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Dissertations |
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ITAMAR RODRIGUES DE LIRA
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ESTUDO DE PROBLEMAS METALÚRGICOS EM CAMISAS DE MOENDA EM FERRO FUNDIDO CINZENTO
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Advisor : OSCAR OLIMPIO DE ARAUJO FILHO
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COMMITTEE MEMBERS :
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OSCAR OLIMPIO DE ARAUJO FILHO
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SEVERINO LEOPOLDINO URTIGA FILHO
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UILAME UMBELINO GOMES
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Data: Jan 25, 2022
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Show Abstract
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RESUMO
Camisas de moenda frequentemente são fundidas em Ferros fundidos cinzentos, cuja microestrutura e propriedades mecânicas, como resistência à tração das peças fundidas neste processo de elaboração do metal líquido, são determinadas pela composição química, pelo tratamento de inoculação e pela velocidade de resfriamento. Este trabalho tem como objetivo realizar estudo de problemas metalúrgicos relacionados a variações microestruturais e variações volumétricas (rechupe secundário) na solidificação de peças fundidas em ferro fundido cinzento numa empresa siderúrgica especializada em fundidos para o setor sucroalcooleiro. Neste estudo foi possível entender a formação de carbonetos (Fe3C), a formação dos rechupes secundários, e o efeito nocivo de contaminações de cromo, titânio e alumínio, bem como avaliar o efeito das variáveis mais relevantes para mitigar as influencias destes desvios, e propor soluções com a finalidade de minimizar o surgimento de desvios e atuar de forma mais efetiva no controle dos fatores que contribuem para este tipo de problema, os quais geram peças refugadas por resistência a tração abaixo da especificação, formação de carbonetos acima do aceitável e rechupes secundários.
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JOSÉ ENDREO BARACHO DA COSTA
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OBTENÇÃO E CARACTERIZAÇÃO DAS LIGAS CU-13,5AL-4NI E CU-14AL-4NI COM EFEITO MEMÓRIA DE FORMA PROCESSADAS PELO MÉTODO DE FUSÃO A PLASMA
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Advisor : OSCAR OLIMPIO DE ARAUJO FILHO
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COMMITTEE MEMBERS :
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OSCAR OLIMPIO DE ARAUJO FILHO
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RICARDO ARTUR SANGUINETTI FERREIRA
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CLODOMIRO ALVES JUNIOR
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Data: Jan 27, 2022
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Show Abstract
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As ligas com efeito memória de forma contemplam a classe de materiais inteligentes que possuem como característica principal a habilidade de após serem deformados terem sua forma rememorada quando a carga é removida, após o fornecimento de calor ao material. A transformação martensítica é o mecanismo de obtenção das propriedades dessas ligas. Os componentes fabricados com EMF são aplicados em áreas como medicina com elementos biocompatíveis, na área aeroespacial e automotiva. O presente trabalho tem como objetivo produzir e caracterizar as ligas Cu-13,5Al-4Ni e Cu-14Al-4Ni por fusão a plasma. Foi realizado a preparação metalográfica e as ligas em seu estado bruto, homogeneizado e betatizado foram caracterizadas por microscopia ótica (MO), microscopia eletrônica de varredura (MEV), espectroscopia de energia dispersiva (EDS), difração de Raio-X (DRX). Microestruturas características das fases foram comparadas com a literatura e identificas nas imagens de MO e MEV. As fases α, β e γ apareceram no espectro de DRX da estrutura bruta de fusão e homogeneizada, as fases β1’ e γ1’ foram identificados nas amostras betatizadas. As temperaturas críticas de início da transformação martensítica das ligas Cu-13,5Al-4Ni e Cu-14Al-4Ni foram respectivamente Ms = 94°C e Ms = 6ºC obtidas por calorimetria diferencial exploratória (DSC), demonstrando uma relação direta da composição da liga com a temperatura crítica de transformação. A suscetibilidade da liga ao fenômeno de estabilização da martensita foi obtido realizando a ciclagem térmica da liga durante a medição de resistividade elétrica.
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JOSÉ VICTOR BANEOTH DUEIRE DA SILVEIRA
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RECOBRIMENTO DE SUBSTRATOS PRODUZIDOS VIA MANUFATURA ADITIVA COM POLÍMEROS CONDUTORES: AVALIAÇÃO NO DESENVOLVIMENTO DE ELETRODOS
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Advisor : KLEBER GONCALVES BEZERRA ALVES
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COMMITTEE MEMBERS :
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KLEBER GONCALVES BEZERRA ALVES
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MAGDA ROSANGELA SANTOS VIEIRA
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ELITON SOUTO DE MEDEIROS
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Data: Jan 31, 2022
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Show Abstract
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No presente trabalho foram discutidas a preparação e caracterização de amostras de ABS revestidos por polímero condutor (Polipirrol), sendo posteriormente avaliado o comportamento destes como potenciais eletrodos. Inicialmente, as amostras foram obtidas através do processo de manufatura aditiva (Impressão 3D) no método de Fused Deposition Modeling (FDM). Após as mesmas passarem por um processo de tratamento superficial por plasma de ar, a partir da polimerização in situ dos monômeros de pirrol, foram totalmente recobertas com polipirrol (PPi) utilizando-se dois tipos de oxidantes distintos: Cloreto férrico e Persulfato de amônio. As propriedades químicas, ópticas, superficiais e elétricas destes materiais foram caracterizadas através do uso das seguintes técnicas: espectroscopia de absorção no infravermelho com Transformada de Fourier (FTIR), medidas de ângulo de contato, voltametria cíclica, espectroscopia de impedância eletroquímica (EIE), microscopia eletrônica de varredura (MEV), medida elétrica de 4 pontas e ensaio mecânico de tração. Através do processo de manufatura aditiva foram obtidas amostras de ABS. Após o tratamento superficial destas amostras por plasma de ar, as mesmas aumentaram seu caráter hidrofílico, conforme verificado nas medidas de ângulo de contato. Este resultado possibilitou o recobrimento das fibras com o PPi no seu estado condutor, conforme confirmado por inspeção visual, FTIR, VC e EIE. A importância do recobrimento do ABS com polímeros condutores na capacidade de condução elétrica do material foi verificada a partir da resistência de transporte de carga obtida pela EIE. Além disso, foi possível notar que além do ganho do potencial elétrico, o recobrimento não afetou a propriedade mecânica visto que a tensão limite de escoamento e o módulo de elasticidade não variaram significativamente durante o ensaio de tração.
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MANUELLA MATTOS ALVES DE GODOY COSTA
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estudo do Tratamento Térmico de Solubilização e Envelhecimento de compósitos de matriz metálica da liga de alumínio AA6061 com DIFERENTES REFORÇOS através de técnicas de metalurgia do pó
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Advisor : OSCAR OLIMPIO DE ARAUJO FILHO
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COMMITTEE MEMBERS :
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OSCAR OLIMPIO DE ARAUJO FILHO
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RICARDO ARTUR SANGUINETTI FERREIRA
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FRANCINE ALVES DA COSTA
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Data: Jan 31, 2022
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Show Abstract
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RESUMO
Este trabalho avalia parâmetros de dureza e metalografia de amostras fabricadas através da técnica de metalurgia do pó sob duas condições distintas: amostras com matriz metálica de alumínio AA6061 sem reforços submetidas e não submetidas a moagem de alta energia (MAE) em um moinho vibratório do tipo SPEX, com tempo de moagem de 120 minutos; e amostras com matriz metálica de alumínio AA6061 sem reforços e com reforços de ligas de óxido alumínio ou alumina ( ), carboneto ou carbeto de silício ( ), nitreto de alumínio ( ) e nitreto de silício ( ). Todas as amostras foram submetidas a tratamentos de solubilização em um forno tipo mufla com temperatura de 480°C e exposição de 90 minutos; resfriamento rápido da tempera, sendo utilizada água a temperatura ambiente como fluido de resfriamento; e envelhecimento artificial utilizando um forno do tipo mufla com atmosfera controlada de gás Argônio, temperatura de forno de 120° e tempo de exposição das amostras de 3 horas. Além do comparativo entre ligas com diferentes reforços também foram analisadas amostras com diferentes percentagens para cada reforço: 10%, 15% e 20% em massa.
Palavras-chave: AA6061. Metalurgia do pó. Moagem de alta energia. Solubilização e envelhecimento.
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RAFAEL ALBERTO DE ARAUJO SILVA
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SHELL AND TUBE HEAT EXCHANGER WITH HELICAL BAFFLES AND GRAPHENE NANOFLUID: A CFD ANALYSIS OF ITS PERFORMANCE AND CHARACTERISTICS
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Advisor : JORGE RECARTE HENRIQUEZ GUERRERO
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COMMITTEE MEMBERS :
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JORGE RECARTE HENRIQUEZ GUERRERO
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JOSE ANGELO PEIXOTO DA COSTA
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JOSE CARLOS CHARAMBA DUTRA
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KAMAL ABDEL RADI ISMAIL
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Data: Jan 31, 2022
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Show Abstract
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Heat exchangers are a heavily used equipment in both industry and daily lives. The most famous example of an industrial application for heat transfer is the shell and tube heat exchanger, being a classic model used even nowadays. This type of heat exchanger varies in size, in tubes profile, quantities, fluid direction and in its geometry, especially in the baffles and its varieties, which can help to increase thermal efficiency and to reduce pumping costs. The field of study of heat exchangers is not new to science, but when the baffle geometry is changed for a determined application, the performance can vary widely. On the other hand, nanofluids are still a new field of research. Nanofluids can be defined as a blend of a nanoparticles, fluid and other chemicals to stabilize the moisture. The literature has reviewed nanofluids as a promising way to improve heat transfer in the same heat exchanger. This present study has the aim to investigate and compare three different heat exchanger’s baffle geometry and three graphene based nanofluids for the optimal heat transfer performance and overall equipment performance. The study was conducted through Ansys CFX software with nine different inputs for each geometry. The geometries studied were continuous helical (CH) with the setups of 360º and 1080º; segmented helical (SH) baffles, both for the same sized heat exchanger with a counterflow configuration. The cold fluid inputs were (0.051 m³/s, 0.1m³/s and 0.2m³/s) at 25ºC. The hot fluid inputs were (60ºC, 50ºC and 40ºC) for 0.05m³/s. The nanofluid was made based in Graphene nanoparticle (GNP) and water, and were only allocated in the hot domain, with its total weight (wt.) concentrations as (0.0125%, 0.25% and 0.5%). The results have shown that for overall equipment performance, the SH configuration has shown the best results for any given hot inlet temperature, and the result is amplified when the hot inlet temperature is low. On the other hand, when the best thermal performance is to be achieved, the 1080CH baffle configuration has performed better than any other, showing a very relevant finding about continuous baffles for the inputs presented in this work. For all different inputs, the 360CH shown the worst overall equipment performance. The study also has shown that the best performance working fluid was the 0.25% wt. graphene, which has shown to be the tipping point for higher nanofluid concentration.
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PEDRO MARANHÃO PINHEIRO
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SIMULAÇÃO DAS DISTORÇÕES DE UMA ENGRENAGEM DURANTE O PROCESSO DE TÊMPERA POR INDUÇÃO
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Advisor : JOSE ANGELO PEIXOTO DA COSTA
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COMMITTEE MEMBERS :
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ALVARO ANTONIO OCHOA VILLA
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EDUARDO PADRON HERNANDEZ
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JOSE ANGELO PEIXOTO DA COSTA
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Data: Feb 28, 2022
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Show Abstract
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O presente trabalho avalia as distorções (deformações) que ocorrem em uma engrenagem durante o processo de têmpera por indução em um ambiente virtual (simulação). O estudo realizado envolve a modelagem do conjunto de fixação da engrenagem no equipamento com a ferramenta da Autodesk, Inventor® para posterior avaliação o processo de têmpera, incluindo os ciclos de aquecimento e resfriamento, no software Ansys®. Uma vez determinado os parâmetros do processo de têmpera e simulado todo o ciclo, uma avaliação na engrenagem é realizada, verificando as diferenças entre os valores das dimensões antes e após o processamento são computadas (deformações) e comparadas com resultados obtidos experimentalmente. A partir das validações do modelo, hipóteses são avaliadas com o objetivo de obter um menor valor para essas deformações e um menor consumo energético sem comprometer as especificações do produto. O sistema avaliado é uma indutora com 100Kw e 30kHz. O indutor é feito de uma liga de cobre e os dispositivos que fixam o produto no equipamento de aço inoxidável. Ainda, estudos de otimização topológica são realizados para definir qual é a melhor geometria dos dispositivos de fixação que resultem na melhor distribuição de calor pelo produto, garantindo que o mesmo esteja em conformidade com as especificações definidas em projeto.
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LUANN MARCOS GONDIM LOPES
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ANÁLISE DE GERADORES DE VÓRTICES PARA CONTROLE DE CAMADA LIMITE EM PÁS DE TURBINAS EÓLICAS DE PEQUENO PORTE: Estudos Preliminares
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Advisor : ALEX MAURICIO ARAUJO
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COMMITTEE MEMBERS :
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EDUARDO GUY PERPÉTUO BOCK
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ALEX MAURICIO ARAUJO
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GUILHERME BARBOSA LOPES JUNIOR
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JOSE ANGELO PEIXOTO DA COSTA
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Data: Mar 1, 2022
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Show Abstract
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Conhecendo a importância da energia eólica no mundo e a necessidade de torná-la também cada vez mais acessível para a geração individual de energia por pequenos consumidores, se faz necessário buscar mecanismos capazes de melhorar a eficiência desses equipamentos de modo a facilitar ainda mais seu acesso em regiões com características de vento distintos. Nesse sentido, os Vortex Generators surgem como uma possível alternativa capaz de melhorar a capacidade de utilização dessa tecnologia pois são capazes de gerar perturbações no escoamento de forma controlada e transportar quantidades de movimento de regiões mais distantes para regiões mais próximo à superfície aerodinâmica estudada. Assim, este trabalho tem por objetivo analisar a influência desses dispositivos na aerodinâmica das pás de turbinas eólicas de pequeno porte, utilizando como base o perfil NACA 4415. Para isto, os parâmetros numéricos escolhidos foram validados a partir da comparação dos resultados em CFD com os resultados experimentais encontrados na literatura. Em seguida, VGs retangulares do tipo vane foram inseridos no extradorso do perfil e testados nas posições 10%, 20%, 30%, 40%, 50%, 60%, 70%, 80% e 90% da corda. Os resultados da etapa de validação mostraram que os parâmetros numéricos escolhidos para este trabalho foram capazes de simular os escoamentos analisados na maioria dos materiais bases escolhidos. No entanto, algumas comparações de validação foram consideradas inadequadas por não ser possível identificar de forma satisfatória as características do escoamento, impossibilitando uma análise adequada. Apesar dos testes inadequados de validação, concluiu-se que o método aplicado é capaz de reproduzir os escoamentos reais que serão estudados posteriormente.
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MANUEL OLIVEIRA BATISTA JUNIOR
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MODELAGEM E SIMULAÇÃO DE TURBO GERADOR SOLAR DE BAIXA TEMPERATURA
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Advisor : JOSE CARLOS CHARAMBA DUTRA
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COMMITTEE MEMBERS :
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JOSE CARLOS CHARAMBA DUTRA
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JORGE RECARTE HENRIQUEZ GUERRERO
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CARLOS ALBERTO BRAYNER DE OLIVEIRA LIRA
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Data: Jul 22, 2022
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Show Abstract
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Diante dos desafios climáticos da atualidade, o mundo necessita reduzir as emissões e poluição ambientais de forma urgente e duradoura. Neste contexto, a matriz energética global, cuja demanda é crescente, é uma das principais causas dos desequilíbrios ambientais. Portanto, o desenvolvimento de soluções ambientalmente sustentáveis de produção de energia são cada vez mais necessárias. Neste âmago, a exploração da matriz energética solar se apresenta com enorme potencial e disponibilidade ao atendimento desses desafios de forma sustentável. De fato, dentre todas as fontes sustentáveis de energia, a solar possui a maior disponibilidade e potencial de exploração. E,quando explorado o potencial térmico, a fonte solar tem a vantagem de menor custo de armazenagem. Neste sentido, foi modelado e simulado um gerador de energia elétrica, baseado no ciclo Rankine orgânico operando com amônia, alimentado por fonte térmica solar de baixa temperatura. O modelo foi desenvolvido para atender uma potência nominal de 1 kW e realizado estudo de caso para a cidade do Recife-PE. A seleção do fluido de trabalho considerou destaque aos critérios ambientais. Foram investigados 5 coletores solares planos de características diversas, com comparativos de desempenho. Foi proposto e simulado um processo de otimização geométrica de um dos coletores solares comerciais estudados, obtendo melhoria de eficiência do equipamento, com acréscimo de 5,32% na eficiência global. Os melhores resultados apresentam uma eficiência global na conversão de energia solar em eletricidade de 4,35% e produção estável de eletricidade em 79,61% das horas do ano, com 68,60 m² de coletores solares otimizados, gerando em torno de 6.974,00 kWh de eletricidade por ano.
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PEDRO HENRIQUE ALMEIDA BRAYNER
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IMPROVEMENT OF FUEL CONSUMPTION OF A COMBUSTION VEHICLE THROUGH REDUCTION IN THE PARASITIC POWER OF THE SYSTEM OF COOLING
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Advisor : JOSE ANGELO PEIXOTO DA COSTA
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COMMITTEE MEMBERS :
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ALVARO ANTONIO OCHOA VILLA
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JORGE RECARTE HENRIQUEZ GUERRERO
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JOSE ANGELO PEIXOTO DA COSTA
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JOSE CLAUDINO DE LIRA JUNIOR
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Data: Jul 29, 2022
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Show Abstract
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This paperwork presents a proposal to improve energy efficiency through parasitic losses reduction on the engine cooling system by means of a novel cooling strategy to command a two-stage water pump system associated with a variable electric fan. The fuel consumption benefit assessment was performed on a vehicle with characteristics on the average of the other 1.0L hatches available on Brazilian market, and focused on urban driving. For that, it was implemented a methodology that seeks to minimize absorbed power related to coolant forced circulation but with the maintenance of heat sink to the environment through increased airflow in the radiator. In this way, it was possible to obtain a net reduction in parasitic losses, specially at low speeds, a typical condition of urban routes, by avoiding saturation in the thermal exchange on the air side of the heat exchanger. The result of this work indicates a reduction in the power absorbed by the cooling system of up to 80% and shows expected fuel economy improvement ranging from 1.2% to 1.4% when applied to urban driving cycles.
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DEUSDEDIT CARLOS DA SILVA JUNIOR
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IMPLEMENTATION OF COLD WIRE TANDEM SUBMERGED ARC WELDING TECHNOLOGY TO JOINING COARSE THICKNESS PLATES
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Advisor : TIAGO FELIPE DE ABREU SANTOS
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COMMITTEE MEMBERS :
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EDWAR ANDRÉS TORRES LÓPEZ
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NATHALIA BEZERRA DE LIMA
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OSCAR OLIMPIO DE ARAUJO FILHO
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TIAGO FELIPE DE ABREU SANTOS
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Data: Jul 29, 2022
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Show Abstract
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Companies are currently looking for welding processes that promote high productivity. Within this challenge, there is still the need to restrict distortions in parts of great thickness to maintain dimensional control of the welded components, which is an almost inevitable constant. With this scenario, ICE submerged arc welding (SAW) shows its efficiency, where traditionally, conventional submerged arc welding is used aiming at a higher deposition rate and reduction of manufacturing times and costs. The SAW-ICE (Integrated Cold Electrode) process is characterized by a modified twin torch where two wires work energized, and the heat of the process melts a third integrated cold wire. This technique allows an increase in the deposition rate and a considerable reduction in heat input and distortions. This work aims to develop a comparative analysis of productivity –with constant and controlled heat input– and the level of distortions between conventional SAW and ICE welding in a typical industry joint. Four 40 mm thick ASTM A36 steel specimens were made with a butt joint, double groove welding, double U bevel, and 5 mm of root opening. The first two specimens were welded with a bevel angle of 40° and the last two with an optimized angle of 16°. For one side (A) of all joints, the welding process used was GMAW to simulate real manufacturing conditions. The maximum heat input for the conventional submerged arc beads and ICE (side B) was 2.7 kJ/mm for all joints. For productivity evaluation, open arc times, deposition rates, and the number of passes were determined. For characterization of the joints, macrographs, tensile, bending, impact tests, and distortion analysis of the plates was performed. The results obtained showed that the SAW-ICE welding presented superior productivity compared to the conventional SAW process for the same heat input range. From the mechanical point of view, all experiments were satisfactory according to the criteria of the AWS standard. The specimens welded by SAW-ICE showed a significantly lower level of distortion when compared to the distortions obtained by the conventional SAW process. Therefore, it is possible to conclude that ICE submerged arc welding promotes a significant increase in productivity and reduction of distortions in sheets of great thickness while still maintaining the mechanical properties suitable for the project.
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MÔNICA FERREIRA DE BRITO ROCHA
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DESENVOLVIMENTO DE BLENDA ANTIMICROBIANA DE PLA/POLIPIRROL POR MEIO DE EXTRUSÃO E MOLDADA POR INJEÇÃO
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Advisor : KLEBER GONCALVES BEZERRA ALVES
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COMMITTEE MEMBERS :
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KLEBER GONCALVES BEZERRA ALVES
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GLORIA MARIA VINHAS
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ELITON SOUTO DE MEDEIROS
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Data: Aug 9, 2022
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Show Abstract
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O presente trabalho discute o uso das técnicas de extrusão e injeção para a preparação de blendas baseadas em Poliácido Lático e Polipirrol (PLA/PPi), e, após sua caracterização, a investigação de suas propriedades antibacterianas. A polimerização do Pirrol foi realizada na presença de Cloreto Férrico, o Polipirrol obtido foi adicionado ao PLA em diferentes percentuais (12,5%; 25,0% e 50,0%) em massa de PPi, sendo a mistura então submetida ao processo de extrusão em um misturador do tipo dupla rosca cônica. Por sua vez, as blendas obtidas foram então moldadas através do processamento por injeção, e a seguir caracterizadas através das técnicas de espectroscopia de absorção na região do infravermelho (FTIR), microscopia eletrônica de varredura (MEV), espectroscopia de impedância (EI), medidas de ângulo de contato, análise termogravimétrica (TGA) e análise dinâmico mecânica (DMA). Medidas de FTIR mostraram que as cadeias de PPi presentes estão em sua forma condutora, os resultados de EI indicaram que apenas as blendas preparadas com um percentual de 50% de PPi apresentavam um caráter condutor. As imagens obtidas por MEV mostram peças com pequenas fissuras na superfície. Na análise de DMA os dados da variação nos módulos de armazenamento (E´/MPa) das blendas com a temperatura/°C mostraram que todas experimentam uma drástica diminuição da resistência mecânica na faixa de temperatura de aproximadamente 50°C-60°C, somente a blenda com carga 50% de PPi apresenta uma resistência maior, conseguindo suportar cerca de 120°C. Na análise termogravimétrica (TGA), o perfil de degradação varia conforme a quantidade de carga foi acrescentada (12,5% PPi; 25,0% PPi e 50,0% PPi ). A blenda com 12,5% manteve cerca de 12% de massa, que seria o Polipirrol residual. Assim como a blenda de 50%, manteve uma massa de polipirrol de cerca de 32% a 600°C. Já as medidas de ângulo de contato, nota-se que a adição de polipirrol não interferiu na mudança no comportamento superficial destes materiais. Finalmente, a atividade antibacteriana das blendas foi avaliada através do método do halo de inibição para as bactérias Staphylococcus Aureus e Escherichia Coli, no qual foi evidente a inibição do crescimento em torno da peça. No teste realizado com a bactéria Escherichia Coli, não houve formação de halo de inibição para as blendas injetadas. Somente há inibição no Polipirrol puro, formando um halo de diâmetro médio (d=1,5 cm). E para a bactéria Staphylococcus Aureus houve inibição bacteriana na blenda com carga de 50% de polipirrol apresentado um diâmetro médio (d=1,4 cm) . Assim como para o polipirrol, formando um halo de inibição com diâmetro médio (d=2,3 cm). Dessa forma, as blendas apresentam um potencial de aplicação na área de embalagens ou revestimentos antibacterianos.
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EMERSON DA TRINDADE MARCELINO
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NUMERICAL SIMULATION OF THE MECHANICAL BEHAVIOR OF A WOL-MODIFIED SAMPLE USING TWO-DIMENSIONAL AND THREE-DIMENSIONAL MODELS BASED ON THE FINITE ELEMENT METHOD
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Advisor : NADEGE SOPHIE BOUCHONNEAU DA SILVA
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COMMITTEE MEMBERS :
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NADEGE SOPHIE BOUCHONNEAU DA SILVA
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OSCAR OLIMPIO DE ARAUJO FILHO
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JORGE ANTONIO PALMA CARRASCO
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JOSE MARIA ANDRADE BARBOSA
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MARCO ANTONIO DOS SANTOS
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Data: Aug 19, 2022
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Show Abstract
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This work demonstrates how the use of numerical models, which predict the mechanical behavior of a specimen, can contribute to the design and preparation of experimental mechanical tests. In this study, the Modified-WOL specimen was analyzed, which has an internal bolt and a reaction pin as loading devices. This specimen is used to evaluate the materials’ resistance to the propagation of cracks considering a tensile load and the type of environment that will be submitted in service. With just one test with this specimen, it is possible to obtain the value of the threshold Fracture Toughness for Environment-Assisted Cracking of the material. For this, it is necessary to measure directly the load applied to the specimen using an instrumented bolt. However, the hole needed to insert a strain gauge into this bolt can lead to a reduction in its mechanical strength. Due to the scarcity of works that use numerical tools to dimension tests with this type of specimen, this work aims to simulate the mechanical behavior of a Modified-WOL specimen during the initial loading with three- dimensional and two-dimensional models with the Finite Element Method, considering the axial hole in the bolt and the use of different types of steel in the bolt and pin to evaluate the mechanical response of the set: specimen, bolt, and pin. Mesh convergence studies were carried out to identify the most adequate mesh density for each model. Numerical simulations proved that the presence of the hole does not cause significant changes in the integrity of the bolt. Two parametric studies were also performed. The first considered different bolt turning rates to identify the one that produces a loading rate lower than the maximum limit established in the standard. The second considered different coefficients of friction in the contacts, which demonstrated that the absence of good lubrication will result in the evolution of a transverse component of the load, which may invalidate the test.
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MICHELLE MARIA PEREZ LOTT
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PROCESSAMENTO DE DURALUMÍNIOS AA 2219 E AA 2021 ATRAVÉS DE TÉCNICAS DE METALURGIA DO PÓ E TRATAMENTOS TÉRMICOS DE SOLUBILIZAÇÃO E ENVELHECIMENTO
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Advisor : OSCAR OLIMPIO DE ARAUJO FILHO
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COMMITTEE MEMBERS :
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FRANCINE ALVES DA COSTA
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KLEBER GONCALVES BEZERRA ALVES
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OSCAR OLIMPIO DE ARAUJO FILHO
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Data: Aug 26, 2022
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Show Abstract
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O alumínio é largamente utilizado por ter boas características mecânicas e um preço relativamente baixo. Visando a melhoria de algumas propriedades mecânicas para aumentar a utilização, surgiram as ligas de alumínio. Dentre os principais elementos de liga está o cobre (Cu) que forma a série 2000 também conhecida como duralumínio, dentre as principais aplicações destaca-se a fabricação de peças na indústria aeronáutica e aeroespacial. O presente trabalho tem como principal objetivo a fabricação e estudo de duas ligas da série 2000 formadas pelo sistema Al-Cu, AA2219 e AA2021 com tratamentos térmicos de solubilização e envelhecimento artificial. O processo de fabricação utilizado foi a metalurgia do pó (MP), onde foram utilizados os pós elementares dos elementos químicos para processamento no moinho vibratório de alta energia do tipo SPEX pelos tempos de 60, 120 e 240 minutos. Após a moagem de alta energia (MAE) os pós processados foram caracterizados utilizando as técnicas de microscopia eletrônica de varredura (MEV), espectroscopia de energia dispersiva (EDS) e difração de raios-X (DRX). Em seguida os pós foram submetidos ao processo de compactação uniaxial e frio de simples ação, os compactados foram sinterizados no forno a vácuo gerando doze amostras, das quais seis passaram pelos tratamentos térmicos de solubilização e envelhecimento artificial. Para finalizar o presente trabalho houve a caracterização das microestruturas das amostras através das técnicas de Microscopia Ótica (MO), MEV e EDS. Para avaliar e comparar a microdureza das amostras foi feito o ensaio de microdureza Vickers. A caracterização das amostras demonstrou microestruturas heterogêneas com difícil visualização de contorno de grão. Demonstrou também que aumentando o tempo de MAE houve um refino da microestrutura e quanto maior a porcentagem de cobre na liga, maior será a formação da fase θ (Al2Cu) apresentando cor mais clara nas micrografias. Os materiais sinterizados apresentaram picos característicos da fase endurecedora em todos os casos. Para o tempo de MAE 120 minutos, a liga AA2021 não apresentou pico da fase θ, necessitando assim de um maior refinamento na análise por DRX. Todas as análises de EDS demonstraram materiais livres de contaminação e com composição dos pontos claros substancialmente de alumínio e cobre. As microdurezas médias das amostras com tratamentos térmicos apresentaram superioridade numérica quando comparadas àquelas sinterizadas.
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LARISSA DE FATIMA CHAVES PEREIRA
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SIMULAÇÃO MULTIFÍSICA E OTIMIZAÇÃO DO PROCESSO DE CURA DE AMOSTRAS ESPESSAS EM EPÓXI: ALGORITMO GENÉTICO MULTI-OBJETIVO E ABORDAGEM ORIENTADA PELA TAXA DE CONVERSÃO
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Advisor : NADEGE SOPHIE BOUCHONNEAU DA SILVA
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COMMITTEE MEMBERS :
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CHRISTIAN PAUL JOCHUM
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DAYANNE DINIZ DE SOUZA
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NADEGE SOPHIE BOUCHONNEAU DA SILVA
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RENATO DE SIQUEIRA MOTTA
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Data: Aug 29, 2022
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Show Abstract
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Ao longo das últimas décadas, devido à maior resistência e rigidez específicas, baixo peso e boa resistência à corrosão, os materiais compósitos de resina termofixa vêm substituindo os materiais convencionais em aplicações aeroespaciais, marítimas, automotivas e diversas outras aplicações de engenharia de alto desempenho. Esses compósitos geralmente são produzidos em autoclave, executando-se um cronograma de cura para reticulação da resina. No entanto, para o caso de termofixos espessos, o perfil de cura recomendado pelo fabricante (PCRF) não pode ser seguido, uma vez que geralmente é destinado a peças finas. Quando aplicado a componentes espessos, o PCRF geralmente resulta em curas desnecessariamente muito longas ou que superaquecem o material internamente, devido às características exotérmica e termoativada da reação de cura associadas à propriedade isolante térmica do polímero termofixo. Esse superaquecimento local resulta em altos gradientes nas propriedades do termofixo durante a cura que podem criar tensões residuais e defeitos estruturais, como bolhas e rachaduras. Para evitar isso e encontrar cronogramas de cura ótimos, este trabalho simulou o processo de cura de um termofixo usando o software de elementos finitos COMSOL Multiphysics e implementou dois métodos de otimização no MATLAB, conectados às simulações via COMSOL LiveLink for MATLAB. O primeiro método é uma estratégia autoral impulsionada pela taxa de conversão (ITC), que se baseia na cinética de cura e tem um único objetivo: minimizar o tempo de cura. O segundo é um algoritmo genético (AG) multi-objetivo com três objetivos conflitantes: minimizar o tempo de cura, minimizar o gradiente de grau de cura após o ponto de gel (APG) e minimizar o gradiente de temperatura APG, refletindo o conflito existente entre velocidade de fabricação e qualidade do produto. Como restrições para ambos os métodos, o grau mínimo de cura na peça final curada foi fixado em 0,854, a fim de alcançar as mesmas propriedades do material alcançadas pelo PCRF; e a temperatura máxima no interior do compósito durante a cura foi limitada a 155°C, para evitar a degradação térmica do material. Ambos os métodos buscaram perfis de cura de duas etapas com uma taxa de aquecimento constante de 3°C/min. As variáveis de decisão para o AG e estratégia ITC foram as temperaturas do primeiro e do segundo platô e a duração do primeiro platô. O pacote de software gratuito GOSET, baseado em MATLAB, foi utilizado como base para executar um AG elitista (NSGA- II), com 20 gerações e 50 indivíduos por geração. O polímero termofixo selecionado para o estudo foi o sistema de resina epóxi LY-556, curado em geometria cilíndrica com altura de 60 mm e diâmetro de 32 mm. Verificou-se que, em comparação com o ciclo de cura recomendado pelo fabricante, a estratégia ITC e o AG reduziram o tempo de cura em quase a mesma quantidade: 87% e 88%, respectivamente; enquanto que os gradientes de grau de cura e temperatura APG foram reduzidos pelo AG em 6% e 31%, respectivamente. Assim, os métodos apresentados neste trabalho mostraram-se ferramentas eficazes para otimizar o perfil de cura de materiais termofixos, dependendo do objetivo selecionado.
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WALTER LEANDRO CORDEIRO DA SILVA FILHO
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DESENVOLVIMENTO E CARACTERIZAÇÃO DE REVESTIMENTOS SUPER-HIDROFÓBICOS DE NÍQUEL VIA PROCESSO DE ELETRODEPOSIÇÃO SOBRE AÇO CARBONO PARA AUMENTO DA RESISTÊNCIA À CORROSÃO
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Advisor : MAGDA ROSANGELA SANTOS VIEIRA
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COMMITTEE MEMBERS :
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MAGDA ROSANGELA SANTOS VIEIRA
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SEVERINO LEOPOLDINO URTIGA FILHO
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FERNANDO COTTING
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WALNEY SILVA ARAUJO
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Data: Aug 29, 2022
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Show Abstract
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Aços estruturais de baixo carbono são relativamente baratos e possuem boas propriedades mecânicas de conformabilidade e soldabilidade, contudo, são susceptíveis à corrosão quando expostos a ambientes agressivos, como locais de elevadas umidade, temperatura, salinidade e meios ácidos. Nesse sentido, o desenvolvimento de métodos protetivos contra corrosão é muito relevante para evitar riscos de acidentes e custos operacionais. Superfícies super-hidrofóbicas tem sido alvo de interesse tanto de pesquisadores quanto do setor industrial, como uma promissora alternativa de proteção anticorrosiva, por retardar e/ou impedir o acesso do eletrólito ao metal a ser protegido. Essas superfícies podem ser preparadas por meio de diferentes processos e são inspiradas na planta de Lótus que apresenta uma elevada repelência à agua. Dentre os processos de obtenção, a eletrodeposição tem um grande destaque, por ser um método já consolidado, apresentar baixo custo operacional e rápida execução. O presente trabalho teve como objetivo desenvolver e caracterizar revestimentos super-hidrofóbicos à base de níquel, via processo de eletrodeposição, por meio da associação com ácido mirístico, como agente redutor de energia de superfície. Como substrato, foi utilizado aço carbono ASTM A36. Foram desenvolvidas 3 condições de eletrodepósitos: I – níquel (E10); II – níquel + agente redutor de energia de superfície (E01); III - revestimento I + revestimento II (E11). As amostras foram caracterizadas através de microscopia Óptica (MO), microscopia Eletrônica de Varredura (MEV), Espectroscopia de Energia Dispersiva (EDS), Difratometria de Raios-X (DRX) e Espectroscopia de Infravermelho por transformada de Fourier (FT-IR). Para confirmação do caráter super-hidrofóbico das amostras foi determinado o ângulo de contato dos revestimentos obtidos e comparado com o metal sem revestimento (E00). A resistência à corrosão dos revestimentos foi analisada através de ensaios de polarização linear (PL) e espectroscopia de impedância eletroquímica (EIE). Os ensaios de DRX e FTIR confirmaram, respectivamente, que o susbrato foi revestido com níquel metálico e que houve incorporação do agente redutor de energia de superfície. As análises microscópicas mostraram que o revestimento de níquel preparado na condição E11 modificou a característica superficial do substrato de aço tornando-a mais rugosa com a presença de muitos aglomerados na forma de couveflor. Essa morfologia de superfície contribuiu com a formação de bolsões de ar, que dificultaram a interação da superfície com água, tornando a superfícies super-hidrofóficas, alcançando-se um ângulo de contato de 165°. Os ensaios eletroquímicos indicaram uma relação entre o aumento da proteção anticorrosiva em função do caráter super-hidrofóbico da superfície. A amostra E11 apresentou menor valor de densidade de corrente anódica e maior potencial de corrosão nos ensaios de polarização linear. Os resultados de EIE indicaram que esta condição apresentou os maiores valores de módulo de impedância, configurando uma maior resistência à corrosão.
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LUIZ PEREIRA DA COSTA NETO
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ESTUDO E AVALIAÇÃO DO PROCESSO DE SOLDAGEM POR ULTRASSOM EM COMPONENTES DA INDÚSTRIA AUTOMOTIVA
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Advisor : OSCAR OLIMPIO DE ARAUJO FILHO
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COMMITTEE MEMBERS :
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OSCAR OLIMPIO DE ARAUJO FILHO
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RICARDO ARTUR SANGUINETTI FERREIRA
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MAURICIO DAVID MARTINS DAS NEVES
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Data: Dec 5, 2022
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Show Abstract
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Este trabalho tem como objetivo principal entender a influência da oxidação nos fios de cobre e os seus impactos em materiais soldados através do processo ultrassônico em componentes automotivos. 42 (quarenta e duas) amostras de cobre foram extraídas e subdividas em 7 (sete) grupos com 6 (seis) amostras cada um para o experimento, onde o primeiro grupo contou com amostras sem oxidação e os outros grupos têm amostras que foram envelhecidas em 15, 30, 60, 90, 180 e 360 dias. Estas amostras foram soldadas através do processo ultrassom com parâmetros que garantiram os requisitos mínimos de soldabilidade, que são os critérios visual e a união completa dos 7 (sete) filamentos de cobre na junta. Após isso, os materiais soldados foram submetidos a validação da soldagem através da medição da resistência à tração de cisalhamento tipo peeling para garantir o atendimento aos requisitos mínimos exigidos por norma interna. As amostras sem oxidação atenderam aos parâmetros de engenharia e resultaram nos maiores valores de resistência à tração de cisalhamento. A energia de soldagem aumentou proporcionalmente para os grupos 02 e 03 (15 e 30 dias de oxidação) e se estabilizou para os outros grupos. Com a ampliação da energia de soldagem, a resistência a tensão de cisalhamento dos grupos caiu proporcionalmente, com o grupo 07 (360 dias de oxidação) apresentando 1 amostra que ficou abaixo do parâmetro mínimo estabelecido de resistência à tensão de cisalhamento. Em suma, todos os 7 grupos apresentaram resultados satisfatórios de resistência à tensão de cisalhamento. Contudo, para uma validação completa do uso de materiais oxidados, é necessário a realização de testes adicionais de acordo com a determinação de norma interna específica para esses produtos.
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CAIO FILIPE DE LIMA MUNGUBA
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OTIMIZANDO O PROGRAMA DE MANUTENÇÃO DE SISTEMAS DE REFRIGERAÇÃO POR COMPRESSÃO MECÂNICA ATRAVÉS DE APRENDIZAGEM POR REFORÇO
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Advisor : ALVARO ANTONIO OCHOA VILLA
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COMMITTEE MEMBERS :
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ALVARO ANTONIO OCHOA VILLA
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GUSTAVO DE NOVAES PIRES LEITE
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JOSE ANGELO PEIXOTO DA COSTA
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MARCIO JOSE DAS CHAGAS MOURA
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Data: Dec 6, 2022
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Show Abstract
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O AR foi introduzido aos sistemas de refrigeração e climatização justamente por essa área, em que se tem, de igual maneira, encontrado bons resultados. Na revisão realizada por (D. Zhang & Gao, 2019), por exemplo, se encontram uma dezena de trabalhos aplicando arquiteturas de AR à melhoria de conforto térmico, redução do consumo, controles operacionais e ajustes dinâmicos, em diferentes graus de complexidade. Para todos os efeitos, o objetivo do AR é possuir uma inteligência artificial capaz de interagir com um ambiente real ou simulado e a partir dessa interação, extrair uma política de comportamento que maximize ou minimize alguma característica. Esse processo não é estático, e requer que o ambiente tenha a capacidade de reagir ao agente no tempo, iteração a iteração. As ações do agente, todavia são limitadas aos desejos do programa, e com o tempo, ele deve obter as ações ideais para cada período baseado apenas nas saídas que recebe do ambiente (Sutton & Barto, 2018).
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VALTER AUGUSTO DE FREITAS BARBOSA
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Sistemas Inteligentes Baseados em Métodos Evolutivos e Bioinspirados para Apoio ao Diagnóstico de Câncer de Mama Usando Imagens Termográficas
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Advisor : RITA DE CASSIA FERNANDES DE LIMA
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COMMITTEE MEMBERS :
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RITA DE CASSIA FERNANDES DE LIMA
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FABIO SANTANA MAGNANI
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MARCUS COSTA DE ARAUJO
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RICARDO EMMANUEL DE SOUZA
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SIDNEY MARLON LOPES DE LIMA
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GISELLE MACHADO MAGALHAES MORENO
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Data: Feb 10, 2022
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Show Abstract
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O câncer de mama é o tipo de câncer mais frequente e mortal entre as mulheres. Contudo, quanto mais cedo o câncer for diagnosticado melhores são as chances de recuperação da paciente. Atualmente, o exame mais bem aceito para a detecção do câncer de mama em pacientes assintomáticas é a mamografia. Porém, a mamografia é um exame que possui uma alta taxa de falso positivo. Além de ser um exame desconfortável, e que expõe a paciente a radiações ionizantes. Neste contexto, uma técnica emergente é a termografia de mama, a qual foi aprovada em 1982 pelo Food and Drugs Administration (FDA) como técnica auxiliar à mamografia. A termografia é uma técnica de menor custo comparada à mamografia, livre de radiações ionizantes e que não causa nenhum desconforto à paciente. Essa técnica é capaz de gerar uma imagem que apresenta medidas da distribuição de temperatura superficial da mama. É possível detectar lesões cancerígenas em imagens de termografia ao identificar perturbações no padrão de temperatura da mama, pois o crescimento cancerígeno está associado a eventos de maior produção de calor da região afetada, à neoangiogênese (produção de novos vasos sanguíneos) e ao aumento do fluxo sanguíneo. Por outro lado, a análise das imagens de termografia não é uma tarefa fácil. Sendo assim, o uso de técnicas da inteligência artificial para a análise das imagens pode desempenhar um papel relevante para a ampla utilização da termografia na detecção do câncer de mama. Este trabalho propõe o desenvolvimento de uma ferramenta baseada em técnicas da inteligência artificial para a detecção e classificação de lesões mamárias em imagens de termografia de mama. Além disso, neste trabalho é apresentada a formalização matemática de uma técnica da aprendizagem profunda para extração de atributos de imagens baseado na decomposição Wavelet, chamada de Deep-Wavelet Neural Network (DWNN). Este método foi aplicado ao problema de classificação de imagens de termografia e seus resultados foram comparados com os resultados de seis redes neurais convolucionais do estado da arte. Os experimentos foram divididos de acordo com duas abordagens. Na primeira abordagem o objetivo foi detectar lesões mamárias entre imagens com e sem lesão. Na segunda abordagem o objetivo foi de classificar lesões entre as imagens de pacientes com cisto, lesão benigna e lesão maligna. Os melhores resultados foram obtidos ao utilizar a DWNN com seis camadas, tendo seus atributos selecionados pela Random Forest e classificados com a Máquina de Vetor de Suporte com kernel polinomial linear. Para a primeira abordagem a ferramenta atingiu: 99% de acurácia e 0,98 para o índice kappa. Enquanto que para a segunda abordagem o método conseguiu 97,3% de acurácia e 0,96 para o índice kappa.
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FRANCISCO ALVES DE LIMA JÚNIOR
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Desenvolvimento de Dispositivos de Extração Fabricado em Aço Inoxidável Ferrítico-Martensítico Submetido a um Sequenciamento Térmico Seguido de Eletrodeposição de Níquel
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Advisor : RICARDO ARTUR SANGUINETTI FERREIRA
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COMMITTEE MEMBERS :
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CEZAR HENRIQUE GONZALEZ
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KLEBER GONCALVES BEZERRA ALVES
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OSCAR OLIMPIO DE ARAUJO FILHO
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RICARDO ARTUR SANGUINETTI FERREIRA
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YOGENDRA PRASAD YADAVA
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Data: Feb 21, 2022
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Show Abstract
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A pesquisa que deu origem a esta tese foi realizada a partir de demanda relacionada à necessidade de desenvolvimento de um novo dispositivo de extração de picolés a partir de um molde, em parceria com Empresas Fornecedoras nacionais, fabricado em material que proporcionasse maiores resistências às cargas impostas pelo processo fabril, com tratamento superficial resistente à corrosão imposta pelos líquidos sanitizantes utilizados, de forma a obter-se um dispositivo final com maior vida útil e menor custo de fabricação agregado. Todo o desenvolvimento do novo dispositivo teve como base análises estruturais dos seus componentes por meio dos métodos de elementos finitos e engenharia reversa, desenvolvimento de processos, ferramentas de fabricação e matrizes de conformação mecânica, além da caracterização de liga metálica com tratamento térmico específico em consonância com o tratamento superficial adequado. Para obtenção dos dados, os materiais que compõem os dispositivos foram ensaiados em equipamentos montados e calibrados em laboratório, conforme normativos técnicos, suportados por instrumentos, “softwares” e acessórios especificados, sendo também testados em condições reais de operação, em instalação fabril. Para registros dos dados, foram utilizados sistemas informatizados acessórios aos equipamentos utilizados nos ensaios dos materiais, assim como planilhas eletrônicas e “softwares” de controle estatístico, durante a execução dos acompanhamentos de performance do dispositivo em campo. Os dados e resultados foram analisados segundo parâmetros e critérios de performance do dispositivo em campo, quanto à sua resistência mecânica e à corrosão, baseados em bibliografias e normas técnicas referentes às análises, ensaios e materiais empregados. Estes critérios abrangem o dimensionamento, cálculo e comparação de parâmetros de malha de elementos finitos, quando do material aplicado ao projeto, assim como melhorias nos processos de fabricação e tratamento superficial, visando um produto final mais eficiente. Foram avaliados os efeitos resultantes do uso do novo tipo de material, assim como os efeitos da aplicação dos tratamentos térmico e superficial. Foi observado que o dispositivo fabricado em aço inoxidável AISI 420 tratado termicamente e superficialmente apresentou maior resistência às cargas mecânicas impostas, maiores resistências à corrosão e ao desgaste, maiores vida útil e tempo de substituição, assim como menor custo de fabricação.
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FILIPI MACIEL DE MELO
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FINANCIAL AND ENVIRONMENTAL ASSESSMENT OF ENERGY UTILITIES SYSTEMS: OPTIMIZATION OF HYBRID CCHP SYSTEMS IN A CASE STUDY IN NORTHEAST BRAZIL
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Advisor : FABIO SANTANA MAGNANI
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COMMITTEE MEMBERS :
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DARLAN KARLO ELISIARIO DE CARVALHO
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EDSON BAZZO
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FABIO SANTANA MAGNANI
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MARIA LUIZA GRILLO RENÓ
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MÔNICA CARVALHO
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PAULO ROMERO MARTINS MACIEL
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Data: Apr 27, 2022
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Show Abstract
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The design of an energy utility system must adequately meet the energy demands of a consumer center. There are several pieces of equipment that can be considered, and several ways to connect them to each other and operate them. Additionally, when considering energy resources, there will be seasonality and intermittence. In addition to variations in energy demands, tariffs may also vary over time, differing in peak and off-peak periods, and throughout the year. To cover the complexity of this problem, this work had as main objective to develop a methodology to help the decision making of utility systems, considering the financial and environmental metrics, in present and future scenarios. Two evaluations are carried out in this work, one purely financial and one financial and environmental. The financial optimization solution indicated that the best utility system, called the base case, was a conventional system, without renewable energy. However, the base case was not robust enough to support variations in energy tariffs: with an increase of only 3% in the electricity tariff, the financial solution changed and used renewable energies, increasing the complexity of the system. The base case also presented a high investment risk, while more complex systems, with different types of equipment and energy sources, were better adapted to the uncertainties of the future to reduce investment risk. The results of the financial optimization by tariff range corroborated the results of the parametric and investment risk studies of the one-off financial optimization, indicating a more complex optimal utility system during its 20 years of operation over a predetermined tariff variation. The results of the multi-objective financial-environmental optimization showed that it is possible to find solutions that provide a significant environmental result (less emissions) without large cost increases for the financial value. The solution indicated by the proposed decision-making method presented a 73% reduction in emissions with a 9% increase in financial costs compared to purely financial solution. This solution is a more complex system and presented a lower investment risk than simpler systems. Therefore, the results of this work indicate that simple financial optimization, when performed in isolation, can result in non-resilient solutions with high investment risks. The results also indicate that considering the environmental criterion in the optimization can also be a good alternative from a financial point of view, as the solutions become more complex, with renewable sources, and more resilient, reducing the investment cost.
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TARSILA TENORIO LUNA DA SILVA
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Fabricação de Sensor/Atuador de Ti-Ni com Memória de Forma para Utilização em Válvulas Controladora de Fluxo
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Advisor : OSCAR OLIMPIO DE ARAUJO FILHO
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COMMITTEE MEMBERS :
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OSCAR OLIMPIO DE ARAUJO FILHO
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RICARDO ARTUR SANGUINETTI FERREIRA
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KLEBER GONCALVES BEZERRA ALVES
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YOGENDRA PRASAD YADAVA
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JOSE ALBINO OLIVEIRA DE AGUIAR
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CEZAR HENRIQUE GONZALEZ
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Data: Jun 3, 2022
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Show Abstract
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Este trabalho estuda os comportamentos das propriedades termoelásticas de ligas com memória de forma de base Ni-Ti após processamento termomecânico por conformação plástica. Inicialmente, dois fios comerciais de memória de forma de base Ni-Ti foram selecionados por apresentar temperaturas da fase martensita acima da temperatura ambiente. Os fios foram submetidos a tratamentos termomecânicos por laminação a frio. Em seguida, as amostras foram caracterizadas por difração de raios-X, calorimetria diferencial de varredura, ensaios mecânicos de tração (tensão-deformação) e microdureza Vickers. Análises dos resultados indicaram uma otimização das propriedades termoelásticas e mecânicas das amostras laminadas, além da presença da martensita induzida por tensão. Os procedimentos adotados neste trabalho aumentaram o desempenho dos fenômenos de memória de forma das amostras laminadas. Esta metodologia pode ser aplicada em novas aplicações tecno-científicas para aumentar o desempenho em ligas com memória de forma.
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FILLIPE STEPHANY DE SOUZA VIRGOLINO
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Development of Wave Spring Washers actuators with shape memory alloys
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Advisor : TIAGO FELIPE DE ABREU SANTOS
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COMMITTEE MEMBERS :
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CEZAR HENRIQUE GONZALEZ
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EDUARDO PADRON HERNANDEZ
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KLEBER GONCALVES BEZERRA ALVES
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NATHALIA BEZERRA DE LIMA
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RICARDO ARTUR SANGUINETTI FERREIRA
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TIAGO FELIPE DE ABREU SANTOS
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Data: Jul 7, 2022
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Show Abstract
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The development of smart materials has grown intensely, with the various researches and advances that have allowed the use of these materials in the form of actuators, known as EMF actuators. The LMF are special metallic materials capable of recovering residual deformations of great intensity (on average around 8% in uniaxial traction), through a simple heating process. In this context, this work aimed to study aspects involved in the preparation, fabrication and characterization of an alloy (Ti50Ni50-XCux), with variation of copper contents, to verify its influence on microstructure, mechanical properties and resistance, in the application of copper. a wavy washer to generate force (maintaining the preload) applied to bearings, ensuring longer life. The study was carried out in Ti50Ni50-XCux alloys with five different compositions, with the addition of 5,10, 15, 20 e 25 at.% Cu. Two types of washer were chosen, one in sheet metal and the other in wire and with commercial dimensions. For their manufacture, precision casting processes were chosen: Plasma Skull Push-Pull (PSPP), and to cast the alloys and induction casting with centrifugal injection (FIC) to cast the washers, using resin molds made in 3D printing, which proved to be quite effective. Characterization tests were carried out to determine the thermal and mechanical properties of the alloys. The main results obtained were that the 5 alloys can be manufactured by the plasma casting process, and their washers also showed good results for working at temperatures above ambient in a preload system due to EMF, in the results of XRD, SEM and MO were contacted for the presence of some precipitates, the microhardness maps proved that the casting is homogeneous and the thermomechanical characterization indicated that with the increase of the copper content in the alloys, the transformation temperatures increased and the hysteresis decreased, another factor. was that the alloys obtained phase transformation in only one stage B2-B19', something that makes these alloys have high potential for application in the manufacture of corrugated washers.
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EDUARDO JOSE NOVAES MENEZES
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Projeto de Parque Eólico com Controle de Esteira e Turbinas Eólicas Flexíveis com Controle Estrutural
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Advisor : ALEX MAURICIO ARAUJO
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COMMITTEE MEMBERS :
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ALEX MAURICIO ARAUJO
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JOSE ANGELO PEIXOTO DA COSTA
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NADEGE SOPHIE BOUCHONNEAU DA SILVA
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PEDRO ANDRE CARVALHO ROSAS
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UNAI FERNANDEZ-GAMIZ
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Data: Aug 25, 2022
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Show Abstract
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Wind energy is one of the most important power sources in supplying world energy consumption nowadays. The transition to a clean-based energy consumption has created the demand for wind turbines (WTs) of extremely large dimensions, with very flexible design. In this context, the structural analysis and control of WTs has a fundamental role in the mitigation of loads and increasing the fatigue life of the structure. Significant research has been devoted to the issues of aeroelastic loads, simulation software, structural control and load reductions of WTs. This thesis is included in this field of research, contributing with developments in the structural analysis and in the state-space control, H-infinity control, and model predictive control (MPC) applied to the WTs. Therefore, the thesis presents two main pathways: (1) the development of a proprietary tool for the structural analysis of wind turbines, based on finite-element procedures and (2) the development and application of control strategies to reduce WT structural loads and the results of them in terms of WT lifetime, based on turbulent simulations.
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KAMILA FERNANDA FERREIRA DA CUNHA QUEIROZ
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Arcabouço Computacional de Integração de Ferramentas de Simulação Computacional e de Classificação Estatística com Objetivo de Analisar Patologias Mamárias, a Partir de Imagens Termográficas
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Advisor : RITA DE CASSIA FERNANDES DE LIMA
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COMMITTEE MEMBERS :
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RITA DE CASSIA FERNANDES DE LIMA
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PAULO ROBERTO MACIEL LYRA
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ANA LUCIA BEZERRA CANDEIAS
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WELLINGTON PINHEIRO DOS SANTOS
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AURA CONCI
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Data: Aug 26, 2022
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Show Abstract
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A inspeção termográfica é considerada um método potencial para melhorar a eficiência da detecção precoce de doenças mamárias. Nesse contexto, o objetivo deste estudo foi o desenvolvimento da ferramenta AGATA (versões Triagem e Multiclassificação) destinada a detectar automaticamente alterações termográficas que indicam risco de malignidade mamária. Para isso, inicialmente, foi validado o método de segmentação automática comparando com sua imagem de referência correspondente, obtida por segmentação manual. Nesta etapa, foram utilizados 90 termogramas (180 segmentações) e a técnica foi avaliada por medidas de sobreposição (Índice de Dados, Índice de Jaccard, Taxa de Falso Positivo e Taxa de Falso Negativo) e por análise estatística para determinar concordância e correlação (gráfico Bland-Altman e correlação de Pearson). Em seguida, o método de segmentação automática foi aplicado a um banco de dados com 233 termogramas mamários. Cinco classificadores (k-Vizinhos mais próximos, Máquinas de Vetores Suporte - SVM, Árvore de Decisão, Análise Discriminante e Naive Bayes) foram avaliados em combinação com as técnicas de sobramostragem mais comuns na literatura. No problema multiclasse, os elementos da base de dados foram categorizados (safe, borderline, rare e outlier) e foram aplicadas estratégias distintas de sobreamostragem, além das tradicionais. Abordagens de seleção de atributos foram consideradas usando métodos evolucionários (Algoritmo Genético e Evolução Diferencial), mRMR (Mínima Redundância e Máxima Relevância) e ganho de informação (WEKA – Waikato Environment for Knowledge Analysis). Acurácia, sensibilidade, especificidade, área sob a curva ROC (AUC) e estatística Kappa foram usados para avaliar o desempenho dos classificadores. De modo complementar aos casos de lesão maligna, foi desenvolvida uma estratégia para estimativa da profundidade e do tamanho do tumor através do perfil de distribuição de temperatura das superfícies de modelos simulados e através do uso do SVM para problemas de regressão. Como resultado da validação da segmentação automática, o gráfico de Bland-Altman apresentou um viés médio de 2458,46±2641,89 pixels entre as áreas obtidas pela segmentação automática e a verdade do terreno, com coeficiente de correlação de Pearson de 0,68. O índice de similaridade Dice mostrou concordância substancial de aproximadamente 69%. A metodologia adotada para validação sugere que as técnicas de extração mamária analisadas foram adequadas e consistentes e podem ser utilizadas no processo CAD. No sistema AGATA Triagem foi implementada o classificador SVM combinado com a seleção de atributos por algoritmo genético e a técnica de sobreamostragem ASUWO (Adaptive Semi-Unsupervised Weighted Oversampling), atingindo 95,23% de acurácia, 93,65% de sensibilidade e 96,81% de especificidade. Para o AGATA Multiclasses foi implementado o classificador SVM e a técnica de balanceamento por sobreamostragem de elementos safes, atingindo 92,20% de acurácia, 92,32% de sensibilidade e 97,40% de especificidade. Quanto à profundidade e ao tamanho das lesões malignas, foi obtido, respectivamente, sistemas com R2 médio de 0,53 e REQM de 2,95 e R2 médio de 1,16 e REQM de 2,26. O desenvolvimento de sistemas de alto desempenho utilizando uma nova modalidade de imagem mamária pode auxiliar positivamente no rastreamento do câncer de mama.
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DIANA MAGALHÃES FRAZÃO
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Estudo do Comportamento à Corrosão de Materiais Metálicos Expostos a Meios Híbridos Combustível-Água, com Vistas ao Aumento da Vida Útil de Sistemas de Armazenamento e Transporte de Fluidos da Indústria de Petróleo e Biocombustíveis
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Advisor : SEVERINO LEOPOLDINO URTIGA FILHO
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COMMITTEE MEMBERS :
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SEVERINO LEOPOLDINO URTIGA FILHO
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KLEBER GONCALVES BEZERRA ALVES
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MAGDA ROSANGELA SANTOS VIEIRA
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JOSE ALBINO OLIVEIRA DE AGUIAR
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SARA HORACIO DE OLIVEIRA MACIEL
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Data: Aug 30, 2022
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Show Abstract
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O aço carbono ASTM A36 é um aço estrutural, geralmente aplicado na fabricação de tanques de armazenamento de petróleo e seus derivados utilizados nas indústrias petrolífera e naval. Nesses setores, há uma grande preocupação no transporte de combustíveis por via marítima, por se tratar de um meio altamente rico em cloretos e bastante susceptível à corrosão. Além disso, a ação de compostos sulfurosos presentes na composição do petróleo e seus derivados, bem como a biodegradação do combustível, devido à contaminação microbiana, são fatores que podem agravar o processo corrosivo na superfície do metal. Dessa forma, o presente trabalho teve como objetivo realizar estudos de corrosão e biocorrosão em aço carbono ASTM A36, com e sem revestimento com óxido de nióbio, exposto ao meio bifásico óleo diesel S10/água do mar, durante 120 dias. Foram realizados testes preliminares de imersão eletroquímica para avaliar a corrosão do aço carbono ASTM A36 exposto em sistema de óleo diesel S10/água salina (3.5% em peso de NaCl) e para avaliar a biodegradação do óleo diesel S10, durante um período de 30 dias. O processo de corrosão foi investigado através de testes eletroquímicos de potencial de circuito aberto (OCP), espectroscopia de impedância eletroquímica (EIS) e polarização linear (LP). A morfologia dos processos de corrosão foi analisada por Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV). Esses testes iniciais contribuíram para fomentar um estudo mais aprofundado, que foi realizado através das seguintes análises: caracterizações físico-químicas no óleo diesel S10 e na água do mar, quantificação dos micro-organismos planctônicos e sésseis em água do mar e nos biofilmes, respectivamente. A avaliação do processo corrosivo foi realizada por ensaios de perda de massa, MEV/EDS, topografia e rugosidade através do microscópio confocal laser e análises de DRX. Os resultados mostraram que o contato de metais em combustível contaminado água salina pode formar dois tipos de filmes na superfície, que se deterioram, além da biodegradação do combustível, que promovem a corrosão localizada. A presença de bactérias, principalmente BRS, também contribuiu para o processo corrosivo. Houve maior processo de biodegradação do óleo na presença de metal revestido com óxido de nióbio. Esse comportamento possivelmente está associado à maior porosidade na superfície do metal revestido, causando maior aderência de micro-organismos. Os resultados de MEV/EDS, topografia e DRX mostraram que houve processo de degradação do revestimento ao longo de 120 dias. Portanto, o estudo evidencia que para as mesmas condições de teste utilizadas o revestimento não se apresenta como uma boa alternativa de proteção para conter os processos de corrosão e biocorrosão na superfície do metal.
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ELDER SOARES DA SILVA
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Sinterização por Spark Plasma Sintering (SPS): Experiência e Simulação Eletro-termo-mecânica-microestrutural
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Advisor : NADEGE SOPHIE BOUCHONNEAU DA SILVA
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COMMITTEE MEMBERS :
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NADEGE SOPHIE BOUCHONNEAU DA SILVA
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RICARDO ARTUR SANGUINETTI FERREIRA
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YEDA MEDEIROS BASTOS DE ALMEIDA
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DANIELLE GUEDES DE LIMA CAVALCANTE
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CLAUDE ESTOURNÈS
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Data: Aug 31, 2022
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Show Abstract
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Os Compósitos com Matriz de Alumínio (AMCs) são amplamente utilizados nas indústrias automotiva, aeronáutica e naval, entre outras, devido à baixa densidade e alta relação resistência/peso. A utilização de resíduos industriais, como o Pó de Aciaria Elétrica (PAE), nome genérico para os resíduos em pó recuperados após a produção de aço em fornos elétricos a arco, como reforço em AMCs ainda é pouco explorado, embora tenha mostrado potencial para melhorar algumas propriedades mecânicas do material base, tais como dureza e resistência. Com o objetivo de propor uma nova alternativa para o reaproveitamento do PAE, compósitos de matriz AA7075 reforçados com PAE, utilizando diferentes frações e tamanhos de partículas, foram produzidos. Os pós de partida foram processados utilizando um moinho de bolas do tipo SPEX. A densificação das amostras de PAE-AA7075 foi realizada por meio da técnica inovadora Spark Plasma Sintering (SPS), em uma única etapa, sendo a amostra aquecida a partir da temperatura ambiente, a uma taxa de 100 °C/min, até a temperatura de 550 ° C, essa temperatura foi mantida por 15 min ou 30 min, dependendo da amostra. Durante esse patamar, uma pressão uniaxial de 100 MPa foi aplicada. Nenhum tratamento térmico adicional é executado. Para avaliar a influência da fração de PAE e tamanho de partícula nas propriedades mecânicas e na microestrutura do material compósito, testes de microdureza Vickers, microscopia óptica e microscopia eletrônica de varredura foram realizados nas amostras sinterizadas. Observações em MEV mostram que a distribuição das partículas de reforço no material é homogênea, sem aglomeração das partículas. A microdureza dos compósitos AA7075 / PAE tende a aumentar com o aumento do teor de PAE, mostrando que o PAE apresenta potencial promissor para ser aplicado como reforço em compósitos matriz AA7075. O aumento máximo da microdureza ocorreu usando o PAE com tamanho de partícula menor que 53 μm (denominado G1), aumentando de 108 para 168 HV com os teores de PAE de 0 a 15% em peso, respectivamente, correspondendo a um aumento máximo de 55,6% em relação à microdureza do material de base. A técnica de Spark Plasma Sintering (SPS) é conhecida por sua capacidade de sinterizar diversos tipos de materiais em poucos minutos, pois sua taxa de aquecimento pode chegar a 1000 ° C / min, mas é importante o uso de métodos numéricos como o Método dos Elementos Finitos (MEF) para a previsão da melhor rota de densificação, compreensão e otimização deste processo, visando reduzir o número de experimentos, principalmente quando se trata de amostras com geometria complexa. Para possibilitar a modelagem por MEF, é necessário determinar os parâmetros da lei de fluência do material a ser sinterizado. Por isso, o MEF foi utilizado como ferramenta preditiva para obter a melhor rota de densificação pela técnica SPS, tanto para a liga AA7075 quanto para os compósitos PAE-AA7075. Ao comparar os resultados obtidos por meio da simulação com os resultados experimentais, foi possível notar que as curvas de densificação são muito semelhantes, o que valida o estudo realizado e comprova que o uso de MEF tem se mostrado promissor como ferramenta preditiva do processo SPS e das propriedades dos materiais resultantes.
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JARMISON DE ARAÚJO SILVA
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Modeling and Simulation of Miller, Otto and Diesel Engine Cycles: A Comparative Study Based on Emissions and Operating Parameters.
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Advisor : JORGE RECARTE HENRIQUEZ GUERRERO
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COMMITTEE MEMBERS :
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ALVARO ANTONIO OCHOA VILLA
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CARLOS ANTONIO CABRAL DOS SANTOS
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CARLOS TEOFILO SALINAS SEDANO
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JORGE RECARTE HENRIQUEZ GUERRERO
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JOSE ANGELO PEIXOTO DA COSTA
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Data: Aug 31, 2022
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Show Abstract
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Internal combustion engines represent an important equipment for energy transformation/generation and are widely used in the energy and transport sectors. This condition, combined with the intensive use of fossil fuels, causes environmental problems in the use of these equipments. As a way of contributing to the search for improvements in the energy efficiency of engines and in the mitigation of environmental problems, the present work evaluates the use of a Miller cycle as a counterpart to the Otto and Diesel cycles. The analysis is based on numerical simulation studies of the motor cycles involved. The model was built considering the thermodynamic processes that occur at each engine stroke, including the heat transfer through the cylinder walls, the opening and closing of valves and the combustion process. The model also includes an analysis of pollutant formation and this is evaluated through chemical equilibrium conditions and kinetics of combustion reactions. The model equations are solved using the finite difference method through an algorithm programmed in Matlab. The model was validated with experimental results from the literature. From the analysis, it is observed that the Miller engine has a lower level of specific NOx emission when compared to the Otto and Diesel engines. Additionally, emission tends to be lower with increasing angle at which the intake valve remains open during the compression stage and will also be lower with increasing engine RPM. With the increase in the delay of closing the intake valve during compression, the Miller engine develops a lower torque and power than the Diesel and Otto engines, consequently, the specific fuel consumption of the Miller engine will be higher.
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DÁFENES BEATRIZ RODRIGUES DOS SANTOS SILVA
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PREPARAÇÃO E CARACTERIZAÇÃO DE NANOFIBRAS DE POLÍMERO CONDUTOR/ARGILA MONTMORILONITA
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Advisor : KLEBER GONCALVES BEZERRA ALVES
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COMMITTEE MEMBERS :
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KLEBER GONCALVES BEZERRA ALVES
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OSCAR OLIMPIO DE ARAUJO FILHO
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BRAULIO SILVA BARROS
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MARIA DANIELLY LIMA DE OLIVEIRA
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SEVERINO ALVES JUNIOR
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Data: Dec 20, 2022
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Show Abstract
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No presente trabalho foram discutidas a síntese e a caracterização de nanofibras de polianilina/argila montmorilonita organofílica (PAni/MMTO). Em adição, com a finalidade de melhorar a compatibilidade da argila com o polímero, o processo de organofilização da argila foi utilizado. Para isso, a argila montmorilonita foi utilizada, visto que suas propriedades são compatíveis para realização desse processo. A síntese do nanocompósito (PAni/MMTO) foi realizada através da polimerização in situ do monômero anilina na presença de argila montmorilonita organofílica. Para melhorar sua processibilidade, o nanocompósito foi disperso em uma solução aquosa de álcool polivinílico (PVA), e através da técnica de eletrofiação foi possível a obtenção de nanofibras. O comportamento dessas membranas foi, posteriormente, avaliado no sensoriamento de compostos orgânicos voláteis. Além disso, foram discutidas a síntese e a caracterização de nanofifras de poliestireno/polímeros condutores/argila montmorilonita organofílica e também nanofibras de poliestireno/grafeno/polímeros condutores. A caracterização destes materiais foi realizada através do uso das técnicas de difratometria de raios-X (DRX), espectroscopia de absorção na região do intravermelho (FTIR), espectroscopia na região ultravioleta visível (UV-vis), medidas de ângulo de contato e microscopia eletrônica de varredura (MEV). Foi possível observar, através do DRX e do FTIR que o processo de organofilização da argila ocorreu com êxito, além disto, foi possível identificar que os cátions orgânicos se encontram na disposição de bicamada lateral. O resultado do FTIR confirmou a síntese do nanocompósito PAni/MMTO e através de imagens de MEV foi possível visualizar que as nanofibras obtidas possuem morfologia uniforme e ausentes de defeitos superficiais.
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