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Aperfeiçoamento de um esclerômetro pendular: projeto e execução
(Universidade Federal do Rio Grande do Norte, 2022-09-16) Bezerra, Alexandre Mateus Mendonça; Castro, Nicolau Apoena; http://lattes.cnpq.br/3740711945494961; http://lattes.cnpq.br/7408354659128613; Sousa, Fábio José Pinheiro; https://orcid.org/0000-0002-8381-8806; http://lattes.cnpq.br/9909217959915292; Costa, Francine Alves da; Macedo, Harim Revoredo de
A seleção de materiais resistentes ao desgaste abrasivo requer testes que representem as condições reais de aplicação e uso. Este fato levou ao desenvolvimento da técnica de esclerometria pendular, que permite quantificar a dureza ao risco e a energia de remoção específica de diferentes materiais. Para desenvolver a técnica esclerométrica, partindo-se de um equipamento mais simples, foram propostos e projetados os componentes de interesse, instalados os componentes elétricos, elaboradas adaptações para a realização experimental, validado o equipamento através de testes com riscamentos de amostras aço SAE 1080, vidro e Policarbonato e levantados os dados de energia específica do risco. O equipamento proposto e elaborado mostrou-se capaz de obter os dados da energia de riscamento dos materiais a serem analisados, de forma sistemática, com redução do tempo dos ensaios com relação ao equipamento original, facilidade de execução de metodologia experimental, uso de apenas um corpo-deprova, e uso de diferentes geometrias de amostras e penetradores. Os resultados de uso do equipamento sem riscamento, ou seja, referentes às perdas por dissipações diversas, sugeriram uma alta repetibilidade, com desvio padrão de 0,027 J e coeficiente de variação de 0,15. O equipamento aperfeiçoado e modificado foi considerado validado, uma vez que calculou os valores do volume removido pelo riscamento, obteve o valor da energia específica dos materiais semelhante ao previsto na literatura consultada e trouxe resultados de baixa variabilidade experimental.
Caracterização microestrutural da transformação martensítica induzida por deformação em uma liga NiTi superelástica
(2018-05-24) Rocha Filho, Rivaldo Lins; Nascimento, Rubens Maribondo do; Castro, Nicolau Apoena; ; ; ; Sousa, Fábio José Pinheiro; ; Lourenço, Jorge Magner;
No presente trabalho, estudou-se a influencia de transformações de fase induzidas por deformação de uma liga de NiTi superelastica com composição química aproximadamente equiatômica. Num fio de Nitinol com 1 mm de diâmetro, foram identificadas as fases presentes no material analisado por técnicas de caracterização microestrutural, no estado como recebido e submetido a diferentes raios de curvatura. As amostras foram analisadas via MO e posteriormente por MEV, conforme as imagens, com a redução gradual nos raios de curvatura foi observado um aumento no volume de transformações induzidas mecanicamente, assim como também um refinamento da microestrutura, podendo ser quantificado e medido por estereologia quantitativa. Ensaios de microdureza foram realizados no intuito de verificar variações nas propriedades mecânicas, demonstrando que de acordo com o aumento no nível de deformação ocorre maior indução de transformação martensítica. Pode-se afirmar que a instabilidade das LMF de NiTi superelástica em resposta a tensão, particularmente a derivada de transformação e acumulação de tensão residual.
Contact pressure distribution during the polishing process of ceramic tiles: a laboratory investigation
(IOP Publishing, 2016-02) Sousa, Fábio José Pinheiro; Sani, A. S. A.; Hamedon, Z; Azhari, A
During the polishing process of porcelain tiles the difference in scratching speed between innermost and peripheral abrasives leads to pressure gradients linearly distributed along the radial direction of the abrasive tool. The aim of this paper is to investigate such pressure gradient in laboratory scale. For this purpose polishing tests were performed on ceramic tiles according to the industrial practices using a custom-made CNC tribometer. Gradual wear on both abrasives and machined surface of the floor tile were measured. The experimental results suggested that the pressure gradient tends to cause an inclination of the abraded surfaces, which becomes stable after a given polishing period. In addition to the wear depth of the machined surface, the highest value of gloss and finest surface finish were observed at the lowest point of the worn out surface of the ceramic floor tile corresponding to the point of highest pressure and lowest scratching speed
Controle inteligente de oscilações stick-slip em colunas de perfuração de poços de petróleo utilizando aprendizagem de máquina
(Universidade Federal do Rio Grande do Norte, 2020-12-08) Medeiros, Philippe Eduardo de; Bessa, Wallace Moreira; ; http://lattes.cnpq.br/3256782908311485; ; http://lattes.cnpq.br/5594617038786753; Sousa, Fábio José Pinheiro; ; http://lattes.cnpq.br/9909217959915292; Fernandes, Josiane Maria de Macedo; ; http://lattes.cnpq.br/3438701343488110; Araújo, Marcio Valério de; ; http://lattes.cnpq.br/0827462439273599; Ritto, Thiago Gamboa; ; http://lattes.cnpq.br/8907423644221097
As oscilações stick-slip representam uma das principais causas de problemas e da queda de desempenho do processo de perfuração de um poço de petróleo, além de limitar a vida útil e a produtividade da broca. Embora grandes melhorias tenham sido feitas para superar essa disfunção, o projeto de controladores para esse tipo de sistema é muito desafiador, principalmente em consequência da grande quantidade de incertezas envolvidas. Neste trabalho, um controlador inteligente inspirado numa estrutura biológica é proposto para atenuar as auto-oscilações torcionais em colunas de perfuração de poços de petróleo devido ao fenômeno stick-slip. A estrutura do controlador inteligente é baseada na combinação de uma técnica de controle não linear com inteligência computacional, o que permite ao sistema fazer previsões razoáveis sobre o comportamento dinâmico da planta, adaptar-se às mudanças que acontecem durante o seu funcionamento, aprender interagindo com o ambiente e ser robusto a incertezas estruturadas e não estruturadas. Essas características, que estão associadas com os atributos mais fundamentais da inteligência biológica, são levadas em consideração no projeto do controlador, o qual é baseado na técnica de controle por modos deslizantes juntamente com uma rede neural adaptativa. Um algoritmo de aprendizagem por reforço, baseado no limite de confiança superior (Upper Confidence Bound - UCB), é utilizado para fazer parte do treinamento da rede neural, que é concluído através da atualização online do seu vetor de pesos pela minimização de um sinal de erro composto. As propriedades de limite e convergência de todos os sinais de malha fechada são provadas por meio de uma análise de estabilidade de Lyapunov. Por último, simulações numéricas são apresentadas para validar a eficácia da abordagem proposta na estabilização de velocidade em colunas de perfuração e, consequentemente, na atenuação das oscilações torcionais provocadas pelo fenômeno stick-slip.
Controle inteligente de um robô móvel utilizando modos deslizantes, redes neurais artificiais e aprendizagem por reforço
(Universidade Federal do Rio Grande do Norte, 2021-12-20) Baumann, Gabriel de Albuquerque Barbosa; Bessa, Wallace Moreira; https://orcid.org/0000-0002-0935-7730; http://lattes.cnpq.br/3256782908311485; http://lattes.cnpq.br/9013391108821022; Sousa, Fábio José Pinheiro; https://orcid.org/0000-0002-8381-8806; http://lattes.cnpq.br/9909217959915292; Santana Júnior, Orivaldo Vieira de; http://lattes.cnpq.br/5050555219716698; Cota, Vinicius Rosa
A pesquisa em robôs móveis inteligentes e autônomos tem crescido significativamente devido a suas aplicações militares, civis e industriais, como o monitoramento de plantações agrícolas, o uso em ações de apoio a desastres ambientais, a patrulha de fronteiras, o mapeamento de territórios submarinos ou até mesmo o estudo do comportamento animal. Este trabalho resgata a motivação multi e interdisciplinar da inteligência artificial, partindo de questionamentos filosóficos para chegar à caracterização de sistemas inteligentes e autônomos. Dessa maneira, somente depois de construídas as bases teóricas para a concepção desses agentes, é apresentada uma abordagem bioinspirada para a realização da tarefa de rastreamento de trajetória por um robô móvel omnidirecional, o Robotino® produzido pela Festo® . Com essa finalidade, a estratégia consiste no controle inteligente não linear robusto utilizando Modos Deslizantes, redes neurais artificiais e o algoritmo de aprendizagem por reforço Limite de Confiança Superior. Os fundamentos de cada uma dessas técnicas são apresentados, a fim de justificar, antecipadamente, sua utilização coerente com a proposta teórica, para depois serem incorporadas ao controlador. Assim, apresentam-se Modos Deslizantes e suas limitações acerca de erro residual; as redes neurais artificiais então são aplicadas com o propósito de reduzi-las, porém, também possuem suas restrições; o Limite de Confiança Superior é, portanto, acrescentado com o objetivo de mitigá-las. As características de cada uma das técnicas conferem ao robô robustez na atividade de controle, aprendizagem e autonomia com tomada de decisão, respectivamente, como é explicado a partir dos resultados numéricos e experimentais. O algoritmo elaborado não só alcançou as finalidades propostas, mas também trouxe outros pontos positivos, como evitar a divergência das redes neurais decorrente da atualização contínua de seus pesos. A abordagem desenvolvida com base nos argumentos mais recentes acerca de agentes autônomos obteve ótimos resultados em simulações e em experimentos para o problema de rastreamento de trajetória do Robotino® e representa a tendência crescente de pesquisas na ciência cognitiva corporficada.
Correlação entre os ensaios de esclerometria pendular e método charpy para aços SAE 1080
(Universidade Federal do Rio Grande do Norte, 2023-02-24) Cattaneo, Mariane de Lacerda; Sousa, Fábio José Pinheiro; https://orcid.org/0000-0002-8381-8806; http://lattes.cnpq.br/9909217959915292; https://orcid.org/0000-0003-0398-8723; http://lattes.cnpq.br/7149246970833126; Macedo, Harim Revoredo de; http://lattes.cnpq.br/7784386480787292; Castro, Nicolau Apoena
Busca-se cada vez mais praticidade e rapidez nos processos de análises de materiais. Uma das técnicas para se quantificar a tenacidade ao impacto de amostras metálicas é o método Charpy. Entretanto, a aplicação de análises esclerométricas pendulares para se obter propriedades como tenacidade ao impacto e dureza dinâmica pode ser promissora, pela rapidez e baixo custo, além disso, espera-se tratar de uma alternativa mais adequada para se medir, de forma indireta, a tenacidade ao impacto de chapas metálicas finas que são de difícil medição pelo método Charpy. Além de fatores que dificultam o uso do método Charpy como o comportamento plástico do material, as espessuras padronizadas necessárias e o tempo gasto relacionado à fabricação das amostras. Assim, buscase a correlação entre as duas técnicas na caracterização de amostras de aço carbono SAE 1080. Este material foi escolhido devido à facilidade de se obter amostras com microestruturas homogêneas, através de tratamentos isotérmicos. Foi feita a comparação entre o método Charpy e o método do esclerômetro pendular, incluindo a preparação dos corpos de prova para ambos os equipamentos e tratamentos isotérmicos, além da análise das energias obtidas nos ensaios. Com a comparação dos resultados, foi investigada uma correlação entre ambos os ensaios. O esclerômetro pendular forneceu resultados que apresentaram uma forte correlação com os resultados dos testes Charpy realizados nas amostras, com coeficientes de correlação e de determinação de Pearson de aproximadamente 0,98 e 0,97, respectivamente. Tal correlação entre propriedades significativamente diferentes incentiva a realização de estudos mais aprofundados que possam vir não apenas a explicar os mecanismos envolvidos, mas também ampliar os conhecimentos sobre as propriedades mecânicas dos materiais.
Desenvolvimento de método para quantificação de fases em aços dual phase via EBSD
(2019-08-15) Lima, Lindolpho Sales Dantas da Costa; Sousa, Fábio José Pinheiro; ; ; Peres, Maurício Mhirdaui; ; Castro, Nicolau Apoena; ; Buschinelli, Augusto José de Almeida;
Os aços Dual Phase são aços avançados de alta resistência amplamente utilizados na indústria automobilística para fabricação de corpo automotivo. Compostos por uma microestrutura constituída por ilhas de microconstituinte martensita-austenita (MA), dispersas em uma matriz de ferrita poligonal, apresentam alta resistência mecânica e boa conformabilidade. A quantificação de fases nesses aços é de pronunciada relevância, visto que as propriedades mecânicas são altamente dependentes desse parâmetro. No presente estudo foi analisado um aço Dual Phase submetido a recozimentos em diferentes temperaturas de encharque (720 °C, 740 °C e 760 °C), seguidas de têmpera em óleo. Foram obtidas as quantificações de fases (frações de MA e de ferrita) via análise de imagem de MO e via EBSD, aplicando-se o método IQ (índice de qualidade). Para a quantificação via MO utilizou-se o método de binarização em amostras atacadas com o reativo LePera. Já para EBSD, foram testados três diferentes métodos de análise do histograma de IQ, relatados nesse estudo como método do threshold arbitrário, método threshold atribuído via deconvolução e método das áreas do histograma deconvoluído. Observou-se que o método de quantificação de MA por meio do threshold atribuído via deconvolução foi o mais preciso. Comparando-se os métodos MO e EBSD, este último sempre apresentou resultados mais precisos, proporcionando maior repetitividade.
Estimation of the minimum material removal thickness during the polishing process of ceramic tiles by laser triangulation
(Elsevier, 2018-04-01) Sousa, Fábio José Pinheiro; Soares Filho, José Elson; Aurich, Jan C.; Nascimento, Rubens Maribondo do; Paskocimas, Carlos Alberto
The possibility of controlling the thickness to be removed from each tile during the honing/polishing process of ceramic tiles would avoid unnecessary wear of the abrasive tools, directly minimizing energy and water consumptions. Such technology requires a conveyer belt capable of adjusting the height of the tile surface, together with a measuring system to estimate the most recommendable removal depth for each tile. While the former requirement is still not promptly available in the market, the on-line characterization of the geometrical characteristics of the tiles could be theoretically performed by many techniques. In this context, this study presents the 3D micro-inspection by laser triangulation as a promising technique to be employed at the production line prior to the honing process. To verify this hypothesis, six types of surfaces with different compositions were characterized in terms of 3D topography, waviness profiles, and surface roughness. The results indicate that the methodology adopted in this study is able to provide precise information regarding the minimum layer to be individually removed from the tile surfaces. In addition, it was also observed a relationship between the surface waviness and the tile composition. In contrast to the value of ca. 10% typically adopted in most ceramic industries, for the surfaces considered in this study, the minimum removal layers were found to be between 1.08% and 2.37% of the initial thickness
Estudo da microestrutura do aço DP780 cortado por puncionamento em temperaturas ambiente e ariogênica
(Universidade Federal do Rio Grande do Norte, 2023-09-15) Barbosa, Henrique Tomé; Sousa, Fábio José Pinheiro; https://orcid.org/0000-0002-8381-8806; http://lattes.cnpq.br/9909217959915292; http://lattes.cnpq.br/5931691750113803; Alves, Salete Martins; https://orcid.org/0000-0002-2659-4746; http://lattes.cnpq.br/8550161853747323; Castro, Nicolau Apoena; Ferreira, Jetson Lemos
Aços dual-phase (DP) ou aços bifásicos são aços avançados de alta resistência (AHSS) utilizados na construção de partes do corpo de automóveis devido à sua elevada resistência, estampabilidade e capacidade de absorver energia ao deformar-se. Ganharam grande importância desde o Acordo de Paris (2016), pois sua utilização em substituição de aços convencionais torna os automóveis mais leves e menos poluidores. Para a construção dessas partes automotivas, os aços bifásicos passam por processos de estampagem, nos quais são cortados, prensados e dobrados, a fim de comporem a forma final da parte desejada. Durante esses processos, a qualidade da borda de corte desses aços é fator muito importante, pois uma borda com presença de mais e maiores heterogeneidades e defeitos pode levar à falha da peça ainda durante sua fabricação. Uma borda de corte mais homogenia, com menos vazios e microtrincas é imprescindível para a boa estampabilidade desses materiais. Visando apresentar um método para melhorar a qualidade das bordas de corte do aço DP780, o presente trabalho realizou o estudo qualitativo e quantitativo das microestruturas de bordas de corte desse aço cortadas por puncionamento em temperaturas criogênica e ambiente e as comparou, a fim de averiguar sua qualidade e homogeneidade, bem como quantidade de deformação plástica. A análise das microestruturas foi realizada através da técnica Electron Backscatter Diffraction (EBSD) utilizando um microscópio eletrônico de varredura (MEV). Foi concluído que a refrigeração localizada por vapor de nitrogênio líquido é efetiva para a indução de fratura frágil no aço bifásico DP780, estendendo a região fraturada e diminuindo a área cisalhada nas bordas de corte, reduzindo a deformação plástica na microestrutura superficial e interna à borda. Resultados qualitativos mostraram a capacidade desse método de diminuir a deformação plástica nas bordas de corte do DP780 em até 37% quando realizado em temperatura criogênica (≤ -150oC) e velocidade de 575 mm/s.
Experimental evaluation of on-line discrete tile rotations in the polishing process of ceramic tiles
(Elsevier, 2016-08) Sousa, Fábio José Pinheiro; Aurich, Jan C.; Nascimento, Rubens Maribondo do; Paskocimas, Carlos Alberto; Tartas, Danieli
This work evaluates a new kinematics for the industrial polishing process of porcelain stoneware tile. In addition to the typical motions available in industrial polishing trains, each ceramic tile undergoes a discrete rotation during the polishing process, so that more uniform gloss distributions can be obtained without radical changes in the industries facilities. The consequences of this alternative were quantitatively analyzed. A customized computer numeric control (CNC)-machine was used for obtaining the corresponding experimental results. A reasonable linear correlation between theoretical and experimental gains in uniformity was verified, making viable the use of computational simulations to assist the on-line decisions during the tile production
Influence of temperature on polycrystalline silicon solar cell technologies
(2019-10-11) Araújo, Nicolas Matheus da Fonseca Tinoco de Souza; Sousa, Fábio José Pinheiro; Costa, Flávio Bezerra; ; ; ; Tapia, Gabriel Ivan Medina; ; Souza, Juliana Ricardo de;
Ao longo dos anos, a contribuição da energia fotovoltaica para um mundo ambientalmente consciente está continuamente crescendo, enquanto seus custos, reduzindo. Nas tecnologias fotovoltaicas (PV), a temperatura da célula solar e a irradiação solar incidente são os principais fatores os quais afetam seu desempenho. O foco desse trabalho é a análise da influência da temperatura sobre as células fotovoltaicas, tendo em vista seu impacto nos parâmetros físicos desta tecnologia, na capacidade de simulação dos modelos equivalentes existentes e na efetividade dos simuladores solares. Por conseguinte, a fim de compreender esses efeitos, fezse um estudo acerca do impacto da temperatura nos parâmetros de desempenho de uma célula solar de silício, uma busca por qual o modelo mais adequado para simular células fotovoltaicas com a temperatura de operação variando e uma análise do efeito da temperatura nas condições de simulação ao utilizar um simulador de baixo custo, o SOLSIM. O experimento foi realizado utilizando células fotovoltaicas policristalinas de silício com um intervalo de temperatura de 20 a 60 °C sobre uma intensidade luminosa média de 1.000 W/m², empregando um simulador solar (SOLSIM) desenvolvido pelo INPE e adaptado pelo autor. Neste trabalho, uma breve revisão das diversas relações matemáticas envolvendo a influência da temperatura sobre as células solares foi desenvolvida. Mostrou-se que no intervalo entre 20 e 60 °C os parâmetros da célula solar de silício policristalino variam linearmente com a temperatura, e a potência é reduzida com o aumento da temperatura. Na literatura, identificaram-se sete equações as quais determinam a dependência entre os parâmetros da célula solar e a temperatura. As principais pesquisas acerca do problema de estimação dos parâmetros dos modelos equivalentes de células solares são classificadas de acordo com o número de parâmetros, a forma de extração dos parâmetros, as equações de translação e o material da célula. Uma classificação qualitativa foi realizada e, assim, encontraram-se quatro modelos como sendo os melhores para simular o comportamento de uma célula PV: Boutana et al. (2017), Mahmoud and Xiao (2013), Orioli and Di Gangi (2013) and Ishaque (2011). A temperatura é determinante do valor teórico máximo para a corrente gerada em função do simulador solar utilizado.
Influência da granulometria abrasiva #600 no polimento de porcelanatos com diferentes formulações
(2020-02-14) Paiva, Hérico Silva de; Sousa, Fábio José Pinheiro; ; ; Paskocimas, Carlos Alberto; ; Soares Filho, José Elson;
O porcelanato tem se destacado como um dos revestimentos cerâmicos de maior importância, uma vez que seu desenvolvimento proporcionou produtos de excelente qualidade técnica e estética. Para aprimorar suas características, o porcelanato é submetido a um processo de polimento que, além de complexo e importante, tem um alto consumo de água, energia e abrasivos. Paralelamente, além do desempenho tecnológico expressivo, há também a tendência ao uso de revestimentos sustentáveis por meio do reaproveitamento de rejeitos. No caso de porcelanatos polidos, a obtenção da curva de ganho de brilho no processo de polimento se faz necessária, tanto para guiar o aperfeiçoamento da operação de polimento, quanto para validar o reaproveitamento de resíduos pela incorporação de material na formulação da massa. O presente trabalho objetiva ambos propósitos. Para tanto, serão obtidas curvas de ganho de brilho com e sem a adição de rejeitos de cerâmica vermelha (Chamote), considerando simultaneamente a variação da rota de polimento industrial. Para todos os ensaios, a sequência de polimento aconteceu normalmente do abrasivo #36 ao #400, sendo seguido de três rotas de polimento distintas até o abrasivo #800. Após a passagem dos abrasivos, a avaliação da influência da variação da rota foi feita pela medição de brilho e rugosidade superficial das amostras. Os resultados demonstraram a aplicabilidade do porcelanato com chamote que obteve respostas de brilho final em média 16,8% maior que o porcelanato padrão. Foi possível verificar que, dentro dos parâmetros usados, não houve influência significativa da variação da rota de polimento, sendo possível omitir o abrasivo #600, sem perda estética significativa.
Influência da microestrutura no processo de polimento de porcelanatos produzidos com resíduos industriais
(2018-05-25) Soares Filho, José Elson; Nascimento, Rubens Maribondo do; Sousa, Fábio José Pinheiro; ; ; ; Hotza, Dachamir; ; Dutra, Ricardo Peixoto Suassuna; ; Acchar, Wilson;
Atualmente a preocupação com a conservação das fontes naturais de matérias-primas está em evidência, gerando uma notória consciência ambiental em todo o mundo. A muito tempo se discute a importância de produtos ecologicamente corretos. O setor de revestimentos cerâmicos é perfeitamente capaz de absorver uma gama de produtos industriais em suas composições. Há aproximadamente duas últimas décadas, pesquisas têm sido realizadas visando a obtenção de revestimentos cerâmicos ecologicamente corretos com a tipologia de porcelanato a partir da incorporação de resíduos industriais como matérias-primas alternativas. No entanto, a maioria dessas investigações sobre a viabilidade técnica da inserção de resíduos industriais ficaram focadas no desempenho tecnológico e mecânico. O comportamento em relação ao ganho de brilho de revestimentos cerâmicos ecologicamente corretos permanece desconhecido tanto no campo da pesquisa científica quanto no âmbito industrial. Assim, o presente trabalho tem como objetivo principal avaliar a influência da diferença microestrutural, causada pela inserção de resíduos industriais, na qualidade da superfície final, considerando o processo de polimento. Para tanto, foram desenvolvidas composições de porcelanato ecologicamente corretas a partir de diferentes resíduos industriais do estado do Rio Grande do Norte, Brasil. As características da superfície antes do processo de polimento foram mensuradas e mapeadas em 3D. Os parâmetros cinemáticos de polimento foram mantidos constantes, assim como o tempo de polimento foi intencionalmente saturado, a fim de garantir que a diferença microestrutural seja a única variável a ser relacionada ao brilho final atingido. No total, seis composições ecologicamente corretas foram polidas, três delas com diferentes proporções de resíduos da quebra de tijolos e telhas e outras três de diferentes proporções do resíduo do beneficiamento do minério de caulim primário. A qualidade superficial das composições foi caracterizada pela determinação das curvas de brilho e rugosidade, bem como pela morfologia das amostras. Os padrões foram comparados a uma composição livre de resíduos. Os resultados experimentais validam todo o potencial de utilização de resíduos industriais como matérias-primas alternativas para a produção de porcelanatos ecológicos polidos, possibilitando a transferência direta de conhecimento para o setor produtivo e contribuindo para a diversificação da matriz industrial brasileira na direção de produtos tecnologicamente mais avançados e de maior valor agregado.
Instrumentação de um dinamômetro para a medição das componentes da força de usinagem no corte ortogonal
(Universidade Federal do Rio Grande do Norte, 2021-09-10) Saraiva, Igor Maia; Melo, Anderson Clayton Alves de; Sousa, Fábio José Pinheiro; Souto, Ulisses Borges
Neste trabalho, o dinamômetro projetado e construído por Braga (2019) foi instrumentado com 02 células de carga do tipo strain gauge com capacidade de 500 N, para a medição das forças de corte e de avanço no torneamento ortogonal. Os sinais analógicos produzidos pelos transdutores das células de carga foram amplificados e digitalizados através de um circuito eletrônico baseado na plataforma Arduino Uno. Os sinais digitalizados foram usados para gerar arquivos numéricos com os valores das forças de corte e de avanço, que foram plotados em função do tempo. Foi realizada a aferição estática do instrumento no Laboratório de Manufatura da UFRN utilizando massas-padrão de 5 kg pertencentes ao Laboratório de Metrologia desta mesma universidade. Foram feitos testes de torneamento ortogonal com o protótipo em corpos de prova de diferentes materiais, onde a velocidade de corte e o avanço foram variados. Os resultados obtidos foram satisfatórios e coerentes com a teoria acerca das forças desenvolvidas na operação de torneamento. Por fim, observou-se que o instrumento desenvolvido atingiu os resultados esperados, tornando-se um novo equipamento disponível e aplicável, não apenas para a elaboração de futuros projetos, mas também em aulas, workshops, apresentações e oficinas a nível de graduação e pós-graduação no curso de Engenharia Mecânica da UFRN. Útil não apenas para auxiliar no entendimento de como as forças de corte se alteram à medida que alguns parâmetros são modificados, mas também para potencializar a compreensão dos alunos sobre o processo de usinagem.
Micromachining of PMMA—manufacturing of burr-free structures with single-edge ultra-small micro end mills
(Springer, 2018-03-10) Sousa, Fábio José Pinheiro; Reichenbach, Ingo G.; Bohley, Martin; Aurich, Jan C.
Nowadays, the prototypes of microfluidic systems are generally produced via micromilling of thermoplastic polymethyl meth-acrylate (PMMA). The main limitations are the design of micro tools with diameters D ≤ 50 μm adapted for each application, and the understanding of the machining process itself. The objective of this research work is to contribute to mastering the process of PMMA micromilling with tool diameters D ≤ 50 μm on a 3-axes precision milling machine. For this purpose, the process design must include the complete process chain—from the CAD/CAM data up to the final structure geometry. The main requirements are the manufacture of microfluidic structures with Ra < 60 nm on the groove bottom and a top burr overhang h0 < 3 μm. Based on the experimental results, milling parameters were established and the influence of the tool geometry on the burr formation was determined. Finally, CAD/CAM machining strategies were recommended
Modelo numérico multiescala para previsão da curva tensão-deformação de aços dual phase pelo método tensão RVE
(Universidade Federal do Rio Grande do Norte, 2020-02-27) Bernardo, Luan; Sousa, Fábio José Pinheiro; ; http://lattes.cnpq.br/9909217959915292; ; http://lattes.cnpq.br/7170653774522253; Castro, Nicolau Apoena; ; http://lattes.cnpq.br/3740711945494961; Costa Júnior, João Carlos Arantes; ; http://lattes.cnpq.br/5028446242533356; Buschinelli, Augusto José de Almeida; ; http://lattes.cnpq.br/9684649153800847
O aço dual phase tem se destacado na classe dos Aços Avançados de Alta Resistência, mostrando-se uma alternativa viável para diminuição de emissão de gases emitidos por veículos de mobilidade, principalmente, veículos automotivos movidos à combustão. O aço DP é tido como um microcompósito provido de microestrutura bifásica composta por ilhas de martensita dura e resistente dispersa na matriz ferrítica dúctil e macia, o que confere propriedades mecânicas demandadas pela indústria de mobilidade com boa relação de custo-benefício. Alguns dos benefícios proporcionado pelo material, relacionado aos veículos, é a possibilidade de projetá-los para o aumento da segurança dos passageiros, reduzir o peso estrutural e, consequentemente, a diminuição do consumo energético. Dada a importância dos aços DP, um modelo numérico multiescala foi desenvolvido para determinar o comportamento de tensão-deformação para diferentes microestruturas de aço DP obtidos através da aplicação de ciclos térmicos intercríticos distintos. Um programa computacional foi desenvolvido em linguagem FORTRAN para a leitura do processamento digital de imagem e identificação de fases no domínio da malha de elementos finitos, a qual é projetada no Elemento Representativo de Volume real gerado a partir informações oriundas da técnica Difração de Elétrons Retroespalhados. O equacionamento constitutivo de plasticidade aplicado é baseado na teoria de deslocamento de Taylor, tornando possível realizar a simulação de tração uniaxial através do Método dos Elementos Finitos em plataforma numérica de código comercial ABAQUS CAE. A Teoria da Homogeneização é então aplicada para converter o comportamento de escala micro para macro, sendo usado ensaio mecânico de tração uniaxial para validação experimental. Foram avaliados no modelo numérico três microestruturas de aços DP desenvolvidas a partir da aplicação de três níveis de recozimento intercrítico com temperaturas de 720ºC, 740ºC e 760ºC. As previsões das curvas tensão-deformação foram analisadas conforme a influência do tamanho e posicionamento do RVE.
Obtenção e caracterização de nanocatalisadores de WC e Ni suporatados em Al2O3 e MCM-41
(Universidade Federal do Rio Grande do Norte, 2023-08-07) Silva, Fernando Erick Santos da; Sousa, Fábio José Pinheiro; Nascimento, Rubens Maribondo do; https://orcid.org/0000-0001-9094-0044; http://lattes.cnpq.br/8671649752936793; https://orcid.org/0000-0002-8381-8806; http://lattes.cnpq.br/9909217959915292; https://orcid.org/0000-0001-6971-6718; http://lattes.cnpq.br/9074860488805508; Lima, Maria José Santos; Raimundo, Rafael Alexandre; Gomes, Uilame Umbelino
A busca por novas fontes de energia renovável é uma preocupação mundial para um desenvolvimento cada vez mais sustentável. Dentre as fontes de energias renováveis, o hidrogênio (H2) é apontado como uma alternativa ao uso de combustíveis fósseis, pois apresenta impactos ambientais mínimos. O presente trabalho buscou obter e caracterizar catalisadores de níquel (Ni) e carbeto de tungstênio (WC) suportados em alumina (Al2O3) e MCM-41 como possíveis candidatos para a produção de H2 via reforma a seco do metano (CH4). Vários metais de transição, como Co, Pd, Pt, Ru, Rh, Ir e Ni, podem ser usados na reação de reforma. O carbeto de tungstênio apresenta comportamento semelhante ao da Pt em diversas reações catalíticas, proveniente da modificação da estrutura eletrônica do tungstênio pela adição do carbono. Nesse contexto, conseguimos sintetizar catalisadores de (Ni10%p) e (WC10%p) suportados em Al2O3 via impregnação incipiente com água destilada, e catalisadores de (Ni10%p), (WC10%p), (Ni2%p-WC8%p), (Ni5%p-WC5%p) e (Ni8%p-WC2%p) suportados em MCM-41 via impregnação incipiente com etanol. O (WC) usado no estudo foi produzido por carborredução de paratungstato de amônio (APT). O material obtido foi então caracterizado por difração de raios X (DRX), fluorescência de raios X, espectroscopia Raman, adsorção e dessorção de nitrogênio pelo método BET, e por microscopia eletrônica de varredura (MEV). Com base nos resultados obtidos, foi possível concluir que o processo de síntese do WC foi eficiente, produzindo carbetos com estrutura nanométrica (15,5nm) e morfologia das partículas de formas e tamanhos irregulares. A impregnação incipiente mostrou-se um método eficaz para todas os catalisadores obtidos, sendo que a fase níquel apresentou melhor dispersão sobre o suporte de alumina e o MCM41, que a fase WC. Porém quando tem-se as duas fases ativas (WC-Ni) a dispersão nos suportes melhora significativamente para a fase ativa WC. O catalisador (Ni10%p/Al2O3) apresentou uma área superficial específica de 3,60 m²/g, e, o catalisador (WC10%p/Al2O3), uma área superficial específica de 2,2 m²/g. O catalisador Ni10%p/MCM-41 apresentou área superficial específica de 588,56 m²/g, já o catalisador WC10%p/MCM-41 mostrou uma área superficial de 870,63 m²/g, aumentando significativamente em relação a fase ativa níquel (Ni10%p/MCM-41).
Polishing performance of eco-friendly porcelain stoneware tiles reusing bricks and roof tiles wastes
(Elsevier, 2020-05-20) Paskocimas, Carlos Alberto; Soares Filho, José Elson; Aurich, Jan C.; Sousa, Fábio José Pinheiro; Nascimento, Rubens Maribondo do; Silva, A. H. A.
The industrial production of bricks and roof tiles plays a significant role in the economy of the state of Rio Grande do Norte, in northeastern Brazil. In the last years, production has grown exponentially, and so has the production of the waste from the breakage of those materials. Consequently, the concern has also arisen over the final disposal and reuse of this waste. Several studies reported the incorporation of this waste in the ceramic tiles matrix for porcelain stoneware tile, but only focused on the evaluation of basic technological properties. The present work investigates the influence of this waste over the gloss-gaining curve of the final products. The polishing behavior of three different eco-friendly compositions, with 5, 10 and 15% of waste from the breakage of bricks and roof tiles incorporated, was evaluated in comparison with standard composition, waste-free. For this purpose, porcelain stoneware tile samples were prepared and their corresponding microstructures were characterized. The industrial polishing condition was reproduced on a laboratory scale, keeping the same abrasive agent, SiC, in an automatic metallographic polishing machine. The roughness and gloss performances through the abrasive sequence adopted were investigated. Additionally, the texture of the surfaces was also evaluated. The results show a positive influence of the microstructure caused by the waste on the polishing performance, reaching a maximum of 72.7 gloss units for the composition with 15% of waste incorporated, representing an improvement of 13.7 gloss units comparing to the waste-free composition. Furthermore, the investigation indicates the feasibility and the promising potential of the polishing process of formulations containing this waste as an alternative raw material
Projeto de um disparador de petecas de badminton
(Universidade Federal do Rio Grande do Norte, 2022-12-16) Ribeiro, Lucas Gualberto Santos; Santana Junior, Orivaldo Vieira de; Sousa, Fábio José Pinheiro; http://lattes.cnpq.br/9909217959915292; http://lattes.cnpq.br/5050555219716698; http://lattes.cnpq.br/7189460225731649; Alsina, Pablo Javier; http://lattes.cnpq.br/3653597363789712; Rodrigues, Marconi Camara; http://lattes.cnpq.br/8978636405364287
Como objetivo principal de estudo, este trabalho visa projetar um sistema mecatrônico de disparo de petecas para auxiliar atletas de badminton a aperfeiçoarem suas habilidades técnicas e táticas. Para alcançar esse objetivo foram desenvolvidos 4 módulos com funções específicas: armazenamento, separação, posicionamento e disparo de petecas. Esses módulos são movimentados por motores de passo Nema 17HS4401. As petecas seguem um caminho, passando por cada parte do sistema, desde os tubos de armazenamento até serem lançadas por dois motores brushless DC Surpass Hobby 3650. O controle de cada módulo foi feito com o microcontrolador ATMega328P auxiliado pelos drivers A4988 e ESC 120A. A garantia de que os processos irão acontecer de acordo com o projeto se deu por meio dos sensores: chave de fim de curso, efeito Hall e ultrassônico HC-SR04.
Projeto, fabricação, construção e testes de um tribômetro FZG reduzido com carregamento variável
(Universidade Federal do Rio Grande do Norte, 2021-04-05) Silva, Lenine Marques de Castro; Alves, Salete Martins; ; ; Silva, Carlos Henrique da; ; Sousa, Fábio José Pinheiro;
A ampla utilização de engrenagens no setor produtivo industrial proporcionam soluções de engenharia para problemas de transmissão de potência e conduzem pesquisas científicas na engenharia mecânica para a melhoria da eficiência reduzindo perdas em função do desgaste e do atrito. Uma das formas de reduzir o atrito e o desgaste é aprimorando a lubrificação das engrenagens. Esse trabalho objetiva construir e testar um tribômetro capaz de reproduzir o contato entre engrenagens cilíndricas de dentes retos visando promover o desgaste nos pares de engrenagens testados. O projeto conceitual se baseou no tribômetro desenvolvido no instituto FZG da Universidade Técnica de Munique que é padronizado pelas normas DIN ISO 14635-1:2000, ASTM D 5182-97 e DIN 51354-1. O tribômetro consiste na transmissão de potência entre duas caixas de engrenagens interligadas por dois eixos paralelos no formato back-to-back de recirculação de potência. O projeto conta com: (a) um sistema de carregamento com massas-padrão que visa acelerar o desgaste nos dentes das engrenagens aplicando torque ao sistema por meio de um sistema de pinça e disco de freio; (b) uma base rígida de perfis de alumínio estrutural que apresenta rigidez e flexibilidade para ampliação do tribômetro no futuro; (c) um limitador de torque mecânico com pré-carga de torque com o intuito de assegurar o engrenamento das engrenagens; e (d) um sistema elétrico controlado por um inversor de frequência programável. Os componentes projetados foram fabricados na UFRN ou adquiridos no mercado e, posteriormente, montados na UFRN. Após a montagem, o tribômetro passou por um ensaio inicial o qual visou: (i) constatar o induzimento ao desgaste nos dentes das engrenagens com auxílio de imagens ampliadas; e (ii) mapear as condições e variáveis de trabalho da máquina. Os parâmetros rotação e carregamento foram variados em um planejamento fatorial 3². A variável de resposta “corrente elétrica” foi analisada com método das superfícies de respostas.

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