Caderno de Resumos do I POSMEC (I Simpósio do
Programa
de
Pós-Graduação
em
Engenharia
Mecânica) da Pontifícia Universidade Católica do
Paraná – PUCPR.
O Programa de Mestrado em Engenharia Mecânica
(PPGEM) da PUCPR iniciou suas atividades em março de 1999 já
com a recomendação da CAPES. Nos dois primeiros anos, fez-se
a oferta nas áreas de concentração de Mecânica dos Sólidos e de
Engenharia e Ciências Térmicas, com um corpo docente
composto por oito membros permanentes. Em 2001, foi criada a
área de concentração Fabricação, agregando novos membros ao
corpo docente, entre permanentes e colaboradores. Em 2006,
iniciou-se o Programa de Doutorado e, atualmente, o corpo
docente é composto por doze doutores.
O PPGEM conta com 46 alunos matriculados e sessenta e
nove dissertações de mestrado defendidas e aprovadas nas três
áreas com temas em acústica e vibrações, máquinas rotativas,
biodiesel, fratura de componentes plásticos, energia, análise
higrotérmica e energética de ambientes, refrigeração, análise de
compósitos laminados, trocadores de calor, termoeconomia,
conforto térmico, geração de malhas e caracterização de materiais
metálicos dentre outros.
Como fruto desse crescimento, realiza-se o primeiro
simpósio do programa (I POSMEC) que é o resultado de trinta e
cinco trabalhos recentes de mestrado e de doutoramento nas suas
três áreas de concentração. Muitos desses trabalhos já foram
aceitos para publicação em anais de congressos e em revistas de
cunho científico.
Nathan Mendes
Coordenador do Programa de
Pós-Graduação em Engenharia Mecânica
Corpo Docente
Engenharia e Ciências Térmicas
José Antonio Andrés Velásquez Alegre
Kátia Cordeiro Mendonça
Luís Mauro Moura
Marc Olivier Abadie
Nathan Mendes
Viviana Cocco Mariani
Fabricação
Fred Lacerda Amorim
Paulo César Soares Júnior
Ricardo Diego Torres
Mecânica dos Sólidos
João Elias Abdalla Filho
Nilson Barbieri
Renato Barbieri
Roberto Dalledone Machado
Sumário
Engenharia e Ciências Térmicas
O Método de Monte Carlo Aplicado a Transferência Radiativa em
Meios Anisotrópicos..............................................................3
Modelagem e Caracterização das Propriedades Condutivas e
Radiativas de Materiais Porosos .............................................4
Modelagem Térmica do Processo de Fabricação de Vergalhões de
Construção .........................................................................5
Determinação das Propriedades Termofísicas do Solo ...............6
Energy-Efficient Control of Hybrid Ventilation and Air Handling
Units Combined to a Whole-Building Hygrothermal Model .........7
Estudo Comparativo entre Dois Modelos de Transferência de
Calor e de Umidade em Meios Insaturados ..............................8
Desenvolvimento de Bancada para Avaliação de Inércia
Higroscópica de Materiais Porosos..........................................9
Estudo da Influência da Composição do Óleo Vegetal sobre
Algumas Propriedades do Biodiesel ...................................... 11
Numerical Determination of View Factor Between Two Flat
Surfaces ........................................................................... 12
Modelagem Numérica da Secagem do Resíduo Sólido da
Produção do Extrato Hidrossolúvel de Soja............................ 14
Comparativo de Dois Modelos Aplicados na Solução do
Escoamento Turbulento em Válvulas Automáticas .................. 15
Estudo Numérico e Experimental do Escoamento nos Dutos de
Admissão e Exaustão de um Motor de Combustão Interna ...... 16
Ensaios de Eficiência Energética em Aparelhos de Climatização 17
PMV Sensitivity Analysis and Thermal Comfort Regions for
Improving Controllers of HVAC Systems ............................... 18
Transferência de Calor Condutiva e Radiativa Através de
Sistemas Vítreos Planos e Compostos................................... 19
Fabricação
Avaliação Mecânica de um Sistema de Fixação para a Coluna
Vertebral Lombar e Torácica................................................ 23
Propriedades Superficiais do Aço H13 Temperado, Revenido,
Nitretado e Revestido com TiAIN ......................................... 24
Análise do Processo de Furação do Ferro Fundido Vermicular com
Brocas de Metal-Duro com Canais Retos Revestidas com
TIN+TiAlN, AlCrN e AlCr-Based........................................... 25
Avaliação da Resistência ao Desgaste de Carbeto de Tungstênio
Depositado por HVOF em Aço SA-649/AS-649M Temperado por
Indução ............................................................................ 27
Eletroerosão por Penetração da Liga TiAl4V Com Diferentes
Classes de Eletrodos de Grafita ........................................... 28
Estudo da Viabilidade do Ensaio de Ultra-Som na Inspeção de
Juntas Soldadas de Aços Inoxidáveis Austeníticos AISI 316..... 30
Caracterização Mecânica e Microestrutural de Juntas Soldadas
Pelos Processos MIG/MAG (GMAW) e Arame Tubular (FCAW) .. 31
Comportamento Triblógicos de Filmes Duros Depositados por
PAPVD Depositados em Substrato de Metal Duro ................... 32
Estudo de Durabilidade em Fadiga e Desempenho Hidrodinâmico
de um Novo Modelo de Bioprótese Valvar Cardíaca de Preicárdio
Bovino.............................................................................. 34
Construção de um Equipamento Automatizado para Realização
de Ensaio de Fadiga Térmicas em Revestimentos................... 35
Mecânica dos Sólidos
Método Multigrid aplicado a Problemas da Mecânica ............... 39
Sobre o Problema da Corrosão em Óleodutos e Gasodutos
Enterrados ........................................................................ 40
Resposta Dinâmica de Ponte e Veículo Ferroviário Submetidos às
Variações de Velocidade e Irregularidades da Via................... 41
Análise Dinâmica de Conjuntos de Veículos de Carga.............. 42
Análise de Confiabilidade de Torres de Transmissão de Energia
Elétrica Quando Sujeitas a Ventos Fortes via Método Analítico
Form ................................................................................ 44
Análise de Confiabilidade Estrutural de Dutos com Defeitos ..... 46
Aspectos do Projeto de Estruturas para Transportadores por
Esteira.............................................................................. 47
Análise de Absorvedores Acústicos Contendo Material Absorsivo
....................................................................................... 49
Ajuste de Parâmetros de uma Viga Sandwich ........................ 50
Uma Avaliação dos Efeitos dos Termos Espúrios Presentes no
Elemento Finito de Oito Nós para Placas ............................... 51
Desenvolvimento de Modelos Computacionais Para Análise Não
Linear De Estruturas de Barras ............................................ 53
PROGRAMAÇÃO............................................................... 55
QUINTA-FEIRA (10/04)....................................................... 55
SEXTA-FEIRA (11/04) ........................................................ 56
Auditório 1 - Engenharia e Ciências Térmicas ................. 56
Auditório 2 - Fabricação .............................................. 58
Auditório 3 - Mecânica dos Sólidos................................ 60
I Simpósio do PPGEM
O MÉTODO DE
TRANSFERÊNCIA
ANISOTRÓPICOS
3
MONTE CARLO APLICADO A
RADIATIVA
EM
MEIOS
Wellington Meira Dancini dos Santos
Apresenta-se uma formulação do Método de Monte Carlo
empregada para a solução da Equação da Transferência
Radiativa para meios com geometria unidimensional,
espalhamento anisotrópico e a incidência de um feixe
colimado perpendicular à superfície e com um ângulo de
divergência θ0. O meio é considerado frio. Analisam-se os
parâmetros que influenciam na precisão do método, tais
como, espessura óptica, albedo, número de pacotes e
número de volumes. Apresenta-se também uma
comparação da formulação do Método de Monte Carlo com
o Método de Ordenadas Discretas.
4
Caderno de Resumos
MODELAGEM E CARACTERIZAÇÃO DAS PROPRIEDADES
CONDUTIVAS E RADIATIVAS DE MATERIAIS POROSOS
Celso Buiar
Este trabalho visa modelar e caracterizar os materiais
porosos do tipo alveolares, considerados de geometria
complexa composta. Esta estrutura é formada de bastões
e de paredes de espessura delgada. A modelagem da
estrutura levará em consideração a influência das
heterogeneidades e da anisotropia das células, se
aproximando desta maneira da estrutura encontrada
efetividade em aplicações diversas. Utilizar-se-á o método
de Monte Carlo para a simulação da transferência
radiativa acoplada com métodos de obtenção de imagem
por micro-tomografia de raios X 3D. Espera-se com isso
aperfeiçoar a estrutura destes materiais de maneira a se
ter um aumento de sua eficiência energética em suas
diversas aplicações.
I Simpósio do PPGEM
MODELAGEM TÉRMICA DO PROCESSO DE
DE VERGALHÕES DE CONSTRUÇÃO
5
FABRICAÇÃO
Fabio Eduardo Baggio
A partir de um modelo matemático obtêm-se as curvas de
resfriamento do vergalhão durante o processo de
tratamento térmico. Com o auxílio de diagramas do tipo
Tempo-Temperatura-Transformação
(TTT)
espera-se
poder estimar qual será a microestrutura final do
vergalhão. Para verificar se a microestrutura obtida
através deste modelo é correta, utilizaremos os dados
obtidos por ALVES FILHO (2004), que avaliou a
microestrutura resultante do vergalhão em diferentes
condições.
6
Caderno de Resumos
DETERMINAÇÃO DAS PROPRIEDADES TERMOFÍSICAS DO
SOLO
Hélcio Yosaburo Hattori
O objetivo do trabalho é a determinação das propriedades
termofísicas – condutividade térmica e difusividade
térmica - de um solo padrão brasileiro. As observações
serão realizadas em experimentos com condições
controladas em temperatura e conteúdo de umidade.
Estas propriedades são fortemente dependentes da
temperatura e umidade ambiente, além da densidade do
solo.
Utiliza-se o método do fio quente, medindo as
propriedades mencionadas em regime transiente. O solo é
condicionado em uma caixa de dimensão 17 x 30 x 30 cm
na qual se encontram as sondas de fio quente. Este solo é
inserido dentro de um ambiente com temperatura e
umidade controlado os quais podem ser variados. A cada
conteúdo de umidade do solo há uma correspondência
com o valor de sua condutividade térmica medida através
das sondas.
I Simpósio do PPGEM
7
ENERGY-EFFICIENT CONTROL OF HYBRID VENTILATION
AND AIR HANDLING UNITS COMBINED TO A WHOLEBUILDING HYGROTHERMAL MODEL
Roberto Zanetti Freire
Associated to thermal comfort, indoor air quality and
energy consumption in dwellings and office buildings, this
document presents the main objectives of this thesis
research
line.
Based
on
the
Brazilian
climate
characteristics, typical building structures and on
improvements into a building hygrothermal and energy
simulation tool, this document starts through ventilation
concepts, which are used in the study of building airflow,
emphasizing natural ventilation approaches for singlesided and cross ventilation models. Energy efficiency in
buildings is nowadays an important issue due to the
growth of energy costs, energy consumption and
environmental impacts, especially those related to global
warming. Based on this concepts, an introduction about
renewable and passive technologies has been performed
in order to understand the potential usage of renewable
energy in Brazil, four methods to reduce energy
consumption of typical Brazilian buildings coupled to HVAC
systems in order to optimize thermal comfort have been
presented: i) earth-to-air heat exchangers; ii) photovoltaic
energy; iii) wind power; and iv) trombe wall system. In
the
sequence,
improvements
into
PowerDomus
mathematical models that have been performed since the
beginning of this work are reported and finally the thesis
chronogram has been presented.
8
Caderno de Resumos
ESTUDO COMPARATIVO ENTRE DOIS MODELOS DE
TRANSFERÊNCIA DE CALOR E DE UMIDADE EM MEIOS
INSATURADOS
Marluz Fernando Jonsson
A redução de problemas relacionados a consumo de
energia em edificações, conforto térmico e qualidade de ar
é uma necessidade global. Neste sentido, este trabalho
vem desenvolver os primeiros passos da criação do
projeto HAM-BR cujo intuito é de criar uma plataforma
computacional com diferentes modelos de transferência de
calor, ar e umidade através de elementos porosos
comumente presentes em edificações. Para isto,
apresenta-se um estudo inicial comparativo usando o
modelo
do
projeto
Hamstad
desenvolvido
pela
comunidade
européia
e
o
modelo
e
software
desenvolvidos no Laboratório de Sistemas Térmicos (LST)
da PUCPR – Umidus, que tem por base o modelo clássico
de Philip e De Vries. Ambos os modelos são discretizados
utilizando o método de volumes finitos com diferenças
centrais e formulação totalmente implícita. Para a solução
das equações algébricas resultantes dos dois modelos,
utilizou-se o método de solução MTDMA – MultiTriDiagonal Matrix Algorithm, para que os campos de
variáveis
inter-dependentes
fossem
resolvidos
simultaneamente. A comparação é feita primeiramente
para um modelo físico de parede com propriedades bem
definidas e solução analítica. Posteriormente, apresentamse resultados da comparação com um experimento
realizado no LST. Ambos os modelos apresentaram
resultados satisfatórios. A vantagem do modelo Hamstad
reside na grande gama de dados disponíveis na literatura,
levantados por laboratórios europeus.
I Simpósio do PPGEM
9
DESENVOLVIMENTO DE BANCADA PARA AVALIAÇÃO DE
INÉRCIA HIGROSCÓPICA DE MATERIAIS POROSOS
José Walter Meissner
O trabalho consiste no desenvolvimento de uma bancada
para avaliação de fenômenos higroscópicos em materiais
porosos.
Este
tema
surgiu
da
necessidade
de
quantificação do fenômeno para comparação de materiais
e validação de simulações computacionais com o intuito
de calcular condições psicrométricas em interiores de
edificações, visando conforto térmico e redução de
consumo de energia com sistemas de climatização. Em
paises nórdicos como a Dinamarca, existe grande
importância pelo tema em virtude da grande variação da
umidade relativa do ar ao longo do dia o que pode
ocasionar proliferação de mofo, irritações das mucosas
nasais e maior consumo de energia em sistemas de
climatização. Analisando estudos e bancadas construídas
pelo mundo, como no Japão, universidades da Dinamarca
e do Canadá, todas com o mesmo propósito de analisar
fenômenos higroscópicos, chegou-se a um novo sistema
de medição que engloba os pontos fortes de cada bancada
estudada. A bancada consiste basicamente em um túnel
de insuflamento de ar, célula de teste com o material a
ser analisado, um calorímetro composto por duas câmaras
térmicas e um sistema da aquisição de dados capaz de
monitorar e controlar todo o sistema. O túnel de
insuflamento garante as condições pré-definidas de
temperatura, umidade e vazão do ar que entra na célula
de teste. Esta célula é composta por chapas do material a
ser estudado formando um cubo de 2m x 2m x 2m em
que sua massa total é medida através de células de carga.
O calorímetro assegura que o ambiente externo do cubo
permaneça a temperatura e umidade constantes para que
o processo seja relacionado apenas com ambiente interno
10
Caderno de Resumos
do cubo. De acordo com a variação da massa ao longo do
tempo para uma determinada condição de insuflamento
de ar, pode-se medir a inércia higroscópica do material, e
sendo assim compara-lo com outros materiais.
I Simpósio do PPGEM
11
ESTUDO DA INFLUÊNCIA DA COMPOSIÇÃO DO ÓLEO
VEGETAL
SOBRE
ALGUMAS
PROPRIEDADES
DO
BIODIESEL
Luciano de Souza Ribeiro Bueno
Em vista da atual situação ambiental, o estudo de
combustíveis
de
origem
renovável
toma
grande
importância, em vista do potencial destes combustíveis
para reduzir a emissão de gases indutores do efeito
estufa. Neste cenário o biodiesel se apresenta como uma
alternativa viável de combustível de fonte renovável,
capaz de substituir o óleo diesel nas aplicações
automotivas. Diante da diversidade de matérias primas
que podem ser utilizadas para a obtenção do biodiesel,
faz-se
necessário
um
esforço
de
previsão
de
características deste biocombustivel a partir das
características da matéria prima. Com este objetivo
apresenta-se estudo comparativo entre o desempenho de
amostras de biodiesel obtidas a partir de soja, algodão e
canola. Este estudo enfatiza o comportamento dos
combustíveis em relação à viscosidade, atraso da ignição,
poder calorífico e eficiência efetiva do motor. Os
resultados da análise comparativa são interpretados
estabelecendo relações de causa-efeito que levam em
conta a variação na composição dos óleos que deram
origem ao biodiesel.
12
NUMERICAL DETERMINATION
BETWEEN TWO FLAT SURFACES
Caderno de Resumos
OF
VIEW
FACTOR
Lilian Dobrowoski de Carvalho Augusto
The exact calculation of view factor between two surfaces
induces the resolution of a double integral which solution
can be hardly reached for complex geometries. This
solution is available in the literature for a reduced set of
simple configurations as formulas, graphs and tables. The
idea of a numerical method to calculate an approximated
value for the view factor appears when it is needed to
calculate it for surfaces presenting complex geometries
i.e. walls including openings such as windows and doors
and obstructions such as internal wall corners and objects
between the two considered surfaces. For instance, in
building simulation programs, the view factor is normally
calculated in a simplified way for these geometries,
without taking into account the real complexity of the
components of the studied zone. This simplification could
implicate various errors in the calculation of the wall
internal temperatures that would induce inaccuracy in the
evaluation of the thermal comfort and the energy
consumption of the building zone. The objective of this
work is to present a new computational method to
determine the view factor between two surfaces
considering simple or complex geometries with openings
and obstructions, using a triangle model that generates a
finite-element mesh onto surfaces to distinguish
viewed/shaded surface areas. This triangle model is fast,
memory-efficient, robust, and uses constrained and
unconstrained Delaunay triangulations. The mesh quality
is guaranteed by the use of the Rupert’s Delaunay
refinement algorithm that avoids undesirable small
triangle angles. A comparison with literature data
available only for the case of simple configurations
I Simpósio do PPGEM
13
(without openings and obstructions) shows the excellent
accuracy of the proposed computational method. For
those cases, a sensitivity analysis consisting in varying the
mesh refinement and the distance between the two
surfaces has been performed. The results obtained for
some geometries considering openings and obstructions
are also presented.
14
Caderno de Resumos
MODELAGEM NUMÉRICA DA SECAGEM DO RESÍDUO
SÓLIDO DA PRODUÇÃO DO EXTRATO HIDROSSOLÚVEL
DE SOJA
Camila Augusto Perussello
Este trabalho estuda a transferência conjugada de calor e
de massa durante a secagem do resíduo da produção do
extrato hidrossolúvel de soja (okara). O processo de
secagem proposto neste trabalho consiste em submeter a
okara extrusada em formato de pellets a duas etapas de
processo: na primeira etapa o produto é desidratado em
tubo pneumático até a perda da adesividade superficial e
na segunda etapa os pellets são submetidos à secagem
em tambor rotativo a temperaturas mais amenas até
atingirem um teor de umidade desejado. Os parâmetros
de processo tais como tempo, temperatura e rotação do
tambor são correlacionados ao nível de escurecimento do
produto final. As temperaturas testadas para a primeira
etapa de processo são 170ºC, 150ºC e 130ºC, as
temperaturas da segunda etapa são 70ºC, 60ºC e 50ºC e
as rotações testadas para o tambor são 27 rpm e 47 rpm.
A melhor combinação de secagem, em termos de tempo
de processo e grau de escurecimento, é a que utiliza a
temperatura de 150ºC na primeira etapa e a de 70ºC na
segunda etapa de processo. O produto submetido a este
processo combinado tem um período de secagem de 27
minutos e apresenta cor clara. Para proceder a análise
numérica foram discretizadas as equações governantes,
Lei de Fourier para a transferência de calor e a Lei de Fick
para a transferência de massa, pelo Método de Diferenças
Finitas
Implícito.
Os
processos
foram
simulados
numericamente usando o Matlab e os resultados
numéricos foram comparados com os resultados
experimentais, mostrando uma concordância adequada.
I Simpósio do PPGEM
15
COMPARATIVO DE DOIS MODELOS APLICADOS NA
SOLUÇÃO DO ESCOAMENTO TURBULENTO EM VÁLVULAS
AUTOMÁTICAS
William Araujo Jacques
Neste trabalho é apresentada uma análise de resultados
provenientes da simulação do escoamento turbulento de
fluidos newtonianos em difusores radiais. Os dispositivos
físicos avaliados possuem uma arquitetura similar a de
válvulas automáticas com palheta paralela ao assento,
usualmente empregadas como componentes básicos de
compressores herméticos utilizados em sistemas de
refrigeração. Os resultados obtidos com as simulações
computacionais, quando comparados às informações
publicadas na literatura especializada, sugerem uma
concordância adequada entre o comportamento sugerido
pelos modelos de turbulência a duas equações particularmente o modelo k-ε a baixos números de
Reynolds e RNG k-ε. As equações diferenciais parciais
governantes,
que
descrevem
matematicamente
a
dinâmica do escoamento, foram discretizadas segundo o
método dos volumes finitos. O software desenvolvido para
este estudo foi codificado na linguagem FORTRAN 90.
16
Caderno de Resumos
ESTUDO NUMÉRICO E EXPERIMENTAL DO ESCOAMENTO
NOS DUTOS DE ADMISSÃO E EXAUSTÃO DE UM MOTOR
DE COMBUSTÃO INTERNA
Stephan Hennings Och
Neste trabalho são deduzidas as equações que governam
o escoamento em dutos para o caso unidimensional e
não-estacionário de um fluido compressível e é
apresentada a solução destas equações pelo método das
características. Esta solução foi implementada em uma
rotina computacional que permitiu obter a distribuição de
pressões, velocidades e temperaturas ao longo dos dutos
de admissão e exaustão de um motor de combustão
interna. Com o intuito de avaliar a precisão da simulação,
os resultados foram confrontados com dados medidos em
um modelo físico que consiste de um motor monocilíndrico
acionado externamente por um motor elétrico. No
trabalho é feita uma descrição detalhada do aparato
experimental utilizado, incluindo informações sobre a
construção da bancada e sobre os sensores utilizados para
medir os valores instantâneos da pressão, da posição
angular do virabrequim e do deslocamento das válvulas.
Os resultados da simulação e das medições são
apresentados e discutidos no trabalho.
I Simpósio do PPGEM
ENSAIOS DE EFICIÊNCIA
DE CLIMATIZAÇÃO
17
ENERGÉTICA EM APARELHOS
Luiz F. Steilein Filho
Devido aos esforços em melhorar o desempenho de
sistemas de refrigeração, diversos projetos de pesquisa
têm focado na otimização dos principais componentes que
participam no funcionamento desses equipamentos
(ASHRAE, 1997 e 1998).
Sistemas de climatização podem representar 50% do
consumo elétrico de uma instalação residencial ou
comercial. Desta forma, o desenvolvimento de aparelhos
energeticamente mais eficientes tem sido muito
incentivado. A normalização do PROCEL (Programa
Nacional de Conservação de Energia Elétrica), etiquetando
os produtos quanto à eficiência obrigou as empresas a
investirem na otimização de seus produtos.
Desta maneira neste trabalho avalia-se a eficiência
energética de sistemas de climatização de ar, utilizando a
câmara climatizada do Laboratório de Sistemas Térmicos
(LST), da PUCPR, que é constituído de duas câmaras com
temperatura e umidade controladas. Um ambiente simula
as condições climáticas externas e o outro simula as
condições do ambiente a ser climatizado. Medindo o
consumo de energia para o aparelho trabalhar nesta
condição definida, obtém-se então o seu consumo de uma
maneira possível de ser repetida e comparada por
diversos laboratórios.
18
Caderno de Resumos
PMV SENSITIVITY ANALYSIS AND THERMAL COMFORT
REGIONS FOR IMPROVING CONTROLLERS OF HVAC
SYSTEMS
Rodrigo Trebien
The HVAC control systems based on thermal comfort
indices, in contrast with approaches that consider only
temperature and humidity, provide advantages such as
the improvement of the thermal quality of the built
environment. Among several thermal comfort indices, the
Fanger’s model (PMV) is of paramount importance.
However, the attainment of this index in real equipment is
considerably difficult, due to the difficulty of measuring
the mean radiant temperature, and determining individual
parameters such as the human metabolic rate and the
thermal resistance of human clothing. Due to those
difficulties, adjustments and adaptations must be carried
out and, consequently, there are errors related to these
three parameters. This article proposes a sensitivity
analysis of PMV, based on those three variables, through
simulation. For each analysis, the behaviour of the model
is analysed for different values of temperature, air velocity
and relative humidity, and also for different values of the
analyzed parameter. It is also important to obtain the
relative importance of each parameter of Fanger’s model,
independently of units and analyzed values. Based on the
Monte Carlo statistical method, a sensitivity analysis has
been conducted, not only for the three cited variables, but
also for all six Fanger’s model parameters. As a result, a
sensitivity vector is presented, whose values are
dimensionless and independent of the variables and
parameters, considering all possible combinations.
Moreover, new comfort regions are presented, considering
also individual factors.
I Simpósio do PPGEM
19
TRANSFERÊNCIA DE CALOR CONDUTIVA E RADIATIVA
ATRAVÉS DE SISTEMAS VÍTREOS PLANOS E COMPOSTOS
Christian Scapulatempo Strobel
Materiais
vítreos
são
amplamente
utilizados
em
equipamentos e em edificações para aumentar a
incidência de luz para o seu interior, proporcionando o
conforto da luminosidade e/ou ainda facilitando a
visualização de objetos em seu exterior ou no interior de
equipamentos. Porém, apesar destas qualidades, o
material vítreo é um elemento que possui baixa
resistência a transferência de calor e é grande responsável
pelo aumento no consumo de energia em edificações ou
em equipamentos. O correto dimensionamento deste tipo
de elemento é essencial para se evitar gastos excessivos
de energia, principalmente em uma época onde a
disponibilidade energética é um problema. O presente
trabalho trata do estudo da transferência de calor através
dessas superfícies e do desenvolvimento de um modelo
numérico pelo método das diferenças finitas para
realização
de
simulações
em
regime
transiente
envolvendo estes tipos de superfícies. Os principais
parâmetros analisados foram: condução de calor, fluxo de
calor decorrente de radiação solar direta (ondas curtas) e
do ambiente (ondas longas), condições de contorno
(convecção interna, externa e intermediária). A radiação
foi analisada levando-se em conta as múltiplas reflexões e
a absorção de calor não-uniforme no interior do material
vítreo, ao contrário da absorção uniforme de calor
amplamente utilizada na literatura para simplificações de
modelos. Foram analisados os erros de hipóteses
simplificativas, os efeitos de películas de controle solar,
sistemas compostos por uma, duas ou três lâminas, e
ainda um estudo de um coletor solar operando com uma
ou duas lâminas de vidro, além de um comparativo sobre
20
Caderno de Resumos
os desempenhos de cada tipo de sistema. Notou-se que o
uso de hipóteses simplificativas para a absorção de calor
pode levar a um erro de até 2% no cálculo do SHGC.
Quanto a películas de controle solar, em sistemas simples,
uma melhora de até 33% é observada no SHGC quando
aplicada na primeira superfície. A influência da posição da
película de controle solar pode acarretar em diferenças de
até 14% no SHGC, devido ao bloqueio antecipado de
radiação que a película promove quando aplicada
externamente. Vidros duplos e triplos foram analisados e
uma melhora de até 60% no SHGC foi observada em um
vidro duplo com película e de até 42% no SHGC em um
vidro triplo sem película, em relação a um sistema simples
sem aplicação de película.
I Simpósio do PPGEM
23
AVALIAÇÃO MECÂNICA DE UM SISTEMA DE FIXAÇÃO
PARA A COLUNA VERTEBRAL LOMBAR E TORÁCICA
Irineu Vitor Leite
A coluna vertebral é um segmento complexo do corpo
humano, proporciona um elo mecânico entre os membros
superiores e inferiores, tornando possível o movimento
nos três planos. As doenças da coluna têm sido cada vez
mais freqüentes e se tem utilizado dispositivos metálicos
como implantes de fixação interna rígida para recuperar
as funções da coluna vertebral ou permitir ao ser humano
uma melhora na qualidade de vida.
Esses implantes
devem garantir as solicitações de carga e movimento que
a coluna vertebral é submetida tais como: translação,
rotação e momento. A American Society for Testing and
Materials (ASTM) criada em 1898 nos Estados Unidos
produz normas que indicam procedimento de análise e
padronização de materiais. Existem vários fabricantes de
sistemas de fixação para coluna no mundo, no Brasil a
Agência Nacional de Vigilância Sanitária controla a
fabricação e comercialização de produtos para a saúde e
exige que o produto atenda os Requisitos conforme indica
a American Society for Testing and Materials (ASTM). Este
trabalho tem por objetivo é avaliar a integridade física e o
comportamento mecânico de um sistema composto por
parafusos e haste utilizados na fixação anterior da coluna
fabricado conforme a ASTM F 1717-04 Standard Test
Methods
for
Spinal
Implants
Constructs
in
a
Vertebrectomy Model e a ASTM F1798-97 Standart Guide
for Evualting the Static and Fadigue Properties of
Interconnection Mechanisms and Subassemblies Used in
Spinal Arthrodesis Implants.
24
Caderno de Resumos
PROPRIEDADES
SUPERFICIAIS
DO
AÇO
H13
TEMPERADO, REVENIDO, NITRETADO E REVESTIDO COM
TIAIN
Luciane Yumi Suzuki
O aço ferramenta para trabalho a quente AISI H13 é o
mais utilizado para a confecção de moldes para injeção de
alumínio. Diversos estudos já foram feitos para aumentar
a sua vida útil. Um método bastante promissor é o
tratamento duplex, onde o molde é submetido a um
tratamento térmico, a uma nitretação e à deposição de
um filme. O presente trabalho utilizou o revestimento de
nitreto de titânio alumínio (TiAlN). Comparou-se a
influência da espessura da camada nitretada (30µm, 60µm
e 90µm) e do filme de TiAlN (3,5µm e 8µm). Foram feitas
amostras com as combinações entre estes dois
parâmetros, sendo também preparadas amostras sem o
revestimento. A nitretação foi feita pelo método gasoso e
o revestimento pela deposição física de vapor - Physical
Vapor Deposition (PVD). Foram feitos ensaios de
composição química, rugosidade, coeficiente de atrito,
taxa de desgaste, perfil de dureza, nanodureza,
microscopia ótica e eletrônica e raio-X. Os resultados de
raio-X mostraram a presença dos elementos Fe, FeCr2O4,
Fe2N e Fe4N em todas as amostras. O resultado do EDS
indicou que a formulação do filme estudado era de
Ti0.7Al0.3N. As imagens de MEV indicaram que o filme
estudado apresentou boa aderência e era de camada
única.
I Simpósio do PPGEM
25
ANÁLISE DO PROCESSO DE FURAÇÃO DO FERRO
FUNDIDO VERMICULAR COM BROCAS DE METAL-DURO
COM CANAIS RETOS REVESTIDAS COM TIN+TIALN,
ALCRN E ALCR-BASED
José Mário Fernandes de Paiva Júnior
A utilização do ferro fundido vermicular, também
conhecido como Compacted Graphite Iron (CGI), vem se
destacando
na
indústria
automobilística
mundial
principalmente na fabricação de blocos e cabeçotes de
motores a diesel para veículos leves. Isto se deve ao fato
de sua aplicação promover um aumento da eficiência
energética dos motores e de reduzir os níveis de emissão
de poluentes. Assim, o ferro fundido vermicular aparece
como um bom substituto do ferro fundido cinzento, pois
além de possuir propriedades de condutividade térmica e
de amortecimento semelhantes ao cinzento, tem maior
resistência mecânica, além de maior dureza. Porém, o CGI
apresenta maior dificuldade de usinagem quando
comparado ao ferro fundido cinzento. Atualmente, no
processo de usinagem de um bloco e cabeçote de motor,
a furação é uma das operações com maior tempo efetivo
de corte, influenciando diretamente sobre os custos
globais do processo. Analisando a importância desta
operação, o objetivo deste trabalho foi avaliar o
desempenho de três diferentes tipos de revestimentos
(TiN+TiAlN, AlCrN e AlCr-Based) aplicados sobre brocas de
metal duro com canais retos no processo de furação do
CGI 450. Como variáveis de entrada do processo foram
utilizadas duas velocidades de corte para um avanço
constante, com aplicação de fluido de corte externo. As
variáveis de rendimento do processo analisadas foram o
desgaste de flanco máximo, força de avanço e momento
torçor. Além disso, foram analisados aspectos de
integridade dos furos em relação a circularidade,
26
Caderno de Resumos
retilineidade e rugosidade. Analisando todos os aspectos
estudados neste trabalho, observou-se, que ferramentas
revestidas a Base de Cromo alumínio, são indicadas para
a Usinagem do Ferro Fundido vermicular CGI450, sob
velocidade de corte de 80m/min, pois apresentaram
excelentes resultados de vida, rugosidade superficial,
circularidade e retilineidade.
I Simpósio do PPGEM
AVALIAÇÃO DA RESISTÊNCIA AO DESGASTE DE
DE TUNGSTÊNIO DEPOSITADO POR HVOF EM
649/AS-649M TEMPERADO POR INDUÇÃO
27
CARBETO
AÇO SA-
Gustavo Brandão Andrusko
A necessidade de melhorar a resistência ao desgaste
abrasivo dos rolos corrugadores utilizados na indústria de
papelão ondulado fez com que vários tipos de
revestimentos fossem aplicados e testados. Hoje utiliza-se
a deposição de carbeto de tungstênio através do processo
High velocity oxi-fuel – HVOF. Neste trabalho foi utilizado
um pó cuja composição em peso é de 88% de carbeto de
tungstênio (WC) e de 12% de cobalto, o qual proporciona
elevada dureza e resistência ao desgaste abrasivo. Dados
experimentais de testes de desgaste abrasivo são
analisados, indicando como o comportamento das
propriedades mecânicas do
revestimento, dureza,
resistência à abrasão, rugosidade, presença de poros e
adesão são afetados através da mudança de parâmetros
básicos do processo. Os resultados demonstram que
variáveis como menor granulometria de pó e maiores
pressões na câmara de combustão influenciaram de
maneira positiva a qualidade final do revestimento.
Entretanto, o aumento de rotação da peça acarretou em
um piora da camada revestida.
28
Caderno de Resumos
ELETROEROSÃO POR PENETRAÇÃO DA LIGA TIAL4V
COM DIFERENTES CLASSES DE ELETRODOS DE GRAFITA
Leandro Stedile
O titânio e suas ligas apresentam uma crescente aplicação
no ambiente industrial devido as suas excelentes
propriedades como, por exemplo, alta resistência à
corrosão, resistência a altas temperaturas e elevada
resistência ao desgaste. Deste modo, as ligas de titânio
são amplamente utilizadas nas áreas aeroespacial,
biomédica, ambientes altamente corrosivos etc. Porém, o
titânio e suas ligas apresentam alta reatividade química
com a maioria das ferramentas de corte de geometria
definida, além disso, possui baixa condutividade térmica e
alta resistência mecânica. Estas características fazem com
que as ligas de titânio sejam difíceis de serem trabalhadas
pelos
processos
convencionais
de
usinagem.
A
eletroerosão (Electrical Discharge Machining – EDM) é um
processo de usinagem não convencional que utiliza a
conversão de energia elétrica em energia térmica para a
remoção de material da peça. Deste modo, as
propriedades mecânicas do material da peça não exercem
influência na usinagem por eletroerosão. Porém, as
propriedades termofísicas do material são extremamente
influentes no rendimento da usinagem por EDM. Este
trabalho teve por objetivo avaliar o desempenho de
eletrodos de grafita, com diferentes tamanhos de grão (3,
10 e 15 µm), no processo de eletroerosão por penetração
em regime de acabamento, semi-acabamento e desbaste
da liga de titânio Ti6Al4V. Como variáveis independentes
de entrada foram avaliadas a duração da descarga, a
corrente de descarga e a polaridade do eletrodo.
O
rendimento do processo foi avaliado pela taxa de remoção
do material da peça, desgaste volumétrico relativo e
rugosidade das peças. Aspectos de integridade superficial
I Simpósio do PPGEM
29
das peças eletroerodidas em se tratando de espessura da
camada superficial resolidificada (recast layer), micro
fissuras, poros e microdureza foram também analisados.
O presente trabalho sugere condições econômicas de
usinagem para EDM da Liga Ti6Al4V para as classes de
grafita testadas sob condições usinagem de desbaste,
semi-acabamento e acabamento.
30
Caderno de Resumos
ESTUDO DA VIABILIDADE DO ENSAIO DE
NA INSPEÇÃO DE JUNTAS SOLDADAS
INOXIDÁVEIS AUSTENÍTICOS AISI 316
ULTRA-SOM
DE AÇOS
Tancredo Loberto
No intuito de melhorar o controle de qualidade dos
processos de fabricação atualmente utilizados na indústria
e atender as novas exigências de qualidade impostas pelo
mercado, diversas técnicas de ensaios não destrutivos
foram criadas. Porém o mercado ainda não dispõe de
técnicas de análise por ultra-som em peças de aço
inoxidáveis e poucas literaturas tratam do tema. O
presente trabalho visa estudar a viabilidade da execução
do ensaio de ultra-som convencional na inspeção de
juntas soldadas de topo no aço inoxidável AISI 316. Todo
o estudo será baseado na criação de um procedimento de
trabalho baseado nos requisitos estabelecidos no código
ASME (American Society of Mechanical Engineers).O
procedimento de ultra-som será elaborado conforme
requisitos do código ASME V. A avaliação das juntas
soldadas será realizada conforme requisitos contidos no
código ASME VIII Divisão 1. Os resultados obtidos no
ensaio de ultra-som serão comparados com os resultados
obtidos no ensaio de gamagrafia industrial, objetivando
verificar se o método criado atende aos objetivos e
requisitos normativos. Fornecendo, futuramente, se
viável, suporte técnico aos atuais métodos de controle de
qualidade e auxiliando o desenvolvimento de novas
tecnologias que possam preencher uma lacuna existente
nesta área cada vez mais exigente.
I Simpósio do PPGEM
31
CARACTERIZAÇÃO MECÂNICA E MICROESTRUTURAL DE
JUNTAS SOLDADAS PELOS PROCESSOS MIG/MAG
(GMAW) E ARAME TUBULAR (FCAW)
Paulo Tancredo de Campos
Os processos de soldagem MIG/MAG e Arame Tubular são
amplamente aplicados na indústria de petróleo. Ambos os
processos podem ser aplicados em uma variedade de
aços, tais como baixo carbono, inoxidável entre outras
ligas ferrosas. Outra característica importante destes dois
processos é a excelente produtividade devida a
possibilidade de automação dos equipamentos. Estes dois
processos já são empregados a nível industrial,
entretanto, as diferenças em termos microestruturais e
propriedades mecânicas foram pouco exploradas a nível
científico. O objetivo principal deste projeto de pesquisa é
determinar a microestrutura e o comportamento mecânico
do MIG/MAG e do Arame Tubular quando as juntas são
soldadas submetidas à pulsação térmica. As juntas
soldadas pelo processo Arame Tubular apresentaram uma
microestrutura mais fina bem como uma maior
tenacidade. O Arame Tubular resultou em um metal de
solda com dureza mais elevada. Por outro lado, o
gradiente de dureza é mais elevado para as juntas do
Arame Tubular.
32
Caderno de Resumos
COMPORTAMENTO TRIBLÓGICOS DE FILMES DUROS
DEPOSITADOS
POR
PAPVD
DEPOSITADOS
EM
SUBSTRATO DE METAL DURO
Cleomar Schimitz
O desempenho em serviço de peças ou ferramentas
revestidas está diretamente ligado às propriedades do
material do filme, a adesão ao substrato, microdureza e
coeficiente de atrito. Neste trabalho foi investigado o
comportamento do coeficiente de atrito de filmes duros
depositados sobre substrato de metal duro. Os filmes de
TiN, TiCN e TiAlN foram depositados através da técnica de
Arco Catódico (PAPVD). O coeficiente de atrito foi
determinado para as cargas de 1, 5 e 10 N. Os ensaios de
determinação do coeficiente de atritos foram conduzidos a
seco e com umidade relativa entre 40 e 60%. Também foi
determinada a influência da rugosidade no coeficiente de
atrito. A rugosidade dos insertos foi modificada através da
operação de microjateamento. O microjateamento foi
realizado antes do processo de deposição do filme. Os
insertos microjateados apresentaram uma rugosidade
superior a 0.1µm Ra, enquanto que os insertos que não
sofreram microjateamento apresentaram uma rugosidade
inferior a 0.05µm Ra. Os resultados encontrados mostram
que a carga influencia no valor do coeficiente de atrito,
para cargas menores o coeficiente de atrito é maior. O
coeficiente de atrito do metal duro apresentou uma
variação significativa entre os ensaios a seco e com
umidade. Entretanto quando as amostras de metal duro
foram revestidas, a influência da umidade no coeficiente
de atrito não foi significativa. O acabamento superficial
teve uma significativa influência na variação no coeficiente
de atrito, filmes com maior rugosidade apresentaram um
maior coeficiente de atrito. Nos ensaios de longa duração
para desgaste, o substrato de metal duro sem
I Simpósio do PPGEM
33
revestimento apresentou desgaste na superfície justificado
pelo aumento no coeficiente de atrito. Com os substratos
recobertos com filme de TiN, TiAlN e TiCN apresentaram
um aumento no coeficiente de atrito com o remoção do
filme. O filme de TiCN apresentou uma queda no
coeficiente de atrito devido a presença de carbono (C) que
pode funcionar como lubrificante a seco, já o TiAlN, não
foi completamente removido do substrato, demonstrando
ser um filme mais resistente. Nos ensaios de adesão os
filmes de uma maneira geral apresentaram uma boa
adesão, segundo a norma HF.
34
Caderno de Resumos
ESTUDO DE DURABILIDADE EM FADIGA E DESEMPENHO
HIDRODINÂMICO DE UM NOVO MODELO DE BIOPRÓTESE
VALVAR CARDÍACA DE PREICÁRDIO BOVINO
Carlos Augusto H. Laurindo
As próteses valvares cardíacas biológicas apesar de
apresentarem um desempenho hemodinâmico melhor,
estas ainda tem uma durabilidade menor que as próteses
mecânicas. Por este motivo o desenvolvimento de
próteses biológicas com maior durabilidade é importante.
Neste estudo submetemos 8 próteses biológicas de
pericárdio bovino a um ensaio de durabilidade acelerada
em um equipamento chamado “Simulador de Fadiga” que
induz, de forma acelerada, a fadiga das próteses. Durante
o ensaio de durabilidade, as próteses serão retiradas de
acordo com o número de ciclos completados e também
após a falha, para que o pericárdio bovino seja analisado
via microscopia eletrônica de varredura (MEV) e assim
possamos avaliar o mecanismo de falha. O desempenho
hidrodinâmico das próteses também foi avaliado
comparando-as com uma prótese mais antiga. O estudo
hidrodinâmico foi realizado utilizando um equipamento
chamado de “simulador de Pulso” o qual simula o
funcionamento da prótese em condições similares as
fisiológicas.
I Simpósio do PPGEM
35
CONSTRUÇÃO DE UM EQUIPAMENTO AUTOMATIZADO
PARA REALIZAÇÃO DE ENSAIO DE FADIGA TÉRMICAS EM
REVESTIMENTOS
Gelson Luiz Carneiro
Com o crescente aumento do uso de ligas de alumínio nas
aplicações industriais e, até mesmo, as comerciais e
residenciais, há necessidade da redução dos custos de
fabricação destes tipos de produtos. Sabe-se que um fator
importante para isto é a redução dos custos de
manutenção ou até mesmo da substituição das
ferramentas de corte e moldes de injeção utilizados e/ou
aplicáveis a estes tipos materiais. Historicamente, os
aços-ferramenta são os materiais mais utilizados para tais
aplicações. No caso dos moldes de injeção de alumínio,
que é o estudo de caso deste trabalho, utilizam-se na
maioria das vezes os aços-ferramenta para trabalho a
quente, cujas características de trabalho são as de uso em
temperaturas elevadas sob condições críticas de pressão e
abrasão. O aço-ferramenta H13, ao cromo, é um material
característico para aplicações de transformação mecânica
sob condições elevadas de temperatura. Além de suas
características normais, proporcionadas pelos elementos
que o compõem, tais materiais são comumente
tratados/melhorados
superficialmente
através
de
tratamento térmicos convencionais (como por exemplo,
têmpera, revenimento, cementação, nitretação, entre
outros) e da deposição de revestimentos cujas
características são as de possuírem elevada resistência e
inércia química, criando, assim, uma barreira entre o aço
e o material injetado. Porém, mesmo com tais
características de aplicação, estes moldes construídos em
aço H13 sofrem desgastes sobre o efeito de mecanismos
como: fadiga térmica, erosão e aderência. Muitos estudos
já foram realizados para análise destes tipos de
36
Caderno de Resumos
desgastes, contudo, nenhum ensaio avalia estes
mecanismos sob condições próximas das reais. Portanto,
o objetivo deste trabalho é o de desenvolver um
equipamento automatizado para realização de ensaio de
fadiga térmica em revestimentos de filmes finos para
ferramentas ou moldes de injeção de alumínio. Este
equipamento possibilitará a avaliação da ferramenta ou
molde sob todas as condições de desgaste citadas
anteriormente. O equipamento desenvolvido e que está
em fase de testes, possui um carro que corre sobre guias
e é movimentado através de um fuso acoplado a um
motor de corrente contínua (CC). Sob o dispositivo
deverão ser instalados o forno, para a fundição do
alumínio, e o dispositivo de resfriamento, que será um
reservatório com água. Sobre o carro haverá outro motor
CC acoplado a uma polia que realizará os banhos das
amostras em alumínio líquido e água. Os sistemas de
controle e supervisão do equipamento serão, através dos
testes, adaptados para a realização do ensaio.
I Simpósio do PPGEM
39
MÉTODO MULTIGRID APLICADO A PROBLEMAS DA
MECÂNICA
Florentino Augusto Fagundes
Este trabalho propõe resolver problemas da Mecânica
através do método Multigrid Algébrico via Wavelets. São
problemas cuja discretizacão culmina em matrizes
esparsas, com muitos zeros, que requer métodos
iterativos para resolução. Como tais métodos se tornam
lentos a medida que se atribui uma tolerância pequena
para o erro, o método multigrid se torna uma ferramenta
eficaz para diminuir o tempo de processamento. As
vantagens do método Multigrid são apresentadas através
de comparação entre métodos iterativos puros e Multigrid
geométrico e Multigrid Algébrico (AMG). A grande
vantagem do AMG é que ele independe de uma hierarquia
de malhas, todas as informações necessárias para o
processo de relaxação são obtidas diretamente da matriz
do sistema. Esta facilidade do AMG é particularmente
importante para resolver problemas da Mecânica do
Contínuo em que é difícil ou as vezes até mesmo
impossível a obtenção de uma hierarquia de malhas. O
problema do AMG é que o processo da seleção das
incógnitas que representarão o problema numa malha
mais grosseira nem sempre é eficiente ou possível. Daí
surge uma nova abordagem, denominada WAMG, que
utiliza a Transformada Discreta Wavelet para obter uma
aproximação da matriz do sistema em cada nível do
processo de multiresolução. Neste trabalho o processo de
discretização é efetuado via elementos finitos, e o método
iterativo utilizado é o Gauss-Seidel.
40
Caderno de Resumos
SOBRE O PROBLEMA DA CORROSÃO EM ÓLEODUTOS E
GASODUTOS ENTERRADOS
Ricardo José Bertin
Dutos são meios de transporte extensamente utilizados
para o transporte de granéis líquidos e gasosos. Como
qualquer estrutura, os dutos estão sujeitos a uma
multitude de carregamentos e esforços que afetam: a boa
prestação do serviço de transporte; a integridade física da
obra de engenharia; o meio ambiente; a segurança
operacional; e, em última análise, a segurança e
qualidade de vida dos seres humanos instalados nas
faixas lindeiras. Estes carregamentos e esforços assumem
proporções críticas quando se somam à deterioração das
tubulações por processos corrosivos, notadamente quando
ocorre perda de espessura de parede.
Pretende-se, através de metodologias qualitativas,
estabelecer a natureza das possíveis inter-relações entre
os múltiplos carregamentos e esforços e os possíveis
quadros corrosivos mais comumente encontrados nos
oleodutos e gasodutos enterrados.
I Simpósio do PPGEM
41
RESPOSTA
DINÂMICA
DE
PONTE
E
VEÍCULO
FERROVIÁRIO
SUBMETIDOS ÀS VARIAÇÕES DE
VELOCIDADE E IRREGULARIDADES DA VIA
Fernando Luiz Martinechen Beghetto
Os comportamentos dinâmicos de uma ponte ferroviária e
de um veículo são estudados através de análises
numéricas em modelos tridimensionais. O modelo de
veículo é composto pela associação de corpos rígidos
conectados em sistemas de suspensões. As nove
equações de movimento deste modelo são obtidas através
do Princípio de D’Alembert, da Segunda lei de Newton e
do equilíbrio de forças e de momentos. No modelo de
ponte ferroviária são usados os elementos finitos de viga
de Euler-Bernoulli. O método de Rayleigh é usado para
definir o amortecimento estrutural. As irregularidades
verticais da via são representadas por funções harmônicas
senoidais. Inicialmente são estudadas as respostas
dinâmicas do veículo considerando a variação de
velocidade e irregularidades da via. Posteriormente é
estudado o comportamento dinâmico da ponte ferroviária
considerando a variação de velocidade e irregularidades
da via. As equações de movimento de ambos os sistemas
são integradas numericamente usando o Método de
Newmark.
42
Caderno de Resumos
ANÁLISE DINÂMICA DE CONJUNTOS DE VEÍCULOS DE
CARGA
Rubem Penteado de Melo
O principal meio de transporte de cargas no Brasil é o
rodoviário. Por aproximadamente 1,6 milhões de
quilômetros e 2 milhões de veículos de carga circulam
mais de 60% da produção nacional. Acompanhando as
tendências mundiais, em 1998 o CONTRAN (Conselho
Nacional de Trânsito) publicou a Resolução 68
(posteriormente modificada pelas Resoluções 210 e 211
de 2006) autorizando a circulação das novas Combinações
de Veículos de Carga, conhecidas como CVCs. Devido a
sua maior capacidade de carga, o volume desses novos
modelos
cresceu
rapidamente,
principalmente
os
chamados bitrens e rodotrens. Comprovadamente
representantes de uma evolução dos veículos de carga
pelo ganho de produtividade que proporcionam e pela
redução dos custos e da poluição no transporte de cargas,
esses novos conjuntos precisam ser observados sob a
ótica de suas características de dirigibilidade e segurança.
Em razão da quantidade de articulações entre as unidades
do conjunto, os CVCs estão sujeitos a fenômenos
específicos que
afetam significativamente
a sua
dirigibilidade e a sua segurança no trânsito. Dentre as
características peculiares desses CVCs destaca-se como a
mais relevante o fenômeno conhecido como “amplificação
traseira” (rearward amplification).
Típico de veículos com muitas articulações, é chamada de
“amplificação traseira” o aumento da aceleração lateral da
última unidade do conjunto quando comparada com a
aceleração lateral da primeira unidade, durante curvas e
manobras evasivas. Em conseqüência dessa amplificação
a unidade traseira do conjunto é submetida a acelerações
I Simpósio do PPGEM
43
laterais maiores que a unidade tratora, podendo tombar
prematuramente e levar consigo todo o conjunto.
Um estudo dessa característica é pré-requisito para
evolução dos projetos dos veículos, das normas de projeto
geométrico das rodovias e da sinalização viária. Também
se faz necessário a atualização dos Centros de Formação
de Condutores através da inclusão de instruções
específicas para os motoristas desses conjuntos.
Definidos os modelos matemáticos de cada tipo de CVC
fazem-se necessários testes para a validação e
aperfeiçoamento
desses
modelos,
permitindo
o
desenvolvimento
de
equipamento
específico
para
treinamento dos motoristas, composto por módulo
eletrônico com a dinâmica dos conjuntos programada.
Uma vez instalado no painel de um veículo convencional,
informará “virtualmente” ao motorista em treinamento
qual seria a reação de determinada manobra caso ele
estive dirigindo de fato um bitrem ou um rodotrem. E
assim permitir, de forma segura, o desenvolvimento no
aluno da percepção necessária dos limites desses
conjuntos, reduzindo os índices de acidentes de trânsito.
Esse é o principal objetivo desse trabalho.
44
Caderno de Resumos
ANÁLISE DE CONFIABILIDADE DE TORRES DE
TRANSMISSÃO DE ENERGIA ELÉTRICA QUANDO
SUJEITAS A VENTOS FORTES VIA MÉTODO ANALÍTICO
FORM
Luiz Seiti Hatashita
Este trabalho tem como objetivo apresentar uma
metodologia para análise de confiabilidade de torres de
transmissão de energia elétrica - TTEE, quando as
mesmas estão sujeitas às solicitações de natureza
aleatória, como a intensidade da velocidade dos ventos
sobre a estrutura.
O método FORM foi implementado a fim de obter-se a
confiabilidade de uma TTEE, considerando-se que há uma
variabilidade de natureza probabilística dos efeitos das
solicitações, bem como da resistência dos perfis tipo
cantoneiras que compõem a torre. As rotinas de cálculo do
método foram desenvolvidas no software Matlab.
Como aplicação prática do método definido para
determinação da confiabilidade da estrutura, foi escolhida
uma TTEE da Companhia Paranaense de Energia – COPEL.
Consultaram-se as principais normas nacionais e
internacionais aplicadas em projeto de linhas de
transmissão de energia elétrica, os quais estabelecem
critérios para definição das solicitações e resistência de
uma TTEE.
Seguindo as orientações das normas de projeto definiramse as cargas impostas à torre (peso próprio, peso dos
cabos e cargas de vento) e com o software SAP 2000 foi
realizada a análise do dimensionamento da mesma. Os
resultados desta análise foram utilizados como dados de
entrada, para a rotina computacional desenvolvida no
Matlab para o cálculo da confiabilidade para todas as
barras da torre.
I Simpósio do PPGEM
45
Os resultados da análise de confiabilidade das barras
foram confrontados com o estudo do dimensionamento da
estrutura. A barra que apresentou o menor nível de
confiabilidade, também se apresentou como a mais crítica
no dimensionamento, deste modo manteve-se coerência
entre os resultados da análise do dimensionamento com a
análise da confiabilidade da estrutura.
Caderno de Resumos
46
ANÁLISE DE CONFIABILIDADE
COM DEFEITOS
ESTRUTURAL DE DUTOS
Vicente Marconcin Vanhazebrouck
O objetivo do presente trabalho é desenvolver um
procedimento para a análise de confiabilidade estrutural
de dutos pressurizados com defeitos causados por
corrosão. Desta forma, pode ser calculado o índice de
confiabilidade e conseqüentemente a probabilidade de
falha do duto, levando em consideração diversos
parâmetros, tais como profundidade do defeito, diâmetro
da tubulação, comprimento do defeito, pressão do fluido,
tensão de escoamento do material do duto e espessura da
parede da tubulação. Estas variáveis são aleatórias e
podem ser representadas por funções densidade de
probabilidade normal e log-normal. Para estimar o índice
de confiabilidade e a probabilidade de falha do duto com
defeitos, utiliza-se o método iterativo de primeira ordem e
segundo momento, denominado FORM (first order
reliability method). A função de falha é definida em
termos da pressão interna aplicada e da pressão de falha
do duto. Portanto para o desenvolvimento do trabalho
primeiramente será efetuado um programa em Matlab
visando aplicar o método em exemplos típicos,
possibilitando com isso validar o modelo. Em seguida o
modelo será expandido para casos mais específicos, sendo
utilizado, juntamente com o método dos elementos finitos.
I Simpósio do PPGEM
ASPECTOS DO PROJETO DE ESTRUTURAS
TRANSPORTADORES POR ESTEIRA
47
PARA
Maria Jose Cantillo Molina
Os transportadores de correia são equipamentos que,
quando bem utilizados e dimensionados, auxiliam na
automatização
de
processos
industriais
onde
o
deslocamento dos materiais é uma operação fundamental.
Para
desenvolver
um
projeto
envolvendo
estes
equipamentos é necessária a identificação dos parâmetros
relevantes que interferem no seu funcionamento e
rendimento, tais como largura e velocidade da correia,
capacidade de transporte, conjunto acionamento e forças
atuantes no transportador e na estrutura de suporte. Esta
estrutura deve ser adequada para alcançar estabilidade
global no caso em que todas as cargas e forças sejam
aplicadas simultaneamente em regime de operação
contínua.
Os aspectos de projeto de um transportador são
calculados baseados nos requerimentos técnicos do
projeto tendo como objetivo atingir um melhor
desempenho tanto no funcionamento do equipamento
quanto no comportamento estático da estrutura que
suporta o mesmo.
Nos projetos de Engenharia, as estruturas metálicas são
escolhidas por suas propriedades estruturais favoráveis,
pelo custo competitivo e pela eficiência construtiva. A
análise
da
estrutura
metálica
de
suporte
dos
transportadores é feita levando-se em consideração ações
estáticas e dinâmicas permanentes e variáveis, tais como
as recomendadas pelos códigos internacionais e as boas
práticas de Engenharia no relativo aos fatores de serviço
de projetos.
48
Caderno de Resumos
Uma das maiores preocupações no projeto de estruturas
metálicas refere-se à sua durabilidade e estabilidade o
que leva ao estudo das fontes de degradação, dando
destaque no presente trabalho para diversos tipos de
defeitos por Corrosão.
A avaliação de cargas e tensões na estrutura do
transportador é essencial para o correto dimensionamento
de todos os seus componentes. Será utilizada a
ferramenta computacional ANSYS a qual desenvolve
cálculos estruturais aplicando o Método dos Elementos
Finitos (MEF). A aplicação do carregamento de forças
atuantes deve ser feita de forma incremental e a analise é
realizada utilizando método não linear. Os efeitos não
lineares são decorrentes da plastificação do material nas
regiões de concentração de tensões, e instabilidades
elásticas ou flambagem localizada. No caso de treliças ou
pórticos, é examinada também a possibilidade de
flambagem global como conseqüência de esforços axiais
de compressão induzidos por movimentações do terreno.
Identificando os fatores relevantes que comprometem o
adequado funcionamento de transportadores de correia, o
estudo da sua estrutura deve ser feito visando às
condições reais de trabalho para atingir o seu melhor
rendimento conseguindo que o equipamento suporte o
regime imposto.
I Simpósio do PPGEM
49
ANÁLISE DE ABSORVEDORES ACÚSTICOS CONTENDO
MATERIAL ABSORSIVO
Geovani Oliveira de Souza
Com o avanço tecnológico ocorreu o surgimento de uma
grande variedade de técnicas computacionais, que
tornaram possível a solução de inúmeros problemas de
engenharia. Tornou-se possível, desta forma, predizer a
eficiência de um silenciador na fase de projeto através da
análise numérica. Com isso, possibilitou-se a fabricação
de silenciadores mais eficientes, compactos e de menor
custo aliados a um menor tempo de desenvolvimento, o
que é um requisito fundamental.
Mesmo com esse salto de tecnologia de soluções, o
desenvolvimento de silenciadores automotivos considera
algumas hipóteses de simplificação. Essas facilitam as
análises numéricas, pois diminuem o tempo de
processamento
requerendo,
assim,
recursos
computacionais
menos
sofisticados.
Dentre
estas
simplificações, podem ser citadas, por exemplo: a
presença do fluxo de gases do escoamento e o
preenchimento da câmara interna por materiais
absorcivos.
Nesta dissertação de mestrado, objetiva-se analisar
numérica e experimentalmente o desempenho acústico de
silenciadores automotivos com presença de materiais
absorcivos no interior da câmara de expansão, através da
perda de transmissão. Utiliza-se da análise e simulação
computacional através dos Elementos Finitos (FEM) e se
valida o estudo através da comparação de resultados
obtidos de um protótipo em laboratório.
50
Caderno de Resumos
AJUSTE DE PARÂMETROS DE UMA VIGA SANDWICH
Luiz Carlos Winikes
O objetivo deste trabalho é ajustar os parâmetros físicos
(módulo de elasticidade e fator de perda) dos materiais
que constituem uma viga “sandwich” utilizando duas
técnica de ajuste de parâmetros: a primeira consiste no
Algoritmo Genético (AG) acoplado a um método de
elementos finitos. O AG é baseado na analogia entre
otimização e os mecanismos da genética e a evolução
natural das espécies. Sua fundamentação é feita a partir
da combinação dos conceitos de adaptação coletiva, troca
de material genético, e sobrevivência dos indivíduos mais
aptos. A principal vantagem deste método é a robustez.
Além disso, não requer a informação da derivada e pode
trabalhar com dados gerados numericamente, dados
experimentais e funções analíticas. Utilizando os termos
de algoritmos genéticos a função aptidão (função objetivo)
a ser minimizada consiste na diferença entre a Função
Resposta em Freqüência (FRF) experimental e numérica.
Para calcular a FRF numérica foi empregado o método dos
elementos finitos, a formulação do elemento de viga
“sandwich” foi fundamentada segundo a teoria de
Timoshenko. Enquanto que o segundo método é
conhecido como “Predictor-Corrector” e é utilizado tanto
para ajuste da forma (elementos finitos) como para ajuste
da amplitude da resposta. Neste trabalho será utilizado
somente o coeficiente de correlação de amplitude uma vez
que não se pretende modificar a malha de elementos
finitos.
I Simpósio do PPGEM
51
UMA AVALIAÇÃO DOS EFEITOS DOS TERMOS ESPÚRIOS
PRESENTES NO ELEMENTO FINITO DE OITO NÓS PARA
PLACAS
Ivan Moura Belo
A formulação de elementos finitos de placa livres de
locking utilizando a notação strain gradient para análise
de compósitos laminados é revista e amplamente validada
para o cálculo de tensões. É apresentado o quadriátero de
8 nós que é baseado na Teoria de Primeira Ordem de
Mindlin segundo o modelo da Lâmina Equivalente. As
deformações e tensões podem ser calculadas em
diferentes pontos ao longo da espessura do laminado. O
efeito parabólico da tensão cisalhante transversal é
incluída no modelo pelo emprego adequado de funções de
ponderação.
A notação strain gradient, que é fisicamente
interpretável, permite analisar detalhadamente a-priori o
modelo de elemento finito. As expansões polinomiais são
inspecionadas e os termos espúrios causadores do
travamento são precisamente identificados nas expressões
das deformações cisalhantes. O elemento é corrigido com
a simples remoção desses termos, o que é equivalente ao
procedimento de integração reduzida. A vantagem aqui
está na eliminação do erro antes da implementação
computacional.
Dessa
forma,
o
elemento
está
implementado em duas versões: com e sem termos
espúrios.
Para ampliar a validação dos elementos e o
procedimento de remoção dos termos espúrios, resultados
provinientes de ambos modelos são comparados com
soluções analíticas. O efeito deletério dos termos espúrios
é estudado através das análises de convergência. É
mostrado que o modelo corrigids converge rapidamente,
52
Caderno de Resumos
enquanto que o modelo com cisalhamento parasítico
apresenta convergência pobre.
I Simpósio do PPGEM
53
DESENVOLVIMENTO DE MODELOS COMPUTACIONAIS
PARA ANÁLISE NÃO LINEAR DE ESTRUTURAS DE
BARRAS
Hsu Yang Shang
O objetivo principal deste projeto é desenvolver um
programa, via Método dos Elementos Finitos, que seja
capaz de calcular o carregamento que leva estrutura
metálica constituída pela barras circulares até seu estado
limite. Considerando que as barras são esbeltas o
suficiente para apresentar flambagem e são de material
que apresenta comportamento elasto-plástico. Neste
projeto é desenvolvido um elemento tridimensional de
três nós, com seis graus de liberdade cada nó. O estado
de tensão é calculado através do segundo tensor de PiolaKirchhoff e somente tensão axial e de torção são
consideradas. Mas o empenamento da seção transversal
devido à torção é desconsiderado. O comportamento
inelástico do material é modelado pelo modelo bilinear de
Von Mises, em que endurecimento do material é
considerado. O material inicia escoamento quando estado
de tensão atinge superfície de Von Mises delimitada pela
tensão de escoamento, um parâmetro estimado no ensaio
de tração uniaxial. Após escoamento, o material inicia
endurecimento. Para redistribuir tensão na região ao redor
da região plastificada, é utilizado método de retorna radial
que consiste em recalcular o estado tensional e
deformação desviatória elástica para atender a função de
tensão efetiva. A formulação de método dos elementos
finitos neste projeto se baseia no método de
deslocamento, neste caso o programa será capaz de
capturar efeito de instabilidade geométrica somente até
fronteira de estabilidade delimitada pelo primeiro módulo
de flambagem. Após esta fronteira, o programa
apresentará fenômeno de snap through, e o cálculo se
54
Caderno de Resumos
tornará impreciso. A primeira etapa de desenvolver este
programa consiste em descrição apresenta anteriormente,
e a próxima etapa seria incluir análise de estrutura
corroída em que fenômeno de concentração de tensão é
incluído. Até este momento, a idéia de simular defeito
corrosivo se encontra na fase de desenvolvimento.
I Simpósio do PPGEM
55
PROGRAMAÇÃO
Quinta-Feira (10/04)
13:50
Abertura
14:00 A Pós-Graduação Stricto Sensu na PUCPR Waldemiro Gremski, PUCPR
14:40
O PPGEM e a CAPES - Nathan Mendes, PUCPR
15:40
Intervalo
16:00 Panorama da Pesquisa na Área de Propriedades
Mecânicas de Superfícies - Carlos Maurício Lepienski, UFPR
(Fabricação)
16:40 Otimização Topológica de Estruturas - Jun Sérgio
Ono Fonseca, UFRGS (Mecânica dos Sólidos)
17:20 Cooperação da Petrobrás com IES na Área de
Mecânica dos Fluidos Computacional - Waldir Pedro
Martignoni, PETROBRÁS (Engenharia e Ciências Térmicas)
Caderno de Resumos
56
Sexta-Feira (11/04)
Auditório 1 - Engenharia e Ciências Térmicas
14:00 O
Método
de
Monte
Carlo
Aplicado
Transferência Radiativa em Meios Anisotrópicos
Wellington Meira Dancini dos Santos
a
-
14:15 Modelagem e Caracterização das Propriedades
Condutivas e Radiativas de Materiais Porosos - Celso Buiar
14:30 Modelagem Térmica do Processo de Fabricação
de Vergalhões de Construção - Fabio Eduardo Baggio
14:45 Determinação das Propriedades Termofísicas do
Solo - Hélcio Yosaburo Hattori
15:00 Energy-Efficient Control of Hybrid Ventilation and
Air Handling Units Combined to a Whole-Building
Hybrothermal Model - Roberto Zanetti Freire
15:15 Estudo Comparativo entre Dois Modelos de
Transferência de Calor e de Umidade em Meios
Insaturados - Marluz Fernando Jonsson
15:30 Desenvolvimento de Bancada para Avaliação de
Inércia Higroscópica de Materiais Porosos - José Walter
Meissner
15:45
Intervalo
16:00 Estudo da Influência da Composição do Óleo
Vegetal sobre Algumas Propriedades do Biodiesel Luciano de Souza Ribeiro Bueno
16:15 Numerical Determination of View Factor Between
Two Flat Surfaces - Lilian Dobrowoski de Carvalho Augusto
16:30 Modelagem Numérica da Secagem do Resíduo
Sólido da Produção do Extrato Hidrossolúvel de Soja Camila Augusto Perussello
I Simpósio do PPGEM
57
16:45 Comparativo de Dois Modelos Aplicados na
Solução do Escoamento Turbulento em Válvulas
Automáticas - William Araujo Jacques
17:00 Estudo Numérico e Experimental do Escoamento
nos Dutos de Admissão e Exaustão de um Motor de
Combustão Interna - Stephan Hennings Och
17:15 Ensaios de Eficiência Energética em Aparelhos de
Climatização - Luiz F. Steilein Filho
17:30 PMV Sensitivity Analysis and Thermal Comfort
Regions for Improving Controllers of HVAC Systems Rodrigo Trebien
17:45 Transferência de Calor Condutiva e Radiativa
Através de Sistemas Vítreos Planos e Compostos Christian Scapulatempo Strobel
18:00
Encerramento
Caderno de Resumos
58
Sexta-Feira (11/04)
Auditório 2 - Fabricação
14:00 Avaliação Mecânica de um Sistema de Fixação
para a Coluna Vertebral Lombar e Torácica - Irineu Vitor
Leite
14:15 Propriedades Superficiais do Aço H13 Temperado,
Revenido, Nitretado e Revestido com TiAIN - Luciane Yumi
Suzuki
14:30 Análise do Processo de Furação do Ferro Fundido
Vermicular com Brocas de Metal-Duro com Canais Retos
Revestidas com TIN+TiAlN, AlCrN e AlCr-Based - José
Mário Fernandes de Paiva Júnior
14:45 Avaliação da Resistência ao Desgaste de Carbeto
de Tungstênio Depositado por HVOF em Aço SA-649/AS649M Temperado por Indução - Gustavo Brandão
Andrusko
15:00 Eletroerosão por Penetração da Liga TiAl4V Com
Diferentes Classes de Eletrodos de Grafita - Leandro
Stedile
15:15 Estudo da Viabilidade do Ensaio de Ultra-Som na
Inspeção de Juntas Soldadas de Aços Inoxidáveis
Austeníticos AISI 316 - Tancredo Loberto
15:30 Caracterização Mecânica e Microestrutur de
Juntas Soldadas Pelos Processos MIG/MAG (GMAW) e
Arame Tubular (FCAW) - Paulo Tancredo de Campos
15:45
Intervalo
16:00 Comportamento Triblógicos de Filmes Duros
Depositados por PAPVD Depositados em Substrato de
Metal Duro - Cleomar Schimitz
I Simpósio do PPGEM
59
16:15 Estudo de Durabilidade em Fadiga e Desempenho
Hidrodinâmico de um Novo Modelo de Bioprótese Valvar
Cardíaca de Preicárdio Bovino - Carlos Augusto H.
Laurindo
16:45 Construção de um Equipamento Automatizado
para Realização de Ensaio de Fadiga Térmicas em
Revestimentos - Gelson Luiz Carneiro
Caderno de Resumos
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Sexta-Feira (11/04)
Auditório 3 - Mecânica dos Sólidos
14:00 Método Multigrid aplicado a
Mecânica - Florentino Augusto Fagundes
Problemas
da
14:15 Sobre o Problema da Corrosão em Óleodutos e
Gasodutos Enterrados - Ricardo José Bertin
14:30 Resposta Dinâmica de Ponte e Veículo Ferroviário
Submetidos às Variações de Velocidade e Irregularidades
da Via - Fernando Luiz Martinechen Beghetto
14:45 Análise Dinâmica de Conjuntos de Veículos de
Carga - Rubem Penteado de Melo
15:00 Análise
de
Confiabilidade
de
Torres
de
Transmissão de Energia Elétrica Quando Sujeitas a Ventos
Fortes via Método Analítico Form - Luiz Seiti Hatashita
15:15 Análise de Confiabilidade Estrutural de Dutos com
Defeitos - Vicente Marconcin Vanhazebrouck
15:30 Aspectos do Projeto de Estruturas para
Transportadores por Esteira - Maria Jose Cantillo Molina
15:45
Intervalo
16:00 Análise de Absorvedores Acústicos
Material Absorsivo - Geovani Oliveira de Souza
Contendo
16:15 Ajuste de Parâmetros de uma Viga Sandwich Luiz Carlos Winikes
16:45 Uma Avaliação dos Efeitos dos Termos Espúrios
Presentes no Elemento Finito de Oito Nós para Placas Ivan Moura Belo
17:00
Desenvolvimento de Modelos Computacionais
Para Análise Não Linear De Estruturas de Barras - Hsu
Yang Shang
Roberto Zanetti Freire
Editor Gráfico