TCC - Engenharia de Materiais

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ILATIT - Centro de Tecnologia e Infraestrutura - Bacharelado em Engenharia de Materiais

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Adaptação de Controladores em um Rotofiador para o Ajuste de Parâmetros na Produção de Fibras
(2021) Harka, Nathielle Lopes; Orientação
A rotofiação é um método utilizado para obtenção de fibras de diferentes tipos de materiais, possibilitando suas aplicações em segmentos como a de filtração, isolamento térmico e acústico e para a engenharia de tecidos. Além disso, a técnica oferece inúmeras vantagens em relação a outros métodos de produção de fibras, como por exemplo, uma maior taxa de produção, fácil implementação, não requer campos elétricos de alta tensão e ainda permite o controle da morfologia de fibras ajustando-se algumas variáveis do processo. Com base nessas observações, este trabalho teve como objetivo arquitetar um rotofiador possuindo parâmetros ajustáveis a partir de um equipamento básico empregado na produção de algodão doce. Esse tipo de equipamento é portátil, possui baixo custo e é de fácil operação. Para isso, foi modificado a sua estrutura e parte elétrica, sendo adaptado com sucesso controladores de temperatura e velocidade de rotação. Com um baixo orçamento, foi possível desenvolver um rotofiador funcional possuindo parâmetros ajustáveis e potencial para processar diferentes materiais. Em um teste preliminar com sacarose granulada, realizado apenas para verificação de funcionamento do equipamento e atestar a sua capacidade de produzir fibras, foi observado que tanto a temperatura como a velocidade de rotação exercem uma grande influência no processo. Quando esses parâmetros não estão alinhados, além de ocorrer perda de material por ejeção as fibras podem não se formar adequadamente, apresentando muitos grumos. Com o rotofiador finalizado e em pleno funcionamento, agora é possível prosseguir com os estudos para um maior entendimento da influência desses parâmetros na formação de fibras a partir de testes sistemáticos com diferentes materiais.
Análise do desgaste em AA6061 e compósitos reforçados com diferentes teores de SiC
(2025-08-27) Sombrio, Juliana
O avanço tecnológico tem impulsionado a busca por materiais com maior resistência mecânica, leveza e durabilidade, especialmente em setores como a indústria automotiva, aeronáutica e de manufatura. Nesse cenário, os compósitos de matriz metálica, vem se destacando por apresentarem melhorias significativas nas propriedades mecânicas e tribológicas. A liga AA6061, amplamente utilizada na indústria, possui boa resistência mecânica e leveza, porém apresenta limitações quanto a resistência ao desgaste. A adição de reforços cerâmicos como carbeto de silício (SiC) é uma estratégia promissora para superar essas limitações. Neste trabalho, investigou-se o comportamento ao desgaste da liga de alumínio AA6061 e de compósitos reforçados com 5% e 15% de SiC em massa, produzidos por fundição com agitação manual. As amostras foram caracterizadas macro e micro estruturalmente e realizou-se ensaios de desgaste do tipo pino-sobre-disco, com parâmetros baseados na norma ASTM G99. Os testes foram conduzidos a uma velocidade de 0,8 m/s, com carga de 7,2 N e distância percorrida de 2400 metros. Os resultados indicam que a presença do SiC promoveu um melhor desempenho no aspecto tribológico, apresentando perda de massa mínima e predominância do desgaste abrasivo. A análise da superfície desgastada sugere que houve uma contribuição do SiC no aumento de resistência ao desgaste, apresentando sulcos menos profundos e aparentemente menor deformação plástica na amostra com maior teor de reforço. Resumen El avance tecnológico ha impulsado la búsqueda de materiales con mayor resistencia mecánica, ligereza y durabilidad, especialmente en sectores como la industria automotriz, aeronáutica y de manufactura. En este contexto, los compuestos de matriz metálica se han destacado por sus mejoras significativas en las propiedades mecánicas y tribológicas. La aleación AA6061, ampliamente utilizada en la industria, posee buena resistencia mecánica y bajo peso, pero presenta limitaciones en cuanto a la resistencia al desgaste. La adición de refuerzos cerámicos como el carburo de silicio (SiC) es una estrategia prometedora para superar estas limitaciones. En este trabajo se investigó el comportamiento frente al desgaste de la aleación de aluminio AA6061 y de compuestos reforzados con 5% y 15% de SiC en masa, producidos mediante fundición con agitación manual. Las muestras fueron caracterizadas macro y microestructuralmente y se realizaron ensayos de desgaste tipo pin-on-disk, con parámetros basados en la norma ASTM G99. Las pruebas se realizaron a una velocidad de 0,8 m/s, con una carga de 7,2 N y una distancia recorrida de 2400 metros. Los resultados indicaron que la presencia de SiC promovió un mejor desempeño tribológico, presentando una pérdida mínima de masa y predominancia de desgaste abrasivo. El análisis de la superficie desgastada sugiere que el SiC contribuyó al aumento de la resistencia al desgaste, con surcos menos profundos y aparentemente menor deformación plástica en la muestra con mayor contenido de refuerzo.
Aprendizado profundo aplicado à predição da irradiância solar por meio do método híbrido de predição
(2025-03-13) Souza, Gustavo Campoi de
A predição da irradiância solar é essencial para otimizar sistemas fotovoltaicos e mitigar a intermitência da geração solar na rede elétrica. Este estudo avalia e compara a acurácia do Método Híbrido de Predição (MHP) utilizando Redes Neurais Artificiais (RNA) MultiLayer Perceptron (MLP) e duas arquiteturas de Aprendizado Profundo (Deep Learning): Redes Neurais Recorrentes (RNN) e Long Short-Term Memory (LSTM). O objetivo é verificar se modelos que capturam dependências temporais (RNN e LSTM) proporcionam maior acurácia preditiva em comparação à RNA convencional do MHP. Os experimentos foram realizados com dados de irradiância solar e imagens all-sky (180°) coletados entre 2014 e 2016, considerando três horizontes de predição (1, 5 e 15 minutos). Foram aplicadas validação cruzada de 3-folds e otimização Bayesiana para ajuste de hiperparâmetros. A acurácia foi avaliada pelas métricas RMSE, MAE e R². Os resultados indicam que a RNA obteve o menor RMSE médio geral (70,42), enquanto RNN apresentou o maior erro médio (75,5). Apesar da pequena vantagem da RNA, o teste estatístico de Friedman revelou que as diferenças de desempenho entre os modelos avaliados não são estatisticamente significativas (p > 0,05). As principais contribuições do estudo incluem: (i) demonstrar que modelos mais simples (RNA) podem alcançar acurácia semelhante a arquiteturas mais robustas (RNN e LSTM), evitando custos computacionais elevados; (ii) reforçar a importância do pré-processamento de imagens all-sky do MHP, que pode reduzir a necessidade de redes recorrentes; e (iii) fornecer um protocolo experimental estruturado para avaliação de modelos de predição de irradiância solar. Estudos futuros podem explorar modelos híbridos, diferentes horizontes temporais e abordagens baseadas em Transformers para aprimorar a eficácia do MHP. Resumen La predicción de la irradiancia solar es esencial para optimizar los sistemas fotovoltaicos y mitigar la intermitencia de la generación solar en la red eléctrica. Este estudio evalúa y compara la precisión del Método Híbrido de Predicción (MHP) utilizando Redes Neuronales Artificiales (RNA) MultiLayer Perceptron (MLP) y dos arquitecturas de Aprendizaje Profundo (Deep Learning): Redes Neuronales Recurrentes (RNN) y Long Short-Term Memory (LSTM). El objetivo es verificar si los modelos que capturan dependencias temporales (RNN y LSTM) proporcionan una mayor precisión predictiva en comparación con la RNA convencional del MHP. Los experimentos se realizaron con datos de irradiancia solar e imágenes all-sky (180°) recopilados entre 2014 y 2016, considerando tres horizontes de predicción (1, 5 y 15 minutos). Se aplicaron validación cruzada de 3 particiones (3-folds) y optimización Bayesiana para el ajuste de hiperparámetros. La precisión se evaluó mediante las métricas RMSE, MAE y R². Los resultados indican que la RNA obtuvo el RMSE promedio más bajo (70,42), mientras que RNN presentó el mayor error promedio (75,5). A pesar de la ligera ventaja de la RNA, la prueba estadística de Friedman reveló que las diferencias de rendimiento entre los modelos no son estadísticamente significativas (p > 0,05). Las principales contribuciones del estudio incluyen: (i) demostrar que modelos más simples (RNA) pueden lograr una precisión similar a arquitecturas más complejas (RNN y LSTM), evitando altos costos computacionales; (ii) reforzar la importancia del preprocesamiento de imágenes all-sky en el MHP, lo que puede reducir la necesidad de redes recurrentes; y (iii) proporcionar un protocolo experimental estructurado para la evaluación de modelos de predicción de irradiancia solar. Estudios futuros pueden explorar modelos híbridos, diferentes horizontes temporales y enfoques basados en Transformers para mejorar la eficacia del MHP.
Avaliação da Influência da Incorporação da Cana-de-Açúcar Quimicamente Modificada nas Propriedades Químicas, Térmicas, Morfológicas e Dinâmico-Mecânicas na Borracha Natural
(2022) Britez, Bruno Luan Pecorari; Orientação
A incorporação de produtos naturais em substituição total/parcial a produtos sintéticos vem se tornando uma alternativa tanto do ponto de vista ambiental como econômico. Portanto este trabalho tem como objetivo realizar a avaliação da influência da incorporação de resíduo de cana-de-açúcar modificada (DCM) nas proporções de 1, 3, 5, 7 e 10 partes por cem de borracha (phr) como substituto ao óleo naftênico na borracha natural nas propriedades químicas, físicas, morfológicas e dinâmico-mecânicas. A cana-de-açúcar modificada através do processo de silanização teve como finalidade de melhorar a incorporação do material à borracha, assim como a dispersão e as propriedades finais. A incorporação da cana-de-açúcar promoveu um aumento da densidade de ligações cruzadas do composto 3 e 7 phr enquanto os demais permaneceram menores e próximos à amostra padrão, verificado pelo ensaio de reometria. O platô da degradação térmica por termogravimetria é principalmente influenciado pela menor estabilidade térmica da cana-de-açúcar do que o grau de reticulação. Na análise de microscopia eletrônica de varredura (MEV) se observa uma boa homogeneidade para todas as concentrações de DCM com uma porosidade superficial estimada similar para as amostras controle NR e 10 phr enquanto maiores valores (e similares) para as demais amostras (1, 3, 5 e 7 phr). Essa porosidade não tem influência nas propriedades dinâmico-mecânicas e demonstra que o resultado é mais diretamente dependente da quantidade de cana-de-açúcar e da densidade de reticulação. No domínio vítreo, a maior influência é da cana-de-açúcar enquanto que no domínio elastomérico a maior influência é da reticulação química. Em suma, a substituição do óleo naftaléico pela cana-de-açúcar se mostra uma excelente alternativa nas propriedades analisadas.
Avaliação de Diferentes Precursores de Fósforo na Síntese de Cerâmicas Bioativas do Sistema SIO2−CAO−NA2O−P2O5
(2022) Gonzales Ordoñez, Dennis Luis
Cerâmicas bioativas são materiais que podem interagir rápido e positivamente com tecidos duros e moles, estimulando suas funções celulares e sua regeneração. Esses materiais podem ser preparados utilizando diferentes rotas de síntese e matérias-primas. Neste estudo, diferentes precursores de fósforo (CaHPO4, P2O4 e H3PO4) foram testados para a síntese de cerâmicas bioativas do sistema SiO2−CaO−Na2O−P2O5 via processos difusionais no estado sólido. Para a preparação das amostras, a proporção de cada reagente foi calculada utilizando o software GlassPanacea®, permitindo que essa etapa de formulação fosse rápida e precisa. Após a síntese dos materiais, não foi verificado perda significativa de fósforo ao comparar suas composições nominais com aquelas obtidas experimentalmente por espectrometria de fluorescência de raios X. Isso mostra que os precursores testados são viáveis para as condições de síntese estabelecidas, compreendendo isotermas de 1 a 8 h e temperatura de ~ 1000 °C. Considerando a natureza dos precursores avaliados, o CaHPO4 se mostrou o reagente mais adequado para as condições de síntese que foram adotadas em função de seu fácil manuseio e baixa higroscopicidade. Assim, sendo possível estabelecer uma rota simples e reprodutiva para a preparação de cerâmicas bioativas que podem ser exploradas em diferentes aplicações na engenharia de tecidos.
Avaliação do comportamento mecânico de nanocompósitos extrudados de poli (ácido lático) / nanocristais de celulose usando modelo preditivo baseado em rede neurais artificiais
(2024) Tobón López, Jorge Hernando
A crescente demanda por materiais sustentáveis e de alto desempenho tem impulsionado o interesse no uso de ferramentas avançadas, como Redes Neurais Artificiais (RNAs), no desenvolvimento de biocompósitos. Essas ferramentas permitem prever as propriedades dos materiais, como aqueles que combinam o Poli(ácido láctico) (PLA), um polímero biodegradável amplamente utilizado em diferentes campos da engenharia, e nanocristais de celulose (NCC), um reforço renovável com propriedades relevantes. O objetivo foi explorar o uso de Redes Neurais Artificiais (RNAs) para prever o comportamento e as propriedades mecânicas de nanocompósitos de PLA/NCC, preparados por processos de extrusão e injeção. O estudo detalha a preparação de nanocompósitos de PLA reforçados com NCC, seguida de ensaios de tração para avaliar suas propriedades mecânicas, na sequência, modelos matemáticos baseados em RNAs são explorados para previsão do comportamento e das propriedades mecânicas. Os resultados e contribuições indicam que a adição de NCCs, na composição escolhida (1%, 3% e 5% de NCC em massa), impacta negativamente nas propriedades de tração, incluindo o módulo de Young (redução de 25% em média, comparado ao PLA puro), conforme evidenciado pela matriz de correlação de Pearson. Isso sugere que a incorporação de partículas rígidas, abaixo do limite de percolação, reduz a capacidade de deformação do PLA, prejudicando suas propriedades finais. Um modelo preditivo de rede neural foi desenvolvido e aplicado para modelar as curvas tensão-deformação, permitindo a previsão precisa de parâmetros mecânicos como tensão máxima, módulo de Young e alongamento máximo. Os resultados mostram que o modelo de RNA exibiu valores de RMSE (Root Means Squared Error) próximo de zero e R² de 0,999, demostrando uma alta correspondência entre valores preditos e experimentais, bem como uma adequada precisão do modelo e a eficiência das RNAs na predição do comportamento e propriedades dos nanocompósitos. Outra contribuição deste estudo foi o desenvolvimento de um software para calcular os parâmetros que caracterizam as propriedades das curvas do ensaio de tração. A aplicação do modelo de RNA e do software desenvolvido, mostrou-se uma alternativa eficiente para reduzir a necessidade de extensos experimentos físicos, economizando tempo, custos e recursos na caracterização destes materiais. Além disso, a abordagem utilizada pode ser empregada em outros tipos de materiais. Resumen La creciente demanda de materiales sostenibles y de alto rendimiento ha impulsado el interés en el uso de herramientas avanzadas, como Redes Neuronales Artificiales (RNAs), en el desarrollo de biocompuestos. Estas herramientas permiten predecir las propiedades de los materiales, como aquellos que combinan el Poli(ácido láctico) (PLA), un polímero biodegradable ampliamente utilizado en diferentes campos de la ingeniería, y nanocristales de celulosa (NCC), un refuerzo renovable con propiedades relevantes. El objetivo fue explorar el uso de Redes Neuronales Artificiales (RNAs) para predecir el comportamiento y las propiedades mecánicas de nanocompuestos de PLA/NCC, preparados mediante procesos de extrusión e inyección. El estudio detalla la preparación de nanocompuestos de PLA reforzados con NCC, seguida de ensayos de tracción para evaluar sus propiedades mecánicas. Posteriormente, se exploran modelos matemáticos basados en RNAs para predecir el comportamiento y las propiedades mecánicas. Los resultados y contribuciones indican que la adición de NCCs, en la composición elegida (1%, 3% y 5% en masa de NCC), impacta negativamente las propiedades de tracción, incluyendo el módulo de Young (reducción promedio del 25% en comparación con el PLA puro), como lo evidencia la matriz de correlación de Pearson. Esto sugiere que la incorporación de partículas rígidas, por debajo del límite de percolación, reduce la capacidad de deformación del PLA, perjudicando sus propiedades finales. Se desarrolló y aplicó un modelo predictivo de red neuronal para modelar las curvas tensión-deformación, lo que permitió predecir con precisión parámetros mecánicos como la tensión máxima, el módulo de Young y el alargamiento máximo. Los resultados muestran que el modelo de RNA exhibió valores de RMSE (Root Mean Squared Error) cercanos a cero y un R² de 0,999, demostrando una alta correspondencia entre valores predichos y experimentales, así como una adecuada precisión del modelo y la eficiencia de las RNAs en la predicción del comportamiento y propiedades de los nanocompuestos. Otra contribución de este estudio fue el desarrollo de un software para calcular los parámetros que caracterizan las propiedades de las curvas del ensayo de tracción. La aplicación del modelo de RNA y del software desarrollado se mostró como una alternativa eficiente para reducir la necesidad de extensos experimentos físicos, ahorrando tiempo, costos y recursos en la caracterización de estos materiales. Además, el enfoque utilizado puede emplearse en otros tipos de materiales.
Avaliação do potencial do rejeito de minério de ferro na produção de materiais vítreos
(2025) Batalha, Beatriz Amaral
Resíduos sólidos gerados nas operações de mineração constituem um problema sério para as empresas do setor, uma vez que, estes precisam ser tratados e descartados de forma consciente, a fim de minimizar o impacto ambiental ocasionado por tais atividades, gerando custos adicionais as mineradoras, além de exigir grandes áreas para sua estocagem. Assim, encontrar métodos de aproveitamento de rejeitos produzidos durante as atividades de extração mineral têm sido uma questão essencial para as companhias, pois implica em conciliar o desenvolvimento econômico à preservação ambiental e à responsabilidade social. Em se tratando de rejeito de minério de ferro, algumas propostas já foram feitas para o seu reaproveitamento, como sua incorporação parcial em tijolos e produção de agregados para o setor de construção civil. Neste contexto, o objetivo deste estudo foi avaliar o potencial do rejeito de minério de ferro para a produção de materiais vítreos, sendo esta uma destinação mais nobre a este rejeito. Sua análise química indicou teores de sílica (SiO2) e óxido de ferro (Fe2O3) em torno de 80% e 20%, respectivamente, propiciando o seu uso como matéria-prima principal ou parcial na formulação de vidros possuindo diferencial estético, econômico e de sustentabilidade pelo uso de uma matéria-prima abundante e de baixo custo por ser descartada. O elevado teor de Fe2O3 demonstrou ser um diferencial, possibilitando a obtenção de vidros pretos com potencial para aplicação em projetos arquitetônicos, ornamentais e artísticos.
Cálculo e análise de tensões residuais por difração de raios-X (DRX) em aço 1045 tratado termicamente
(2019-12-10) Louis, Stevenson Pierre; Nuernberg, Gustavo George Verdieri; Mancosu, Rafael Drumond
O tratamento térmico é um dos métodos utilizados no aço para alterar as suas propriedades através das mudanças de fases estruturais, porém este material pode se tornar inadequado para algumas aplicações, como processos de soldagem estruturais. Nesse trabalho, foi empregado um aço com 0,45% de carbono para ser submetido a diferentes tratamentos térmicos sob ação de meios severos. As amostras de aço foram submetidas a tratamentos térmicos em diversos meios como: água, solução de gelo com 4% de NaCl, em salmoura e resfriamento da amostra dentro do forno. O presente trabalho teve como principal objetivo calcular e analisar as tensões residuais em cada amostra tratada utilizando o equipamento de difração de raios-x (DRX), com o emprego da técnica sin2Ψ. Os resultados dos cálculos de tensões residuais e das imagens microestruturais obtidos através de uso do microscópio ótico para a matéria-prima foram comparados com as das amostras tratadas termicamente. Observa-se a presença tanto de tensões de tração e de tensões de compressão. O surgimento das tensões de tração é devido a ferríta e a austenita, e as tensões de compressão é devido à presença da martensita e da cementita na perlita
Caracterização Térmica, Mecânica e Dinâmico-Mecânica de Poliuretanos Biocompatíveis com Memória de Forma
(2022) Fernando, Kananda Pereira; Orientação
O uso de molas descartáveis de Guglielmi para procedimentos de embolização endovascular para tratamento de aneurismas intracranianos é uma alternativa às cirurgias de clipagem, à qual reduz o risco de morte dos pacientes durante a cirurgia por ser um procedimento menos invasivo. No entanto, sua utilização vem apresentando baixas taxas de sucesso devido à oclusão incompleta dos aneurismas saculares. Em busca de novas alternativas de materiais a serem utilizados em tais procedimentos, este trabalho visa caracterizar as propriedades térmicas, dinâmico-mecânicas e mecânicas de poliuretanos biocompatíveis com memória de forma para este tipo de aplicação. Este trabalho reutilizou os dados produzidos e disponibilizados por Fisher et al. no artigo “Thermomechanical data of polyurethane shape memory polymer: Considering varying compositions”, com o intuito de complementar o trabalho realizado por Kunkel et al. no artigo “Synthesis and characterization of bio-compatible shape memory polymers with potential applications to endovascular embolization of intracranial aneurysms”, em que amostras poliuretano foram obtidas por meio da síntese dos monômeros diisocianato de hexametileno (HDI), etilenodiamino-N,N,N',N'-tetra-2-propanol (HPED) e trietanolamina (TEA), com diferentes proporções. Após a síntese, as amostras foram submetidas a diversos ensaios. Os dados dos ensaios térmico de termogravimetria (TGA), dinâmico-mecânico (DMA), calorimetria exploratória diferencial (DSC) e de tração foram reutilizados neste trabalho para a caracterização das propriedades das amostras com o objetivo de realizar uma interpretação da relação estrutura vs propriedade dos materiais das amostras, trazendo uma abordagem diferente da apresentada pelo trabalho já existente.
Comparação de Ligas Comerciais de Zinco através de Análises Mecânica e Microestruturais
(2022) Wen, Chang Yau; Orientação
O fecho do zíper, cujo principal componente se denomina cursor, é um dispositivo introduzido na vida diária das pessoas e são utilizados em muitas aplicações. A principal matéria prima dos cursores é composta por zinco, em destaque a liga comercial Zamac (ligas Zn-Al-Mg-Cu). São elas ligas hipoeutéticas de Zn-Al com teores de alumínio aproximadamente 4% em peso e, de acordo com sua composição, são identificados por números como, por exemplo: Zamac 3 e Zamac 5. Através da fundição dos lingotes da liga Zamac passando pelo processo de fundição sob pressão os cursores são moldados. Neste trabalho, foram realizados estudos de comparação acerca de liga de zinco com origem chinesa (ZC) utilizada na indústria de zíper, com duas ligas de produção brasileira, Zamac 3 (Z3) e 5 (Z5). As amostras das tais ligas foram comparadas através de caracterizações microestruturais e análise mecânica. As técnicas utilizadas foram: Metalografia utilizando Microscopia Ótica (MO), Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV), Espectroscopia por energia dispersiva (EDS), Difração de raios-x (DRX) e ensaio de dureza por rebote. Assim, foi possível identificar, em todas as amostras, presença de fases primaria de Zn (η) envolvidas pela fase eutética (η + α). A amostra Z5 apresentou maior dureza e microestrutura fina e distribuída em relação as outras duas. As ligas de zinco chinesa e Zamac 3 apresentaram resultados similares, podendo indicar uma possível substituição futuramente.
Comparação entre mineração e reciclagem de cobre: aspectos ambientais, econômicos e tecnológicos juntamente com a utilização da IA
(2025-09-01) Li, Connie Sujia
O cobre, fundamental para a transição energética e o avanço tecnológico, apresenta alta demanda global, diante da crescente demanda por cobre, metal essencial para tecnologias sustentáveis e energias renováveis, torna-se urgente avaliar alternativas viáveis à extração mineral tradicional. A mineração, apesar de sua importância econômica e geração de empregos, está associada a impactos ambientais significativos, como degradação do solo, consumo elevado de energia e emissão de poluentes, além de poder gerar conflitos sociais. Em contraste, a reciclagem do cobre se destaca por consumir menos energia, reduzir resíduos e manter a qualidade do material reaproveitado, sendo ambientalmente mais vantajosa. O uso de inteligência artificial tem modernizado ambos os processos: na mineração, auxilia na exploração geológica, extração e gestão de equipamentos; na reciclagem, melhora a triagem, logística e previsão de demanda. A análise mostra que a reciclagem se destaca nos aspectos ambientais, energéticos e, potencialmente, econômicos, sendo uma alternativa estratégica para reduzir a dependência da extração mineral. O estudo reforça a importância de políticas públicas e investimentos em tecnologia para promover uma economia circular mais eficiente. Resumen El cobre, fundamental para la transición energética y el avance tecnológico, tiene una gran demanda mundial. Dada la creciente demanda de cobre, un metal esencial para las tecnologías sostenibles y las energías renovables, es urgente evaluar alternativas viables a la extracción mineral tradicional. La minería, a pesar de su importancia económica y generación de empleo, está asociada a importantes impactos ambientales, como degradación del suelo, elevado consumo energético y emisiones contaminantes, además de generar potencialmente conflictos sociales. Por el contrario, el reciclaje de cobre destaca por consumir menos energía, reducir residuos y mantener la calidad del material reutilizado, siendo más ventajoso ambientalmente. El uso de inteligencia artificial ha modernizado ambos procesos: en minería, ayuda en la exploración geológica, la extracción y la gestión de equipos; En el reciclaje, mejora la clasificación, la logística y la previsión de la demanda. El análisis muestra que el reciclaje se destaca en aspectos ambientales, energéticos y, potencialmente, económicos, siendo una alternativa estratégica para reducir la dependencia de la extracción de minerales. El estudio refuerza la importancia de las políticas públicas y las inversiones en tecnología para promover una economía circular más eficiente.
Desenvolvimento de um Tribometro do Tipo Pino sobre Disco de Baixo Custo para Estudo de Desgaste do Par Tribológico Aço Médio Carbono/ Lixa de AL2O3
(2022) Luzia, Lucas Moreira; Orientação
Os estudos de tribosistemas possuem grande importância na indústria, pois a utilização dos conhecimentos e tecnologias atuais neste tema podem gerar economia significativa no mundo todo. Os principais mecanismos de desgaste encontrados em ambientes industriais são abrasão e adesão. A dureza e a microestrutura dos materiais são propriedades que influenciam esses mecanismos de desgaste. O objetivo deste trabalho foi realizar um estudo sobre o desgaste por deslizamento do aço SAE 1045 sob lixas de Al2O3 com diferentes tamanhos de grãos utilizando um protótipo de um tribômetro do tipo pino sobre disco desenvolvido para este estudo. Para isto, foi construído um equipamento que seja capaz de promover o contato constante, durante os ensaios, entre o material analisado e o disco do aparelho, a fim de provocar e avaliar o desgaste gerado. Em seguida, pinos de aço SAE 1045 foram atritados sob um disco revestido com Al2O3 com granulometrias de 80, 120 e 400 mesh com rotação de 177 rpm e uma força de 2,772 N durante 3:30 horas. Por meio de microscopia ótica e utilizando uma balança digital de alta precisão, foi possível observar desgaste do par tribológicos supracitado. Foram observadas trilhas de desgaste no pino e, após 210 minutos de ensaio, uma variação mássica de 8,16%, 5,56% e 0,19% quando utilizado as lixas de P80, P120 e P400, respectivamente.
Desenvolvimento e caracterização de eletrodos porosos de níquel para aplicação em baterias de sódio
(2019-12-04) Soares, Julia Safranski; Reimbrecht ,Eduardo Gonçalves; Cantane, Daniel Augusto
Neste trabalho foi desenvolvido um método para fabricar eletrodos de níquel por sinterização de pó solto, variando os parâmetros de sinterização (temperatura, tempo e morfologia) de modo a obter eletrodos de morfologia porosa interconectada. A influencia dos diferentes parâmetros de sinterização utilizados foi avaliada, por meio de cálculos de retração linear, densidade aparente e área superficial eletroquimicamente ativa, das amostras fabricadas. Além disso, as amostras também foram caracterizadas por meio de difração de raios X, microscopia ótica e voltametria cíclica. Os resultados mostraram que a sinterização de pó solto foi eficaz para fabricar eletrodos porosos, gerando materiais com alta porcentagem de porosidade geométrica, baixa densidade aparente e resistência mecânica satisfatória. As voltametrias cíclicas demonstraram que a morfologia porosa dos materiais fabricados, confere a esses, elevadas áreas eletroquimicamente ativas, tornando-os materiais com potencialidade para atuar como eletrodos em baterias de sódio, armazenando maiores quantidades de energia por grama de material ativo, utilizando menos material, reduzindo assim, o custo.
Determinação das Etapas de Degradação Térmica utilizando Modelos Cinéticos em Diferentes Fibras Vegetais
(2022) Doroskevich, Stefany; Mancosu, Rafael Drumond
O uso de fibras vegetais como reforço em compósitos é uma alternativa em relação as fibras sintéticas no contexto da biodegradabilidade, onde é almejada a obtenção de compósitos resistentes que ocasionem um menor impacto ambiental em comparação aos materiais convencionais. No entanto, alguns estudos sobre fibras ainda podem ser inconclusivos quando se trata da sua estabilidade térmica devido à complexidade das mesmas com relação a sua estrutura e constituinte. Em busca da obtenção de dados mais específicos e de melhor entendimento da cinética de degradação das fibras, este trabalho visa determinar as etapas de degradação mediante a cinética de degradação das fibras de Buriti, Rami e Sisal. Os dados dos ensaios térmicos de termogravimetria (TGA) do trabalho intitulado “Correlation of the thermal stability and the decomposition kinetics of six different vegetal fibers” (2014) foram reutilizados visando a determinação das etapas de degradação utilizando o método avançado de Vyazovkin, trazendo uma abordagem diferente da apresentada pelo trabalho já existente. Após as várias etapas de analise, foi determinada a estabilidade das fibras, com uma final incongruência em relação aos dados teóricos apresentados.
Estudo da Absorção da Energia de Impacto para uma Liga de Aço Fundido
(2023) Silva, Viktor Gabriel Borba da
Aços fundidos tem suas propriedades definidas pela sua microestrutura e composição química portanto quando um novo parâmetro de aplicação é definido o aço deve passar por alterações em sua composição química e/ou tratamento térmico. O escopo desse trabalho é mostrar ao leitor, a alteração de uma liga de aço fundida com baixo carbono para atendimento de um novo valor nominal de energia de absorção de impacto, modificando a composição química do aço com elementos ligantes como o níquel e acrescentando um novo tratamento térmico, avaliando a alteração de energia de absorção através do ensaio de impacto Charpy.
Estudo da estabilidade física e elétrica de filmes de PEAD/PANI sob diferentes condições ambientais.
(2024) Uscapi, Amparo Pamela Leon; Fernandes Golin, Alana
Atualmente, os polímeros orgânicos condutores desempenham um papel crucial na fabricação de dispositivos eletrônicos, oferecendo vantagens significativas, tais como flexibilidade, leveza, baixo custo e baixa toxicidade em comparação com os dispositivos eletrônicos convencionais. Neste estudo, filmes de polianilina (PANI), um polímero condutor, foram depositados via polimerização in situ em substratos flexíveis de polietileno de alta densidade (PEAD), com o propósito de investigar as propriedades físicas e elétricas desses filmes em diferentes condições ambientais. Para isso, os filmes de PEAD/PANI foram submetidos a ensaios térmicos, com temperaturas variando de 30 a 100°C por 24 horas; ensaios de envelhecimento natural, no ambiente de Foz do Iguaçu; e ensaios de envelhecimento acelerado,em uma câmara com temperatura de 25°C, radiação UV e umidade. Posteriormente, as amostras foram caracterizadas por meio de microscopia óptica e espectroscopia de impedância. Os resultados obtidos revelaram que os filmes de PEAD/PANI apresentam uma impedância elétrica em torno de 103 Ω, indicando uma boa condutividade, resultado da eficiência na fabricação das amostras. Após os ensaios, concluiu-se que as propriedades físicas e elétricas dos filmes permaneceram estáveis até temperaturas de 95°C e 60°C, respectivamente, sem apresentar degradações significativas. Dessa forma, os resultados deste estudo confirmam que os filmes de PEAD/PANI têm potencial promissor para a fabricação de dispositivos eletrônicos orgânicos que operam em ambientes com temperaturas moderadas.
Estudo da influência do pó de vidro como substituição parcial do cimento portland nas propriedades de argamassas.
(2024) Flores, Jorman Joe Revilla
Atualmente, a indústria cimentícia é uma grande consumidora de recursos naturais para a fabricação do cimento. No entanto, esses recursos são finitos na natureza. Um dos métodos encontrado para diminuir o uso dos recursos naturais de uma forma sustentável é a incorporação de materiais recicláveis e/ou resíduos como substituição parcial do cimento Portland. Este estudo foi desenvolvido para avaliar o uso do pó de vidro como substituição parcial do cimento Portland. Para isso, garrafas de vidro foram moídas até obter pó de vidro com partículas próximas da granulometria (15μm) do cimento Portland. Nesse estudo, dois tipos de cimento foram avaliados, o CPV ARI e o CPII-F-32, para a elaboração de argamassas de traço 1:3 (cimento: areia) e relação água/cimento (a/c) igual a 0,5. Foram utilizados os teores de pó de vidro de 0, 10 e 20% em massa de substituição em relação à quantidade de cimento. Análises termogravimétricas, ensaios de capilaridade e de resistência à compressão bem como testes de resistência ao fogo foram realizados para avaliar a influência do pó de vidro nas propriedades das argamassas. Os resultados demonstraram que o pó de vidro pode ser empregado como uma substituição parcial do cimento Portland CPV ARI, até uma porcentagem de 10% em massa, devido à melhoria nas propriedades de durabilidade. No entanto, o uso de pó de vidro como substituição parcial do cimento CPII-F-32 não mostrou melhoria das propriedades em comparação à referência.
Estudo da influência dos parâmetros da moagem de alta energia na formação do pó compósito Cu/Al₂O₃
(2025-08-29) Silva, Matheus Carriel da
A moagem de alta energia tem sido amplamente utilizada para a produção de materiais avançados, permitindo a fragmentação intensa de partículas, homogeneização de misturas e introdução de defeitos estruturais. Este trabalho investigou a influência do tempo de moagem na formação do pó compósito Cu-Al₂O₃, com foco nas alterações microestruturais e estruturais promovidas pelo processo. Foram preparadas misturas com razões mássicas bola:pó de 10:1 e 20:1, submetidas a tempos de moagem de 2, 5, 10 e 20 horas. As amostras foram caracterizadas por microscopia eletrônica de varredura (MEV), espectroscopia por dispersão de energia (EDS), difração de raios X (DRX) e refinamento pelo método de Rietveld. As micrografias revelaram evidências de soldagem a frio e fragmentação. A análise por EDS indicou a presença de Cu, Al e O em todas as amostras, com melhor homogeneidade em tempos de moagem mais longos, além de contaminação por sílica atribuída ao desgaste dos componentes de moagem. O DRX mostrou a preservação das fases Al₂O₃ e Cu, enquanto o refinamento de Rietveld indicou redução do tamanho médio dos cristalitos e aumento da microdeformação. A amostra com razão 20:1 destacou-se por apresentar os resultados mais favoráveis, evidenciando uma dispersão mais eficiente, e com maior uniformidade na morfologia das partículas e uma redução no tamanho dos cristalitos em relação à mistura 10:1. Os resultados sugerem que a moagem de alta energia é uma rota eficiente para o refino estrutural e a mistura física de fases metálicas e cerâmicas, sendo uma etapa promissora para a obtenção de compósitos voltados à sinterização e de grande importância para aplicações na metalurgia do pó. Resumen La molienda de alta energía se ha utilizado ampliamente en la producción de materiales avanzados, lo que permite una intensa fragmentación de partículas, la homogeneización de la mezcla y la introducción de defectos estructurales. Este estudio investigó la influencia del tiempo de molienda en la formación de polvo compuesto de Cu-Al₂O₃, centrándose en los cambios microestructurales y estructurales que promueve el proceso. Se prepararon mezclas con relaciones de masa de bolas a polvo de 10:1 y 20:1 y se sometieron a tiempos de molienda de 2, 5, 10 y 20 horas. Las muestras se caracterizaron mediante microscopía electrónica de barrido (MEB), espectroscopia de energía dispersiva (EDS), difracción de rayos X (DRX) y refinamiento de Rietveld. Las micrografías revelaron evidencia de soldadura en frío y fragmentación. El análisis de EDS indicó la presencia de Cu, Al y O en todas las muestras, con una homogeneidad mejorada a tiempos de molienda más largos, además de contaminación por sílice atribuida al desgaste de los componentes de molienda. La difracción de rayos X (DRX) reveló la conservación de las fases de Al₂O₃ y Cu, mientras que el refinamiento de Rietveld indicó una reducción del tamaño promedio de los cristalitos y un aumento de la microdeformación. La muestra con una proporción de 20:1 destacó por presentar los resultados más favorables, demostrando una dispersión más eficiente, mayor uniformidad en la morfología de las partículas y una reducción del tamaño de los cristalitos en comparación con la proporción de 10:1. Los resultados sugieren que la molienda de alta energía es una ruta eficiente para el refinamiento estructural y la mezcla física de las fases metálicas y cerámicas, lo que representa un paso prometedor para la obtención de compuestos
Estudo da variação dos parâmetros de síntese de nanoHAp estequiométrica para elaboração de réplica inversa.
(2023) Taveira, Rafael Andrade
O trabalho desenvolvido teve como objetivo a síntese de nanopartículas de hidroxiapatita com o processo de rota via úmida, utilizando um roteiro para síntese não estequiométrica e adaptado para uma síntese de nanopartículas estequiométrica. Na metodologia utilizada neste trabalho, foi realizado o preparo de soluções estequiométricas de nitrato de cálcio e fosfato de amônio como precursores da hidroxiapatita, utilizando a razão Ca/P de 1,67. Para a realização da síntese com as soluções preparadas, foi determinado que para manter a razão estequiométrica necessária, utilizou-se 100ml de fosfato de amônio para cada 30,98ml de nitrato de cálcio. Como resultado, foram obtidas nanopartículas de hidroxiapatita estequiométrica nas faixas de 58,59nm a 93,75nm em regiões específicas de aglomerados através da análise de MEV e módulo STEM. Foi realizado também uma análise qualitativa elementar (EDS) que indicou que no material analisado não havia contaminações e estavam presentes apenas o cálcio (Ca) e fósforo (P). As estruturas cristalinas e composição de fases das amostras produzidas foram confirmadas via difração de raios-X. A análise de calorimetria diferencial de varredura (DSC) mostrou que não há picos exotérmicos de cristalização entre 30-1100ºC indicando nenhuma formação ou transformação de fases novas nessa faixa de temperatura. Uma análise de dispersão e tamanho de partícula (DTP) foi realizada em conjunto para confirmação do tamanho de partícula e curva de distribuição, aglomerados formados nas sínteses foram observados em pouca quantidade na faixa nanométrica, e maiores quantidades nas faixas submicrométricas e micrométricas. Para a proposta de réplica inversa, um molde funcional foi projetado via manufatura aditiva com o objetivo de obter um scaffold cerâmico com geometria complexa. Além disso, foi preparada uma suspensão cerâmica para validar o método proposto.
Estudo das Propriedades de Filmes Finos de DLC Depositados em TI-6AL-4V pela Técnica PIII&D dentro de Tubos de Titânio de Diferentes Dimensões
(2023) Rueda, Beiker Martínez
Os biomateriais metálicos apresentam facilidade de perder elétrons; superfície reativa e perda de massa em interação com os tecidos em contato, havendo liberação de íons por dissolução, desgaste ou corrosão. Essa interação pode comprometer a utilização do material, devido à deterioração de suas propriedades mecânicas, físicas ou de sua aparência. A corrosão é um dos processos de degradação e pode ser classificada de acordo com a maneira que se manifesta: uniforme, galvânica, em frestas, por pites, intergranular, por lixívia seletiva, erosão-corrosão e corrosão sob tensão. Os íons liberados pelo processo de corrosão têm o potencial de interagir com os tecidos, por meio de diferentes mecanismos. A quantidade de íons metálicos liberados por biomateriais metálicos exposto ao ambiente severo, como por exemplos fluidos corporais, pode ser elevada e tem consequências importantes para tratamentos ortopédicos e clínicos, pois a maioria dos implantes e aparelhos auxiliares são de titânio e ligas de titânio. Os tratamentos de superfície de biomateriais metálicos são uma opção mais simples, econômica e tecnologicamente mais eficiente para aumentar a resistência ao desgaste, o que aumenta a vida útil do dispositivo, minimizando a liberação de detritos de desgaste e corrosão. Para melhorar as propriedades desses materiais e estudar suas características estruturais, filmes finos de carbono foram depositados em amostras de liga de titânio (Ti-6Al-4V) pelo sistema de implantação iônica por imersão a plasma e deposição (PIII&D - Plasma Immersion Ion Implantation and Deposition) usando plasma de metano (CH4) e hidrogênio (H2). As propriedades dos filmes depositados geralmente dependem das condições de deposição, que determinam sua microestrutura, principalmente as respectivas proporções de carbono sp3 e sp2, portanto a estrutura dos filmes de Carbono tipo diamante (DLC-Diamond Like Carbon) foi analisada por Espectroscopia Raman, Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) e Difração de raios-X (DRX).

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