26. Ensaios e verificações

CIBEM-2017-Capa

O CIBEM constitui um fórum de discussão que abrange desde os temas mais clássicos, aos mais atuais (biomecânica, novos materiais, nanotecnologias, microfluídos, novas fontes energéticas, novos conceitos de desenvolvimento de produtos, modelações avançadas, manufatura digital) suscitando grandes desafios aos profissionais, como por exemplo a interação e integração com outras engenharias que os novos ambientes baseados na Indústria 4.0 requerem.

A transformação digital a que assistimos suscita desafios interessantíssimos à Engenharia Mecânica. Os profissionais de Engenharia Mecânica, particularmente os oriundos do espaço Ibero-americano, são agentes determinantes para a operacionalização dessa transformação, a qual potenciará a aceleração do desenvolvimento dos países desta importante região. Criando novos produtos, novos processos produtivos ou novos materiais, os Engenheiros Mecânicos concretizam a Inovação!

Áreas Temáticas

C. Fabricação de Componentes e Máquinas

26. Ensaios e verificações


     IMPLEMENTAÇÃO DA MICROSCOPIA HOLOGRÁFICA DIGITAL PARA CONTROLE DIMENSIONAL DE OBJETOS

Resumo

Dentro dos geradores de perfis ópticos encontra-se a microscopia holográfica digital. Esta ferramenta interferométrica surgiu da ideia inicial proposta por D. Gabor sobre holografia, a qual permite mediante o registro da interferência de campos ópticos coerentes, guardar e extrair informação que em outras técnicas de imagens não é possível. A microscopia holográfica digital permite a análise de objetos com resoluções transversais semelhantes ás obtidas por microscopia óptica e ainda possui a vantagem pela natureza da holografia de permitir realizar análises através do acesso a valores quantitativos de fase. Apresentam-se neste trabalho conceitos básicos da holografia, holografia interferométrica, HD e a microscopia holográfica digital com o objetivo de introduzir o desenvolvimento de uma metodologia para a implementação da microscopia holográfica digital para controle dimensional de objetos. Os hologramas são obtidos mediante uma instalação óptica, que consiste em um interferômetro de Michelson por reflexão com o uso de uma lente objetiva de microscópio e uma câmera CCD sem lente. Para a reconstrução dos hologramas são utilizadas técnicas numéricas que capacitam à microscopia digital holográfica para a supressão do termo de ordem zero, controle da resolução de pixel, desembrulhamento da fase óptica, determinação do mapa de intensidades e o mapa de fase, filtragem e compensação de aberrações dos hologramas obtidos. A reconstrução numérica do feixe objeto e o feixe de referência são realizados utilizando o método de dupla propagação. O programa utilizado permite a realização de medições quantitativas das dimensões do objeto. Com o sistema calibrado, desta maneira, são obtidas medidas na ordem micrométrica de objetos de pequenas dimensões de uma forma eficaz.

Palavras chave: Holografia Digital, Microscopia Holográfica Digital, Interferometria, Metrologia

     Meylí Fernández, Edison Gonçalves, José Luis Rivera, Jorge Pérez, Maria Elena Abreu, Mário Pires Vaz


     EFEITO DA TEMPERATURA NO LIMITE DE RESISTÊNCIA À TRAÇÃO DA LIGA 6201 UTILIZADA EM CABOS CONDUTORES AÉREOS DE ALUMÍNIO

Resumo

O sistema de transmissão de energia elétrica por cabos de alumínio possui grande importância econômica e social em qualquer país demandando enormes investimentos de capital. Neste contexto, formas eficazes que possam prever falhas prematuras de qualquer um dos componentes desses sistemas podem contribuir para a redução de perdas financeiras significativas, evitando assim, grandes transtornos para todos os usuários do sistema. Este trabalho tem como objetivo avaliar o efeito nas propriedades mecânicas provocado por ciclos de aquecimento de sobrecargas elétricas acumuladas durante a vida útil de cabos de transmissão aéreos fabricados com a liga de alumínio AA6201. Para o procedimento experimental, seções dos cabos foram expostas a temperatura de 140º C, projetada quando o condutor está em condição de sobrecarga elétrica por três períodos de tempo: –100h, tempo máximo de projeto que o cabo pode permanecer nesta temperatura no intervalo de um ano, –500h, tempo máximo para a vida do cabo na temperatura de sobrecarga e – 250h, tempo intermediário para análise do comportamento mecânico do cabo e dos mecanismos de alteração microestrutural. Após os tratamentos, os fios foram separados por camadas e submetidos a ensaio de tração monotônicos para obtenção das propriedades mecânicas, análises das topografias das falhas dos fios e observação das microestruturas utilizando-se ensaios metalográficos e microscopia eletrônica de varredura. Os resultados obtidos mostram uma redução no limite de resistência à tração dos fios em relação ao não tratado, de aproximadamente 20, 25 e 30%, respectivamente para os ensaios de 100h, 250h e 500h. Além desta redução, os mecanismos de falha parecem não sofre alteração com os tamanhos dos dimples permanecendo quase inalterados em função dos tratamentos térmicos indicando que não houve alteração significativa na quantidade de precipitados incoerentes com a matriz responsáveis pela formação dos dimples.

Palavras chave: cabos aéreos de transmissão de energia elétrica, liga de alumínio AA6201, sobrecarga elétrica, superenvelhecimento

     Fábio Pereira Santos, Daniel Monteiro Rosa


      ENSAIO DINÂMICO DE INJETORES DE COMBUSTÍVEL UTILIZANDO BANCADA MICROCONTROLADA

Resumo

Sistemas modernos de injeção, que utilizam electronic control units (ECUs) programáveis, oferecem recursos avançados que, quando parametrizados corretamente, permitem compensar a faixa não linear de vazão dos injetores possibilitando atingir um alto nível de otimização, desempenho e eficiência de um motor à combustão interna. Porém, tais informações são difíceis de serem encontradas na literatura técnica, pois na maior parte trata-se de um conhecimento detido pelas grandes fabricantes de veículos. Entretanto, através de uma série de ensaios em condições controladas (tensão, pressão, corrente e tempo, por exemplo) é possível modelar dinamicamente a vazão do injetor através de curvas, que podem ser utilizadas para realizar a parametrização adequada de uma ECU programável. A proposta deste trabalho consiste no desenvolvimento de uma bancada de laboratório que possibilitará realizar uma série de ensaios dinâmicos, permitindo assim obter as curvas de vazão dinâmicas e estáticas de injetores de combustível utilizados em motores de ciclo Otto, e assim obter os parâmetros necessários para configuração da ECU.

Palavras chave:injeção eletrônica, injetores, vazão, sistemas embarcados

     Jean C. de A. Rigo, Jocarly P. de Souza


     CARACTERIZACIÓN MECÁNICA DE TABLEROS DE “ARUNDO DONAX L.” CON PRECONFORMADO EN FRÍO SECO. EFECTO DE LA TEMPERATURA DE PRENSADO EN CALIENTE

Resumo

El objetivo de este trabajo es optimizar las características mecánicas de tableros obtenidos de fibras de Arundo donax sin aporte de adhesivos. El Arundo donax es una buena fuente de material lignocelulósico para diferentes usos como la obtención de energía. Otro uso posible es la obtención de pasta de papel, cuyo potencial es motivo de estudio por otros autores. La elaboración de tableros utilizando como adhesivo resinas del tipo urea-formaldehido ya está validada. Una línea de estudio importante es la elaboración de tableros de fibras de Arundo donax sin el aporte de adhesivos añadidos, lo que evita el uso de formaldehidos, muy cuestionados por motivos sanitarios. En este trabajo se ha partido de cañas de Arundo donax, secas y astilladas a las que se ha realizado un pretratamiento termomecánico de explosión de vapor (STEX). Con este material, secado y prensado en frío, se ha obtenido un tablero preconformado. Tras el acondicionamiento a temperatura y humedad relativa controlada se ha realizado un prensado en caliente, resultando el tablero definitivo, sin aporte de adhesivos. El objeto de este trabajo es el estudio del efecto de la temperatura de prensado en caliente (Tp) sobre las características físico-mecánicas de los tableros: Densidad, módulo elástico (MOE), módulo de rotura a flexión (MOR), resistencia a tracción perpendicular a las caras (IB), hinchamiento (TS) y absorción de agua (WA). La definición y cálculo de estas características se ha realizado según las normas EN y se ha requerido la adaptación de los equipos de laboratorio para la obtención de la medida de estos parámetros. Los resultados han mostrado efectos estadísticamente significativos de la Tp sobre algunas características físico-mecánicas de los tableros (IB, TS y WA) y no significativas sobre el resto.

Palavras chave:Arundo donax, MOE, MOR, IB, TS

     D. Ramos Romero, J. Salvadó Rovira, F. Ferrando Piera


     UMA BREVE ANÁLISE DA UTILIZAÇÃO DA LIGA DE ALUMÍNIO 6061 EM CARROCERIAS AUTOMOTIVAS

Resumo

O presente trabalho consistiu em um estudo baseado na evolução dos materi ais utilizados na produção de carrocerias automotivas, desde as projetadas em madeira até as que compõem o estado da arte, momento em que o aço ainda é considerado o material mais utilizado em escala global. Com a descoberta de novas tecnologias, foram desenvolvidos novos tipos de aço, iniciando a busca por materiais alternativos que atendessem aos requisitos da indústria automobilística e às questões ambientais. O alumínio, por ser um material cerca de três vezes mais leve do que o aço convencional, além de possuir excelentes propriedades mecânicas, físicas e químicas, vem satisfazendo um dos principais requisitos da indústria automobilística: a redução do peso total do automóvel com nível adequado de segurança, favorecendo a economia no consumo de combustível e consequentemente diminuindo a emissão de gases poluentes. Uma redução de 10% no peso do veículo proporciona a economia de 7% no consumo de combustível. Com o objetivo de demonstrar a importância da utilização destes materiais alternativos, realizaram-se ensaios mecânicos de tração e dureza Rockwell em amostras de chapas de liga de alumínio 6061 e aço intersticial free (IF), nas quais foram avaliadas suas propriedades mecânicas e comparadas entre si. Como resultado, percebeu-se que a liga 6061 apresentou excelente usinabilidade, facilitando a preparação dos corpos de prova. As amostras de aço IF e da liga 6061 apresentaram resistências mecânicas próximas e relativamente baixas para desempenhar funções estruturais, sendo assim utilizados na fabricação de componentes de fechamento, como portas e painéis. O emprego da liga de alumínio 6061 em substituição do aço convencional em um mesmo automóvel, proporcionaria uma redução de 33% no peso do automóvel, gerando uma economia de 23,1% de consumo de combustível e reduzindo a emissão de 161 gCO2.

Palavras chave:Indústria automobilística; sustentabilidade; consumo de combustível; redução de peso

     Wallan Santos, Cassio Paulista, Douglas Pessanha, Milton Erthal Junior, Afonso Celso Reis


     ESTUDO COMPARATIVO DO DESGASTE E DO EFEITO TÉRMICO DE MATERIAIS DE ATRITO COM A VARIAÇÃO DA POTÊNCIA MOTORA DE UM BANCO DE ENSAIO DE FREIOS

Resumo

Estudo que visa à análise comparativa dos efeitos térmicos e do desgaste sofridos pelo material de atrito durante ensaios realizados variando a potência motora de um banco de ensaio de freios. Como é conhecido, o mecanismo de freio é empregado para controlar a velocidade convertendo energia cinética e/ou energia potencial em energia térmica. Neste estudo, objetivou-se analisar os parâmetros de operação de um sistema de freio a disco para motocicletas utilizando-se um banco de ensaios baseado no procedimento Krauss, descrito pela norma ABNT NBR 6143/1995[1]. Os ensaios experimentais foram conduzidos em duas etapas. Na primeira, o banco de ensaios foi equipado com um motor de 3cv de potência motora e utilizou-se um planejamento fatorial 2³, em que os três fatores de controle considerados (tipo de disco de freio, tipo de pastilhas e o valor da pressão de acionamento da manete de freio) foram alterados deliberadamente em dois níveis cada. Para avaliar o desempenho do sistema de freio durante o processo de frenagem, analisaram-se três variáveis de resposta simultaneamente: temperatura final, coeficiente de atrito e desgaste das pastilhas de freio. Na segunda etapa, a potência motora foi aumentada para 10cv; analisou-se o efeito dos fatores pressão de contato e velocidade de escorregamento, que foram alterados em quatro níveis cada. Aqui foi analisada a variável de resposta desgaste das pastilhas de freio. Como resultado da análise comparativa realizada foi possível constatar que os ensaios da segunda etapa mostraram um maior desgaste e aquecimento do material de atrito do mecanismo de freio estudado, o que pode levar ao efeito fade no freio.

Palavras chave:Sistema de freios, atrito, efeitos térmicos, desgaste, fade

     Pinto, R., Horta Gutiérrez, J., Menezes, R., Rubio, J., Faria, P.


     ENSAIOS NÃO DESTRUTIVOS CUSTOMIZADOS: EXEMPLOS DE APLICAÇÃO

Resumo

Neste artigo apresentam-se 4 exemplos de Ensaios Não Destrutivos (END) customizados para diferentes aplicações de engenharia, nomeadamente: i) inspecção a alta temperatura; ii) inspecção interior de tubos; iii) inspecção de materiais compositos de matriz polimérica produzidos por additive manufacturing e iv) um novo método biológico, baseado na utilização de células bacterianas para a detecção de micro defeitos superficiais. Pretendem descrever-se os desafios tecnológicos envolvidos, os desenvolvimentos realizados e os resultados de cada exemplo. A inspecção a alta temperatura (até 550ºC) visa a detecção de defeitos em cordões de soldadura MIG/MAG orbitais em tubagens de aço ferromagnético. Para esse efeito foi desenvolvida uma sonda customizada, baseada na detecção do campo magnético de fuga e com blindagem térmica, em simultâneo com refrigeração forçada. Relativamente à inspecção interior de tubos, foi desenvolvida uma sonda de correntes induzidas (CI), com uma geometria das bobinas de excitação e de recepção personalizada, a qual permite a detecção de defeitos superficiais submilimétricos alinhados segundo qualquer direcção, com uma relação sinal-ruído superior às sondas de CI convencionais. Para a inspecção de materiais compositos foram avaliadas experimentalmente e adaptadas 3 técnicas de END distintas, baseadas em ultra-sons, termografia e correntes induzidas. Relativamente à detecção de micro defeitos superficiais foi desenvolvida uma metodologia de inspecção baseada na utilização de células bacterianas não patogénicas, constituindo um novo método no âmbito dos END. Esta nova metodologia demonstrou ter capacidade para a detecção de defeitos com profundidades inferiores a 5 μm em diferentes superfícies metálicas.

Palavras chave:Ensaios Não Destrutivos, Alta temperatura, Correntes Induzidas, Células bacterianas

     Miguel Machado, Pedro Riscado, Frederico Coelho, Carlos Simão, Carla Carvalho, Telmo Santos


     CALIBRACIÓN DE LA INCERTIDUMBRE DE UN ANEMÓMETRO DE CUCHARAS

Resumo

Cada vez es mayor el uso de los generadores eólicos, de tal forma que son numerosos los estudios de variantes específicas de los mismos que se adaptan a necesidades concretas, por ejemplo es destacable el interés que los generadores eólicos de eje vertical han recuperado a consecuencia de la eólica marina, o el interés en las renovables tanto en las viviendas aisladas, como en los núcleos urbanos. A consecuencia de la necesidad de estudiar la potencia producida por las distintas variantes de prototipos de generadores eólicos, no solo en túneles de viento si no en emplazamientos al aire libre, se ha planteado el objetivo del presente artículo: calibrar en un túnel de viento un anemómetro de cucharillas para medir la energía cinética por unidad de volumen, también conocida como presión dinámica. Medir presión dinámica es más representativo para el cálculo de potencia que medir la velocidad del viento, aunque ambas variables están relacionadas; para obtener velocidades de viento es necesario determinar el valor de la densidad del mismo, por tanto es más directo trabajar con presiones dinámicas. El inconveniente es que la relación biunívoca entre velocidad de giro del anemómetro y presión dinámica es de tipo cuadrático, y el cálculo de la incertidumbre combinada como consecuencia de dicho ajuste cuadrático conlleva cierta complejidad. La incertidumbre de la medida obtenida en el proceso de calibración es ligeramente superior al doble de la incertidumbre del patrón empleado como referencia (un tubo de Pitot conectado a un micromanómetro diferencial), por tanto el equipo es perfectamente válido desde un punto de vista metrológico, y curiosamente la aportación a la incertidumbre del ajuste cuadrático es baja, por tanto la posibilidad de calibrar el anemómetro para medir presión dinámica se demuestra viable, lo cual unido al hecho de que este tipo de anemómetro no necesita orientarse con la dirección del viento, determina un equipo ideal para el cálculo de la presión dinámica instantánea del viento en emplazamientos exteriores.

Palavras chave:Anemómetro de cucharas, calibración, expresión de la medida, incertidumbre combinada ajuste cuadrático, potencia generador eólico

     F. Guerrero-Villar, E. Torres-Jiménez, R. Dorado-Vicente, R. López-García


     REDUCCIÓN DE LA FACTURA ELÉCTRICA DEL SECTOR COMERCIAL EN LA REPÚBLICA DOMINICANA MEDIANTE SISTEMAS DE CLIMATIZACIÓN SOLAR

Resumo

Uno de los retos más importantes a los que se enfrenta el sector comercial en la República Dominicana es la reducción de su factura eléctrica, de la que, en buena parte, son responsables los sistemas de climatización convencionales. Por lo tanto, la solución de utilizar la energía solar como fuente primaria, debidamente ajustada a cada zona climática del país, es una buena opción para reducir la factura eléctrica del sector comercial en la RD, manteniendo la calidad y confort requeridos. La demanda eléctrica de las edificaciones en países donde, debido a su ubicación, requieren de equipos de climatización en todos los meses del año puede verse reducida utilizando energía solar. En este artículo se pretende justificar una reducción importante, en torno al 40%, de la factura eléctrica en el sector comercial debido al consumo en sistemas de climatización, mediante la utilización de energía solar como fuente primaria en la Republica Dominicana, debidamente ajustada a cada zona climática. La metodología de trabajo incluye la identificación de zonas climáticas, según la zonificación climática de la isla, la medición in situ de la demanda de refrigeración en edificios de oficinas en donde la carga de trabajo está en fase horaria con la disponibilidad de energía solar en el país, la modernización y calibración de un edificio tipo y el análisis de diferentes alternativas de instalaciones solares acompañadas de técnicas de protección solar para el aprovechamiento óptimo del equipo seleccionado.

Palavras chave:Refrigeración solar, consumo eléctrico, sistemas por absorción, rendimiento térmico, protección solar

     Joan M. Félix-Benitez, J. Nicolás Peña-Suárez, Luis A. Del Portillo-Valdés, Victor J. Del Campo-Diáz


     AVALIAÇÃO DA ESTABILIDADE PARA A SEGURANÇA DE TRATORES AGRÍCOLAS

Resumo

Todos os anos há demasiados acidentes envolvendo tratores agrícolas. Entre eles, o tombamento e o empinamento seguidos de capotamento, ocupam a maior percentagem. O tombamento está na origem da maioria dos acidentes fatais e estes predominam em trabalhos realizados em terrenos inclinados, que são típicos das regiões do norte e centro de Portugal. A caraterização de alguns tratores atuais, incluindo o que foi usado nos nossos estudos experimentais é feita em termos de relações dimensionais e de peso/potência e pela determinação do índice de patinagem, que é a referência para uma adequada distribuição dos lastros. Este índice fornece informação para a melhor adequação à operação agrícola a executar e é a primeira contribuição para a segurança na sua utilização. A influência das caraterísticas do trator, no empinamento e tombamento, estão relacionados com diversos fatores, nomeadamente as relações dimensionais e de potência, bem como destes em função da topologia do terreno. Uma análise exaustiva permitiu aprofundar o conhecimento sobre a segurança na operação com tratores agrícolas, através da determinação do centro de gravidade e dos estados limites do empinamento e do tombamento. Com essa finalidade, desenvolveram-se relações de cálculo e comparam-se as estimativas com os resultados experimentais. Os resultados mostram que a utilização de lastros contribui para aumentar a segurança das operações com tratores. Com este estudo deu-se um passo importante para um objetivo que é o de adaptar sistemas para a prevenção dos acidentes referidos ou reduzir os seus efeitos.

Palavras chave:trator, capotamento, patinagem, centro de gravidade, segurança

     H. Silva, A. Trindade, D. Gaspar, F. Marques


     ANÁLISE TERMOGRÁFICA DE FADIGA NO ENSAIO DE FLEXÃO ROTATIVA

Resumo

A fadiga é um fenômeno que começou a ser estudado por volta de 1860 na Alemanha e desde então continua sendo investigado por diversos especialistas por todo o mundo. Com a evolução da tecnologia além de métodos tradicionais de investigação, surgiram novas formas de estudar esse fenômeno, e uma dessas formas de pesquisa é a utilização da termografia. Essa é uma ferramenta que pode ser explorada para monitorar a variação de temperatura em corpos de prova, que obedecem a um gráfico teórico especifico. Esse trabalho foi desenvolvido com intuito de investigar, de forma experimental, a relação entre fadiga e o aumento de temperatura e verificar a possibilidade de estimar a vida restante de um corpo de prova a partir da variação da temperatura, ou seja, relacionar o aumento da energia térmica (gerado pelas deformações plásticas e elásticas na região de propagação da trinca) com o tempo que ele levará para ocorrer a ruptura. Também foi verificada a influência da tensão na variação de temperatura do corpo de prova submetido à flexão rotativa. Os resultados coletados durante os experimentos permitiram concluir que é possível estimar um tempo mínimo à falha do corpo de prova a partir do aumento progressivo da temperatura. Indicando a possibilidade de desenvolvimento de uma técnica de monitoramento da vida de componentes, aplicável a manutenção preditiva, maximizando a utilização da vida útil e antecipando a falha.

Palavras chave:fadiga, termografia, temperatura

     Cícero Lustosa, Gabriel Damasceno, Felippe Maeda, José Pucci Caly


     FRESADO PERIFÉRICO DE GRAN PROFUNDIDAD AXIAL DE INCONEL 718: EFECTO DE LA MICROLUBRICACIÓN Y CRIOGENIA

Resumo

ebido a la toma de conciencia medioambiental y la promulgación de leyes cada vez más restrictivas en este sentido, el sector del mecanizado está apostando por la utilización de fluidos de corte medioambientalmente sostenibles y económicamente viables con el fin de sustituir las emulsiones de aceite mineral a medio-corto plazo. En esta línea, la técnica de mínima cantidad de lubricación (MQL) se presenta como una alternativa al uso de emulsiones de aceite mineral la cual está teniendo gran aceptación en el sector industrial. Esta técnica consiste en la pulverización de micropartículas de aceite en la zona de corte gracias a la cual se reduce el consumo de aceite hasta los 10-100 ml/h. Sin embargo, a pesar de que con esta técnica se utilizan bases de aceites biodegradables, estos aún contienen aditivos de alta presión que inciden negativamente en la huella ambiental provocada por los procesos de mecanizado. Con el fin de dar respuesta a esta cuestión y además optimizar los actuales sistemas de pulverización, en este trabajo se ha desarrollado un nuevo equipo de pulverización continua mediante émbolo de desplazamiento positivo, aplicado a fresado de Inconel 718 con diferentes aceites de girasol. Para ello se ha combinado la tecnología MQL con la refrigeración criogénica con CO2 (CryoMQL) con el fin de no sólo lubricar la zona de corte, sino también refrigerarla. Hay que destacar que el CO2 utilizado es de segundo uso, es decir, es capturado de un proceso primario para ser utilizado durante el mecanizado, por lo que su uso no genera impacto ambiental. Gracias a la solución propuesta se logra no sólo ser medioambientalmente más eficiente, sino también económicamente, alcanzando así lo que se conoce como mecanizado con rendimiento ECO2 (ecología+economía).

Palavras chave:MQL, aceites biodegradables, CryoMQL, Inconel 718, fresado

     O. Pereira, A. Rodríguez, J.E. Martín-Alfonso, A. Fernández-Valdivielso, G. Urbikain, L.N. López de Lacalle


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