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Algoritmos genéticos aplicados ao problema de roteamento de veículos com múltiplos depósitos
Get PDFThe Vehicle Routing Problem (VRP) has wide applications in logistics and transportation
with great economic importance. VRP is a generalization of a large number of
routing problems, which consist of finding the optimal number of routes, leaving a single
depot, to serve a set of customers, minimizing routing costs and meeting a set of constraints.
The Multi Depot Vehicle Routing Problem (MDVRP) is an extension of VRP, in
which there is more than one depot distributed in a given geographic area. The rest of
the problem is identical to VRP. There are several methods for solving MDVRP such as
exact techniques, approximate algorithms and heuristics. Genetic Algorithms (GAs) are
meta-heuristics widely used to find solutions to the MDVRP problem due to the stochastic
characteristics of GAs and the efficiency in solving combinatorial problems and, for
this reason, they were selected to be applied in this work. The developed algorithm was
tested using instances present in the literature and compared with existing methodologies,
in which the genetic algorithm found good results and the work contributed to the technique
of selecting customers who can exchange between deposits. The results achieved
show that this algorithm can be evaluated in real projects, making it possible to improve
the operation of projects that face this type of problem, reducing transportation costs,
distance, delivery time, services, among other benefits.O Problema de Roteamento de Veículos ou Vehicle Routing Problem (VRP) tem amplas aplicações em logística e transporte com grande importância econômica. VRP é uma generalização de um grande número de problemas de roteamento, que consistem em encontrar o número ideal de rotas, que saem de um único depósito, para atender um conjunto de clientes, minimizando os custos de roteamento e atendendo um conjunto de restrições. O problema de roteamento de veículos de m´múltiplos depósitos ou Multi Depot Vehicle Routing Problem (MDVRP) ´e uma extensão do VRP, em que há mais de um depósito distribuídos em uma determinada ´área geográfica. O restante do problema é idêntico ao VRP. Existem vários métodos para a resolução do MDVRP como técnicas exatas, algoritmos aproximativos e heurísticos. Os Algoritmos Genéticos ou Genetic Algorithms (GAs) são meta-heurísticas amplamente utilizadas para encontrar soluções para o problema MDVRP devido às características estocásticas dos GAs e a eficiência na resolução de problemas combinatórios e, por esse motivo foi selecionado para ser aplicado nesse trabalho. O algoritmo desenvolvido foi testado utilizando instâncias presentes na literatura e comparado com metodologias existentes, no qual o algoritmo genético encontrou bons resultados e o trabalho trouxe a contribuição na técnica de seleção de clientes que podem realizar trocas entre depósitos. Os resultados alcançados mostram que esse algoritmo pode ser avaliado em empreendimentos reais, possibilitando melhorar a operação de empreendimentos que enfrentam esse tipo de problema, reduzindo custos com transporte, distância, tempo de entrega, serviços, entre outros benefícios
Ensaios de perda por inserção e por retorno em conectorizações mecânicas em fibra óptica
Get PDFThis work presents an understanding about the execution of tests on fiber optic connectorizations used in data transmission. In this study, optical loss measurements is made in mechanical connectors such as Insertion Loss (IL) and Return Loss (RL) based. The test methodology was based on the certification requirements for the commercialization of telecommunications products by the National Telecommunications Agency (ANATEL) and international standards of the International Electrotechnical Commission (IEC).
In addition to the fundamental theoretical argument, we performed an evaluation of field-mounted connectors from ten different manufacturers sold in Brazil. The tests were carried out at the light source wavelength of 1550 nm based on two groups of tests: climatic and mechanical tests. In which the optical loss values are measured both initially and during the tests, thus depending on the requirements of the standards. Furthermore, It was carried out through the facilities and equipments from the Laboratory for Testing Telecommunications Equipment (LTET) at the Federal University of Itajubá (UNIFEI).Este trabalho apresenta um entendimento sobre a execução de ensaios de conectorizações mecânicas de fibra ótica utilizadas na transmissão de dados. Nesse estudo, são feitas medições de perda óptica em conectores mecânicos como Perda de Inserção (PI) e Perda de Retorno (PR) em fibras monomodos. A metodologia de ensaio baseou-se nos requisitos de certificação para comercialização de produtos de telecomunicações pela Agência Nacional de Telecomunicações (ANATEL) e normas internacionais da International Electrotechnical Commission(IEC).
Além da argumentação teórica fundamental, realizamos uma avaliação de conectores montados em campo de dez diferentes fabricantes comercializados no Brasil. Os testes foram realizados no comprimento de onda da fonte de luz de 1550 nm com base em dois grupos de testes: testes climáticos e mecânicos. Sendo que os valores das perdas ópticas foram medidos tanto inicialmente quanto durante os testes, dependendo, portanto, dos requisitos das normas. Ademais, foi utilizado a estrutura física e equipamentos do Laboratório para Testes de Equipamentos de Telecomunicações (LTET) e Laboratório de Vibrações e Acústica (LVA) da Universidade Federal de Itajubá (UNIFEI)
Análise da atratividade da geração híbrida de energia elétrica de acordo com o atual cenário do mercado brasileiro
Get PDFIn the context of world installed capacity, energy generation is mainly based on plants that use only one energy source in this process. However, the so-called hybrid generation is capable of encompassing arrangements between different sources and generation technologies to guarantee the energy supply. In this context, efforts are being made to integrate energy from renewable sources into the Brazilian matrix, specifically for hydraulic, wind and solar sources in the form of Hybrid Generator Plants (UGH), recently regulated and still in the testing and adaptation phase. In view of this, this work evaluates the attractiveness of these systems at the market level through their technical-economic potential, their benefits, implementation costs and electricity tariffs. Thus, a conceptual review of the Brazilian energy market, its constituent agents and its operating methodology is presented, as well as hybrid generation systems, their characteristics, means of operation and regulation. Based on this discussion, methodological procedures are presented that seek to address the feasibility analysis of these systems, supported by the computational tool Homer Pro and parameters such as net present value (NPV), levelized cost of electricity (LCOE), capacity factor and the economic fluctuations determined from the analysis of elasticity and sensitivity of the samples. The analysis of the capacity factor verified the complementarity between the sources, especially in the most attractive regions such as the South, Southeast and Northeast of Brazil, although the plants need an average of 10 years in view of the best implementation scenarios for viability. In addition, the sensitivity and elasticity assessment defined the initial capital and the energy generated as the main variables that promote changes in the systems, and the optimization carried out with Homer Pro performed new scenarios to provide different options for the viability of the plants by changing these variables.No contexto da capacidade instalada mundial, a geração de energia baseia-se principalmente em usinas que utilizam apenas uma fonte energética nesse processo. Entretanto, a chamada geração híbrida é capaz de abranger arranjos entre distintas fontes e tecnologias de geração para garantir o suprimento energético. Nesse contexto, busca-se a integração de energia proveniente de fontes renováveis à matriz brasileira, especificamente para as fontes hidráulica, eólica e solar na forma de Centrais Geradoras Híbridas (UGH), recém regulamentadas e ainda em fase de testes e adequação. Diante disso, este trabalho avalia a atratividade desses sistemas em nível de mercado por meio de seu potencial técnico-econômico, seus benefícios, custos de implantação e tarifas de energia elétrica. Assim, é apresentado uma revisão conceitual sobre o mercado brasileiro de energia, seus agentes integrantes e sua metodologia de operação, bem como os sistemas de geração híbrida, suas características, meios de operação e regulação. A partir dessa discussão apresenta-se os procedimentos metodológicos que buscam tratar da análise de viabilidade desses sistemas, apoiados pela ferramenta computacional Homer Pro e em parâmetros como valor presente líquido (VPL), o custo nivelado de eletricidade (LCOE), fator de capacidade e as flutuações econômicas determinadas a partir da análise de elasticidade e sensibilidade das amostras. A análise do fator de capacidade constatou-se a complementariedade entre as fontes, especialmente nas regiões mais atrativas como Sul, Sudeste e Nordeste do Brasil, apesar que as usinas necessitam em média de 10 anos diante dos melhores cenários de implantação para viabilização. Além disso, a avaliação da sensibilidade e elasticidade definiu o capital inicial e a energia gerada como as principais variáveis promovedoras de mudanças nos sistemas, e a otimização realizada com o Homer Pro executou novos cenários para fornecer distintas opções para viabilização das usinas alterando essas variáveis
Análise e comparação de algoritmos ensemble de classificação na descoberta de exoplanetas
Get PDFExoplanets are planets discovered outside our solar system. Their discovery happens because
of scientific work with telescopes such as the Kepler. The data collected by Kepler
is known as Kepler Object of Interest. Machine Learning algorithms are trained to classify
these data into exoplanets or non-exoplanets. An Ensemble Algorithm is a type of
Machine Learning technique that combines the prediction performance of two or more
algorithms to gain an improved final prediction. The current works on exoplanet identification
use mostly traditional non-Ensemble algorithms. Therefore, research that uses
Ensemble algorithms for exoplanet identification is scarce. This paper performs a comparison
among some Ensemble algorithms on the exoplanet identification process. Each
algorithm is implemented with a set of different values for its parameters and executed
multiple times. All executions are performed with the cross-validation method. A confusion
matrix is created for each algorithm implementation. The results of each confusion
matrix provided data to evaluate the following algorithm’s performance metrics: accuracy,
sensitivity, specificity, precision, and F1 score. The Ensemble algorithms achieved
an average performance of more than 80% in all metrics. Changing the default values
of the Ensemble algorithms parameters improved their predictive performance. The algorithm
with the best performance is Stacking. In summary, the Ensemble algorithms
have great potential to improve exoplanet prediction. The Stacking algorithm achieved a
higher performance than the other algorithms. This aspect is discussed in the text. The
results of this work show that it is reasonable to increase the use of Ensemble algorithms.
The reason is their high prediction performance to improve exoplanet identification.Exoplanetas são planetas encontrados fora do sistema solar. A descoberta dos exoplanetas
ocorre devido ao trabalho científico envolvendo o uso de telescópios, entre eles, o Kepler.
Os dados coletados por este telescópio são chamados de Kepler Object of Interest. Para a
tarefa de identificação de padrões nestes dados são utilizados algoritmos de Aprendizado
de Máquina. Estes algoritmos são treinados para classificar estes dados em exoplanetas
ou em falso-exoplaneta, isto é, falso-positivo. Dentre os algoritmos de classificação têm-se
os denominados algoritmos Ensemble. Estes algoritmos combinam o desempenho de predição
de dois ou mais algoritmos visando aperfeiçoar o desempenho preditivo final. Na
literatura são utilizados algoritmos tradicionais em pesquisas relacionadas a detecção de
exoplanetas. Constata-se, dessa forma, a carência de trabalhos que utilizam algoritmos
Ensemble com este propósito. Esta dissertação realiza uma comparação de desempenho
entre algoritmos Ensemble no processo de identificação de exoplanetas. Cada algoritmo
é implementado com um conjunto de diferentes valores de parâmetros e executado várias
vezes por um processo de validação cruzada. Uma matriz de confusão é gerada em cada
execução, a qual é usada para análise das seguintes métricas de desempenho do algoritmo:
exatidão, sensibilidade, especificidade, precisão e nota F1. Os algoritmos Ensemble atingiram
um desempenho maior que 80% de acerto na maioria das métricas. Com a alteração
dos valores dos parâmetros das funções observa-se um melhor resultado na predição. O
algoritmo com o melhor desempenho foi o Stacking. Em síntese, verifica que os algoritmos
Ensemble possuem um grande potencial para melhorar o resultado da predição de exoplanetas.
O algoritmo Stacking se mostrou superior aos demais algoritmos e este aspecto é
discutido no artigo. Os resultados desta dissertação indicam ser relevante aumentar o uso
destes algoritmos, por possuírem um alto desempenho preditivo, favorecendo a detecção
de exoplanetas
Análise comparativa de desempenho de reguladores digitais em acionamento de motor de corrente contínua excitação série
Get PDFNowadays the digital system of electric drives has been largely used in the industry, taking place of the analogical systems. Due to the great development of eletronics and microprocessors it is possible the development new digital control systems, e.g., the adaptive and vetorial. Recently, as artificial inteligence technics grow, a new trend starts to appear in the project of more optimized controlers. This possibility of improvement can be reached with project and implementation of current and speed regulators using fuzzy logic.
The aim of this work is to demonstrate the results of a comparative analysis between proporcional and integral digital regulators against other ones using fuzzy logic. For this, a control system for the DC-driving of a c.c motor was made in laboratory, with a fully controlled Graetz bridge, a PC, a data input board, a firing electronic circuit and speed and current sensors.
In this microcomputer, two diferents softwares were used, in the C++ language, according to the analyzed logic, being it responsible for the input data acquisition, control of speed and current loops and output of a control signal which controls the firing circuit.
Finally, the experimental results observed in laboratory, related with the response and behavior of the system due to specifically conditions of operation for both control logics, are presented and discussed.Os sistemas digitais de acionamentos elétricos são atualmente muito utilizados na indústria, substituindo aos poucos os sistemas analógicos existentes. Devido ao grande desenvolvimento da eletrônica e dos microprocessadores pode-se desenvolver novas técnicas de controle digital, como por exemplo, a adaptativa e a vetorial. Mais recentemente, com o aparecimento de técnicas de inteligência artificial, uma nova tendência vem se observando no projeto de controladores ainda mais otimizados.
Esta possibilidade de melhoria pode ser conseguida com o projeto e implementação de reguladores de corrente e velocidade empregando a lógica fuzzy.
Pretende-se nesse trabalho demonstrar os resultados de uma análise comparativa entre reguladores digitais do tipo proporcional e integral (PI) com reguladores empregando lógica fuzzy (PI-Fuzzy). Para isso, foi utilizado em laboratório um sistema de controle para o acionamento de um motor de corrente contínua em mono-quadrante, realizado através de uma ponte conversora Graetz totalmente controlada, sendo o sistema implementado, utilizando-se um microcomputador PC, uma placa de aquisição de dados, um circuito eletrônico de disparo e sensores de corrente e velocidade.
Nesse microcomputador, foram utilizados dois diferentes softwares, em linguagem C++ de acordo com a lógica analisada, sendo esse software responsável pela aquisição dos dados de entrada, controle das malhas de velocidade e corrente, e envio de um sinal de controle pelo qual pode-se controlar o circuito de disparo.
Sendo enfim apresentados os resultados experimentais obtidos em laboratório com relação ao comportamento e resposta do sistema diante de determinadas condições de operação para ambas as lógicas de controle
Estudo de suspensões passiva, semi-ativa MR e ativa
Get PDFThe present work it’s divided in three principal part’s:
Study of theory approaching the concepts and features on vehicular suspensions and its
components, on ride comfort related to the vehicles and humans, and on fluids
magneto-rheologicals.
The development of the model, where the mathematical methods of modeling of
systems, the procedures used in the obtainment of model, hypothesis, simplifications,
elements used and control systems are described. Three types of mathematical models
are discussed, being that all are linear. One more simple with 1 degree-of-freedom
(DOF), obtained easily in literature review, other of a ½ vehicle with 2 DOF, made up
by chassis movements, and last one model of 4 DOF, than takes into account both rear
and front axles connected to chassis of vehicle. The control system is then equating,
and representation and simulation their occur through the presents tools in software
Matlab©.
Simulations and Results Analysis. On this part are accomplished the simulations of
equating of the passive, semi-active and active suspensions systems into of
environment SIMULINK® of Matlab©. The numeric simulation is used for forecast
of the performance on suspensions systems when the vehicle is submitted to the
entered one or know movements, attained the vibrations responses at time and
frequency domain. With the results of the simulations, it is argued the relative
performance to the ride comfort of the passengers, the security, the stability and the
xii
viability of the passive, semi-active MR (magneto-rheological) and active suspensions
systems, comparing the results of the simulation with values of other studies.
Is concluded that the numerical model contribute for a success of control, and that the
semi-active MR suspension system is a little less efficient mode, but enough effective, and
more viable that the active suspension, in vibration control in ride vehicles.O trabalho aqui apresentado se divide em três partes principais, a saber:
Estudo da teoria, abordando os conceitos e fundamentos sobre suspensões
veiculares e seus componentes, conforto relacionado a veículos e a seres humanos
e propriedades dos fluidos magneto-reológicos.
Desenvolvimento dos modelos, onde são descritos os métodos matemáticos de
modelagem de sistemas, os procedimentos utilizados na obtenção dos modelos,
hipóteses, simplificações, elementos usados e sistemas de controle. Três modelos
matemáticos lineares são discutidos: o primeiro contendo um de 1gdl; o segundo
de ½ veículo com 2gdl, composto pelos movimentos da carroceria e terceiro de
4gdl, sendo considerados os eixos dianteiro e traseiro conectados à carroceria do
veículo.
Simulações e análise de resultados onde são realizadas as simulações com base nos
equacionamentos dos sistemas de suspensão passiva, semi-ativa e ativa, com
auxílio do software SIMULINK® do Matlab©. De posse dos resultados das
simulações, discute-se o desempenho dos sistemas passivo, semi-ativo MR e ativo
relativo ao conforto dos passageiros, à segurança, à estabilidade e à viabilidade
comparando-se os resultados da simulação entre si e com outros autores.
Conclui-se que o sistema com suspensão ativa é mais eficiente comparado ao sistema
semi-ativo. Por outro lado, observa-se, pelos resultados obtidos, que o sistema semi-ativo MR
contém características de desempenho e custo que o torna atrativo em relação ao sistema
ativo
Proposition of Virtual Chlorophyll-a Stations for Pampulha Lake with support of in situ data and remote sensing
No full textThe Pampulha Lake is an urban dam located in the Belo Horizonte/MG city, being considered a postcard of important tourist and cultural value. Due to human pressure, it is important to monitor the parameters of surface water quality, especially chlorophyll-a, the main biological variable that indicates the trophic state and environmental integrity of aquatic ecosystems. In this sense, fieldworks are used to monitor this and other parameters; however, due to the values involved, these are collected spaced in time. To solve this handicap, aquatic remote sensing (ARS) has been used as a complementary form of data generation, as it enables the acquisition of information according to the satellite's passage. These ARS monitoring points are called Virtual Stations, which are of great value because they are inexpensive, serve remote areas, enable the acquisition of data since the satellite launch and the constancy of information as the satellite passes through the study area. Therefore, this research aimed to explore techniques linked to the satellite images processing, statistical analysis, and polynomial regression, in order to predict and model chlorophyll-a concentrations in Pampulha Lake.. For this, monthly data of chlorophyll-a were used in the period from 2016 to 2020, obtained through request to the Municipality of Belo Horizonte (PBH). This dataset was the starting point for the selection of the 28 Sentinel-2 satellite images which were included in the time window of up to 7 days between the satellite's passage and fieldwork collection; and 23 images for a period of up to 3 days.. A second order polynomial regression analysis was applied to perform the calibration and validation of the created equations. The coefficient of determination (R²) and Pearson's linear correlation coefficient (R) were used to evaluate the performance of the regression model, both in the case of calibrations and validations of the generated equations. These statistical indices were used considering a single equation for all points, separating by seasons (dry and rainy), and by monitoring point. In addition, a proceeding of exclude anomalous values (outliers) in the calibration and validation stages was also considered. The results indicated that the models generated by polynomial regression of degree two had a better fit to the set of the sensor Multispectral Instrument (MSI) images carried aboard the satellite Sentinel-2, and those obtained with up to 7 days between the fieldwork collection and the satellite pass showed a lower correlation between chlorophyll-a estimates than those with up to 3 days. Furthermore, the performance of the chlorophyll-a equations was not satisfactory when considering the calibration with all the data from the 6 monitoring points and regarding the seasons of the year (dry and rainy), even considering the exclusion of anomalous values. The best metrics of the statistical indicators were found for a difference of up to 3 days between the fieldwork and the satellite passage; at points 2, 3, 4, 5 and 6, presenting R² values of up to 85,67% and R equal to 0,92, which demonstrates a strong correlation for the equations in these monitoring points. Therefore, the integration of remote sensing data in lakes mapping with the application of polynomial regression in data analysis is a very promising approach to predict chlorophyll-a, as well as its spatial and temporal variations.Agência 1A Lagoa da Pampulha é uma represa urbana localizada no município de Belo Horizonte/MG, sendo considerada um cartão postal de importante valor turístico e cultural. Devido à pressão antrópica, é importante que seja feito o monitoramento dos parâmetros da qualidade da água superficial, em especial a clorofila-a, a principal variável biológica indicadora de estado trófico e de integridade ambiental dos ecossistemas aquáticos. Nesse sentido, são utilizados os trabalhos de campo para monitorar esse e outros parâmetros; porém, devido aos custos envolvidos, estes são coletados de forma espaçada no tempo. Diante disso, vem sendo utilizado o sensoriamento remoto aquático (SRA) como uma forma complementar de geração de dados, pois possibilita a aquisição de informações de acordo com o tempo de revisita do satélite. A esses pontos de monitoramento de SRA dá-se o nome de Estações Virtuais, que são de suma importância por não terem custo, atenderem a áreas remotas, possibilitarem a aquisição de dados desde o lançamento do satélite e a constância de informações com a sua passagem pela área de estudo. Por isso, este trabalho teve como objetivo explorar técnicas vinculadas ao processamento de imagens de satélite, análises estatísticas e de regressão polinomial com o intuito de predizer e modelar as concentrações de clorofila-a na Lagoa da Pampulha. Para isso, inicialmente, foram utilizados dados mensais de clorofila-a no período de 2016 a 2020, obtidos por meio de solicitação à Prefeitura Municipal de Belo Horizonte (PBH). Essas informações foram o ponto de partida para a seleção das 28 imagens do satélite Sentinel-2, que estavam compreendidas na janela temporal de até 7 dias entre a passagem do satélite e a coleta de campo; e de 23 imagens para o período de até 3 dias. Uma análise de regressão polinomial de segunda ordem foi aplicada para realizar a calibração e a validação das equações criadas. O coeficiente de determinação (R²) e o coeficiente de correlação linear de Pearson (R) foram utilizados para avaliar a performance do modelo de regressão, tanto no caso das calibrações quanto das validações das equações geradas. Esses índices estatísticos foram utilizados considerando-se uma única equação para todos os pontos e, separando por estações do ano (seca e chuvosa) e por ponto de monitoramento. Além disso, considerou-se também o método de exclusão de valores anômalos (outliers) nas etapas de calibração e validação. Os resultados indicaram que os modelos gerados por meio de regressão polinomial de grau dois tiveram melhor ajuste ao conjunto de imagens do sensor Multispectral Instrument (MSI) transportado a bordo do satélite Sentinel-2, sendo que aquelas obtidas com até 7 dias entre a coleta de campo e a passagem do satélite apresentaram uma correlação menor entre as estimativas de clorofila-a do que as com até 3 dias. Ademais, o desempenho das equações de clorofila-a não foi satisfatório quando considerada a calibração com todos os dados dos 6 pontos de monitoramento e no que tange às estações do ano (seca e chuvosa), mesmo considerando-se a exclusão de valores anômalos. As melhores métricas dos indicadores estatísticos foram encontradas para uma diferença de até 3 dias entre o campo e a passagem do satélite; nos pontos 2, 3, 4, 5 e 6, apresentando valores de R² de até 85,67% e R igual a 0,92, o que demonstra uma correlação forte para as equações nesses locais. Portanto, a integração de dados de sensoriamento remoto no mapeamento de lagoas com a aplicação de regressão polinomial na análise de dados é uma abordagem bastante promissora para prever a clorofila–a, bem como as suas variações espaciais e temporais
Estudo do equilíbrio de fases no sistema Al-Fe-Nb pelo processo de mechanical alloying
Get PDFThe knowledge regarding balance phases of Al-Fe-Nb system, and the understanding of its microstructures, are important for development of several families of alloys, such as niobium-based super-alloys for use in high temperatures, light metal alloys used mainly in vehicles bolide, and aluminum added steels, which request low density and high-resistance to corrosion materials, used in aerospace and aeronautic applications. Although, arc fusion and induction processes commonly used for manufacturing of these alloys present some restrictions, such as high temperatures, lengthy times of process, high steam pressure that cause severe mass loss by evaporation, significant fusion temperatures of elements and the impossibility to obtain materials in nanometric scale. Thus, the Mechanical Alloying (MA) process becomes a viable alternative, which allows to synthesize different phase types, as well as supersaturated solid solutions, and intermetallic phases, from elementary powders, in a solid state reaction, into high-energy ball milling that offers shorter process time when compared to conventional methods for obtaining of phases in alloys with refractory materials. Consequently, heat treatments subsequent to MA for phase formation and/or stabilization, in significant lower temperatures than those used for phase stabilization after fusion are reached. Thereby, it is possible to makes viable the study of phase balance in regions yet or few explored in diagram, such as Nb rich region, in temperatures under 1000 °C. Based on this premise, in this study there were produced samples in Fe-Nb and Nb-Al samples, with compositions that present isothermal sections with balance of three distinctive phases. In initial experiments, in order to define Mechanical Alloying parameters, powders of Al (min. 99.9%), Fe (min. 99.8%) and Nb (min. 99.8%) were used, with three different process control agents (methanol, hexane and stearic acid), under four milling times (20, 40, 60 and 80 hours). The MA was conducted in a high-energy planetary mill, under inert atmosphere of argon gas, in a rotation of 350 rpm. The analysis focused on powder morphology, distribution of particle size, phase formation, reductions of crystallite sizes and lattice parameter. After set the process parameters, these were applied to all studied compositions. Heat treatment after MA were developed for 600 °C, 800 °C and 1000 °C temperatures for 48 hours. The morphology analysis was made with Scanning Electron Microscopy, in Secondary Electron mode (SEM/SE). The phases were obtained by X-ray diffractometry, and phase volumetric fractions by Rietveld refining. Phase formation was reached in some systems just after MA, such as for Nb-60Al (%at.) alloy, which presented 33.0 %v. of NbAl3 phase for milled condition, and 40.3 %v. after heat treatment at 1000 °C. For ternary system, in Nb-55Al-5Fe (%at.) sample, it was possible to reach the expected phase balance for its isothermal section. Furthermore, it was possible to observe that for all studies, intermetallic phases were obtained, e.g. Laves from heat treatment at 600 °C for Fe-15Nb (%at.) composition, the phases Nb2Al and Nb3Al in heat treatment at 800 °C for Nb-23Al (%at.) composition, and phases Nb3Al, Nb2Al and NbAl3 after heat treatment at 600 °C for Nb-17Al-3Fe (%at.) composition.O conhecimento das fases de equilíbrio do sistema Al-Fe-Nb, e o entendimento de suas microestruturas, são importantes para o desenvolvimento de diversas famílias de ligas, como as superligas à base de nióbio para aplicações a altas temperaturas, as ligas de metais leves empregadas principalmente em carrocerias de automóveis e aços com adições de alumínio, as quais requerem materiais com baixa densidade e alta resistência a corrosão para aplicações aeroespaciais e aeronáuticas. Entretanto, os processos de fusão a arco e indução, utilizados comumente para fabricação dessas ligas apresentam algumas restrições, como por exemplo, as elevadas temperaturas e longos tempos de processo, altas pressões de vapor que geram significativas perdas de massa por evaporação, assim como diferenças significativas entre as temperaturas de fusão dos elementos e a impossibilidade de se obter materiais em escala nanométrica. Portanto, o processo de Mechanical Alloying (MA) torna-se uma alternativa viável, que permite sintetizar diferentes tipos de fases, como soluções sólidas supersaturadas, e fases intermetálicas, a partir dos pós elementares, numa reação em estado sólido, em um moinho de bolas de alta energia, que propicia tempos mais curtos de processo quando comparados aos convencionais para obtenção de fases em ligas com materiais refratários. E consequentemente, os tratamentos térmicos (TT) subsequentes a MA, para formação e/ou estabilização de fases, em temperaturas bem menores aos empregados a estabilização de fases após fusão. Com isso, é possível viabilizar o estudo do equilíbrio de fases em regiões pouco ou ainda não exploradas do diagrama, como a região rica em Nb, em temperaturas abaixo de 1000 °C. Baseado nessa premissa, nesse estudo, foram produzidas amostras nos sistemas binários Fe-Nb e Nb-Al em composições estabelecidas nos campos bifásicos e no sistema ternário Al-Fe-Nb em regiões de alta concentração de Nb com composições que apresentam seções isotérmicas com equilíbrio de três fases distintas. Nos experimentos iniciais, para definição dos parâmetros de Mechanical Alloying, utilizou-se pós elementares de Al (min. 99,9%), Fe (min. 99,8%) e Nb (min. 99,8%), com três diferentes agentes controladores de processo (Metanol, Hexano e Ácido Esteárico), em quatro diferentes tempos de moagem (20, 40, 60 e 80 horas). A MA foi realizada em um moinho planetário de alta energia, com atmosfera inerte de gás argônio, a uma rotação de 350 rpm. Foram analisadas as morfologias dos pós, a distribuição de tamanho de partícula, a formação de fase, as reduções do tamanho de cristalito e os parâmetros de rede. Após realizada as definições dos parâmetros de processo, aplicou-se as para todas as composições estudas. Os tratamentos térmicos após MA, foram realizados nas temperaturas de 600 °C, 800 °C e 1000 °C por 48 horas. Analizou-se à morfologia por Microscopia Eletrônica de Varredura modo Elétrons Secundários (MEV/ES). E identificou-se as fases por difratometria de raios X, assim como a fração volumétrica das fases por refinamento Rietveld. Obteve-se a formação de fases em alguns sistemas a partir da MA, como para a amostra Nb-60Al (%at.), que apresentou 33,0 %v. da fase NbAl3 na condição moída e 40,3%v. após TT a 1000 °C. Já para o sistema ternário, na amostra Nb-55Al-5Fe (%at.) foi possível alcançar o equilíbrio de fases esperado para sua seção isotérmica. Ademais, foi possível observar que em todos estudos, fases intermetálicas foram obtidas, como exemplos, a Laves (Fe2Nb) a partir do TT a 600 °C para composição Fe-15Nb (%at.), as fases Nb2Al e Nb3Al para TT a 800 °C na composição Nb-23Al (%at.), e as fases Nb3Al, Nb2Al e NbAl3 após TT a 600 °C para composição Nb-17Al-3Fe (%at.)
Nanopartículas de sílica mesoporosas SBA16 funcionalizadas com óxido de cobre: um potencial sistema para remoção de agrotóxicos em meio aquoso
Get PDFNowadays, according to the United Nations Food and Agriculture Organization (FAO), Brazil, USA and China are the biggest consumers of pesticides around the globe. For being one of the world leaders in food production, our country consumed, only in 2020, around 370 thousand tons of pesticides. These compounds have high molecular stability and low biodegradability. They are also hard to remove from the aquatic environment. These factors made them a huge problem to fauna, flora, and human beings. Looking at this scenery, the development of public politics to control the use of these compounds are vitally important to the planet’s life. developing techniques and materials to remove these toxic materials from the aquatic environment is also important. In this sense, the copper oxide-coated silica nanoparticles (SBA16@CUO) were idealized as an innovator system to remove pesticides from water. It was observed that the samples produced are promising materials for adsorption purposes, presenting mesoporous networks with specific surface area values of up to 128.92 m2/g. Beyond this, using different techniques was possible to infer the average particle size of approximately 215.93 nm. The study of pesticide adsorption was evaluated using High-Performance Liquid Chromatography (HPLC) technique. For the quantification of pesticides, calibration curves with a coefficient of determination (r2) greater than 0.9628, revealed that the SBA16@CUO samples had adsorption capacity with an average percentage of pesticides Dieldrin, Paraquat, and DEET of 72%, 91%, and 87%, respectively. Considering the results obtained, the SBA16@CUO can be considered a potential system to be applied to remove pesticides, with an innovative character for the market.Atualmente, segundo a agência das Nações Unidas para a alimentos e agricultura (FAO), o Brasil juntamente com os Estados Unidos e a China é um dos maiores consumidores de agrotóxicos em todo o mundo. Por ser um dos líderes mundiais na produção de alimentos o nosso país consumiu, somente no ano de 2020, cerca de 370 mil toneladas de agrotóxicos. Estes compostos possuem uma elevada estabilidade e baixa biodegradabilidade sendo também de difícil remoção do ambiente aquático, tornando-se um grave problema para a fauna, a flora e o seres humanos. Neste cenário, o desenvolvimento de políticas públicas para o controle das emissões destes compostos, nos diferentes ecossistemas, é de fundamental importância para a vida no planeta. Não menos importante também é o desenvolvimento de técnicas e materiais que atuem na remoção desses contaminantes do ambiente aquático. Seguindo nessa direção, no presente trabalho, nanopartículas de sílica mesoporosas, funcionalizada com óxido de cobre, (SBA16@CUO) foram preparadas com o objetivo de avaliar o potencial de sua aplicação como um sistema inovador para remoção de agrotóxicos presentes em meio aquoso. Amostras desse material foram produzidas com sucesso revelando características promissoras para fins de promover a adsorção de agrotóxicos, apresentando redes de mesoporosos com significativas áreas superficiais específicas, alcançando valores de até 128,92 m2/g. Além disso, a partir das imagens obtidas por diferentes técnicas, foi possível inferir que o tamanho médio das partículas foi de aproximadamente 215,93 nm. O estudo de adsorção dos agrotóxicos foi avaliado utilizando-se a técnica de cromatografia líquida de alta eficiência (CLAE). Para tanto, inicialmente foram obtidas curvas de calibração com coeficientes de determinação (r2) maiores que 0,9628 revelando que as amostras de SBA16@CUO apresentaram capacidade de adsorção média de 72%, 91% e 87% para os agrotóxicos Dieldrin, Paraquate e DEET, respectivamente. A partir desses dados, somados aos elementos obtidos a partir da caracterização físico-química e morfológica, o material SBA16@CUO pode ser considerado como um potencial sistema para ser aplicado na remoção de agrotóxicos, com caráter inovador para o mercado
Estudo do efeito trip produzido pela laminação a frio do aço inoxidável austenítico aisi 316l e avaliação de seu uso como biomaterial
Get PDFAustenitic stainless steel AISI 316L grade ASTM F138:2019 is used as a metallic biomaterial in prostheses and surgical equipment. Its mechanical properties, especially its high corrosion resistance, associated with a competitive cost, facilitate its use as a biomaterial. However, the mentioned characteristics can be altered with the emergence of the magnetic phase induced in mechanical forming processes by the effect of plasticity induced by phase transformation (TRIP effect). These changes are undesirable for its use as a biomaterial according to ISO5832:2016. Therefore, this study aimed to evaluate the implications of the TRIP effect in the normative specification (ISO 5832: 2016) for the use of cold-rolled AISI 316L steel as a biomaterial. Soon, AISI 316L stainless steel under the conditions as received and formed by cold rolling, with percentages of thickness reduction (deformation) of 10%, 20% and 30%, was studied through mechanical, electrochemical, morphological, magnetic analyses, crystallographic, biological and thermal. The increase in the percentage of applied deformation increased the mechanical tensile strength and hardness on the Vickers scale of the samples. Potentiodynamic polarization curves showed that pitting corrosion resistance and corrosion resistance decreased with increasing cold rolling thickness reduction. The MO and SEM micrographs of the AISI 316L steel samples showed the predominance of grains characteristic of the austenitic phase, also indicating an increase in the average grain diameter with the increase in thickness reduction by cold rolling. In the ferritoscopy test, the sample with 10% thickness reduction showed a percentage of magnetic volumetric fraction equal to 0.8%, while the sample with 30% thickness reduction showed the highest magnetic percentage, 2.2%. X-ray diffraction analysis indicated the presence of the α' martensite crystalline phase for samples with 20% and 30% thickness reduction. The results obtained from the ferritoscopy and XRD tests showed evidence of the emergence of the α' martensite phase. Cytotoxicity analysis, using the disk-diffusion method, indicated that there was no formation of inhibition halos for the thickness reduction percentages evaluated. Tests carried out after the thermal treatment of reversion of the induced martensite indicated the reduction of the microhardness of all the samples, and also the reduction of the magnetic percentage of the samples to the maximum value of 0.3%. These results point to the reversion of the induced martensite phase to the austenite phase, a microstructure specified for the use of AISI 316L stainless steel for applications as a metallic biomaterial according to ISO 5832:2016.O aço inoxidável austenítico AISI 316L grau ASTM F138:2019 é utilizado como biomaterial metálico em próteses e em equipamentos cirúrgicos. As suas propriedades mecânicas, especialmente a sua elevada resistência à corrosão, associadas a um custo competitivo são facilitadores do seu uso como biomaterial. Entretanto, as características mencionadas podem ser alteradas com o surgimento da fase magnética induzida em processos de conformação mecânica pelo efeito da plasticidade induzida por transformação de fases (efeito TRIP). Essas alterações são indesejadas para o seu uso como biomaterial de acordo com a norma ISO5832:2016. Sendo assim, este estudo teve como objetivo a avaliação das implicações do efeito TRIP na especificação normativa (ISO 5832:2016) para o uso do aço AISI 316L laminado a frio como biomaterial. Logo, o aço inoxidável AISI 316L nas condições como recebido e conformado por laminação a frio, com percentuais de redução de espessura (deformação) de 10%, 20% e 30%, foi estudado por meio das análises mecânica, eletroquímica, morfológica, magnética, cristalográfica, biológica e térmica. O aumento do percentual de deformação aplicada elevou a resistência mecânica à tração e a dureza na escala Vickers das amostras. As curvas de polarização potenciodinâmica mostraram que a resistência à corrosão por pites e a resistência à corrosão diminuíram com o aumento da redução da espessura por laminação a frio. As micrografias de MO e MEV das amostras de aço AISI 316L mostraram a predominância de grãos característicos da fase austenítica, indicando também, o aumento do diâmetro médio do grão com a elevação da redução de espessura por laminação a frio. No ensaio de ferritoscopia, a amostra com 10% de redução de espessura apresentou percentual da fração volumétrica magnética igual a 0,8%, enquanto a amostra com 30% de redução de espessura apresentou o maior percentual magnético, 2,2%. A difratometria de raios X indicou a presença da fase cristalina martensita α’ para as amostras com 20% e 30% de redução de espessura. Os resultados obtidos a partir dos ensaios de ferritoscopia e DRX apresentaram evidências do surgimento da fase martensita α’. A análise de citotoxicidade, pelo método de disco-difusão, indicou que não houve a formação de halos de inibição para os percentuais de redução de espessura avaliados. Ensaios realizados após o tratamento térmico de reversão da martensita induzida indicaram a redução da microdureza de todas as amostras, e também a redução do percentual magnético das amostras para o valor máximo de 0,3%. Esses resultados apontam para a reversão da fase martensita induzida para a fase austenita, microestrutura especificada para o uso do aço inoxidável AISI 316L para aplicações como biomaterial metálico segundo a norma ISO 5832:2016