TCC - Engenharia de Materiais

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

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Técnicas de identificação e separação de polímeros reciclados para aplicação na impressão 3D
(2025-09-02) Gomes, André de Souza
A reutilização de polímeros tem se destacado como alternativa sustentável para a fabricação de filamentos utilizados na impressão 3D. Essa prática reduz a dependência de materiais virgens e contribui para a diminuição dos resíduos plásticos. Este trabalho teve como objetivo a identificação, caracterização e reaproveitamento de resíduos poliméricos, visando sua aplicação na manufatura aditiva por meio da impressão 3D. As amostras foram separadas em seis grupos (01-FP a 06-FP) e submetidas a diversas análises: testes de bancada (visual, tátil, densidade, inflamabilidade e resistência ao risco), espectroscopia de infravermelho (FTIR), análise termogravimétrica (TGA), microscopia eletrônica de varredura (MEV). Os testes revelaram a presença de polímeros como PP, PLA, PETG e TPU. A análise FTIR permitiu identificar grupos funcionais característicos, enquanto a TGA indicou perfis térmicos compatíveis com os polímeros propostos. O MEV mostrou variações morfológicas relevantes entre as amostras. Após a caracterização, as amostras foram trituradas, secas e transformadas em pellets para facilitar o processo de extrusão. Com ajustes nos parâmetros de temperatura, ventilação e velocidade, foi possível produzir filamentos com diâmetro adequado em quatro dos seis grupos. Esses filamentos foram utilizados para impressão 3D de peças simples, com bons resultados de acabamento, estabilidade e compatibilidade com impressoras convencionais. O estudo demonstra que, mesmo sem origem conhecida, resíduos poliméricos podem ser caracterizados e reaproveitados de forma eficiente, contribuindo para a sustentabilidade e a economia circular por meio da impressão 3D. Resumen La reutilización de polímeros se ha convertido en una alternativa sostenible para la fabricación de filamentos utilizados en la impresión 3D. Esta práctica reduce la dependencia de materiales vírgenes y contribuye a la reducción de residuos plásticos. Este estudio tuvo como objetivo identificar, caracterizar y reutilizar residuos de polímeros para su aplicación en la fabricación aditiva mediante impresión 3D. Las muestras se separaron en seis grupos (01-FP a 06-FP) y se sometieron a diversos análisis: pruebas de banco (visual, táctil, densidad, inflamabilidad y resistencia al rayado), espectroscopia infrarroja (FTIR), análisis termogravimétrico (TGA), microscopía electrónica de barrido (SEM). Las pruebas revelaron la presencia de polímeros como PP, PLA, PETG y TPU. El análisis FTIR identificó grupos funcionales característicos, mientras que el TGA indicó perfiles térmicos compatibles con los polímeros propuestos. El SEM reveló variaciones morfológicas significativas entre las muestras. Tras la caracterización, las muestras se molieron, secaron y transformaron en pellets para facilitar el proceso de extrusión. Mediante el ajuste de los parámetros de temperatura, ventilación y velocidad, se produjeron filamentos con diámetros adecuados en cuatro de los seis grupos. Estos filamentos se utilizaron para la impresión 3D de piezas sencillas, con buenos resultados de acabado, estabilidad y compatibilidad con impresoras convencionales. El estudio demuestra que, incluso sin un origen conocido, los residuos poliméricos pueden caracterizarse y reutilizarse eficientemente, contribuyendo a la sostenibilidad y la economía circular mediante la impresión 3D.
Poliacrilato de potássio reforçados com celulose microcristalina e dopados com ferro
(2025-09-01) Rodrigues, Gabriela Agostinho
Este trabalho focou no estudo do desenvolvimento e caracterização de hidrogéis à base de poliacrilato de potássio, com e sem a incorporação de celulose microcristalina (MCC) nas formulações 0%, 1% e 3%, e na sua subsequente funcionalização em ferrogéis por meio de uma substituição iônica entre o potassio e o ferro. O estudo investigou a influência da presença de MCC e ferro nas propriedades físico-químicas, elétricas e estruturais desses materiais. Os hidrogéis demonstraram alta capacidade de inchamento, otimizada pela adição de MCC, enquanto a conversão para ferrogéis resultou em uma redução significativa do inchamento devido à formação de ligações iônicas de coordenação na rede polimérica, como K+, Fe3+, Fe2+. Ensaios de molhabilidade revelaram que o ferro apresentou menores graus de polaridade em relação ao potássio. A cinética de inchamento sob estímulo elétrico intermitente e constante evidenciou que a funcionalização com ferro confere eletroresponsividade ao sistema, promovendo a absorção e retenção de água sob campo elétrico. As caracterizações por Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) e Espectroscopia por Dispersão de Energia (EDS) confirmaram a alteração morfológica e a incorporação de ferro. A Espectroscopia no Infravermelho com Transformada de Fourier (FTIR) apontou para a formação de complexos ferro-carboxilato e a redução de hidroxilas livres. A Espectroscopia de Impedância Eletroquímica (EIS) diferenciou o comportamento resistivo e capacitivo das amostras em estados seco e inchado, destacando a alta condutividade dos ferrogéis inchados e o papel crucial da água e dos constituintes estruturais na modulação da impedância. Em suma, os resultados demonstram o impacto sinérgico da MCC e do ferro na otimização das propriedades desses materiais para potenciais aplicações como atuadores eletroativos e sistemas responsivos, além de demonstrarem resultados satisfatórios na capacidade de inchamento para ambos os tipos de polímeros. Resumen Este trabajo se centró en el desarrollo y caracterización de hidrogeles a base de poliacrilato de potasio, con y sin la incorporación de celulosa microcristalina (MCC) en formulaciones al 0%, 1% y 3%, y su posterior funcionalización en ferrogeles mediante sustitución iónica entre potasio y hierro. El estudio investigó la influencia de la presencia de MCC y hierro en las propiedades fisicoquímicas, eléctricas y estructurales de estos materiales. Los hidrogeles demostraron una alta capacidad de hinchamiento, optimizada por la adición de MCC, mientras que la conversión a ferrogeles resultó en una reducción significativa del hinchamiento debido a la formación de enlaces de coordinación iónica en la red polimérica, como K+, Fe3+ y Fe2+. Las pruebas de mojabilidad revelaron que el hierro exhibió menores grados de polaridad en comparación con el potasio. La cinética de hinchamiento bajo estimulación eléctrica intermitente y constante demostró que la funcionalización del hierro confiere electrorrespuesta al sistema, promoviendo la absorción y retención de agua bajo un campo eléctrico. Las caracterizaciones mediante microscopía electrónica de barrido (MEB) y espectroscopía de energía dispersiva (EDS) confirmaron la alteración morfológica y la incorporación de hierro. La espectroscopía infrarroja por transformada de Fourier (FTIR) indicó la formación de complejos de hierro-carboxilato y la reducción de hidroxilos libres. La espectroscopía de impedancia electroquímica (EIS) diferenció el comportamiento resistivo y capacitivo de las muestras en estado seco e hinchado, destacando la alta conductividad de los ferrogeles hinchados y el papel crucial del agua y los constituyentes estructurales en la modulación de la impedancia. En resumen, los resultados demuestran el impacto sinérgico del MCC y el hierro en la optimización de las propiedades de estos materiales para posibles aplicaciones como actuadores electroactivos y sistemas sensibles, además de demostrar resultados satisfactorios en la capacidad de hinchamiento para ambos tipos de polímeros.
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.
Obtenção e caracterização de compósito de polipropileno reciclado reforçado com fibras de cana-de-açúcar
(2025-09-01) Presotto, Gianluca Francisco
O debate sobre uso de materiais poliméricos e as implicações negativas de seu descarte inadequado tem se intensificado na última década, pesquisadores de diversos países buscam alternativas para mitigar seus danos no meio ambiente. A reciclagem pode atenuar o efeito dos descartes de materiais plásticos, tida como um processo de baixo custo e facilmente aplicável, se mostra eficaz para diminuir a. Alinhado com a sustentabilidade, as fibras naturais se mostram materiais promissores, seu baixo custo e boas propriedades motivam estudos para sua utilização combinada com matrizes poliméricas em materiais compósitos. O presente trabalho teve como objetivo principal a produção e caracterização de compósitos de polipropileno (PP) reciclado reforçados com fibras de bagaço de cana-de-açúcar, avaliando-se a eficiência de tratamentos químicos superficiais aplicados às fibras para otimizar a compatibilidade com a matriz polimérica. As fibras foram submetidas a processos de secagem, moagem, peneiramento e tratamentos químicos sequenciais de mercerizarão com solução alcalina e acetilação utilizando ácido acético e anidrido acético. Os compósitos foram preparados com fibras tratadas e não tratadas em concentrações de 5%, 10% e 15% através de mistura em moinho gira-jarro. O processamento se deu por moldagem por injeção em molde com dimensões especificas para ensaios mecânicos. As caracterizações realizadas incluíram análise termogravimétrica (TGA/DTG), calorimetria exploratória diferencial, espectroscopia no infravermelho (FTIR), microscopia eletrônica de varredura (MEV) e ensaios mecânicos de tração. Os resultados demonstraram que os tratamentos químicos foram eficazes em modificar as propriedades superficiais das fibras, conforme evidenciado pela maior estabilidade térmica, modificação das bandas no infravermelho, além de modificações na superfície das fibras visíveis no MEV. As análises morfológicas dos compósitos revelaram melhor adesão matriz-fibra nos materiais com fibras tratadas, com redução significativa dos espaços vazios na interface. Os ensaios mecânicos revelaram que os compósitos formados com as fibras tratadas apresentaram limite de resistência a tração ligeiramente maior do que aqueles com fibras não tratadas, de 19,4 MPa e 17,1 MPa, indicando viabilidade para aplicações de média exigência mecânica. As análises térmicas dos compósitos evidenciaram a manutenção das propriedades térmicas do PP com a adição de fibras tratadas. O trabalho demonstra uma rota promissora para agregar valor ao bagaço de cana-de-açúcar e reduzir passivos plásticos, contribuindo para princípios de economia circular e sustentabilidade ambiental. Resumen El debate sobre el uso de materiales poliméricos y las implicaciones negativas de su disposición inadecuada se ha intensificado en la última década, y los investigadores de diversos países buscan alternativas para mitigar sus daños en el medio ambiente. El reciclaje, considerado un proceso de bajo costo y de fácil aplicación, puede atenuar los efectos de los desechos plásticos y ha demostrado ser eficaz para reducirlos. En sintonía con la sostenibilidad, las fibras naturales se presentan como materiales prometedores; su bajo costo y buenas propiedades motivan estudios para su utilización en combinación con matrices poliméricas en materiales compuestos. El presente trabajo tuvo como objetivo principal la producción y caracterización de compuestos de polipropileno (PP) reciclado reforzados con fibras de bagazo de caña de azúcar, evaluando la eficacia de tratamientos químicos superficiales aplicados a las fibras para optimizar la compatibilidad con la matriz polimérica. Las fibras fueron sometidas a procesos de secado, molienda, tamizado y tratamientos químicos secuenciales de mercerización con solución alcalina y acetilación utilizando ácido acético y anhídrido acético. Los compuestos fueron preparados con fibras tratadas y no tratadas en concentraciones de 5%, 10% y 15% mediante mezcla en un molino de jarra rotativa. El procesamiento se realizó por moldeo por inyección en un molde con dimensiones específicas para ensayos mecánicosLas caracterizaciones realizadas incluyeron análisis termogravimétrico (TGA/DTG), calorimetría exploratoria diferencial (DSC), espectroscopía infrarroja (FTIR), microscopía electrónica de barrido (MEB) y ensayos mecánicos de tracción. Los resultados demostraron que los tratamientos químicos fueron eficaces en modificar las propiedades superficiales de las fibras, evidenciado por una mayor estabilidad térmica, modificaciones en las bandas de infrarrojo, además de alteraciones en la superficie de las fibras visibles en el MEB. Los análisis morfológicos de los compuestos revelaron una mejor adhesión matriz–fibra en los materiales con fibras tratadas, con una reducción significativa de los espacios vacíos en la interfase. Los ensayos mecánicos mostraron que los compuestos formados con fibras tratadas presentaron un límite de resistencia a la tracción ligeramente superior al de aquellos con fibras no tratadas, de 19,4 MPa y 17,1 MPa respectivamente, lo que indica viabilidad para aplicaciones de exigencia mecánica media. Los análisis térmicos de los compuestos evidenciaron el mantenimiento de las propiedades térmicas del PP con la adición de fibras tratadas. El trabajo demuestra una ruta prometedora para agregar valor al bagazo de caña de azúcar y reducir los pasivos plásticos, contribuyendo a los principios de economía circular y sostenibilidad ambiental.
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
Influência da concentração de ácido nítrico na síntese de óxido de grafeno por esfoliação eletroquímica do grafite
(2025-08-28) Mello, Willian Alves
A exploração das propriedades dos materiais aliada à aplicação de técnicas de engenharia para melhorar suas características é a força motriz para a criação de novos materiais. O óxido de grafeno (GO) se destaca na demanda por materiais avançados devido às suas propriedades excepcionais, que o tornam promissor para aplicações em diversas áreas tecnológicas. Um dos principais desafios relacionados a esse material ainda é o desenvolvimento de rotas de sínteses mais eficientes e de baixo custo. Entre as diversas rotas estudadas, a esfoliação eletroquímica surge como alternativa promissora para a produção de grafeno e óxido de grafeno. Este trabalho teve como objetivo realizar esta síntese a partir deste método. A síntese foi realizada a partir de hastes de grafite retiradas de pilhas comuns já utilizadas, em uma rota laboratorial. Foram produzidas três amostras variando-se a concentração do ácido nítrico, usado como eletrólito, 0,5; 1,0 e 1,5 mol/L. Os materiais produzidos foram caracterizados pelas técnicas de DRX, MEV, EDS, FTIR, DSC e TGA. Os resultados mostraram a eficácia do método, confirmando a presença de grupos funcionais inseridos na estrutura. O material apresentou características mais próximas do grafite original e do óxido de grafite com variações no comportamento das amostras. A amostra esfoliada em solução de ácido nítrico 1,0 mol/L foi a que se destacou por apresentar características mais próximas do óxido de grafeno. Apesar do material final não apresentar as características esperadas, a metodologia utilizada promoveu alterações significativas, revelando-se uma alternativa promissora para obtenção de GO. Resumen La exploración de las propiedades de los materiales, aliada a la aplicación de técnicas de ingeniería para mejorar sus características, es la fuerza motriz en la creación de nuevos materiales. El óxido de grafeno (GO) se destaca en la demanda de materiales avanzados debido a sus propiedades excepcionales, lo que lo hace prometedor para aplicaciones en diversas áreas tecnológicas. Uno de los principales desafíos asociados a este material sigue siendo el desarrollo de rutas de síntesis más eficientes y de bajo costo. Entre los diversos métodos estudiados, la exfoliación electroquímica surge como una alternativa prometedora para la producción de grafeno y óxido de grafeno. Este trabajo tuvo como objetivo realizar dicha síntesis a partir de este método. La síntesis se llevó a cabo utilizando varillas de grafito extraídas de pilas comunes ya utilizadas, siguiendo una ruta en laboratorio. Se produjeron tres muestras variando la concentración de ácido nítrico, utilizado como electrolito, en 0,5; 1,0 y 1,5 mol L⁻¹. Los materiales producidos fueron caracterizados mediante las técnicas de DRX, SEM, EDS, FTIR, DSC y TGA. Los resultados demostraron la eficacia del método, confirmando la presencia de grupos funcionales insertados en la estructura. Los materiales presentaron características más próximas al grafito original y al óxido de grafito, con variaciones en el comportamiento de las muestras. La muestra exfoliada en solución de ácido nítrico 1,0 mol L⁻¹ fue la que se destacó por presentar propiedades más cercanas al óxido de grafeno. Aunque el material final no presentó las características esperadas, la metodología utilizada promovió cambios estructurales significativos, revelándose como una alternativa prometedora para la obtención de GO.
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.
Preparação de óxido de grafeno através do processo de esfoliação eletroquímica com ácido cítrico
(2025-06-02) Baron, Duban Fernei Bravo
O objetivo deste trabalho foi estudar e fabricar óxido de grafeno por meio do processo de esfoliação eletroquímica utilizando ácido cítrico como uma alternativa sustentável e ecológica, visando sua aplicabilidade como suporte catalítico. Foram utilizadas concentrações de 0,5; 1,0 e 1,5 mol·L⁻¹, com hastes de grafite extraídas de pilhas (AA) descartadas. Os principais resultados indicam que não foi possível obter óxido de grafeno. No entanto, foi possível caracterizar partículas de grafite parcialmente oxidadas, com superfícies rugosas, presença de grupos funcionais (O–H, C–O) e camadas grafíticas empilhadas. O ácido cítrico, por ser um ácido fraco — ou seja, com baixa concentração de íons ou espécies intercalantes —, não proporcionou uma expansão e intercalação eficientes entre as camadas do grafite, mesmo na concentração de 1,5 mol·L⁻¹. Resumen El objetivo de este trabajo fue estudiar y sintetizar óxido de grafeno mediante el proceso de exfoliación electroquímica utilizando ácido cítrico como una alternativa sostenible y ecológica, con el objetivo de aplicarlo como soporte catalítico. Se utilizaron concentraciones de 0,5; 1,0 y 1,5 mol·L⁻¹, empleando varillas de grafito extraídas de pilas AA desechadas. Los principales resultados indican que no fue posible obtener óxido de grafeno. Sin embargo, se logró caracterizar partículas de grafito parcialmente oxidadas, con superficies rugosas, presencia de grupos funcionales (O–H, C–O) y capas grafíticas apiladas. El ácido cítrico, al ser un ácido débil —es decir, con baja concentración de iones o especies intercalantes— no proporcionó una expansión ni una intercalación eficiente entre las capas del grafito, incluso a una concentración de 1,5 mol·L⁻¹.
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.
Influência da adição de chamote na formulação de pastas geopoliméricas à base de metacaulim
(2025) Ferreira Junior, Leonardo
A procura por materiais de construção que combinem sustentabilidade e alto desempenho tem se intensificado nos últimos anos, motivada pela urgência em minimizar os impactos ambientais, como os decorrentes da fabricação do cimento Portland, responsável por cerca de 8% das emissões globais de CO₂. Nesse contexto, os geopolímeros emergem como uma alternativa promissora, pois podem ser produzidos a partir de resíduos industriais, como cinzas volantes e escórias de alto-forno, contribuindo para a economia circular e a redução do descarte inadequado de resíduos sólidos. Dentre esses subprodutos, temos o chamote (CM), gerado a partir da quebra de materiais cerâmicos em linha de produção, como as de blocos, telhas e porcelanatos. Esse material, um rejeito sinterizado, pode ser reintroduzido na formulação como matéria-prima (MP) secundária, reduzindo o descarte de materiais beneficiados. Além de mitigar os desperdícios, o chamote é empregado para melhorar a resistência mecânica de peças cerâmicas no estado a verde e após a sinterização, como em casos que necessitem reduzir a retração das peças durante a secagem e/ou queima. Esse subproduto pode apresentar propriedades como elevada estabilidade térmica, dureza e baixa absorção de água, especialmente quando proveniente de indústrias de porcelanato, com sua granulometria e refratariedade variando conforme a origem. Atualmente o Brasil é um dos maiores produtores mundiais de cerâmicas, com 8,15 bilhões de blocos/telhas e 470.550 toneladas de outros produtos por ano (ANICER, 2023). É o terceiro maior em revestimentos cerâmicos, representando 6% do PIB da construção (ANFACER, 2025), mas enfrenta perdas de até 14% no processo, como a produção de cerâmicas vermelhas que gera ~7.500 toneladas anuais de resíduos (chamote) (Queiroz Neto et al., 2016). Diante desse cenário, o estudo buscou avaliar a influência da adição de chamote de porcelanato esmaltado nas propriedades mecânicas e microestruturais de pastas geopoliméricas à base de metacaulim, silicato de sódio e hidróxido de sódio. Para as análises foram produzidos corpos de prova cúbicos de arestas de 50mm, sendo confeccionados três corpos de prova (CP’s) para cada formulação. Cada traço variou sua fórmula através da substituição de metacaulim por chamote entre 0%, 20%, 30%, 70% e 80%. As amostras foram caracterizadas por meio de ensaios de compressão, difração de raios X (DRX), microscopia eletrônica de varredura (MEV) e espectroscopia de dispersão de elétrons (EDS). Os resultados revelaram uma distribuição granulométrica de 35,67 ± 13,65 μm para o chamote moído utilizado, além de uma resistência à compressão atrativa (40–50 MPa) para as formulações com 20% e 30% de chamote, comparável à do cimento Portland convencional. A análise de DRX identificou halos amorfos e fases cristalinas bem definidas de quartzo nas matérias primas precursoras, enquanto a MEV mostrou uma microestrutura densa e homogênea no CP confeccionado com 20% de chamote. A ativação alcalina da fase cristalina do chamote foi sugerida pelo abaulamento dos cantos vivos das partículas evidenciadas no MEV, demonstrando seu potencial como material alternativo para a produção de geopolímeros de alto desempenho. Esses resultados contribuem para a ecoeficiência dos materiais, promovendo a economia circular na indústria da construção civil e de revestimentos cerâmicos, além de reduzir o descarte inadequado de resíduos industriais. Resumen La demanda de materiales de construcción que combinen sostenibilidad y alto rendimiento se ha intensificado en los últimos años, motivada por la urgencia de minimizar los impactos ambientales, como los derivados de la fabricación del cemento Portland, responsable de alrededor del 8% de las emisiones globales de CO₂. En este contexto, los geopolímeros emergen como una alternativa prometedora, pues pueden ser producidos a partir de residuos industriales, como cenizas volantes y escorias de alto horno, contribuyendo a la economía circular y a la reducción del descarte inadecuado de residuos sólidos. Entre estos subproductos, se encuentra la chamota (CM), un subproducto generado a partir de la rotura de materiales cerámicos en líneas de producción, como las de bloques, tejas y baldosas. Este material, un rechazo sinterizado, puede ser reintroducido en la formulación como materia prima secundaria, reduciendo la eliminación de materiales procesados. Además de mitigar los desperdicios, la chamota se emplea para mejorar la resistencia mecánica de piezas cerámicas, en estado verde y después de la sinterización, además de reducir la contracción durante las etapas de secado y sinterización. Este subproducto puede presentar propiedades como elevada estabilidad térmica, dureza y baja absorción de agua, especialmente cuando proviene de industrias de porcelanato, con su granulometría y refratariedad variando según el origen. Actualmente, Brasil es uno de los mayores productores mundiales de cerámicas, con 8.150 millones de bloques/tejas y 470.550 toneladas de otros productos al año (ANICER, 2023). Es el tercer mayor productor de revestimientos cerámicos, representando el 6% del PIB de la construcción (ANFACER, 2025), pero enfrenta pérdidas de hasta el 14% en el proceso, como en la producción de cerámicas rojas que genera ~7.500 toneladas anuales de residuos (chamota) (Queiroz Neto et al., 2016). Ante este panorama, el estudio buscó evaluar la influencia de la adición de chamota de porcelanato esmaltado en las propiedades mecánicas y microestructurales de pastas geopoliméricas a base de metacaolín, silicato de sodio e hidróxido de sodio. Para los análisis se produjeron probetas cúbicas de aristas de 50 mm, elaborándose tres probetas (CPs) para cada formulación. Cada dosificación varió su composición mediante la sustitución de metacaolín por chamota entre 0%, 20%, 30%, 70% y 80%. Las muestras fueron caracterizadas mediante ensayos de compresión, difracción de rayos X (DRX), microscopía electrónica de barrido (MEB) y espectroscopía de dispersión de energía (EDS). Los resultados revelaron una distribución granulométrica de 35,67 ± 13,65 μm para la chamota molida utilizada, además de una resistencia a la compresión atractiva (40-50 MPa) para las formulaciones con 20% y 30% de chamota, comparable a la del cemento Portland convencional. El análisis de DRX identificó halos amorfos y fases cristalinas bien definidas de cuarzo en las materias primas precursoras, mientras que el MEB mostró una microestructura densa y homogénea en la probeta elaborada con 20% de chamota. La activación alcalina de la chamota en la pasta fue sugerida por el redondeamiento de los bordes vivos evidenciado en las partículas en el MEB, demostrando su potencial como material alternativo para la producción de geopolímeros de alto desempeño. Estos resultados contribuyen a la ecoeficiencia de los materiales, promoviendo la economía circular en la industria de la construcción civil y de revestimientos cerámicos, además de reducir el descarte inadecuado de residuos industriales.
Síntese e caracterização de HAp e AgVO₃ e sua incorporação em filamentos compósitos HAp/PLA dopados com AgVO₃
(2025) Cibils, Silene Zandonai
A crescente demanda por materiais biocompatíveis tem impulsionado as pesquisas na área de biomateriais para aplicação em engenharia de tecidos ósseos visando tanto o sucesso da regeneração do tecido que e dependente da osteointegracao quanto a sobrevivência longa dos implantes que depende da prevenção de infecções bacterianas. Nesse contexto, este trabalho investiga a síntese e caracterização da hidroxiapatita (HAp) e do vanadato de prata (AgVO.) visando a formulação de um compósito incorporado em filamentos de poli (acido-lático) (PLA), com potencial aplicação em biomateriais para engenharia de tecidos e implantes. A HAp foi sintetizada pelo método de precipitação e calcinada a 800 ‹C e 1140 ‹C, resultando, respectivamente, em uma fase hexagonal estequiométrica e uma fase monoclinica. A difração de raios X (DRX) confirmou a transição estrutural, enquanto a microscopia eletrônica de varredura (MEV) revelou a morfologia e aumento no tamanho e grau de aglomeração das partículas com o incremento da temperatura de calcinação, o que aponta para uma maior estabilidade e bioatividade da HAp a 800 ‹C. O vanadato de prata foi obtido em condições controladas de 25 ‹C e 60 ‹C, demonstrando influencia da temperatura na estabilidade das fases ƒ¿-AgVO. (metaestável) e ƒÀ-AgVO. (estável). A fase ƒÀ-AgVO. apresentou morfologia de nanofios, sugerindo aprimoramento da atividade antimicrobiana. A espectroscopia de raios X por energia dispersiva (EDS) confirmou a composição química e pureza das amostras sintetizadas. O filamento compósito de HAp/PLA dopado com AgVO. foi processado e obtido por extrusao e a microestrutura revelada por MEV mostrou que a HAp esta dispersa na matriz de PLA, todavia apresentando baixa aderência e um certo grau de aglomeração na matriz do filamento compósito. Os resultados indicam que a síntese e caracterização dos materiais foram bem sucedidas, permitindo a obtenção de HAp e AgVO. com estruturas cristalinas e propriedades morfológicas desejadas indicando potencial uso em biomateriais compósitos para regeneração do tecido ósseo. Resumen The growing demand for biocompatible materials has driven research in the field of biomaterials for bone tissue engineering applications, aiming at both the success of tissue regeneration, which depends on osteointegration, and the long-term survival of implants, which depends on the prevention of bacterial infections. In this context, this work investigates the synthesis and characterization of hydroxyapatite (HAp) and silver vanadate (AgVO₃) for the formulation of a composite incorporated into poly(lactic acid) (PLA) filaments, with potential applications in biomaterials for tissue engineering and implants. HAp was synthesized by the precipitation method and calcined at 800°C and 1140°C, resulting in a stoichiometric hexagonal phase and a monoclinic phase, respectively. X-ray diffraction (XRD) confirmed the structural transition, while scanning electron microscopy (SEM) revealed the morphology and an increase in the size and degree of agglomeration of the particles with increasing calcination temperature, which indicates greater stability and bioactivity of HAp at 800°C. Silver vanadate was obtained under controlled conditions of 25°C and 60°C, demonstrating the influence of temperature on the stability of the α-AgVO₃ (metastable) and β-AgVO₃ (stable) phases. The β-AgVO₃ phase exhibited nanowire morphology, suggesting an enhancement in antimicrobial activity. Energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDS) confirmed the chemical composition and purity of the synthesized samples. The AgVO₃-doped HAp/PLA composite filament was processed and obtained by extrusion and the microstructure revealed by SEM showed that HAp is dispersed in the PLA matrix, although with low adhesion and some degree of agglomeration in the composite filament matrix. The results indicate that the synthesis and characterization of the materials were successful, allowing the production of HAp and AgVO₃ with the desired crystalline structures and morphological properties, indicating potential use in composite biomaterials for bone tissue regeneration.
Estudo do uso da erva-mate pós-consumo como catalisador livre de metal na geração de hidrogênio a partir da metanólise do borohidreto de sódio
(2025) Benitez, Vicente Dario Vera
Nos últimos anos, a demanda por fontes de energia limpas e sustentáveis cresceu significativamente, impulsionada por desafios relacionados às mudanças climáticas e à escassez de combustíveis fósseis. Nesse contexto, o hidrogênio (H₂) surge como um vetor energético promissor devido à sua alta densidade energética e potencial para reduzir impactos ambientais. Neste estudo, a erva-mate (Ilex paraguariensis) pós-consumo é usada como um catalisador livre de metais para geração de hidrogênio com base na metanólise do borohidreto de sódio. O objetivo é otimizar as condições de síntese do catalisador livre de metais para melhorar a eficiência da reação de produção de hidrogênio. Para isso, a erva-mate foi pré-tratada com diferentes ácidos, como, ácido fosfórico, ácido sulfúrico e ácido cítrico. Com base no melhor desempenho, o ácido fosfórico foi selecionado e avaliado em relação à concentração ácida no pré-tratamento (30%, 40%, 50%, 60% e 100% m/m). Diferentes temperaturas (200, 300 e 400 °C) e tempos de tratamento térmico (30, 45, 60 e 90 minutos) também foram testados para otimizar o catalisador. As amostras preparadas foram caracterizadas por FTIR, DRX e MEV. Neste estudo, o volume de hidrogênio gerado foi medido usando o método de deslocamento de água. Além disso, os parâmetros de reação, como, concentração de NaBH₄ (0,1 g, 0,25 g, 0,50 g e 0,75 g), quantidade de catalisador (0,05 g, 0,1 g, 0,15 g e 0,25 g) e temperatura de reação (40, 50, 60, 70 e 80 °C) foram avaliados. Os resultados revelam que a erva-mate pós-consumo tratada com 100% de H₃PO₄ a 300 °C por 60 minutos produziu o melhor desempenho catalítico. As melhores condições reacionais foram 0,25 g de catalisador, 10 mL de metanol e 0,75 g de borohidreto de sódio a uma temperatura de 80 ºC. A produção de hidrogênio resultou em um volume de 2000 mL em um tempo de 5 minutos. A reutilização do catalisador mostrou uma diminuição gradual na produção de hidrogênio a cada ciclo, atingindo cerca de 70% do desempenho inicial após quatro ciclos. A energia de ativação, entalpia e entropia do processo foram determinadas como 17,39 kJ/mol, 14,63 kJ/mol e -159,3 J/(mol·K), respectivamente. Este estudo destaca o potencial promissor da erva-mate pós-consumo como um catalisador eficiente e sustentável para a produção de hidrogênio, contribuindo para uma transição energética mais limpa e sustentável. Resumen En los últimos años, la demanda por fuentes de energía limpias y sostenibles ha crecido significativamente, impulsada por los desafíos relacionados con el cambio climático y la escasez de combustibles fósiles. En este contexto, el hidrógeno (H₂) surge como un vector energético prometedor debido a su alta densidad energética y su potencial para reducir los impactos ambientales. En este estudio se utilizó la yerba mate (Ilex paraguariensis) post-consumo como catalizador libre de metales para la generación de hidrógeno basado en la metanólisis del borohidruro de sodio. El objetivo es optimizar las condiciones de síntesis del catalizador libre de metales para mejorar la eficiencia de la reacción de producción de hidrógeno. Para ello, la yerba mate fue pre-tratada con diferentes ácidos, como, ácido fosfórico, ácido sulfúrico y ácido cítrico. Con base en el mejor desempeño, el ácido fosfórico fue seleccionado y evaluado en relación con la concentración ácida en el pre-tratamiento con (30%, 40%, 50%, 60% y 100% p/p). También se probaron diferentes temperaturas (200, 300 y 400 °C) y tiempos de tratamiento térmico (30, 45, 60 y 90 min) para optimizar el catalizador. Las muestras preparadas se caracterizaron mediante FTIR, XRD y SEM. En este estudio, se midió el volumen de hidrógeno generado utilizando el método de desplazamiento de agua. Además, se evaluaron los parámetros de reacción como la concentración de NaBH₄ (0,1 g, 0,25 g, 0,50 g y 0,75 g), la cantidad de catalizador (0,05 g, 0,1 g, 0,15 g y 0,25 g) y la temperatura de reacción (40, 50, 60, 70 y 80 °C). Los resultados revelaron que la yerba mate post-consumo tratada con 100% H₃PO₄ a 300 °C durante 60 minutos produjo el mejor desempeño catalítico. Las mejores condiciones de reacción fueron 0,25 g de catalizador, 10 mL de metanol y 0,75 g de borohidruro de sodio a una temperatura de 80 ºC. La producción de hidrógeno dio como resultado un volumen de 2000 mL en un tiempo de 5 minutos. La reutilización del catalizador mostró una disminución gradual en la producción de hidrógeno en cada ciclo, alcanzando aproximadamente el 70% del rendimiento inicial después de cuatro ciclos. Se determinó que la energía de activación, la entalpía y la entropía del proceso fueron 17,39 kJ/mol, 14,63 kJ/mol y -159,3 J/(mol·K), respectivamente. Este estudio destaca el potencial prometedor de la yerba mate post-consumo como catalizador eficiente y sostenible para la producción de hidrógeno, contribuyendo a una transición energética más limpia y sostenible.
Mecano-síntese do pó compósito de Nb-Cu-C via moagem de alta energia
(2025) Furtado, Vinicius Cândido Padilha
As ferramentas de corte são fundamentais na indústria metalúrgica, exigindo alta dureza, resistência ao desgaste e estabilidade mecânica e química para garantir eficiência e durabilidade. Uma estratégia amplamente adotada para melhorar essas propriedades é a incorporação de carbetos, que aumentam a resistência mecânica e prolongam a vida útil das ferramentas. O carbeto de nióbio (NbC) tem se destacado como uma alternativa promissora devido à sua elevada dureza, comparável ao carbeto de tungstênio (WC), além de apresentar boa estabilidade térmica e química. Essas características tornam o NbC um candidato viável para o desenvolvimento de materiais compósitos avançados voltados para aplicações de alto desempenho. Este trabalho teve como objetivo a síntese de um pó compósito contendo Nb-Cu-C por moagem de alta energia, visando a formação do NbC em uma matriz metálica de cobre. Foram utilizados pós elementares de nióbio metálico, cobre eletrolítico e carvão ativado, processados em um moinho planetário com jarro e esferas de ágata de 10 mm de diâmetro, utilizando ciclo-hexano como meio processante. A razão mássica pó:esferas foi fixada em 1:3 para garantir a eficiência da moagem. Foram conduzidos dois experimentos: no primeiro, a moagem ocorreu por 90 horas ininterruptas; no segundo, amostras foram coletadas nos tempos de 3, 15, 30 e 60 horas, permitindo acompanhar a evolução da moagem. Após o processamento, os pós foram submetidos a secagem e caracterizados por difração de raios X (DRX), microscopia eletrônica de varredura (MEV), espectroscopia por dispersão de elétrons (EDS) e granulometria a laser. Os resultados confirmaram a formação do NbC, atingindo aproximadamente 20% em peso no material final. A moagem promoveu uma redução significativa do tamanho médio das partículas, cerca de seis vezes em relação ao tamanho inicial, favorecendo maior reatividade dos precursores. A análise estrutural revelou a evolução do processo de moagem, demonstrando que tempos mais longos favoreceram a homogeneização da mistura e a formação progressiva do NbC. Assim, este estudo mostra a viabilidade da moagem de alta energia como um método eficiente para a obtenção de materiais compósitos à base de NbC, destacando seu potencial para aplicações em ferramentas de corte e outras áreas de engenharia de materiais. Resumen Las herramientas de corte son fundamentales en la industria metalúrgica, ya que requieren alta dureza, resistencia al desgaste y estabilidad mecánica y química para garantizar eficiencia y durabilidad. Una estrategia ampliamente adoptada para mejorar estas propiedades es la incorporación de carburos, que aumentan la resistencia mecânica y prolongan la vida útil de las herramientas. El carburo de niobio (NbC) ha surgido como una alternativa prometedora debido a su alta dureza, comparable a la del carburo de tungsteno (WC), así como a su buena estabilidad térmica y química. Estas características hacen que el NbC sea un candidato viable para el desarrollo de materiales compuestos avanzados destinados a aplicaciones de alto rendimiento. Este estudio tuvo como objetivo la síntesis de un polvo compuesto de Nb-Cu-C mediante molienda de alta energía, con el propósito de formar NbC en una matriz de cobre. Se procesaron polvos elementales de niobio metálico, cobre electrolítico y carbón activado en un molino planetario con un tarro de ágata y bolas de ágata de 10 mm de diámetro, utilizando ciclohexano como medio de procesamiento. La relación másica polvo:bolas se fijó en 1:3 para garantizar la eficiencia de la molienda. Se realizaron dos experimentos: el primero consistió en una molienda continua de 90 horas, mientras que en el segundo se recolectaron muestras a las 3, 15, 30 y 60 horas para monitorear el proceso. Después del procesamiento, los polvos fueron secados y caracterizados mediante difracción de rayos X (DRX), microscopía electrónica de barrido (MEB), espectroscopia de dispersión de energía (EDS) y granulometría láser. Los resultados confirmaron la formación de NbC, alcanzando aproximadamente un 20% em peso en el material final. La molienda redujo significativamente el tamaño medio de las partículas, logrando una reducción de seis veces en comparación con el tamaño inicial, lo que mejoró la reactividad de los precursores. El análisis estructural reveló la evolución del proceso de molienda, demostrando que tiempos de molienda más prolongados favorecieron la homogeneización de la mezcla y la formación progresiva de NbC. Este estudio confirma la viabilidad de la molienda de alta energía como un método eficiente para obtener materiales compuestos a base de NbC, destacando su potencial para aplicaciones en herramientas de corte y otras áreas de la ingeniería 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.
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.
Síntese de geopolímeros a partir de resíduos industriais: uma abordagem sustentável utilizando rejeitos de ETA e de corte de rochas ornamentais
(2024) Ledur, Natan Maicon Silva dos Santos Ledur
Este trabalho investigou o potencial de utilização de resíduos industriais, como lodo de Estação de Tratamento de Água (ETA) e rejeitos de corte de rochas ornamentais, como precursores na produção de geopolímeros, visando substituir parcial ou totalmente o metacaulim. Foram realizadas análises químicas e físicas abrangentes, incluindo fluorescência de raios X (FRX), difração de raios X (DRX), termogravimetria (TGA), microscopia eletrônica de varredura (MEV), espectroscopia de dispersão de energia (EDS) e granulometria a laser, além de ensaios de compressão para avaliar as propriedades mecânicas das amostras produzidas. Os resultados destacaram o impacto positivo do rejeito de corte de rochas ornamentais na formulação dos geopolímeros. As amostras contendo esse resíduo apresentaram maior amorficidade e alcançaram resistência mecânica superior em comparação ao metacaulim puro. Houve um aumento de aproximadamente 94% na resistência à compressão ao comparar a pior amostra (SR1) com a melhor amostra (MR2). Esse incremento reflete a contribuição de partículas mais finas e da composição química do rejeito na formação de uma matriz mais densa e coesa. Por outro lado, as amostras com elevado teor de resíduos de ETA enfrentaram desafios significativos, incluindo colapsos durante o desmolde, atribuídos à elevada cristalinidade e ao alto teor de ferro amorfo, que prejudicam a solubilidade dos aluminosilicatos. A granulometria também se mostrou um fator crítico: partículas mais finas favorecem uma maior área superficial disponível para reações químicas, promovendo uma melhor formação da matriz geopolimérica. O estudo revelou caminhos promissores para a otimização das formulações, como ajustes nas proporções molares, melhorias no tratamento térmico e na granulometria. A reutilização de resíduos industriais na produção de geopolímeros demonstra ser uma abordagem sustentável e inovadora, com potencial para reduzir impactos ambientais e agregar valor a materiais descartados.
Estudo do efeito da moagem de alta energia nas características microestruturais do pó compósito GDC-AL₂O₃.
(2024) Gonzaga, Ana Beatriz Rodrigues
A céria dopada com gadolínio (GDC) é uma alternativa promissora como eletrólito sólido para células a combustível de óxido sólido (SOFC), devido à sua boa atividade catalítica e alta condutividade de íons de oxigênio. No entanto, apresenta algumas impraticabilidades, como a baixa resistência mecânica. A adição de alumina em amostras de óxidos de estrutura de fluorita (céria ou zircônia), tem-se mostrado capaz de intensificar a resistência mecânica. De semelhante forma, tem efeito na condutividade do grão e a condutividade do contorno do grão, que dependem de parâmetros como, microestrutura, impureza, solubilidade, processamento, etc. (KIM; PARK; CHOI, 2006). Tanto a condutividade do interior do grão quanto no contorno de grão, contribuem para a condução total de eletrólitos sólidos (ZHANG, 2006). Considerando isso, temos que a etapa da mistura e moagem é de grande importância no processo de fabricação do material compósito, pois define a homogeneidade microestrutural e a distribuição do tamanho de partícula (GUTIÉRREZ, 2002). No presente trabalho estuda-se o efeito da moagem de alta energia nas características do pó compósito GDC-Al₂O₃, buscando informações referentes ao refinamento de partículas, microdeformação da rede cristalina e a ocorrência de reações químicas, relacionando-as com a variação dos seguintes parâmetros: aumento da porcentagem de massa de alumina (5, 10, 20 e 30%), da razão entre corpos moedores e pó (10:1 e 20:1), e do tempo de moagem 93h e 6h). Através de análises microestruturais comprovou-se a presença de uma nova fase originada durante a moagem, o Óxido de Gadolínio de Alumínio. Similarmente por intermédio de uma análise comparativa entre os valores da largura à meia altura, notou-se um refino de cristalito da fase reforço (alumina) e uma microdeformação da rede cristalina verificada pelo deslocamento do pico e cálculo da variação da distância interplanar.
Progresso na fabricação de células fotovoltaicas de filmes finos de Pervoskita de alta eficiência, um estudo comparativo.
(2024) Durelian, Ricardo
Na busca por reduzir emissões de CO2 e combater o efeito estufa. Entre as inovações tecnológicas, destacam-se os painéis solares de filmes finos de perovskita. Um material com estrutura cristalina cúbica capaz de acomodar diferentes átomos, desde que respeitem um fator de tolerância entre 0,88 e 1,1. Devido à sua capacidade de transportar tanto elétrons quanto lacunas, esses filmes são empregados como semicondutores dos tipos p e n, melhorando o fluxo eletrônico, a disponibilidade de corrente e a eficiência das células solares. Até 2013, a produção científica sobre células solares de perovskita era muito limitada. No entanto, em apenas uma década, foram alcançados avanços expressivos. A eficiência desse material evoluiu de 11,9% em 2013 para 26,7 ± 0,6% em 2024, considerando os resultados laboratoriais. Esse desempenho se aproxima do das células cristalinas de silício, líderes de mercado, que alcançam uma eficiência de 27,3 ± 0,4%. Assim, a perovskita surge como uma alternativa promissora para ampliar o uso da energia solar em escala global.
Utilização de modelos analíticos para verificação do comportamento de fluência em compósitos Carbono/Epóxi.
(2024) Kuo, Roxana
Os compósitos poliméricos de alto desempenho apresentam propriedades mecânicas de alta performance, sendo assim, possuem grandes aplicações nos setores automobilístico e aeroespacial. A resistência do material pode ser influenciada pela forma como ele é processado, pela solicitação mecânica e pela temperatura. Quando o material é submetido a uma carga ou deformação por muito tempo em diferentes temperaturas, isso afeta a efetividade de transferência de reforço e aumenta a mobilidade das moléculas, alterando sua resistência. Desse modo, com o intuito de entendimento de propriedades tempo -dependentes, o presente trabalho visa o estudo dos parâmetros de fluência e do comportamento viscoelástico em baixas cargas, com foco no estado vítreo dos compósitos de epóxi reforçados com fibra de carbono produzidos pelo processo de enrolamento filamentar com ângulos de orientação distintos: [0]4, [30]4 e [60]4. As respostas de fluência foram estudadas com base em modelos analíticos (Weibull, Findley e Burger) e em termos de relação estrutura e propriedade. Concluiu-se que foi possível aplicar os modelos com cargas relativamente baixas, apesar de algumas variáveis dos modelos não representarem fisicamente o sistema. Mesmo assim, a deformação instantânea elástica pareceu seguir uma tendência, possibilitando a formulação de modelos futuros para predição de fluência em altas cargas e módulo elástico estático.
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.

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