Pesquisa em Engenharia: Ciência e Aplicação
Authors:   Rafael Gonçalves Mafra
Published: April 2022

Neste livro são apresentados resultados de trabalhos científicos aplicados à grande área de Engenharia. De abordagem objetiva, a obra se mostra de grande relevância para graduandos, alunos de pós-graduação, docentes e profissionais. Os capítulos estão agrupados em duas seções: i) materiais; ii) águas continentais e oceânicas. Pelo capítulo um é apresentado o desenvolvimento de uma metodologia para obter-se reprodutibilidade da área superficial de um eletrodo de estanho durante o estudo do crescimento de óxidos de estanho. A reprodutibilidade da área superficial pode ser comprovada pela reprodutibilidade das densidades de carga anódicas dos voltamogramas anódicos a 50 mVs-1 posteriores a cada tratamento. Por meio do capítulo dois é analisada a substituição de parte do carvão mineral, utilizado em siderúrgicas, por biomassa. Entre os grandes desafios do setor estão a produção de aço a preços competitivos e a substituição de parte do carvão mineral utilizado por biomassa. A biomassa é considera neutra em emissões de CO2, devido a captura do mesmo durante o processo de fotossíntese, o que a torna atraente para seu uso nos processos siderúrgicos. Além disso, o seu uso pode gerar redução de custos, principalmente se for considerado os rejeitos do agronegócio que não possuem um alto valor agregado. Neste contexto, por este capítulo serão mostradas algumas possíveis utilizações de biomassa nos processos siderúrgicos através de estudos que vem sendo realizado no tema e aplicações na indústria. Será possível notar que o uso de biomassa é uma alternativa viável a curto prazo para atender as crescentes restrições ambientais atuais. Através do capítulo três é analisado o crescimento voltamétrico de óxido de estanho em solução tampão fosfato, pH 8,7. Medidas elipsométricas ex-situ foram realizadas para determinar a espessura dos óxidos crescidos. A partir desses resultados, o volume do filme por unidade de carga, Vf, foi calculado para diferentes densidades de carga. As medidas elipsométricas mostram que filmes de óxido de estanho crescidos a 2 mVs-1 são menos densos para valores de espessura 3,37 nm, tendo Vf próximo a 1,70 x 10-4 cm3C-1. Para valores mais altos de espessura (11,0 – 12,4 nm) os filmes se tornam mais densos tendo Vf próximo a 0,5 x 10-4 cm3C-1. No caso de 100 mVs-1 os filmes apresentam o mesmo comportamento, tendo Vf próximo de 3,74 x 10-4 cm3.C-1 para espessura de 4,56 nm e Vf próximo de 1,32 x 10-4 cm3.C-1 para espessura de 7,42 nm. Imagens de Microscopia de Força Atômica mostraram que a morfologia muda e a rugosidade dos filmes aumenta com o aumento da espessura e do potencial final da voltametria. O capítulo quatro trata do Nitreto cúbico de boro (cBN), material imprescindível para usinagem com alta precisão e alta velocidade de APRESENTAÇÃO materiais ferrosos como aço. O cBN é recomendado para trabalhos sob condições severas, tais como corte intermitente, em que dureza deve estar associada com tenacidade para evitar a quebra. Na síntese do cBN, são aplicados, basicamente, dois tipos de catalisadores: nitreto de magnésio e magnésio. Cada qual oferece diferentes possibilidades, tais como maiores valores de profundidade de corte ou menor nível de rugosidade superficial. Este capítulo contribui para uma melhor compreensão da manipulação dos parâmetros aplicados no regime de síntese deste elemento e, favorecendo o desenvolvimento da tecnologia de sua produção. Por meio do capítulo cinco é avaliada a aplicação de separação magnética de alta intensidade no beneficiamento de itabiritos pobres. Na rota de processo avaliada (separação magnética + flotação), a etapa de separação magnética executa a função de pré-concentração e deslamagem. O teor de SiO2 no concentrado foi de 1,46% (menor que o teor objetivo de 2,00%). As recuperações mássica e metalúrgica obtidas com a rota separação magnética + flotação foram maiores em termos absolutos 3,3% e 4,4%, respectivamente. Através do capítulo seis é realizada a otimização de injeção de poliamida PA66 com 50% GF usando o método Taguchi. O estudo se justifica pela necessidade crescente de materiais mais leves e de maior produtividade em substituição às ligas metálicas, o que demanda o constante desenvolvimento de compósitos poliméricos e eficazes processos de fabricação. Como resposta do estudo, mediu-se a resistência máxima de tração (RTmáx), numa poliamida 66 com carga de 50% de fibra de vidro, Grivory GV-5H®. Fez-se uso da metodologia ANOVA para indentificar-se os fatores de maior significância para o processo. A melhor resistência máxima de tração obtida de 242,6 N/m2, mostrou-se como uma opção na substituição à aplicações de ligas metálicas de alumínio. A melhor resultado se obteve com a temperatura de processamento em 270°C, o fluxo volumétrico de 83 cm³/s, a pressão de recalque de 300 bar, a contrapressão de 10 bar, velocidade da rosca de 50 min-1 e o tempo de recalque com valor de 5 s. As porcentagens de contribuição encontradas foram pressão de recalque com contribuição de 61%, seguido da temperatura de processamento, com contribuição de 17% e em terceiro, o fluxo volumétrico com contribuição de 12%. A instalação de grandes equipamentos submarinos em águas profundas apresenta uma série de desafios. O capítulo sete trata da análise de estabilidade hidrodinâmica de Manifolds submarinos durante a instalação pelo método pendular. O presente capítulo racionaliza tal método e, além disso, considera sistemas para evitar o capotamento, durante um momento crítico do método que é o início da descida, apresentando uma modelagem matemática fenomenológica a partir de casos similares. A etapa de validação foi realizada pela análise comparativa entre a modelagem proposta e resultados de testes experimentais realizados com modelos físicos. Com a confirmação da aderência dos resultados numéricos com os experimentos, esta abordagem se confirma como uma ferramenta de engenharia para dimensionamento dos equipamentos submarinos instalados pelo Método Pendular para que sejam direcionalmente estáveis. Por meio do capítulo oito são apresentados os resultados da simulação da distribuição espacial das ondas geradas pela ação de ventos severos sobre o reservatório da barragem de Salto Caxias, no rio Iguaçu, estado do Paraná. Os ventos severos foram estimados através da análise de frequência regional para várias estações anemométricas do Instituto Meteorológico do Paraná (SIMEPAR) para o período de 1998 a 2005. As alturas de ondas foram estimadas pelo método paramétrico SMB, que usa como dados de entrada o fetch e a velocidade do vento. O método SMB foi aplicado pelo modelo computacional ONDACAD. Os testes estatísticos indicaram que a distribuição de Wakeby foi a mais robusta para as séries curtas de ventos horários máximos anuais, produzindo estimativas de ventos severos que variaram entre 25,7 ms-1 (tempo de retorno de Tr=10 anos) a 50,9 ms-1 (Tr=100 anos). O estudo presta grande contribuição à compreensão da quantificação das alturas de ondas geradas por ventos severos neste importante reservatório do estado do Paraná. Pelo capítulo nove é apresentada uma análise comparativa bidimensional entre alturas de ondas resultantes da aplicação dos modelos paramétricos MARQUES e JONSWAP ao reservatório da Usina Hidrelétrica de Itaipu Binacional, localizado no Rio Paraná entre o Brasil e o Paraguai. Os campos de vento uniforme relacionados a períodos de recorrência de 10, 20, 50 e 100 anos foram obtidos pelos registros realizados pelo Sistema Meteorológico do Paraná (SIMEPAR). Através da utilização do modelo ONDACAD foram determinados os campos de fetch e a transformação em campos de ondas pela utilização dos modelos paramétricos MARQUES e JONSWAP. Ao proceder a análise constatou-se que, ao majorar os resultados do modelo JONSWAP em 78% chega-se aos resultados bidimensionais gerados pelo modelo Marques. Esta condição foi verificada para situações de ventos extremos, ou seja, superiores a 20ms-1 e corpos hídricos que possuem fetch máximo da ordem de 10 quilômetros. O estudo contribui para a compreensão da distribuição das magnitudes das alturas de ondas neste reservatório de grande importância no âmbito da América do Sul, de grande utilidade para estudos relacionados, por exemplo, a erosões marginais, ecossistemas aquáticos continentais, psicultura por tanques-rede, quantificação de gases de efeito estufa devido à ressuspensão de sedimentos devido a propagação de ondas.