Obtenção e determinação da capacidade de amortecimento da liga Cu-14Al-4Ni pelo método de excitação por impulso

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade do Gama, Programa de Mestrado em Integridade de Materiais da Engenharia, 2013.Este trabalho avaliou a obtenção e caracterização microestrutural e mecânica pelo Método de Excitação por Impluso baseado na norma ASTM E1876 para determinar o nível de amortecimento da liga Cu-14Al-4Ni. O material é requisitado, devido as suas propriedades peculiares, para fabricação de atuadores e elementos de máquinas e vem sendo selecionado, cada vez mais, em sistemas que necessitam de amortecimento estrutural. Uma das aplicações em andamento é a utilização da ligas com memória de forma em absorvedores dinâmicos de vibração para linhas de transmissão de energia elétrica. Existe a preocupação em substituir o cabo mensageiro deste dispositivo por materiais que exibem o comportamento ideal para a dissipação de energia gerada pela vibração eólica que pode levar ao rompimento dos cabos. Propriedades mecânicas como Módulo de Elasticidade, Módulo de Rigidez e Coeficiente de Poisson foram obtidos empiricamente através da caracterização meânica. O material foi obtido por fundição em um forno de indução eletromagnética e vertido num molde de grafite de alta densidade. Os ensaios realizados para a caracterização microestrutural foram de Microscopia Ótica e Eletrônica de Varredura com EDS, Fluorescência de Raio – X, Difratometria de Raio - X e Calorimetria Exploratória Diferencial. A caracterização mecânica foi realizada pelo Método de Excitação por Impulso a fim de obter a capacidade de amortecimento do material em relação a ligas CuAlBe, NiTi e da própria liga Cu-14Al-4Ni, laminada a quente e tratada termicamente. Quatorze ensaios foram realizados para quantificar e qualificar a capacidade de amortecimento da liga Cu-14Al-4Ni em relação a NiTi e a CuAlBe. O comparativo dos resultados dos ensaios da liga obtida e das ligas comerciais CuAlBe e NiTi mostrou que a liga Cu-14Al-4Ni possui um nível de amortecimento que é significativamente maior em relação as duas ligas comerciais. A liga Cu-14Al-4Ni apresentou a melhor relação entre a amplitude inicial de vibração em relação ao tempo. A liga obtida apresentou, também, maior fator de amortecimento e maior coeficiente de amortecimento. Esses resultados tendem a incentivar ainda mais o estudo e desenvolvimento dessa classe de materiais para aplicações que necessitam amortecimento estrutural, substituindo ligas a base de NiTi que têm custo mais elevado. _______________________________________________________________________________________ ABSTRACTThis study evaluated the achievement and also the microstructural and mechanical characterization by Excitation Impluse Method based on the rule ASTM E1876 to determine the level of damping of the Cu-14Al-4Ni alloy. The material is required due to its unique properties for the manufacturing of actuators and machine elements and it has increasingly been selected in systems that need structural damping. One of the applications in progress is the use of shape memory alloys in dynamic vibration absorbers for transmission lines of electric power. There is concern in replacing the messenger cable of this device by materials that exhibit ideal behavior for the dissipation of energy generated by the wind vibration which tends to break the cables. Mechanical properties such as Elasticity Modulus, Stiffness Modulus and Poisson's Ratio were empirically obtained by mechanical characterization . The material was obtained by casting on an electromagnetic induction furnace and poured into a graphite mold with high density. The tests for the microstructural characterization were permofed through Optical Microscopy and Scanning Electron Microscopy with EDS, X-Ray Fluorescence, X-Ray diffraction and Differential Scanning Calorimetry. The mechanic characterization was perfomed by the impulse excitation method in order to obtain the damping capacity of the material in relation to CuAlBe alloy, NiTi alloy and Cu-14Al-4Ni alloy itself, which was hot rolled and termically annealed. Fourteen experiments were conducted to quantify and qualify the damping capacity of Cu-14Al-4Ni alloy compared to NiTi alloy and CuAlBe alloy. The comparison of the test results among the obtained alloy and the commercial alloys, NiTi and CuAlBe alloys, showed that the alloy Cu-14Al-4Ni has got a damping level significantly higher than the two commercial alloys. The Cu-14Al-4Ni alloy showed the best relation between the initial amplitude of vibration versus time. The obtained alloy also presented higher damping factor and higher damping coefficient. These results tend to encourage further study and development of this class of materials for applications that require structural damping, replacing NiTi-based alloys which have higher production cost

Estudo do efeito da adição de titânio no tamanho de grão, nas temperaturas de transformação de fase e no módulo elástico da liga Cu-14Al-4Ni com efeito memória de forma obtida por fusão a arco e solidificação rápida a vácuo

Tese (doutorado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2018.A presente Tese de Doutorado avaliou a influência da combinação da adição de titânio, até 0,7%, com o processo de obtenção por solidificação rápida (SR) a vácuo nas temperaturas de transformação martensíticas e na microestrutura da liga Cu-14Al-4Ni com efeito memória de forma (EMF). Avaliou também, a influência de diferentes teores de titânio no comportamento nanomecânico, na superelasticidade e no Módulo Elástico. As ligas a base de cobre que exibem o EMF podem ser aplicadas para concepção de atuadores compactos e estruturas adaptativas, podendo substituir sistemas elétricos, pneumáticos ou hidráulicos. Um dos fatores que contribuem para a degradação da capacidade do EMF é o grande tamanho de grão (TG), inerente à liga e ao seu processo de obtenção, que contribui para a fragilidade excessiva e anisotropia elástica. Por esta razão, fazem-se necessários estudos que visem a aplicações de técnicas que reduzam o TG e potencialize as propriedades da liga CuAlNi. Neste contexto, a liga Cu-14Al-4Ni foi elaborada por SR em ambiente a vácuo, ao qual contribui para a formação de uma microestrutura mais refinada. Associada à essa técnica, foi adicionado o titânio – elemento refinador que reduz as taxas de difusão dos átomos constituintes, inibindo o crescimento de grão. Para a verificação da eficiência da elaboração da liga submetida à betatização e têmpera, foram realizadas técnicas de caracterização microestrutural, tais como: Microscopia Ótica Confocal e Eletrônica de Varredura, Microscopia de Força Atômica, Análise de composição química por EDS, Difratometria de Raios-X, Análise de Rugosidade por Microscopia de Força Atômica e Calorimetria Exploratória Diferencial. A fim de se caracterizar mecanicamente as ligas, foi realizado Ensaios de Nanodureza e Microdureza. O processo de obtenção da liga por SR com adição de diferentes teores de titânio provocou alterações no TG e nas temperaturas de transformação (TT) da liga. Quanto maior o teor de titânio menor o TG, redução esta da ordem de 20,7% quando comparada com a liga sem adição. Com relação às TT, a liga apresentou baixa entalpia de transformação de fase, confirmando que a ação conjunta da SR e da adição de titânio reduz a heterogeneidade microestrutural. A adição de titânio influenciou no Módulo Elástico e no comportamento superelastico da liga.The present Doctoral Thesis evaluated the influence of the combination of titanium addition, in different percentages, and rapid solidification (RS) obtaining process in a vacuum. It was addressed aspects about thermal behavior, microstructural changes of the Cu-Al-Ni shape memory alloy (SMA). It also evaluated the influence of titanium content on nanomechanical behavior, superelasticity and Elastic Modulus. Copper based alloys that present shape memory effect (SME) can be applied to design compact actuators and adaptive structures, which can substitute electric systems, pneumatics or hydraulic. One of the factors that contribute to degrade the SME capacity is grain size (GS), inherent to the alloy and it´s obtaining process, which contributes to excessive brittleness and high elastic anisotropy. Due to this fact, it is necessary studies that aim the application of techniques that reduce GS and maximize Cu-Al-Ni alloy properties. In this context, it was developed Cu-Al-Ni alloys through RS in a vacuum environment. Metallic alloys RS contributes to the formation of a refined microstructure. Associated to this technique, it was added titanium – refiner element that reduces the diffusion rate of atoms constituents, inhibiting grain growth. In order to verify the efficiency of the developed alloy that underwent betatization and quenching, it was applied characterization techniques such as: Confocal Optical and Scanning Electron Microscopy (SEM), chemical composition analysis by EDS, X-Ray Diffraction (XRD) and Differential Scanning Calorimetry (DSC). The alloy obtained through RS and with titanium addition showed GS and transformation temperatures (TT) changes. The higher the titanium content smaller the GS, reduction of 20.7% compared to the Cu-Al-Ni alloy. Regarding TT, the alloy showed low phase transformation enthalpy, confirming that the SR along with titanium addition reduced the level of microstructural imperfections. The addition of Titanium strongly influenced the elastic modulus decay and the superelastic behavior of the alloy

Influence of the deep cryogenic treatment at the stabilization of martensitic transformation temperatures at the smart material alloy Cu-14Al-4Ni

DCT (deep cryogenic treatment) is commonly used in industry to improve the wear resistance characteristics of steels, especially. However, there are just a few researches about the effects on non-ferrous metals. The purpose of this work was to investigate how DCT affects the properties of Cu-14Al-4Ni alloy treated at different soak time and submitted to thermomechanical cycling. A comparative experimental analysis was performed of the thermal properties of alloys obtained on a vacuum furnace, treated by DCT and thermomechanically cyclized. The results indicates that thermomechanical cycling promoted the appearance and growth of the martensitic phase γ'1, less ductile than the martensitic phase β'1, which together with the induced hardening produced an increase in transformation temperatures and microhardness. The higher the number of cycles, the greater these effects. The DCT promoted an increase in the intensity of the diffraction peaks corresponding to the phase β'1 and the maintenance of them during the thermomechanical cycling of the material, which indicates that the DCT stabilizes the martensitic phase β'1 and, consequently, caused a reduction and stabilization of the martensitic transformation temperatures and the microhardness, when compared to the untreated material. The longer the soaking time of DCT, the greater these effects

Comparisson of recrystallization kinetics and grain growth in polycrystalline shape memory alloys

The non-ferrous SMAs (shape memory alloys) have, normally, two problems that hinder the use in industrial scale: the natural aging and grain growth. The first degrades the memory effect, while the second, observed during the alloy’s mechanical processing, modifies the phase transformation temperatures. Thus, the study of recrystallization kinetics is important for enabling the control of hardened state as a function of treatment time without allowing the exaggerated grain growth. The objective of this study is to determine the recrystallization kinetics in different SMAs (Cu-14Al-4Ni, Cu-12Al-0.5Be and Ni-42Ti), based on an empirical law of J-M-A (Johnson-Mehl-Avrami), as well as their activation energies for grain growth process according to the empirical Arrhenius law.Quantitative evaluations of the grain growth kinetics over a wide range of indicated DSC (differential scanning calorimetry) temperatures have been performed. The results show that the alloy less susceptible to aging in temperatures below the recrystallization peak is the Ni-42Ti, because it presented the highest activation energy, followed by the Cu-14Al-4Ni. The equations that describe the recrystallization kinetics follow the empirical law of J-M-A. The recrystallization kinetics accompanied by hardness variation was an important tool, working as an advisor for selection of treatment time as a function of temperature

Analysis of energy security and sustainability in future low carbon scenarios for Brazil

This study estimated a series of indicators to assess the energy security of supply and global and local environmental impacts under different mitigation scenarios through 2050 in Brazil, designed with the integrated optimisation energy system model MESSAGE-BRAZIL. The assessment of interactions between environmental impacts and energy security dimensions was complemented through the application of life cycle assessment (LCA) methodology. Overall results imply energy security establishes more synergies than trade-offs in increasingly stringent mitigation scenarios, especially patent within the sustainability dimension, which increases energy security and provides additional benefits regarding climate change mitigation and air pollution emissions. It is still necessary to extend analysis to other energy sectors in addition to the power supply sector, to promote a better understanding of repercussions of energy scenario expansion in energy security.This work was funded by the Brazilian research funding agencies CNPq and CAPES, under the Science Without Borders Programme, and the Marie Curie International Research Staff Exchange Scheme Fellowship within the 7th European Union Framework Programme, under the project NETEP- European Brazilian Network on Energy Planning (PIRSES-GA-2013-612263). We also acknowledge funding from US EPA and US AID (under Interagency Agreements DW89923040 and DW89923951US), through the LAMP, and the European Union, through the CLIMACAP project (EuropeAid/131944/C/SER/Multi)

Sistema inteligente de gestão de energia elétrica (SIGEE)

A aplicação do SIGEE visa fornecer benefícios aos consumidores de energia elétrica e à economia, com uma utilização mais eficiente do sistema elétrico na satisfação das necessidades do consumidor, através do controlo dos eletrodomésticos de uma habitação. Assim, é possível gastar-se menos dinheiro com energia e reduzir o gasto dos recursos provenientes das energias não renováveis cuja existência se encontra ameaçada. A gestão do sistema é baseada no uso do microcontrolador Arduíno usando o protocolo de comunicação I2C, um módulo wi-fi, para comunicação sem fios, e ainda uma EEPROM externa para guardar informações que possam ser recuperadas futuramente. O controlo do eletrodoméstico é feito através de uma “tomada inteligente” que utiliza o protocolo de comunicação ZigBee para ser ativada ou desativada, recebendo essa ordem do módulo de controlo. O protocolo de comunicação e os respetivos módulos, foram escolhidos com base numa análise do mercado, seguindo os seguintes critérios preço/qualidade, funções e perspetivas de evolução. A configuração dos módulos foi realizada com o software XCTU.info:eu-repo/semantics/publishedVersio

An off-board multi-functional electric vehicle charging station for smart homes: analysis and experimental validation

This paper presents the analysis and experimental validation of a single-phase off-board multi-functional electric vehicle (EV) charging station (MF-EVCS), which has a single ac interface and two dc interfaces. As innovative aspects, the proposed MF-EVCS handles the interface of the ac power grid, the dc interface of a renewable energy source (RES), as well as the dc interface of an EV to perform dc charging or discharging of the batteries (in off-board grid-to-vehicle (G2V) or vehicle-to-grid (V2G) modes). Considering the power grid, the individual operation modes of the RES and the EV interfaces can be considered. Moreover, a combination of these modes is also possible. Besides, the MF-EVCS has as key innovative aspect the possibility of operating as an active power filter (APF), supporting the operation with reactive power and/or selected current harmonics. This possibility can be associated with any of the previous mentioned modes. These new features are framed in two distinct scenarios: in a smart home, where the ac-side current can be determined as a function of the other electrical appliances; in a smart grid, where the ac-side current can be determined as a requisite of the power grid. The proposed power theory, as well as the current control strategies for both ac-side and dc-side of the MF-EVCS, are presented in the paper for all the possible operation scenarios. A laboratory prototype was developed to validate the proposed MF-EVCS and the experimental results confirm its suitability for smart homes.INCT-EN -Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia para Excitotoxicidade e Neuroproteção(DAIPESEV PTDC/EEI-EEE/30382/2017