ESTG - Mestrado em Engenharia Mecânica - Produção Industrial
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Browsing ESTG - Mestrado em Engenharia Mecânica - Produção Industrial by advisor "Capela, Carlos Alexandre Bento"
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- Caracterização das propriedades mecânicas de uma resina epoxy reforçada com nanotubos de carbono e ferroPublication . Mendonça, Vanessa Cristina de Sousa Melo; Capela, Carlos Alexandre Bento; Santos, Sérgio Pereira dosAo longo dos anos os compósitos têm vindo a vincular uma importância significativa no mundo dos materiais, proporcionando uma constante evolução na investigação de materiais, a necessidade de aplicabilidade de materiais cada vez mais eficientes, mais específicos e com elevadas propriedades, promove um forte investimento e elevado desenvolvimento na área dos materiais. Os materiais poliméricos são de facto um excelente e versátil material base na produção de materiais compósitos. Associados a estes e com a descoberta da nanotecnologia, uma ciência altamente promissora, surge a fomentação na investigação e desenvolvimento de novos compósitos, neste caso reforçados com partículas à escala nanométrica, designadas por nanopartículas. A presente dissertação estuda a caracterização mecânica de materiais compósitos compostos por uma matriz polimérica de resina epóxi (Biresin L74) reforçada com nanopartículas de diferentes frações mássicas de nanotubos de carbono (NTC) e de nanopartículas de carbonilo de ferro (NPCFe). Os compósitos processados admitem adição de reforço com frações mássicas de 1% e 3% de NTC e de NPCFe. A caracterização destes materiais foi efetuada a partir de procedimentos experimentais capazes de determinar o comportamento mecânico e físico dos materiais em estudo, nomeadamente, ensaios de tração e ensaios de flexão, proporcionando assim uma análise quanto à sua resistência de tração e resistência de flexão. De forma a confirmar a veracidade dos resultados, aplicou-se diretamente no material extensómetros elétricos que permitiram uma segunda confirmação dos resultados obtidos, relativamente à sua extensão, bem como a respetiva característica isotrópica. Por fim foi analisada a influência de adição de reforço na resina epóxi e respetiva variação de fração mássica adicionada. Os ensaios realizados mostram que a adição dos reforços de NTC e NPCFe na matriz polimérica, promove o aumento de resistência mecânica e o aumento do módulo de elasticidade. Por outro o aumento da fração mássica de NTC, diminui a resistência mecânica e o aumento da fração mássica de NPCFe, aumenta a resistência mecânica.
- Determinação de Propriedades de materiais compósitos através do método de homogeneizaçãoPublication . Rodrigues, João Filipe Veríssimo; Ruben, Rui Miguel Barreiros; Capela, Carlos Alexandre BentoO presente trabalho tem como objetivo verificar a aplicabilidade do método de homogeneização em materiais compósitos. Para esse fim, foram comparados valores de módulo de Young, obtidos através da análise de resistência à flexão e pelo método de homogeneização. Nesta comparação, foram usados três tipos de materiais compósitos, sendo eles, material de polipropileno com reforço em fibra de vidro, material de resina epóxida com reforço em partículas de argila e material de resina epóxida com reforço de fibra de vidro e partículas de argila. Com estes três materiais, pretende-se verificar para o qual, o método é mais eficaz a caracterizar as propriedades mecânicas. O método de homogeneização consiste num método matemático que permite o cálculo das propriedades mecânicas do meio homogéneo, equivalente ao material heterógeno em estudo. Neste método, é assumido que o material em estudo é constituído por uma repetição de células iguais. Foi observado que os valores do módulo de elasticidade dos materiais com reforço de fibra de vidro, obtidos com o método de homogeneização, aumentam com o incremento da fração de volume do reforço. Com a comparação dos valores, dos dois métodos, foi possível verificar que o método de homogeneização é capaz de obter resultados com um erro relativo abaixo dos 22% para materiais com reforço em fibra. Verificou-se que os valores adquiridos com o método são no geral superiores aos valores obtidos através da análise de resistência à flexão. Na comparação dos valores do módulo de elasticidade do material compósito com reforço de partículas, obtidos com o método de homogeneização, foi possível constatar que o valor do módulo, aumenta com o crescimento da fração de volume, ao contrário dos valores obtidos através da análise de resistência à flexão.
- Estudo comparativo das propriedades físicas e mecânicas entre a madeira e o ProdelixPublication . Barreiro, Pedro Miguel Mónico; Coelho, Luís Manuel de Jesus; Capela, Carlos Alexandre BentoO lixo é um dos grandes problemas da sociedade actual, a sua reutilização é fulcral para um futuro sustentado do planeta e, como tal, novos materiais produzidos a partir de lixo, nomeadamente plásticos, são uma solução viável. Outro tema muito falado é a desflorestação e os problemas associados ao abate das árvores. Por forma a aprofundar os conhecimentos sobre a utilização da madeira e dos polímeros foi realizado uma revisão bibliográfica sobre estes temas. Foi produzido uma fieira para extrudir provetes de um material que resultou de uma mistura de lixo, nomeadamente PVC, PEAD, uma mistura de plásticos mistos, Tetra Pak e pó de pedra, que serviu de reforço. Foram realizados ensaios físicos e mecânicos ao material compósito e à madeira (pinus pinaster) e uma comparação directa para material de substituição em paletes.
- FABRICO E CARACTERIZAÇÃO DE POLIAMIDAS REFORÇADAS COM FIBRAS CURTAS DE CARBONO ATRAVÉS DA TÉCNICA FFFPublication . Brites, João Luís Frazão; Craveiro, Flávio Gabriel da Silva; Capela, Carlos Alexandre BentoO processamento de materiais compósitos através das tecnologias de fabrico aditivo permite a produção de componentes de elevado desempenho e com elevada liberdade geométrica. Nesta dissertação pretende-se estudar e determinar as propriedades físicas e mecânicas de materiais poliméricos reforçados com fibras curtas de carbono processados através da técnica FFF (Fabricação por Filamento Fundido). Ao longo deste trabalho, foram considerados os parâmetros de processamento ideais para o fabrico dos provetes, para a análise morfológica e caracterização mecânica dos materiais. Isto foi alcançado através da medição e análise da porosidade interna dos provetes e através da execução de ensaios de flexão por três pontos, de ensaios de tração e de ensaios DMA (Análise Mecânica Dinâmica). Este trabalho permitiu concluir que a inclusão de fibras curtas de carbono nos filamentos de poliamida virgem resulta numa melhoria considerável das propriedades mecânicas dos componentes produzidos através desta técnica de fabrico. A realização dos ensaios mecânicos a diferentes velocidades de deformação permitiu concluir que as propriedades mecânicas aumentam com o aumento da velocidade de deformação (tensão máxima e módulo de elasticidade, tanto à flexão como à tração). Por sua vez, os ensaios DMA permitiram determinar as temperaturas máximas de serviço dos materiais estudados.
- PROCESSAMENTO E CARACTERIZAÇÃO DE COMPÓSITOS DE MATRIZ POLIMÉRICA REFORÇADOS COM FIBRAS CURTAS DE CASCA DE CASTANHAPublication . Monteiro, João Pedro Santos; Almeida, Henrique de Amorim; Capela, Carlos Alexandre BentoO contínuo agravamento dos problemas ambientais e de sustentabilidade têm sido fatores determinantes para o impulsionamento da investigação e desenvolvimento de novos materi-ais compósitos com características mais amigas do ambiente. Atualmente, as fibras naturais ocupam um lugar importante na produção de compósitos com características mais sustentá-veis. A incorporação, na matriz polimérica, de uma percentagem de fibras naturais é uma realidade graças aos grandes avanços tecnológicos registados ao longo das últimas décadas. A introdução deste tipo de fibras poderá ser uma forma economicamente viável e com menor impacto ambiental de produzir materiais com bom desempenho mecânico capazes de reali-zar as mesmas funções que outros compósitos reforçados com fibras sintéticas (fibra de vi-dro, aramida), particularmente em aplicações não estruturais de baixo desempenho. Compó-sitos reforçados com fibras naturais são usados em áreas como a indústria automóvel, enge-nharia aerospacial, na medicina, construção civil, entre outras. As fibras à base da celulose provenientes de desperdícios da indústria agroalimentar po-dem ser obtidas e processadas de forma muito mais económica. Para além da redução no impacto ambiental, a transformação das fibras para produção de compósitos delas derivados, pode contribuir para o desenvolvimento das regiões produtoras da matéria-prima em ques-tão. Existem, contudo, algumas limitações na utilização destes materiais, nomeadamente, a fraca adesão entre as interfaces fibra-matriz e baixa resistência mecânica derivada das ca-racterísticas hidrofílicas das fibras. Muito trabalho de investigação tem sido realizado para melhor compreender as propriedades destas fibras e como melhorar a sua compatibilidade com a matriz polimérica. Este trabalho visa a estudar potenciais processos de fabrico e caracterizar dois materiais compósitos de matriz polimérica (resina Epoxy e Polipropileno) com reforço de fibras de casca de castanha, efetuando um estudo comparativo da influência nas suas propriedades mecânicas (resistência à flexão, deformação e módulo de elasticidade) após submersão em água durante um determinado período (40 dias).
- Produção de alcatruzes em material polimérico biodegradávelPublication . Gomes, Cátia Sofia Pereira; Capela, Carlos Alexandre BentoA poluição dos oceanos é um tema em constante desenvolvimento, não só devido a uma maior consciencialização das suas consequências futuras como também pelo aparecimento de legislação cada vez mais restritiva no que se refere à proteção do meio ambiente. Os pescadores têm um papel fundamental em todo este processo, garantindo que a utilização dos recursos que o mar lhes oferece é feita de forma sustentável. É com base neste principio que se desenvolveu o trabalho que se apresenta, tendo-se efetuado um estudo da utilização de materiais poliméricos biodegradáveis para a produção de alcatruzes. Os alcatruzes são armadilhas usadas pelos pescadores para realizar a apanha do polvo em alto mar. Geralmente, são produzidos em Polietileno de Alta Densidade, ou seja devido ao seu fabrico com recurso a esta matéria-prima são considerados objetos poluentes e é aqui que surge a necessidade de serem encontradas alternativas viáveis para a produção de alcatruzes com matérias-primas biodegradáveis. O presente trabalho apresenta as conclusões dos efeitos da degradação da água do mar em três matérias-primas biodegradáveis distintas: dois aditivos oxo-biodegradáveis e um bioplástico, comparando os resultados obtidos com a degradação observada em provetes produzidos em Polietileno de Alta Densidade. Para isso foram realizados ensaios de tração, flexão em três pontos e estudados os efeitos da absorção de água nos materiais. Pretende-se assim, que o estudo efetuado consiga dar uma resposta aos pescadores no sentido de perceberem se a substituição do Polietileno de Alta Densidade por outros materiais mais "amigos do ambiente" é ou não viável e se compromete a funcionalidade e qualidade que pretendem nos alcatruzes, pois acredita-se que em breve se poderá verificar o aparecimento de legislação a impedir o uso de matérias-primas poluentes.
- Study and Characterization of Composite Materials: Biomedical ApplicationsPublication . Ferraz, Miguel Fernandes; Gaspar, Marcelo Rudolfo Calvete; Ramalho, Armando Lopes; Capela, Carlos Alexandre BentoIn the scope of the Master’s Degree in Mechanical Engineering - Industrial Production, it was sought to study the impact of sustainable materials in biomedical applications, with special focus on composite materials. When gathering information to perform the state of the art of this work, regarding composite materials and some of their biomedical applications, it was found that there was not much evidence regarding the customized production of transfemoral prostheses using both sustainable materials and home-available low-cost manufacturing technologies. To contribute exploring the identified research gap, numerical models were developed to carry out simulations based on finite element analysis. In turn, these have made it possible to evaluate not only the effect of friction, but also the effect that the materials and their constitutive laws have on the stress field developed in the biomechanical system, which directly affects the comfort and health of patients. Additionally, the simulations also made it possible to analyze various materials to verify their suitability for the application in question. The results obtained made it possible to highlight sustainable materials with the potential to be used to produce sockets for transfemoral prostheses and, in turn, to demonstrate the possible suitability for customized production of these medical devices directly by patients in their homes, using low-cost additive technologies that can be easily available at home.