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Modelagem e validação experimental de um atuador baseado em liga de memória de forma

Romano, Roberto; Tannuri, Eduardo Aoun
2008-03-01

Resumo em português As ligas com memória de forma (Shape Memory Alloy - SMA) consistem em um grupo de materiais metálicos que possuem a habilidade de retornar a um formato ou tamanho previamente definido quando submetidas a um ciclo térmico adequado. Os efeitos de memória de forma ocorrem devido a mudanças na estrutura cristalina do material, dependentes da temperatura e da tensão ao qual está sujeito. A fase de Martensita, estado presente a baixas temperaturas, apresenta comportament (mais) o plástico, com maior facilidade para deformações permanentes. A fase de Austenita, que ocorre a altas temperaturas, apresenta comportamento elástico com alta rigidez. A mudança na estrutura cristalina do material não é um processo termodinamicamente reversível, apresentando, conseqüentemente, histerese. Portanto, a característica principal destes materiais é a habilidade de sofrer grandes deformações plásticas e, em seguida, recuperar sua forma original quando a carga é removida ou o material é aquecido. Assim, pode-se utilizar esse fenômeno para construir atuadores leves e silenciosos, como verdadeiros músculos metálicos. O desenvolvimento de atuadores com as SMAs apresenta grande atrativo para diversos campos da engenharia, principalmente na área de robótica, substituindo os atuadores convencionais de grande peso e ruidosos, como motores, válvula solenóides, etc. Entretanto, para o bom desempenho de atuadores SMA requer-se um complexo sistema de controle e resfriamento, reduzindo-se o tempo de resposta do atuador e minimizando-se os efeitos da histerese. Nesse trabalho, propõe-se um inovador sistema de resfriamento, baseado em pastilha termo-elétrica (efeito Seebeck-Peltier). Este método possui a vantagem de ser mais compacto e simples que outros métodos de resfriamento forçado. Um modelo matemático completo é também desenvolvido, e um protótipo experimental foi construído. Diversos experimentos foram utilizados para a validação do modelo e para a identificação de todos seus parâmetros. Em um próximo trabalho, um sistema de controle será desenvolvido e implementado no protótipo, baseado no modelo matemático ora proposto. Resumo em inglês Shape Memory Alloys (SMA) consist of a group of metallic materials that demonstrate the ability to return to some previously defined shape when subjected to the appropriate thermal procedure. The shape memory effect occurs due to a temperature and stress dependent shift in the materials crystalline structure between two different phases. Martensite, the low temperature phase, is relatively soft whereas Austenite, the high temperature phase, is relatively hard. The change (mais) that occurs within SMAs crystalline structure is not a thermodynamically reversible process and results in temperature hysteresis. The key feature of these materials is the ability to undergo large plastic strains and subsequently recover these strains when a load is removed or the material is heated. Such property can be used to build silent and light actuators, similar to a mechanical muscular fiber. SMA actuators have several advantages in several engineering fields, mainly in robotics, replacing the conventional actuators like motors or solenoids. However, the good performance of the SMA actuator depends on a complex control and cooling systems, reducing the time constant and minimizing the effects of hysteresis. In the present paper, a novel cooling system is proposed, based on thermo-electric effect (Seebeck-Peltier effect). Such method has the advantage of reduced weight and requires a simpler control strategy compared to other forced cooling systems. A complete mathematical model of the actuator is also derived, and an experimental prototype was implemented. Several experiments were used to validate the model and to identify all parameters. In a next work, a control system will be developed and implemented in the prototype, based on the mathematical model here exposed.

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Efeitos da climatização do curral de espera na produção de leite de vacas holandesas/ Effects of the climatization of the corral of wait on milk production of holstein cows

Silva, Iran J.O. da; Pandorfi, Héliton; Acararo Jr., Irineu; Piedade, Sônia M.S.; Moura, Daniella Jorge de
2002-09-01

Resumo em português O presente estudo foi conduzido com o objetivo de avaliar os efeitos da climatização de ambientes em condições de pré-ordenha na produção de leite. O experimento foi realizado na fazenda experimental do Instituto de Zootecnia, em Nova Odessa, SP, durante doze dias consecutivos do verão de 1999. Foram analisados os efeitos do sistema de resfriamento evaporativo (SRE), por nebulização, no curral de espera. Utilizaram-se doze animais da raça holandesa, divididos e (mais) m dois grupos de seis animais, onde apenas o segundo grupo foi submetido ao sistema de climatização. Os dados ambientais foram registrados no horário das ordenhas, ou seja, às 7 e 15 h. Para avaliação dos dados ambientais utilizaram-se os índices de conforto térmico: índice de temperatura de globo (WBGT), índice de temperatura e umidade (THI) e índice de carga térmica radiante (CTR). As respostas fisiológicas, como freqüência cardíaca e respiratória, temperatura retal e produção de leite também foram consideradas variáveis de resposta. Conclui-se que o efeito do resfriamento do ambiente é mais significativo no horário da segunda ordenha (15 h), quando comparado ao da primeira (7 h), melhorando as condições de conforto térmico no curral de espera, refletindo em um aumento de 7,28% na produção de leite, além de promover redução na frequência respiratória e cardíaca. Resumo em inglês This work was carried out to evaluate the effect of the climatization of environments in daily pay-milking conditions. The experiment was carried out in the experimental farm of the Institute of Zootecnia, in Nova Odessa, SP, during twelve consecutive days of the summer. The effects of the system of evaporative cooling (SRE), by fogging in the wait corral and milking room were analyzed. Twelve Holstein cows were divided in two groups, where only the second group had passe (mais) d climatization. Data environment were recorded at 7:00 am and 3:00 pm. For evaluation of the ambient data, index of thermal comfort, index of globe temperature (WBGT), temperature humidity index (THI) and index of radiant thermal load (CTR) were used. The physiolological responses as cardiac frequency, respiratory frequency, retal temperature and production had been also considered variable responses. It was concluded that the effect of cooling of the environment is more significant in the schedule of second milking (3:00 pm) when compared to the of the first one (7:00 am), improving the conditions of thermal comfort in the wait corral, contemplating in an increase of 7,28% in the production of milk, besides promoting a reduction in the breathing and heart frequency.

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Efeito do tratamento de superfície de uma cerâmica aluminizada infiltrada de vidro sobre a resistência à microtração/ Effect of surface treatment of a glass-infiltrated alumina ceramic on the microtensile bond strength

Michida, Silvia Masae de Araujo; Valandro, Luiz Felipe; Yoshiga, Silvia; Andreatta Filho, Osvaldo Daniel; Balducci, Ivan; Bottino, Marco Antonio
2003-12-01

Resumo em português Este estudo avaliou a resistência à microtração entre um cimento resinoso e uma cerâmica submetida a três tratamentos de superfície. Foram confeccionados 12 blocos da cerâmica In-Ceram Alumina (VITA) e 12 blocos de resina composta (Clearfil APX, Kuraray) com dimensões de 6mm x 6mm x 5mm. A superfície da cerâmica foi polida com lixas d'água nº 600, 800 e 1200 sob refrigeração, e os blocos foram divididos em três grupos conforme o tratamento superficial: Gru (mais) po 1 - Jateamento com óxido de alumínio 110mm; Grupo 2 - Sistema Rocatec (3M/ESPE): jateamento com óxido de alumínio 110mm (Rocatec-pre powder) e com sílica (Rocatec-plus powder) + silano (Rocatec-Sil); Grupo 3 - Sistema CoJet (3M/ESPE): jateamento com partículas de sílica 30mm + ESPE-Sil. Os blocos cerâmicos foram cimentados aos de resina composta com o cimento resinoso Panavia F (Kuraray Co) conforme as instruções do fabricante, sob carga de 750g por 10min. As amostras foram armazenadas (água destilada/37ºC/7 dias) e seccionadas em dois eixos, x e y, com disco diamantado sob refrigeração em uma máquina de corte a fim de obter corpos-de-prova (CP) com 0,6±0,1mm² de área adesiva (n=36). Os CP foram fixados em dispositivo adaptado para o teste de microtração e tracionados (velocidade: 0,5 mm.min-1) na máquina de ensaio universal EMIC. Os resultados (MPa) foram submetidos à análise de variância e ao Teste de Tukey (p Resumo em inglês This study evaluated the microtensile bond strength of a resin composite to a ceramic submitted to three surface treatments. Twelve glass-infiltrated alumina ceramic blocks (In-Ceram Alumina, VITA) and twelve resin composite blocks (Clearfil APX, Kuraray) with dimensions of 6mm x 6mm x 5mm were made. The surface of the ceramic was wet-grounded with # 600, 800 and 1200-grid sandpaper, and the blocks were divided in three groups: Group 1 - sandblasting with aluminum oxide - (mais) particles 110mm (Micro-Etcher, Danville); Group 2 - Rocatec System (ESPE): Tribochemical silica coating (Rocatec pre-powder + Rocatec-Plus powder + Rocatec-Sil); Group 3 - CoJet System (3M/ESPE): silica coating (silica oxide + ESPE-Sil). The ceramic blocks were cemented to the resin composite blocks with Panavia F (Kuraray Co), following the manufacturer's instructions, under load of 750g for 10min. The samples were stored (distilled water / 7 days / 37O C) and sectioned in two axis, x and y, with diamond disk under cooling in order to obtain samples (S) with 0.6 ± 0.1mm² of adhesive area (n=36). The S were attached in adapted device for the microtensile test that was performed at an universal testing machine (EMIC), at a speed of 1mm/min. The results (MPa) were submitted to ANOVA and Tukey's test (p

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Dielétrico de vidro de elevada confiabilidade mecânica e termomecânica produzido por têmpera de dois estágios (têmpera térmica + troca iônica)/ Glass dielectric with high mechanical and thermomechanical reliability produced by two-step tempering (thermal tempering + ion exchange)

Yoshimura, H.N.; Guedes, S.; Fredecicci, C.
2009-08-01

Resumo em português Neste trabalho, investigou-se a possibilidade de se aumentar o desempenho mecânico e termomecânico do dielétrico de vidro por meio do tratamento de têmpera de dois estágios, têmpera térmica seguida de troca iônica de curto período. Os dielétricos de vidro de silicato sodo-cáustico foram produzidos por meio de prensagem em uma linha industrial, sendo que a têmpera térmica foi realizada com resfriamento brusco a partir de 580ºC utilizando jatos de ar em um dis (mais) positivo rotativo (tournettes) e a troca iônica foi realizada em um banho de KNO3 a 450ºC por 30 min. O dielétrico tratado pelo método de têmpera de dois estágios apresentou, em relação ao dielétrico convencional (temperado termicamente), melhores desempenhos nos ensaios de choque térmico (aquecimento, resfriamento e ciclagem térmica) e maiores valores de módulo de Weibull, m, da força de ruptura em compressão e do tempo de ruptura no choque térmico de aquecimento, enquanto manteve elevadas as propriedades mecânicas (força de ruptura em compressão e energia absorvida no impacto), nos níveis alcançados na têmpera térmica. Os efeitos causados pelo segundo estágio (troca iônica) são discutidos em termos de formação de um perfil de tensão residual favorável ao aumento da confiabilidade mecânica e termomecânica do dielétrico, como conseqüência da atuação simultânea dos mecanismos de estufamento iônico e relaxação de tensão durante o tratamento de troca iônica. Resumo em inglês In this work, the possibility to enhance the mechanical and thermomechanical performance of glass dielectric by the two-step tempering, short-time ion exchange following thermal tempering, was investigated. The soda-lime silicate glass dielectrics were produced by pressing in an industrial plant, where the thermal tempering was conducted with quenching from 580ºC using forced air in a tempering fixture (tournettes) and the ion exchange was performed using a KNO3 bath at (mais) 450ºC for 30 min. The dielectric treated by the two-step tempering method showed, in relation to the conventional dielectric (thermal tempered), better performances in the thermal shock tests (heating, cooling and thermal cycling) and higher values of Weibull modulus, m, for breaking loadin compression and for breaking time in heating thermal shock, while the mechanical properties (breaking load in compression and absorbed energy in impact) remained high, at the levels achieved by the thermal tempering. The effects caused by the second stage (ion exchange) are discussed in terms of the formation of a residual stress profile which enhances the mechanical and thermomechanical reliability, as a consequence of simultaneous action of ion-stuffing and stress relaxation mechanisms during the ion exchange treatment.

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Contêiner refrigerado: uma alternativa para a conservação pós-colheita de alface tipo americano/ Refrigerated container: an alternative for postharvest conservation

Teruel, Bárbara J.; Cortez, Luís A. B.; Neves Filho, Lincoln C.
2000-07-01

Resumo em português A refrigeração é um excelente método para o armazenamento prolongado de produtos frescos. O uso de contêineres na agricultura é uma tecnologia simples e de fácil utilização que permite a manutenção da qualidade de produtos frescos, como frutas e hortaliças e a diminuição das perdas pós-colheita. Neste trabalho foram desenvolvidos uma série de experimentos com um contêiner frigorífico submetido a dois regimes de operação: vazio e com produto. Foram aval (mais) iadas as seguintes variáveis: temperatura, velocidade e umidade relativa do ar, além da pressão do sistema de refrigeração. Foi determinado o tempo de meio resfriamento de alface tipo americano (Latuca sativa L.), submetido a uma temperatura de 1ºC. Nas superfícies que recebem maior radiação solar o desvio da temperatura é de 1,5 ± 1ºC, com respeito às paredes que recebem menor radiação. A velocidade do ar variou de 2,1; 1,7 e 0,3 m/s, nos três planos estudados. O tempo de meio resfriamento da carga de alface variou entre 530 min (» 8 h), e 1.080 min (» 18 h), dependendo da posição das cabeças de alface no interior do contêiner. A umidade relativa do ar foi de 81-86% ± 1% e de 90-91 ± 1%, para o contêiner vazio e com carga, respectivamente. Resumo em inglês Refrigeration is an excellent method for storing horticultural fresh products such as fruits and vegetables. The use of refrigerated containers is a simple and ready-to-use technology allowing better quality and decreasing postharvest losses. In this work some experiments were conducted with a refrigerated container in two operating conditions: with and without load. The following variables were evaluated: air temperature, air velocity, air relative humidity, and pressure (mais) of the refrigeration system. The lettuce (Latuca sativa L.) half-cooling time was also determined when this product was stored at 1ºC. It was observed that the container surfaces receiving more radiation presented temperature increases of 1,5 ± 1ºC in contrast to the surfaces that were less exposed. Air speed ranged from 2.1; 1.7 and 0.3 m/s for the three studied surfaces. The lettuce half-cooling time varied from 530 min and 1.080 min, depending on the position of the head of lettuce in the container. The relative humidity of the air was 81-86% ± 1% in the empty container and 90-91 ± 1%, for the loaded container.

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Avaliação do bem-estar de frangos de corte em dois galpões comerciais climatizados/ Evaluation of poultry well-being in two commercial climatized poultry houses

Damasceno, Flávio Alves; Yanagi Junior, Tadayuki; Lima, Renato Ribeiro de; Gomes, Raphaela Christina Costa; Moraes, Sandra Regina Pires de
2010-08-01

Resumo em português Objetivou-se, com esta pesquisa, avaliar as condições do ambiente interno em dois galpões comerciais de frangos de corte equipados com dois sistemas de resfriamento diferentes: placas porosas umedecidas de celulose associadas à nebulização (SRPN) e placas umedecidas de sombrite associadas à nebulização (SRSN). Nos galpões estudados, situados em Itaberaí, GO, foram avaliadas quatro variáveis térmicas (temperatura, índice de temperatura de globo negro e umidad (mais) e, carga térmica de radiação e entalpia), três respostas fisiológicas (temperaturas retal e da pele, e frequência respiratória) e três índices de desempenho produtivo (ganho de peso, consumo de ração e conversão alimentar) das aves. Os resultados indicaram que os sistemas avaliados não foram suficientemente adequados para promover condições de conforto às aves, não sendo observada diferença estatística significativa entre o desempenho das aves neles alojados. A taxa de mortalidade no galpão SRSN foi 15% maior em relação ao galpão SRPN, porém, ambas são inferiores àquelas sugeridas para as aves em estudo. Resumo em inglês The main goal of this study was to evaluate the environmental conditions inside two commercial broiler houses equipped with different cooling systems: wet cellulose pads associated with misting (SRPN) and wet black screen pads associated with misting (SRSN). In the studied broiler houses, located in Itaberaí, Goiás, Brazil, four thermal variables (temperature, black globe temperature and humidity indices, thermal radiation load and enthalpy), three physiological respons (mais) es (rectal temperature, skin temperature and respiration frequency), and three productivity performance indexes (weight gain, feed intake and feed conversion) for broiler chickens were evaluated. The results indicate that the evaluated systems were not sufficient to promote thermal comfort conditions for the birds and in general, no significant statistical difference was noticed between the performances of the birds raised in the two broiler houses. The mortality rate in the SRSN system was 15% higher than in the SRPN system, however, both are lower than those suggested for the birds under study.

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