Aquivos por Autor: guilheferrari

Espadas Japonesas – Parte 1

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A espada Japonesa é uma obra de arte única em aço. Sua funcionalidade como arma é notável, assim como a metalurgia e o pensamento científico utilizado pelo ferreiro de espadas (swordsmith).

Esta pintura de Yoshihiko Sasama retrata um samurai com armadura do período Nanbokucho (século XIV) empunhando uma espada muito longa. Fonte: The Art of the Japanese Sword (KAPP, 2012).

O método de fabricação de espadas no Japão foi aperfeiçoado e desenvolvido ao longo de centenas de anos, tendo início entre os séculos IV e VI quando espadas e as tecnologias para fabricá-las foram importadas da China e da Coréia.
Um termo e característica importante e interessante das espadas japonesas é o Hamon:

Padrão do Hamon. Fonte: The Art of the Japanese Sword (KAPP, 2012).

O Hamon é um padrão visível na qual o aço que está mais próximo à lâmina é composto por uma estrutura chamada martensita. É a martensita que dá a característica de corte superior deste tipo de espada, por ser responsável por uma característica de aço duro e resistênte.

O processo de construção de uma espada japonesa de alta qualidade é resultado de uma estrutura de material compósito, ou quase, já que contém três tipos de aço:

– Núcleo feito de aço macio (shigane);

– A parte externa feita de aço de alto carbono (0,6 a 0,7%) (kawagane);

– A lâmina com estrutura martensítica após tratamento térmico do aço (hamon).

Tipos de aço. Fonte: The Art of the Japanese Sword (KAPP, 2012).

Fonte:
– Kapp,H. et al. The Art of the Japanese Sword: The Craft of Swordmaking and its Appreciation, 2012.

O Parafuso de Arquimedes

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Como trazer a água para uma área mais elevada sem o uso de eletricidade? Com baldes? Na antiguidade os Gregos já tinham uma solução melhor, o parafuso de Arquimedes!

O parafuso de Arquimedes é uma das máquinas hidráulicas mais antigas. Este dispositivo era muito eficaz pois elevava a água e era possível ser operado por apenas uma pessoa. A principal aplicação do parafuso ao longo da história foi transportar água para sistemas de irrigação e para drenar minas ou outras áreas de baixa altitude.
O parafuso de Arquimedes é composto por um cilindro oco e uma parte em formato de espiral. Uma extremidade é posicionada em uma fonte de fluido em uma área mais baixa, enquanto a outra extremidade é inclinada para cima em direção a uma área de descarga mais elevada. Para mover água, tudo o que você precisa fazer é girar o parafuso.

Ainda hoje é utilizado, por exemplo, em plantas de tratamento de esgoto/aguas residuais:

Detalhes do Parafuso de Arquimedes:

Quando visto do reservatório de cima, as lâminas se movem para cima ao serem giradas no sentido horário.
  • O ângulo θ é o ângulo que determina a inclinação com a horizontal “K”.
  • Ro é o raio do cilindro externo do parafuso (m).
  • L é o comprimento total do parafuso (m).
  • Ri é o raio do cilindro interno do parafuso (m) (0 ≤ Ri ≤ Ro)
  • Λ é passo (ou período) de uma lâmina (m) (0 ≤ L ≤ 2πRo / K). “Um ciclo do parafuso” refere-se a um segmento do parafuso cujo comprimento é igual a um passo do parafuso. O volume de um ciclo do parafuso é 2πRo²Λ.
  • O ângulo α tem relação com o ângulo sinusoidal da curva da lâmina e é necessário que seja maior que θ.
  • O ângulo β é relacionado à curva sinusoidal interna e é maior que θ.

Fontes:

  • Rorres, C. The Turn of the Screw: Optimal Design of an Archimedes Screw, 2000. Disponível em: <https://www.cs.drexel.edu/~crorres/screw/screw.pdf>.
  • Cury Perrone, G. Archimedes’ screw, 2019. Disponível em <https://www.ufrgs.br/amlef/2019/12/01/archimedes-screw/>.
  • Scientific American. Lift Water with an Archimedes Screw. Disponível em <https://www.scientificamerican.com/article/lift-water-with-an-archimedes-screw/>.
  • Archimedes Screw Illustrations. Disponível em: <https://math.nyu.edu/~crorres/Archimedes/Screw/Applications.html>.
  • Shanker Dixit, U. et al. A Brief History of Mechanical Engineering, 2017.

Simulação de Carga Estática – Cantoneira de Alumínio 3004

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Para esta simulação foi aplicada uma força de 245N distribuida uniformemente na parte superior da cantoneira. Programa utilizado: Solidworks 2018.

Dimensões da cantoneira:

Fixações:

1-Contato com a parede, fixação do tipo deslizante:
2-Com a arruela já posicionada, a face interna da furação e a própria arruela são fixas, simulando a fixação de um parafuso:
Refinamento da Malha:
A densidade da malha foi refinada em cantos vivos e furações:
Resultados:
1- Tensão – Von Mises (MPa)
Explicação interessante sobre a tensão equivalente de von Mises no seguinte link: https://www.linkedin.com/pulse/o-que-representa-tens%C3%A3o-equivalente-de-von-mises-leonardo/?originalSubdomain=pt
2- Deformação (Strain):
Deformação (Strain) é a variação no comprimento de um objeto dividida pelo seu comprimento original.
3-Deslocamento (Displacement):
Movimento (em mm) de um ponto em resposta a uma carga ou força aplicada.

 

Introdução à Fundição & Fornos de Fundição

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O objetivo da fundição é o de dar forma adequada ao metal, vertendo-o em um estado líquido dentro da cavidade de um molde com a forma desejada, o que consiste essencialmente na aplicação pura e simples do princípio clássico de Arquimedes de que “o líquido toma a forma do vaso que o contém”; o próprio molde retira calor do metal líquido provocando sua solidificação e fixando sua forma inicial. (Prates, 1978)

A prática da fundição requer grande variedade de fornos de fusão de diferentes capacidades. O requisito básico para uma unidade é levar uma dada massa de metal com composição química especificada para a temperatura de vazamento numa velocidade de fusão desejada e com eficiência econômica (Prates, 1978).

Embora os fornos de fusão devam ser projetados para transferência eficiente de calor para a carga, a eficiência térmica não é o principal critério na escolha do equipamento e na prática a economia geral das operações de fusão dependem de muitos fatores, incluindo depreciação do capital e grau de utilização; os próprios custos operacionais incluem manutenção e mão de obra, bem como combustível e energia. Ou seja, a seleção do forno é determinada pelo custo, qualidade do metal, requisitos de produção e tipo de liga; flexibilidade para uma ampla gama de condições é em si uma vantagem para muitos tipos de produção (Beeley, 2001). A escolha do forno e de suas características principais passa a ser um estudo de viabilidade do projeto e não a busca da máxima eficiência por si só.

Tipos de Fornos de Fundição:

– Forno de Cadinho:

O aquecimento é feito normalmente por meio de gás ou óleo combustível. Ocasionalmente, utilizando-se fornos aquecidos por meio de carvão. Os cadinhos são construídos com argila e grafita, ou com carbeto de silício ligado com carbono.  Esse tipo de forno é utilizado principalmente na fundição de ferro, aço, ligas de alumínio, de magnésio e de cobre (Prates, 1978). O forno cadinho é o tipo de forno adotado neste projeto.

Existem três classes principais de fornos de cadinho (Prates, 1978):

  1.     Forno de extração por levantamento:
Forno de cadinho com aquecimento por queima a gás (Prates, 1978).
  1.       Forno de extração por empacotamento:
 Forno de cadinho com aquecimento por queima a carvão (Prates, 1978).
  1.     Forno basculante:
Forno de cadinho basculante (Prates, 1978).

A faixa de temperatura de trabalho desses fornos é de 200 a 1400ºC. Sua capacidade pode variar de 10 a 1000 kg. Por sua vez, a velocidade de fusão se situa entre 10 e 100kg/hora (Prates, 1978).

– Forno Cubilô

Forno cubilô (Prates, 1978).

É um forno de cuba vertical sendo utilizado quase que exclusivamente na fusão de ferros fundidos. Produz 90% do ferro fundido usado nas fundições (Prates, 1978).

– Fornos de Indução

Este tipo de forno opera sob o mesmo princípio do transformador, em que é passada uma corrente por uma bobina primária; o metal (ou o cadinho) funciona como uma bobina secundária. Desta forma, são induzidas correntes parasitas (correntes de Foucault) no metal, produzindo um efeito de aquecimento. A profundidade de penetração da corrente é dependente da frequência. São amplamente utilizados equipamentos de alta frequência (~450 KHz) (Prates, 1978).

– Fornos de Resistência Elétrica

São normalmente fornos de cadinho, simples, aquecidos com resistência elétrica.

– Forno a Arco Elétrico

Esquema simplificado de um forno elétrico a arco (1998, A.L.V. da Costa e Silva).

O forno a arco direto utiliza o calor da descarga elétrica em forma de arco, entre os eletrodos e o metal. Utilizado principalmente na fusão do aço. No forno a arco indireto o calor é produzido por radiação do arco elétrico gerado entre dois eletrodos, usado principalmente na fusão de quantidades pequenas de ferro-ligas ou ligas a base de cobre (Prates, 1978).