fase qualitativa da pesquisa basear-se-á nos resultados da survey e no referencial teórico para suportar a realização dos estudos de caso nas 5 empresas de desempenhos mais altos e nas 5 de desempenhos mais baixos considerando aspectos da capacitação. O protocolo de pesquisa englobará: roteiro das entrevistas, guia para realização das visitas in loco e guia para análise documental. As análises individuais e cruzadas dos casos possibilitarão a elaboração do modelo.

3. Resultados

Esperam-se os seguintes resultados nesta pesquisa: •Diagnóstico dos processos de capacitação das empresas estudadas; •Modelo para planejamento, implantação, avaliação e melhoria da capacitação de equipes de prestação de serviços com contato direto com cliente; •Articulação da teoria relacionada à prestação de serviços com capacitação; •Material instrutivo digital para disseminação das diretrizes para empresas e comunidade acadêmica; •Artigos científicos para revistas com A1, A2 ou B1 em engenharias III e para congressos nacionais e internacionais da área.

4. Conclusões

Com a realização desta pesquisa, espera-se contribuir não apenas com a comunidade acadêmica, por meio da articulação da teoria referente à gestão de serviços e à capacitação, como também gerar uma contribuição aplicada com a elaboração de um modelo que poderá ser utilizado pelas organizações.

Agradecimentos

Em primeiro lugar, gostaria de agradecer a Deus, já que sem Ele eu não estaria aqui, e a

minha família, pais, irmãos e marido, que me apoiam incondicionalmente nas estradas da vida. Gostaria de agradecer ao apoio fundamental e à preciosa orientação do Prof. Otávio e, também, sem dúvida nenhuma, à gloriosa FEG-UNESP por acolher essa filha que a casa torna.

Referências Bibliográficas

[1] M. Chavan, J. Bowden-Everson, E. Lundmark and J. Zwar “Exploring the drivers of service quality perceptions in the tertiary education sector”. Journal of International Education in Business, Vol. 7, No. 2, pp 150-180, 2014.

[2] D. Kang, Y. Park “Review-based measurement of customer satisfaction in mobile service: Sentiment analysis and VIKOR approach”. Expert Systems with Applications, Vol. 41, No. 4, pp 1041-1050, 2014.

[3] R. Dhar “Service quality and the training of employees: The mediating role of organizational commitment”. Tourism Management, Vol. 46, pp 419-430, 2015.

[4] T. Teck-Hong and L. Yong-Kean “Organizational commitment as a moderator of the effect of training on service performance: an empirical study of small-to medium-sized enterprises in Malaysia”. International Journal of Management, Vol. 29, No. 1, pp 65–78, 2012.

[5] M. Á. Revilla-Camacho, M. Vega-Vázquez and F. J. Cossío-Silva “Customer participation and citizenship behavior effects on turnover intention”. Journal of Business Research, Vol. 68, No. 7, pp 1607–1611, 2015.

[6] K. F. Latif “An integrated model of training effectiveness and satisfaction with employee development interventions”. Industrial and Commercial Training, Vol. 44, No. 4, pp 211–222, 2012.

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ANAIS JORNADA CIENTÍFICA DA PÓS-GRADUAÇÃO DA FEG-UNESP 2016 Guaratinguetá, 26 a 30 de Setembro

Gestão e Otimização 152

GERENCIAMENTO DA CADEIA DE SUPRIMENTOS

VERDE (GSCM): UM ESTUDO ENTRE EMPRESAS DA BM&FBOVESPA E DOW

JONES Freitas, P. M. G. F1* e Oliveira, O.1

¹Engenharia de Produção, Lorena, Brasil, 2 Engenharia de Produção, Guaratinguetá,

Brasil * Paula Marcela Gonçalves Alves de Freitas

([email protected])

Resumo: As novas condições dos mercados,

e o apelo por processos produtivos mais sustentáveis têm feito às organizações repensarem suas atividades. Em virtude desta realidade as empresas procuram no Gerenciamento da Cadeia de Suprimentos Verde (GSCM) uma alternativa para serem mais sustentáveis e competitivas. Com este fato, o objetivo do artigo visa elaborar diretrizes introdutórias para o desenvolvimento das iniciativas do GSCM em empresas industriais em geral. O estudo inicialmente realizará pesquisa quantitativa, por meio de survey com empresas da BM&FBovespa e Dow Jones, para identificar as iniciativas verdes e dificuldades de implantação do GSCM e posteriormente a partir do survey elaborar

quatro estudos de caso com as empresas da BM&Fbovespa selecionadas, sendo duas possuidoras de ótimas práticas e outras duas com fraca adoção de iniciativas verdes.

Palavras-chave: Gerenciamento da Cadeia de

Suprimentos Verde, GSCM, BM&FBovespa, Dow Jones.

1. Introdução

Às pressões externas como sociedade, legislações, exigências governamentais e mercadológicas são as principais motivadoras para adoção do GSCM [1] que está ligado às questões relativas às práticas sustentáveis nas atividades de manufatura, remanufatura, logística reversa, projeto do produto, gestão de desperdícios e do final de vida-útil do produto

[2]. O GSCM faz parte de um processo de

inovação da organização e refere-se à

integração das ações ambientais no gerenciamento da cadeia de suprimentos, incluindo todas as áreas, como fornecedores, processo de fabricação, entrega do produto final aos consumidores e gestão final do produto [3].

Em virtude do apelo ambiental e a necessidade de adoção de novas práticas voltadas para o meio ambiente, bolsas de valores como a BM&FBovespa (Bolsa de mercadorias e futuro, e Bolsa de valores de São Paulo) e a Dow Jones (Bolsa de Valores de New York) nos últimos anos buscaram incorporar ações sustentáveis as suas atividades. A publicação dos relatórios de sustentabilidade da Bovespa em junho de 2014 registrou 29% de aderência à iniciativa por parte das companhias [4]. A Dow Jones foi umas das

primeiras bolsas a introduzir a sustentabilidade, não só em seus negócios, mas também em suas ações, criando o índice Dow Jones de sustentabilidade, lançado em 1999 [5]. Em razão do exposto o objetivo geral deste trabalho é elaborar diretrizes introdutórias para o desenvolvimento das iniciativas do GSCM em empresas industriais em geral. Para isto os objetivos específicos são, Identificar as iniciativas verdes e dificuldades de implantação do GSCM, por meio de survey, nas empresas da BM&FBovespa e do índice Dow Jones de

sustentabilidade e realizar quatro estudos de caso com as empresas da BM&Fbovespa selecionadas por meio de survey, sendo duas possuidoras de ótimas práticas e outras duas com fraca adoção.

2. Materiais e Métodos

A realização deste trabalho utilizará inicialmente pesquisa quantitativa, com o uso de survey, que consiste no levantamento de dados de uma amostra significativa relacionada a um problema a ser estudado [6], para identificar as empresas constantes no relatório de sustentabilidade da BM&FBovespa e do índice Dow Jones de sustentabilidade. Posteriormente ao survey será feita uma

pesquisa qualitativa, em forma de estudo de caso, entre quatro empresas da BM&FBovespa, sendo duas portadoras das melhores iniciativas verdes do GSCM e as outras duas com fraca adoção. O estudo de

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Gestão e Otimização 153

caso baseia-se na natureza empírica e investiga um determinando fenômeno, dentro de um contexto de vida real [7]. As etapas propostas para o desenvolvimento do projeto estão presentes na Fig 1.

Fig. 1. Etapas do projeto

A pesquisa inicia-se com a construção do referencial teórico, seguindo todas as etapas até a elaboração das diretrizes do GSCM.

3. Resultados esperados

Espera-se como resultados desta pesquisa o seguinte: - Identificar as iniciativas verdes do GSCM nas empresas do relatório de sustentabilidade da BM&FBovespa e índice Dow Jones de sustentabilidade, pontuando as melhores iniciativas e dificuldades de implantação. - Formular diretrizes para desenvolvimento das iniciativas verdes do GSCM para empresas industriais em geral. - Elaborar artigo científico com os resultados parciais e finais da pesquisa e submete-los a congressos como, Simpep e Enegep. - Elaborar artigo científico para periódicos nacionais com qualis capes B-2 ou B-1. - Elaborar artigo científico para periódicos internacionais com no mínimo qualis capes A-2. - Realização de um workshop sobre GSCM para empresas e pessoas interessadas.

4. Conclusões

Este estudo possibilitará identificar as melhores práticas e dificuldades de implantação do GSCM em empresas industriais e posteriormente gerar diretrizes introdutórias as iniciativas verdes. As limitações desta pesquisa são referentes ao estudo exclusivo de empresas da BM&Fbovespa e Dow Jones, que

eventualmente podem não considerar práticas relevantes em outras empresas. A contribuição científica deste trabalho está em complementar à literatura existente com o estudo sobre as melhores práticas e dificuldades de implantação do GSCM. As contribuições aplicadas podem ajudar e estimular empresas a adotarem o GSCM por meio das diretrizes introdutórias geradas pelo presente trabalho. Para as futuras pesquisas são sugeridas a análise do desempenho financeiro e operacional do GSCM e ampliar a amostra de empresas, com o intuito de identificar outras práticas verdes e possíveis dificuldades de implantação.

Agradecimentos

O primeiro autor está recebendo suporte da CAPES (Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior).

Referências Bibliográficas

[1] K. Govindan, K. Mudulib, K. Devikac, K Barve, A. Center. “Investigation of the influential strength of factors on adoption of green supply chain management practices: An Indian mining scenario”. Resources, Conservation and Recycling, No. 107, pp 185–194, 2016.

[2] S. Hajmohammad, V. Stephan, R. Klassen, I, Gavronski. “Reprint of Lean management and supply management: their role in green practices and performance”. Journal of Cleaner Production, No. 56, pp 86-93, 2013.

[3] J. Sarkis. “A boundaries and flows perspective of green supply chain management”. Supply Chain Management: An International Journal, No. 17/2, pp 202–216, 2012.

[4] Bovespa. Relatório de Sustentabilidade. Disponível em: < http://www.bmfbovespa.com.br/pt br/mercados/download/Lista-empresassustentabilidade.pdf > Acesso em: 10 de Abril de 2015.

[5] Dow Jones. Environmental Policy. Disponível em:<http://new.dowjones.com/about/environment>Acesso em: 19 de Maio de 2014.

[6] MIGUEL. Paulo. Estudo de caso na engenharia de produção: estruturação e recomendações para sua condução. Produção, v. 17, n. 1, p. 216-229, 2007.

[7] CAUCHICK. Paulo Augusto. Metodologia de Pesquisa em Engenharia de Produção e Gestão de Operações. Ed: Elsevier Ltda. 2012.

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MODELO DE ATENDIMENTO À PACIENTES NA

ASSISTÊNCIA MÉDICA ESPECIALIZADA (AME) COM

BASE NA MANUFATURA ENXUTA

Rubia Fernanda Toledo de Oliveira1*, Otavio José de Oliveira1 e Bruno Chaves

Franco 1

1 Departamento de Engenharia de Produção - UNESP, Guaratinguetá, Brasil,

* ([email protected])

RESUMO

A Saúde possui uma complexidade que deve equilibrar continuamente a necessidade de atendimento médico, juntamente com a atenção as questões financeiras. A saúde no Brasil vive uma crise que se traduz em problemas ligados à demora no atendimento, segurança do paciente e erro médico. Uma maneira de melhorar esta situação é o setor de saúde examinar seus processos operacionais e prestar cuidados de forma mais eficiente e eficaz. A utilização da filosofia Lean, tem um papel importante a desempenhar na saúde, prestando um serviço de alta qualidade e reduzindo desperdícios dentro de suas atuais restrições orçamentárias. Em função disto, por meio de uma pesquisa quantitativa-qualitativa com base em uma pesquisa-ação realizada no Vale do Paraíba, estado de São Paulo, objetiva-se elaborar um modelo de atendimento à pacientes na Assistencia Médica especializada (AME) com base na Manufatura Enxuta. Palavras Chave: Saúde no Mundo. Saúde no Brasil. Lean Manufacturing. Lean Healthcare.

1 INTRODUÇÃO

A insatisfação com relação à qualidade da Assistência à Saúde, segundo [2], é decorrente do aumento das demandas por cuidados de saúde, dos custos crescentes, de recursos limitados, de usuários mais exigentes

e conscientes de seus direitos. Desafiando, segundo [3], gestores da saúde a organizarem seus processos de maneira mais eficaz e eficiente.

Para [5], uma maneira de melhorar esta situação é o setor de saúde examinar seus processos operacionais, aplicando conceitos, técnicas e ferramentas da manufatura enxuta (Lean Manufacturin) que vem se destacando como uma alternativa para a reestruturação dos processos de saúde, denominado por Lean Healthcare. A utilização dessa filosofia possui um papel importante a desempenhar na saúde, prestando um serviço de alta qualidade e reduzindo desperdícios dentro de suas atuais restrições orçamentárias [4].

Dentro deste contexto, este trabalho busca um modelo de gestão de atendimento em Ambulatórios Médicos de Especialidades (AME), que possuem a função de suprir a necessidade de ações preventivas e curativas, através de serviços de atendimento médico especializado e exames clínicos, possibilitando a solução de parte dos problemas de saúde, evitando a busca pelo atendimento nas emergências dos hospitais.

1.1 OBJETIVOS

O objetivo desta pesquisa é avaliar o uso de técnicas de manufatura enxuta na gestão do atendimento em serviços médicos especializados.

Para consecução do objetivo geral, os seguintes objetivos específicos são propostos:

Propor um método de organização e gestão do o atendimento em unidades de Assitência Médica Especializada (AME), baseados nos conceitos e práticas da Manufatura Enxuta;

Avaliar os benefícios, quantitativos e qualitativos, que o uso de técnicas da Manufatura Enxuta pode trazer para a qualidade percebida na gestão do atendimento em serviços de saúde.

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Gestão e Otimização 155

2 MATERIAIS E MÉTODOS

A realização deste estudo se dará por meio de uma pesquisa quantitativa-qualitativa com base na Pesquisa-ação.

A pesquisa-ação utiliza uma abordagem científica para estudar a resolução de questões sociais e organizacionais importantes, obtendo resultados desejados não apenas na solução dos problemas imediatos, mais também no aprendizado [1].

3 RESULTADOS ESPERADOS

Redução de filas de espera;

Aumento do atendimento diário;

Aumento na qualidade do atendimento prestado;

Conscientização da população quanto ao aumento na procura pelos serviços preventivos e especializados, evitando a busca pelos atendimentos nas urgências e emergências.

4 AGRADECIMENTOS

A CAPES pelo apoio e fomento à pesquisa e especialmente para este trabalho, pela bolsa de mestrado concedida.

5 REFERENCIAS

[1] COUGHLAN, P.; COGHLAN, D., Action research for operations management. International Journal of Operations & Production Management, Vol. 22 No. 2, 2002, pp. 220-240. [2] GRABAN, M. Lean Hospitals – Improving Quality, Patient Safety and Employee Satisfaction. New York: Taylor & Francis Group, 2009. [3] LAKSHMI, C; SIVAKUMAR, A. I. Application of queueing theory in health care: A literature review. Operations Research for Health Care, 2013, Vol. 2, 25–39. [4] LAUREANI, A; BRADY, M; ANTONY, J. Applications of Lean Six Sigma in an Irish hospital. Leadership in Health Services, No. 4, 2013, Vol. 26, 322-337. [5] WARNER, C. J. et al. Lean principles optimize on-time vascular surgery operating

room starts and decrease resident work hours. Journal Of Vascular Surgery, 2013, Vol. 58, 1417-1422.

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rojetos

P

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Projetos 157

EFETIVIDADE DE PALMILHAS INSTRUMENTADAS NO RETREINAMENTO DE

CORRIDA PARA MUDANÇA DE PADRÃO DE CONTATO

INICIAL

Gustavo Pompêo de Camargo Leme1, José Geraldo Trani Brandão²

¹ ² FEG-UNESP, Guaratinguetá, Brasil, ¹[email protected]

Resumo

A proposta do estudo é avaliar a efetividade do retreinamento de corrida através de biofeedback visual proporcionado pelo uso de palmilhas instrumentadas para mudança de padrão de contato inicial. O objetivo é proporcionar um retreinamento de baixo custo, eficaz e que não obrigue o comparecimento dos participantes ao laboratório de análise de movimento, já que cada corredor terá sua palmilha e realizará o retreinamento em qualquer esteira. Vinte sujeitos, corredores de rua, livres de lesões músculo esqueléticas serão recrutados para realizar o retreinamento de padrão de contato inicial de corrida, de retropé para mediopé e antepé, o que permite minizar as cargas verticais de reação do solo e minimizar muitas lesões provenientes da corrida. Após o período de adaptação e retreinamento os sujeitos serão reavaliados para análise da efetividade das palmilhas.

Palavras-chave

Corrida de rua, retreinamento de corrida de rua, biofeedback

1. Introdução

A incidência de lesões na corrida varia de 19% a 84% e essa porcentagem não tem diminuido nos últimos 30 anos [1]. Entre as lesões mais comuns estão a síndrome do estresse tibial medial e a fratura por estresse da tibia, que possuem relação com pobre

absorção de impacto e totalizam aproximadamente 9% do total [2]. Por ser um esporte de impacto repetitivo, as lesões na corrida são vistas como resultado de sobrecargas ocasionadas por microtraumas acumulativos [3]

Muitos estudos prospectivos têm documentado a presença de alterações mecânicas nos corredores que desenvolvem lesões na corrida e esses achados sugerem relação causal entre mecânica anormal da corrida e as lesões subsequentes. Para minimizar essas alterações, alguns pesquisadores têm utilizado dispositivos externos para fornecer biofeedback visual e/ou

auditivo para reeducar a mecânica dos corredores, que utilizam as informações fornecidas pelos dispositivos para corrigir alguns parâmetros da corrida [4].

Entre as variáveis usadas para analisar a força de impacto durante a corrida, a taxa média de carga vertical aparece como importante fator de risco relacionado às lesões em corredores [1]. Vários estudos para retreinamento de corrida através de biofeedback visual e auditivo obtiveram sucesso na diminuição das forças verticais de reação do solo. Porém a maioria dos estudos utilizam dispositivos de alto custo (esteira com plataforma de força e acelerômetros) para realização do biofeedback, além de necessitar que os

participantes realizem o retreinamento dentro dos laboratórios.

Através das palmilhas instrumentadas com sensores de contato e luzes de LED, há possibilidade de um retreinamento de baixo custo e que pode ser realizado em qualquer esteira.

2. Material e Método

Vinte sujeitos, corredores de rua, livres de lesões que impeçam de praticar esporte, serão recrutados para participar da pesquisa. Inicialmente os participantes serão filmados em vista lateral para confirmar que são corredores que fazem contato inicial com retropé, terão seus pés avaliados para confecção das palmilhas instrumentadas com sensores de contato e receberão orientações de exercícios para adaptação músculo-esquelética com duração de três semanas.

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Projetos 158

O biofeedback fornecido pelas palmilhas será visual, tendo a ativação de um LED vermelho quando o contato inicial for feito com o retropé e um LED verde quando for feito com antepé ou mediopé, no caso de contato no mesmo momento acenderá a luz verde. Após o período de adaptação será iniciado o retreinamento de corrida com duração de quatro semanas, com quatro treinos semanais. Haverá progressão gradual dos treinos, com duração de quinze minutos na primeira semana, vinte minutos na segunda semana, vinte e cinco minutos na terceira semana e trinta minutos na quarta semana. Em seguida os sujeitos serão novamente filmados para verificar o efeito do retreinamento em relação à mudança de padrão de contato inicial.

3. Resultados Esperados

O estudo espera demonstrar que a palmilha instrumentada seja uma ferramenta eficaz, de baixo custo e que permita realizar a retreinamento de padrão do contato inicial de corrida em qualquer esteira. Evitando a necessidade de comparecimento periódico dos corredores ao laboratório de pesquisa.

Referências Bibliográficas:

[1] C. Napier, C. K. Cochrane, J. E. Taunton, M. A. Hunt. “Gait modifications to change lower extremity gait biomechanics in runners: a systematic review”. Br J Sports Med. 49: 1382-1388. 2015.

[2] J. E. Tauton et al. ”Retrospective Case-Control Analisys of 2002 Running Injuries”. Br J Sports Med. 36(2): 95-101. 2002.

[3] A. Hreljac. “Etiology, prevention and, early intervention of overuse injuries in runners: a biomechanical perspective”. Phys Med Rehabil Clin N Am. 16(3): 651-657. 2005.

[4] C. Agresta, A. Brown. “Gait Retrainig for Injured and Healthy Runners Using Augmented Feedback: A Systematic Literature Review”. J Orthop Sports Phys Ther. 45(8): 576-584. 2015.

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Projetos 159

ANÁLISE BIOMECÂNICA DA ORGANIZAÇÃO POSTURAL E MOTORA NO LANÇAMENTO DE PRECISÃO DO FUTEBOL EM CONDIÇÃO DE DUPLA-

TAREFA

Marcelo Guimarães Silva1*, José Geraldo Trani Brandão1 e Henrique Martins Rocha2

1 UNESP – FEG / Departamento de Mecânica, Guaratinguetá, Brasil, 2 UERJ –

FAT / DENP, Resende, Brasil

* [email protected]

Resumo

A coordenação entre postura e movimento é um requisito necessário para realizar tarefas diárias. Neste sentido, o presente experimento investigou esta interação, usando o paradigma da dupla-tarefa (DT), com o objetivo de identificar as estratégias aplicadas durante um movimento de precisão no futebol, por meio da análise dos parâmetros biomecânicos: Centro de pressão e atividade eletromiográfica. Resultados mostraram que a condição de DT promoveu diferenças significativas para os deslocamentos do centro de pressão (aumento da amplitude e velocidade média) somente na direção anteroposterior. Resultados da ativação muscular indicaram haver uma adaptação funcional, a qual resultou numa invariância de ajustes posturais antecipatórios (APAs) desenvolvidos para manter-se um desempenho relativamente eficiente do movimento. Estes achados podem contribuir para diversas modalidades desportivas, bem como para análise de situações do cotidiano.

Palavras-Chave: Interações Postura-movimento; Dupla-tarefa; Lançamento de precisão; Ajustes posturais antecipatórios.

1. Introdução

Compreender as estratégias do controle postural e do movimento, e de que forma esses mecanismos influenciam variáveis de outros

sistemas é uma tarefa importante a ser desenvolvida nas investigações esportivas. Entretanto, certos desequilíbrios não podem ser previstos, principalmente em situações de dupla-tarefa (DT). O objetivo deste estudo foi identificar as estratégias de organização utilizadas pelos indivíduos durante uma tarefa de precisão no futebol, com e sem carga cognitiva adicional, por meio da análise dos componentes biomecânicos; centro de pressão (CP) e eletromiografia de superfície (EMG).

2. Materiais e Métodos

Participaram do experimento, vinte homens adultos saudáveis, os quais foram voluntariamente recrutados (22,1 ± 3,11 anos, estatura 1.79 ± 0.06 m, massa corporal 74,73 ± 8,41 kg, IMC 23,14 ± 1,85 kg/m²). Este estudo foi aprovado pelo Comitê de Ética Local (2014-01-12-6). Os participantes posicionaram-se em apoio unipodal (esquerdo) sobre a plataforma de forças (0,50 m x 0,50 m), conforme mostrado na Figura 1.

Figura 1: Lay-out experimental com vista superior.

A tarefa consistiu em chutar com precisão uma bola utilizando a parte interna do pé, até

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Projetos 160

um alvo (0.40 m x 0.40 m), posicionado ao nível do solo, 3,70m a frente dos participantes. A tarefa foi realizada em duas condições diferentes: Controle (C): somente lançamentos de precisão; e Dupla-Tarefa (DT): lançamento junto com uma tarefa secundária (auditiva), na qual com fones de ouvido, os participantes contaram os “beeps” emitidos numa sequência randomizada. Foram executados 32 lançamentos de precisão, divididos em 4 blocos de 4 lançamentos por condição. Foram investigadas: a) Amplitude e velocidade média dos deslocamentos do CP nas direções médio-lateral (ML) e ântero-posterior (AP); b) Sinal EMG de ativação muscular dos músculos: bíceps femoral (BF), reto femoral (RF), gastrocnêmio medial (GM), e fibular longo (FL) da perna esquerda. Os sinais foram registrados e analisados utilizando uma rotina off-line Matlab. As diferentes medidas foram temporalmente sincronizadas no início do movimento (To), o qual foi definido pelo sinal do acelerômetro triaxial fixado no maléolo direito.

3. Resultados Análises estatísticas dos resultados foram

realizadas por meio de análises de variância (ANOVA), nível de significância p<0.05. Os resultados dos deslocamentos do CP mostraram um principal efeito [F(1,38) = 4.50, p<.05] com aumento da amplitude média para a condição DT, somente na direção AP. Análise da velocidade média do CP na direção AP mostraram um principal efeito [F(1,38) = 11.86, p<.05] com aumento da velocidade na direção AP para a condição DT, sem resultados significativos na direção ML. Análise temporal EMG (latência de ativação dos músculos posturais) mostraram uma significativa interação condição x músculo [F(3,114) = 2.73, p<.05], especificamente para o músculo FL, o qual apresentou uma latência de ativação muscular prévia ao T0 maior na condição C do que na DT [F(1,38) = 6.18, p<.05]. Análise quantitativa da integral do sinal normalizado EMG (-100 ms a +50 ms) mostraram que não houve diferença no efeito para os músculos BF, RF e GM. Por outro lado, o músculo FL mostrou diferença significativa

[F(1,38) = 6.44, p<.05], com menor ativação dos APAs na condição C do que na DT.

4. Discussão

Resultados mostraram que os participantes oscilaram mais na condição DT do que na condição C [1] como demonstrado pelos deslocamentos do CP, principalmente na direção AP. Estes dados sugerem que diferentes estratégias foram desenvolvidas pelo sistema nervoso central para manter-se em estabilidade postural na condição DT, estando de acordo com estudos prévios [2,3], os quais mostraram que os componentes posturais foram iniciados previamente aos componentes focais. Neste sentido, o papel dos APAs foi altamente suscetível às demandas da tarefa, sugerindo que os padrões de respostas destes ajustamentos são regidos pelo estado inicial do sistema, da magnitude da perturbação criada pelo movimento e das oscilações corporais. Portanto, a investigação das estratégias de organizações postural e motoras utilizadas durante uma tarefa de precisão de membros inferiores, pode auxiliar como ferramenta importante na verificação do funcionamento do sistema somatosensorial.

Referências

[1] A. Remaud, S. Boyas, G. Caron, M. Bilodeau. “Attentional demands associated with postural control depend on task difficulty and visual condition”. Journal of Motor Behavior, Vol. 44, No. 5, pp. 329-341, 2012. [2] G. Robert, J. Blouin, H. Ruget, L. Mouchnino. “Coordination between postural and movement controls: effect of changes in body mass distribution on postural and focal component characteristics”. Experimental Brain Research. Vol. 181, No. 1, pp. 159-171, 2007. [3] M. Mezaour, E. You, S. Le Bozec. “Effect of lower limb muscle fatigue on anticipatory postural adjustments associated with bi-lateral-forward reach in unipodal dominant and non-dominant stance”. European Journal of Applied Physiology, Vol. 110, No. 6, pp. 1187-1197, 2010.

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Projetos 161

CONSTRUÇÃO DE UMA PLATAFORMA DE FORÇA

COM MOLAS PARA AVALIAÇÃO POSTURAL

Vania C. dos R. Miranda 1*, José Elias Tomazini 1 e Eugênia C. T. Mattos 1

1 Departamento de Mecânica (FEG/UNESP), Guaratinguetá, Brasil,

* autor correspondente ([email protected])

Embora existam inúmeras ferramentas para a avaliação do controle postural, é possível observar que existem algumas limitações como a subjetividade de alguns testes e a divergência no uso de alguns instrumentos, tais como a espuma na avaliação da interação sensorial. Desta forma os objetivos deste trabalho foram construir uma plataforma de força com molas e avaliar os parâmetros do centro de pressão (CoP) de adultos jovens e idosos saudáveis para verificar se essa ferramenta pode ser considerada um instrumento auxiliar para avaliação de distúrbios de equilíbrio. Para isso, foi construída uma base de suporte com molas para acoplar uma plataforma de força e outra plataforma semelhante, porém com mais elementos, foi construída no Laboratório G-SCOP do Institut Polytechnique de Grenoble (França) para investigações futuras. Doze idosos e doze adultos saudáveis foram avaliados sob as condições (a) olhos abertos (OA) e (b) olhos fechados (OF) sobre plataforma de força estável e instável com molas para comparação de dados. A plataforma com molas causou instabilidade suficiente para produzir diferença estatística na oscilação média do CoP no sentido ântero-posterior (AP) da população adulta e idosa e na direção médio lateral (ML) da população idosa. A plataforma com molas é capaz de gerar instabilidade suficiente para avaliar o controle postural de adultos e idosos saudáveis. Palavras chave: Plataforma de força, controle postural, espuma.

1. Introdução

A avaliação do controle postural é de grande importância para o diagnóstico e monitorização

de distúrbios de equilíbrio. Para tanto, uma das ferramentas mais utilizadas para a avaliação do controle postural é a posturografia, através de plataforma de força [1]. Esta é utilizada para uma avaliação quantitativa do controle postural e também é usada para avaliar e estudar testes clínicos [2], como o Teste Clínico de Integração Sensorial e Equilíbrio (CTSIB) [3], útil como preditor de quedas [4]. Neste teste, que avalia os sistemas sensoriais, utiliza-se uma espuma a fim provocar uma perturbação na informação sensorial na superfície de apoio, para identificar a influência deste sistema no controle do equilíbrio postural [4]. Porém, alguns estudos indicam que as propriedades físicas da espuma podem influenciar a precisão da avaliação postural [5]. Para minimizar os problemas com o uso de espuma na avaliação da função sensorial de forma mais desafiadora, foi elaborada uma plataforma de força composta por molas.

2. Materiais e Métodos

Uma plataforma de força pre-existente no Departamento de Mecânica da FEG/ UNESP foi acoplada em uma base de suporte com quatro molas, uma em cada extremidade, de rigidez conhecida, 18N/mm. Para fazer uma comparação dos dados e permitir uma avaliação mais precisa, uma outra plataforma foi construída no laboratório G-SCOP, no Institut Polytechnique de Grenoble (França). Esta plataforma foi semelhante a utilizada na FEG, porém foi acrescida de um sistema eletromagnético de bloqueio/desbloqueio e sensores de deslocamento potenciométrico. Porém para esta investigação foram obtidos dados somente da plataforma do Departamento de Mecânica da FEG/UNESP.

Fig.1. Plataforma de força com suporte com molas.

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Projetos 162

Fig. 2. Desenho da plataforma construída no

Laboratório G-SCOP

Foram avaliados e selecionados doze adultos jovens e doze idosos com idade média de 25,75 anos e 64,45 anos, respectivamente, de ambos os sexos e saudáveis. Posteriormente foi realizada a avaliação posturográfica de ambos os grupos em quatro condições: (a) em pé sobre a plataforma estável com os olhos abertos (OAE); (b) em pé sobre a plataforma estável com os olhos fechados (OFE); (c) em pé sobre a plataforma com molas (instável) com os olhos abertos (OAI) e (d) em pé sobre a plataforma com molas e com os olhos fechados (OFI). Os parâmetros analisados foram a oscilação média do CoP na direção anteroposterior e médio lateral e para a análise dos dados foi utilizado o teste Two Way ANOVA com significância estatística para p≤0,05.

3. Resultados Foi observado que para os parâmetros de oscilação média do CoP na direção AP houve efeito de estabilidade nas duas populações estudadas. Porém só houve diferença significativa na condição de OA na plataforma instável com aumento de 45% para os adultos. Na população idosa foi observado aumento de 32% da oscilação média AP na condição de OA e de 33% com OF sobre a plataforma instável.

OAE OAI OFE OFI

Oscilação média CoP AP [mm]

Adultos 4,617 6,702ª 5,915 6,042

Idosos 4,944 6,530ª 4,798 6,408ª

Oscilação media CoP ML [mm]

Adultos 3,203 3,408 3,988 3,961

Idosos 1,866 2,636ª 1,927 3,132ª

a Statistic significant p≤ 0,05, Two Way ANOVA

Tabela

1: Valores médios das variáveis do CoP

Para a população jovem não houve nem efeito de estabilidade e nem alteração significativa da oscilação média do CoP na direção ML, já os idosos apresentaram aumento significativo em ambas as condições analisadas sobre a plataforma com molas, com aumento de 41% com OA e 62% com OF, verificando efeito de estabilidade (p<0,0001). A tabela 1 apresenta os dados obtidos.

4. Conclusões

A plataforma com molas é capaz de gerar instabilidade suficiente para avaliar o controle postural de adultos e idosos saudáveis. Além disso, esta ferramenta pode ser útil para identificar risco de quedas pelo aumento da oscilação ML da população idosa, pois é considerado um parâmetro importante como preditor de quedas e mais sensível para os efeitos da idade.

Agradecimentos

Este trabalho foi realizado com o apoio e financiamento da CAPES.

Referências:

[1] M. Duarte, S. M. S. F. Freitas. “Revisão sobre posturografia baseada em plataforma de força para avaliação do equilíbrio”. Rev. Bras. Fisioter., v. 14, n. 3, p. 183–192, 2010.

[2] A. Karlsson, G. Frykberg. “Correlations between force plate measures for assessment of balance”. Clinical Biomechanics, v. 15, n. 5, p. 365–369, 2000.

[3] F. B. Horak. “Clinical assessment of balance disorders”. Gait & posture, v. 6, n. 1, p. 76–84, 1997.

[4] A. Shumway-Cook, F. B. Horak.” Assessing the influence of sensory interaction of balance. Suggestion from the field”. Phys. Ther.,v. 66, n. 10, p. 1548–1550, 1986.

[5] N. Chaikeeree, V. Saengsirisuwan, B. Chinsongkram. “Interaction of age and foam types used in Clinical Test for Sensory Interaction and Balance ( CTSIB )”. Gait & posture, v. 41, n. 1, p. 313–315, 2015.

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ísica

F

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ANAIS JORNADA CIENTÍFICA DA PÓS-GRADUAÇÃO DA FEG-UNESP 2016 Guaratinguetá, 26 a 30 de Setembro

Física 164

COSMOLOGIA DE BRANAS E TEORIAS MODIFICADAS DA

GRAVITAÇÃO EM DIMENSÕES ARBITRÁRIAS

Paulo Michel L. T. Silva*, Alvaro de Souza Dutra e Julio Marny Hoff da Silva

Departamento de Física, Guaratinguetá, Brasil. *([email protected])

Resumo Neste trabalho, nós apresentamos duas investigações. Na primeira investigação, nós estudamos a evolução cosmológica com branas (3+1) não singulares (branas suaves), geradas por um campo escalar minimamente acoplado a gravidade. Nós calculamos o parâmetro de Hubble efetivo e o fator de escala efetivo. Já para a segunda investigação, foi considerado um ambiente em dimensões arbitrárias via mundos branas suaves. Sob tal ambiente, revisitamos duas teorias modificadas da gravitação, Brans-Dicke e f(R)-Einstein-Palatini.

Introdução

Uma das motivações para os modelos de mundos branas surge na segunda revolução das cordas com base na conjectura de Horava-Witten, em que os campos de calibre estão confinados em duas (1+9)-branas situadas nos pontos fixos orbifold. Neste trabalho, mostramos algumas soluções cosmológicas de branas não singulares [2]. Para isso, uma nova métrica 4D é representada pela métrica de Friedmann-Robertson-Walker (FRW).

1. Cosmologia de Branas (Ação e Equações de Campo)

A ação no bulk é dada por

S d5x g 2M3R12

gMNMNV

(1)

Enquanto a métrica é

ds2a2

t,y dt2u2t dr2

1kr2r2d2

sen2d2

b2t,ydy2

(2)

Seja a equação de Einstein

RMN 12

gMNR 14M3

TMN

Usando a equação da métrica e, após algumas combinações das equações de Einstein,

.

2

2 2

.

2

..

.

.uu

..uu

.uu

2

ku2

0

(3)

2

1

2

2

..

.

2

5

.

.uu 2

.uu

2

..uu

2ku2

3

2

23

2

#

(4)

23

V 1

2

2

..

2ku2

.

2

5

.

.uu 2

.uu

2

..uu

3

2

23

2

# (5)

onde a(t,y)=α(y)β(t). Deste modo, através do método de separação de variáveis, podemos resolver separadamente a parte temporal e a parte espacial que constituem as equações de Einstein. A variação da ação com respeito ao campo escalar, ainda nos fornece a equação de movimento para o campo escalar

4 a

a

dVd0

(6)

1.2 Resultados

Soluções dependentes do tempo

Soluções dependentes do espaço (dimensão extra)

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Física 165

1.3 Parâmetro de Hubble efetivo e fator de escala efetivo

Curvatura Caso Hefe aefe

k 0 0 0 constante

k 0 0 1

2 k

k 0

3exp

3 ,

k 0

3tanh

3 ln cosh

3

HefeParametro de Hubble efetivo

aefeFator de escala efetivo

2. Teorias Modificadas da Gravitação em Dimensões

Arbitrárias

Como dito anteriormente, partindo do ponto de vista que o nosso universo pode ser representado por uma brana mergulhada em um espaço-tempo de maior dimensão, muitas vezes torna-se difícil fazer uma análise precisa dos modelos de mundo branas. Deste modo, seria vantajoso obter um conjunto de regras gerais, as quais nos permitam testar novos modelos. Gibbons, Kallosh e Linde, derivaram um conjunto de condições de consistência [2], chamado regras de soma. Eles encontraram um resultado importante, um tipo de teorema no-go

0.

(7) Onde Ф é campo escalar gerador da brana. A métrica que orquestra espaço-tempo D-dimensional no bulk é dada por

ds2gABdXAdXB

W2rgdxdxgabrdradrb

(8) Podemos relacionar o tensor de Ricci do espaço-tempo D-dimensional com o tensor de Ricci na brana bem como com o tensor de Ricci no espaço interno através das equações

DR p1

_

R g

p1Wp1

2Wp1

(9) e

DRab Dp1

Rab p1

WabW

(10) A partir dos traços das equações acima, podemos encontrar uma equação interessante,

WW W1

pp1W2

_

R Rp

R Raa

(11)

2.1 Teoria de Brans-Dicke

RMN 12

gMNR 8

TMN

2MN

12A

AgMN

1MN

8D1D2

TgMN #

(12) 2.2 Formalismo f(R)-Einstein-Palatini

RAB 12

RgAB 8GDTAB

FR

gAB

2fR

fR

FR

1

FR2

D2

ABgABFR2

D2

D1

2FR4

D2

AFR2

D2 BFR2

D2 gAB

2CFR

2

D2CFR

2

D2 , #

(13) 2.3 Resultados

A partir das equações (12) e (13) inseridas na equação (11), chegamos aos seguintes resultados [3]Caso Brans-Dicke 56

43

1

1043

1

V4

1

2,(14)

Caso f(R)-Einstein-Palatini

FR

16G5

aFR2/3

aFR2/3

FR4/30

(15) 3. Conclusões Particularmente, em uma das soluções cosmológicas (Δ=-Σ e k=0), emerge uma solução similar ao modelo ΛCDM, onde Λ representa a constante cosmológica, a qual poderia descrever a fase atual da expansão acelerada do universo. Revisitando as regras de soma para duas teorias modificadas da gravitação, Brans-Dicke e f(R)-Einstein-Palatini, vemos que em ambos os casos é possível relaxar as condições de consistência e branas suaves tornam-se possíveis em tais teorias. Agradecimentos

Os autores agradecem a CAPES pelo financiamento e ao Prof. Dr. Saulo Pereira pelas discussões. Referências Bibliográficas [1] G.W. Gibbons, R. Kallosh and A.D. Linde, J.

High Energy Phys. 01, 022 (2001).

[2] P. Michel, Alvaro S. Dutra e Julio M. Hoff, “Friedmann-Robertson-Walker-Lemaître Braneworlds”, (2016).

[3] P. Michel L. T. da Silva and J. M. Hoff da Silva, “f(R)-Einstein-Palatini Formalism and smooth branes” (submetido), (2016).