Livro_ Ciência e Engenharia de Materiais_ conceitos, fundamentos e aplicação - Editora Científica Digital

Prévia do material em texto

<p>Priscyla Lima de Andrade</p><p>Iara Margolis Ribeiro</p><p>(Organizadoras)</p><p>ciência e</p><p>engenharia de materiais</p><p>conceitos, fundamentos e aplicação</p><p>editora</p><p>científica digital</p><p>ciência e</p><p>engenharia de materiais</p><p>Priscyla Lima de Andrade</p><p>Iara Margolis Ribeiro</p><p>(Organizadoras)</p><p>ciência e</p><p>engenharia de materiais</p><p>conceitos, fundamentos e aplicação</p><p>2021 - GUARUJÁ - SP</p><p>1ª EDIÇÃO</p><p>editora científica</p><p>Diagramação e arte</p><p>Equipe editorial</p><p>Imagens da capa</p><p>Adobe Stock - licensed by Editora Científica Digital - 2021</p><p>Revisão</p><p>Os autores</p><p>2021 by Editora Científica Digital</p><p>Copyright© 2021 Editora Científica Digital</p><p>Copyright do Texto © 2021 Os Autores</p><p>Copyright da Edição © 2021 Editora Científica Digital</p><p>Acesso Livre - Open Access</p><p>EDITORA CIENTÍFICA DIGITAL LTDA</p><p>Guarujá - São Paulo - Brasil</p><p>www.editoracientifica.org - contato@editoracientifica.org</p><p>Parecer e revisão por pares</p><p>Os textos que compõem esta obra foram submetidos para avaliação do Conselho Editorial da Editora Cien-</p><p>tífica Digital, bem como revisados por pares, sendo indicados para a publicação.</p><p>O conteúdo dos capítulos e seus dados e sua forma, correção e confiabilidade são de responsabilidade</p><p>exclusiva dos autores. É permitido o download e compartilhamento desta obra desde que no formato</p><p>Acesso Livre (Open Access) com os créditos atribuídos aos respectivos autores, mas sem a possibilidade</p><p>de alteração de nenhuma forma ou utilização para fins comerciais.</p><p>Esta obra está licenciado com uma Licença Creative Commons Atribuição-Não Comercial-Sem Derivações 4.0</p><p>Internacional (CC BY-NC-ND 4.0).</p><p>Dados Internacionais de Catalogação na Publicação (CIP)</p><p>(eDOC BRASIL, Belo Horizonte/MG)</p><p>C569 LCiência e engenharia de materiais [livro eletrônico] : conceitos, fundamentos e aplicação / Organizadoras Priscyla Lima de</p><p>Andrade, Iara Margolis Ribeiro. – Guarujá, SP: Científica Digital, 2021.</p><p>E-</p><p>BO</p><p>OK</p><p>AC</p><p>ES</p><p>SO</p><p>LI</p><p>VR</p><p>E O</p><p>N L</p><p>INE</p><p>-</p><p>IM</p><p>PR</p><p>ES</p><p>SÃ</p><p>O P</p><p>RO</p><p>IBI</p><p>DA</p><p>Formato: PDF</p><p>Requisitos de sistema: Adobe Acrobat Reader</p><p>Modo de acesso: World Wide Web</p><p>Inclui bibliografia</p><p>ISBN 978-65-89826-84-2</p><p>DOI 10.37885/978-65-89826-84-2</p><p>1. Lopren ispn d. 2. Lopren ispn Lopren ispn Lopren ispn. Lopren ispn I. Título.</p><p>CDD 620.11 2 0 2 1</p><p>Elaborado por Maurício Amormino Júnior – CRB6/2422</p><p>editora</p><p>científica digital</p><p>editora</p><p>científica digital</p><p>CORPO EDITORIAL</p><p>Direção Editorial</p><p>R e i n a l d o C a r d o s o</p><p>J o ã o B a t i s t a Q u i n t e l a</p><p>Editor Científico</p><p>P r o f . D r . R o b s o n J o s é d e O l i v e i r a</p><p>Assistentes Editoriais</p><p>E r i c k B r a g a F r e i r e</p><p>B i a n c a M o r e i r a</p><p>S a n d r a C a r d o s o</p><p>Bibliotecário</p><p>M a u r í c i o A m o r m i n o J ú n i o r - C R B 6 / 2 4 2 2</p><p>Jurídico</p><p>D r . A l a n d e l o n C a r d o s o L i m a - O A B / S P - 3 07 8 5 2</p><p>editora</p><p>científica digital</p><p>Robson José de Oliveira</p><p>Universidade Federal do Piauí, Brasil</p><p>Eloisa Rosotti Navarro</p><p>Universidade Federal de São Carlos, Brasil</p><p>Rogério de Melo Grillo</p><p>Universidade Estadual de Campinas, Brasil</p><p>Carlos Alberto Martins Cordeiro</p><p>Universidade Federal do Pará, Brasil</p><p>Ernane Rosa Martins</p><p>Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia de Goiás, Brasil</p><p>Rossano Sartori Dal Molin</p><p>FSG Centro Universitário, Brasil</p><p>Edilson Coelho Sampaio</p><p>Universidade da Amazônia, Brasil</p><p>Domingos Bombo Damião</p><p>Universidade Agostinho Neto, Angola</p><p>Elson Ferreira Costa</p><p>Universidade do Estado do Pará, Brasil</p><p>Carlos Alexandre Oelke</p><p>Universidade Federal do Pampa, Brasil</p><p>Patrício Francisco da Silva</p><p>Universidade CEUMA, Brasil</p><p>Reinaldo Eduardo da Silva Sales</p><p>Instituto Federal do Pará, Brasil</p><p>Dalízia Amaral Cruz</p><p>Universidade Federal do Pará, Brasil</p><p>Susana Jorge Ferreira</p><p>Universidade de Évora, Portugal</p><p>Fabricio Gomes Gonçalves</p><p>Universidade Federal do Espírito Santo, Brasil</p><p>Erival Gonçalves Prata</p><p>Universidade Federal do Pará, Brasil</p><p>Gevair Campos</p><p>Faculdade CNEC Unaí, Brasil</p><p>Flávio Aparecido De Almeida</p><p>Faculdade Unida de Vitória, Brasil</p><p>Mauro Vinicius Dutra Girão</p><p>Centro Universitário Inta, Brasil</p><p>Clóvis Luciano Giacomet</p><p>Universidade Federal do Amapá, Brasil</p><p>Giovanna Moraes</p><p>Universidade Federal de Uberlândia, Brasil</p><p>André Cutrim Carvalho</p><p>Universidade Federal do Pará, Brasil</p><p>Silvani Verruck</p><p>Universidade Federal de Santa Catarina, Brasil</p><p>Auristela Correa Castro</p><p>Universidade Federal do Pará, Brasil</p><p>Osvaldo Contador Junior</p><p>Faculdade de Tecnologia de Jahu, Brasil</p><p>Claudia Maria Rinhel-Silva</p><p>Universidade Paulista, Brasil</p><p>Dennis Soares Leite</p><p>Universidade de São Paulo, Brasil</p><p>Silvana Lima Vieira</p><p>Universidade do Estado da Bahia, Brasil</p><p>Cristina Berger Fadel</p><p>Universidade Estadual de Ponta Grossa, Brasil</p><p>Graciete Barros Silva</p><p>Universidade Estadual de Roraima, Brasil</p><p>Juliana Campos Pinheiro</p><p>Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Brasil</p><p>Cristiano Marins</p><p>Universidade Federal Fluminense, Brasil</p><p>Silvio Almeida Junior</p><p>Universidade de Franca, Brasil</p><p>Raimundo Nonato Ferreira Do Nascimento</p><p>Universidade Federal do Piaui, Brasil</p><p>CONSELHO EDITORIAL</p><p>Mestres, Mestras, Doutores e Doutoras</p><p>editora</p><p>científica digital</p><p>CONSELHO EDITORIAL</p><p>Marcelo da Fonseca Ferreira da Silva</p><p>Escola Superior de Ciências da Santa Casa de Misericórdia de Vitória, Brasil</p><p>Carlos Roberto de Lima</p><p>Universidade Federal de Campina Grande, Brasil</p><p>Daniel Luciano Gevehr</p><p>Faculdades Integradas de Taquara, Brasil</p><p>Maria Cristina Zago</p><p>Centro Universitário UNIFAAT, Brasil</p><p>Wescley Viana Evangelista</p><p>Universidade do Estado de Mato Grosso, Brasil</p><p>Samylla Maira Costa Siqueira</p><p>Universidade Federal da Bahia, Brasil</p><p>Gloria Maria de Franca</p><p>Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Brasil</p><p>Antônio Marcos Mota Miranda</p><p>Instituto Evandro Chagas, Brasil</p><p>Carla da Silva Sousa</p><p>Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia Baiano, Brasil</p><p>Dennys Ramon de Melo Fernandes Almeida</p><p>Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Brasil</p><p>Francisco de Sousa Lima</p><p>Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia Baiano, Brasil</p><p>Reginaldo da Silva Sales</p><p>Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Pará, Brasil</p><p>Mário Celso Neves De Andrade</p><p>Universidade de São Paulo, Brasil</p><p>Maria do Carmo de Sousa</p><p>Universidade Federal de São Carlos, Brasil</p><p>Mauro Luiz Costa Campello</p><p>Universidade Paulista, Brasil</p><p>Sayonara Cotrim Sabioni</p><p>Instituto Federal de Educação Ciência e Tecnologia Baiano, Brasil</p><p>Ricardo Pereira Sepini</p><p>Universidade Federal de São João Del-Rei, Brasil</p><p>Flávio Campos de Morais</p><p>Universidade Federal de Pernambuco, Brasil</p><p>Sonia Aparecida Cabral</p><p>Secretaria da Educação do Estado de São Paulo, Brasil</p><p>Jonatas Brito de Alencar Neto</p><p>Universidade Federal do Ceará, Brasil</p><p>Moisés de Souza Mendonça</p><p>Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Pará, Brasil</p><p>Pedro Afonso Cortez</p><p>Universidade Metodista de São Paulo, Brasil</p><p>Iara Margolis Ribeiro</p><p>Universidade do Minho, Brasil</p><p>Julianno Pizzano Ayoub</p><p>Universidade Estadual do Centro-Oeste, Brasil</p><p>Vitor Afonso Hoeflich</p><p>Universidade Federal do Paraná, Brasil</p><p>Bianca Anacleto Araújo de Sousa</p><p>Universidade Federal Rural de Pernambuco, Brasil</p><p>Bianca Cerqueira Martins</p><p>Universidade Federal do Acre, Brasil</p><p>Daniela Remião de Macedo</p><p>Faculdade de Belas Artes da Universidade de Lisboa, Portugal</p><p>Dioniso de Souza Sampaio</p><p>Universidade Federal do Pará, Brasil</p><p>Rosemary Laís Galati</p><p>Universidade Federal de Mato Grosso, Brasil</p><p>Maria Fernanda Soares Queiroz</p><p>Universidade Federal de Mato Grosso, Brasil</p><p>Leonardo Augusto Couto Finelli</p><p>Universidade Estadual de Montes Claros, Brasil</p><p>Thais Ranielle Souza de Oliveira</p><p>Centro Universitário Euroamericano, Brasil</p><p>Alessandra de Souza Martins</p><p>Universidade Estadual de Ponta Grossa, Brasil</p><p>Claudiomir da Silva Santos</p><p>Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Sul de Minas, Brasil</p><p>Fabrício dos Santos Ritá</p><p>Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Sul de Minas, Brasil</p><p>Danielly de Sousa Nóbrega</p><p>Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Acre, Brasil</p><p>Livia Fernandes dos Santos</p><p>Instituto Federal de Educação, Ciência e</p><p>fundamentos e aplicação</p><p>40 41</p><p>Gráfico 3. Comparativo entre o isolamento de um vidro comum, laminado e laminado acústico.</p><p>Fonte: ABIVIDROS, 2020.</p><p>Lei das massas para vidro insulado</p><p>A aplicação da lei massa-mola-massa evidencia que ao aumentar o espaçamento da</p><p>câmara de ar entre as duas massas haverá uma maior eficiência no isolamento dos sons</p><p>mais graves que são os de baixa frequências (SIMÕES, 2011).</p><p>Simões (2011) destaca que a transmissão de onda sonora por via aérea sobre uma</p><p>parede, terá parte da energia dissipada na forma de calor e as vibrações serão propagadas</p><p>pelo ar até encontrar a parede. O uso de materiais absorventes, porosos e elásticos podem</p><p>reduzir o índice de reverberação.</p><p>A utilização de vidro float de mesma espessura na configuração de insulado, terão</p><p>resultados de desempenho acústico inferior a combinação de vidro float de espessuras</p><p>diferentes (WESTPHAL, 2016).</p><p>Os dados de isolamento acústico em dB (decibéis) para diferentes composições de</p><p>vidro, são demonstrados na figura 1.</p><p>Figura 1. Dados de isolamento acústico em dB (decibéis) para diferentes composições de vidros.</p><p>Fonte: ABIVIDROS, 2019.</p><p>Ciência e Engenharia de Materiais: conceitos, fundamentos e aplicação</p><p>42</p><p>ESTUDO DE CASO</p><p>Metodologia</p><p>O presente estudo se desenvolveu por via de coletas de dados dos relatórios de en-</p><p>saios de desempenho acústico, a fim de avaliar o isolamento do som por transmissão aérea,</p><p>seguindo parâmetros de ensaios estabelecidos nas normas da Organização Internacional</p><p>de Padronização (ISO) 140-3:1995 e ISO 717-1:2013.</p><p>As tipologias de esquadrias dos fabricantes Archicentro, Perfil Alumínio e Hydro, fo-</p><p>ram utilizadas para realizar uma análise comparativa da redução sonora proporcionada</p><p>pela esquadria de alumínio ou PVC, relativo ao tipo de vido e modelo da esquadria en-</p><p>saiada. Os laboratórios responsáveis pela emissão dos relatórios de desempenho acús-</p><p>tico foram: laboratório de acústica do itt Performance/Unisinos, Instituto Tecnológico da</p><p>Construção Civil (iTEC), Laboratório de Tecnologia e Qualidade de Sistemas em Engenharia</p><p>(TESIS), Centro Tecnológico de Controle da Qualidade Falcão Bauer, Concremat Inspeções</p><p>& Laboratórios. As coletas de dados referente as bibliografias foram obtidas em livros, artigos,</p><p>dissertações, catálogos técnicos, manuais técnicos e normas regulamentadoras.</p><p>Segundo Vergara (2009), os dados podem ser tratados quanto á forma quantitativa,</p><p>qualitativa ou ambas. Para a forma quantitativa utilizar de procedimentos estatísticos como</p><p>o teste de hipóteses, já para a forma qualitativa utilizar o formato mais estruturado.</p><p>Desse modo, foi utilizado o tratamento quantitativo, uma vez que foi realizado procedi-</p><p>mentos estatísticos comparativo entre os tipos de materiais, tipos de vidros e sua eficiência</p><p>acústica. Assim, os dados foram apresentados em gráficos de barras. Buscou-se fazer o</p><p>agrupamento do tipo de material relativo à eficiência para corroborar os resultados analisados.</p><p>Escolha das esquadrias</p><p>As esquadrias foram definidas a partir dos relatórios de ensaios de acústica disponíveis</p><p>nos fabricantes Archicentro, Perfil Alumínio e Hydro.</p><p>O gráfico 4, representa o percentual do total de 36 relatórios de desempenho acústico</p><p>de esquadrias com material em alumínio e PVC, onde o PVC representou maior número de</p><p>esquadrias ensaiadas.</p><p>Ciência e Engenharia de Materiais: conceitos, fundamentos e aplicação</p><p>42 43</p><p>Gráfico 4. Comparativo tipo de material do total de esquadrias.</p><p>Fonte: autores.</p><p>Os ensaios contemplaram diversas tipologias de esquadrias com vidro float, laminado e</p><p>temperado. As configurações de esquadrias com vidro laminado representaram maior parte</p><p>dos ensaios de acústica, como representado no gráfico 5.</p><p>Gráfico 5. Comparativo tipo de vidro do total de esquadrias.</p><p>Fonte: autores.</p><p>Análise dos resultados de eficiência das esquadrias ensaiadas</p><p>O gráfico 6, representa o resultado dos ensaios de eficiência acústica relativo ao tipo de</p><p>vidro, sobressaindo o vidro laminado com eficiência A, pois as esquadrias que utilizam vidro</p><p>laminado têm atenuação sonora superior aos vidros float e temperado devido a existência</p><p>da lâmina de PVB no vidro laminado.</p><p>Ciência e Engenharia de Materiais: conceitos, fundamentos e aplicação</p><p>44</p><p>Gráfico 6. Tipo de vidro relativo à eficiência acústica.</p><p>Fonte: autores.</p><p>Além do vidro, o tipo de material e composição da esquadria influenciam na atenuação</p><p>acústica. O PVC possui menor índice de condução, absorção e propagação de som que</p><p>o alumínio, portanto, a eficiência do PVC se destacou com 13,89% do total de ensaios na</p><p>classificação A para tipologia de esquadria com persiana fechada comparada a esquadria</p><p>de alumínio com 5,56%, como demonstrado no gráfico 7.</p><p>Gráfico 7. Eficiência acústica em relação a esquadria com uso persiana na posição aberta, fechada e sem persiana.</p><p>Fonte: autores.</p><p>Todos os relatórios de ensaios de acústica apresentaram eficiência dentro dos parâ-</p><p>metros da NBR 10821:2017, entretanto, o alto índice alcançado se justifica devido escolha</p><p>do vidro, material e modelo da tipologia. Como visto, as esquadrias com vidro laminado e</p><p>material PVC nas tipologias com persiana fechada, alcançaram em sua totalidade resultado</p><p>de eficiência A. Assim, para os modelos ensaiados, as esquadrias de PVC com persiana</p><p>fechada apresentaram melhor eficiência acústica.</p><p>Ciência e Engenharia de Materiais: conceitos, fundamentos e aplicação</p><p>44 45</p><p>CONSIDERAÇÕES FINAIS</p><p>Este artigo consistiu em estudar o desempenho acústico dos sistemistas de esqua-</p><p>drias de alumínio e PVC, sendo analisado relatórios técnicos de acústica das empresas</p><p>Archicentro, Perfil Alumínio e Hydro, que são empresas renomadas com linhas de esquadrias</p><p>homologadas e consolidadas no mercado nacional. O artigo delimitou-se a analisar a redu-</p><p>ção sonora ponderada das esquadrias por transmissão aérea, excluindo-se das minúcias</p><p>do desempenho na composição de diferentes tipos de alvenarias, forros, pisos e variações</p><p>de tipos de materiais.</p><p>O desempenho acústico abrange diversas áreas da edificação, portanto, é necessário</p><p>um projeto acústico adequado ao tipo de ambiente e som que se deseja atenuar. Com isso,</p><p>a análise da escolha da esquadria, a execução e produção por empresas especializadas</p><p>e com certificados de qualidade, um corpo técnico qualificado para execução de todas as</p><p>etapas, contribui para a eficiência acústica global.</p><p>Vale ressaltar, que os relatórios de ensaio acústico usados como análise, provém de</p><p>ensaios laboratoriais e podem ter variações nos resultados de redução sonora ao comparar</p><p>com os ensaios realizados em campo, devido as interferências de ruídos externos.</p><p>A avaliação acústica do edifício e suas partes, devem seguir uma metodologia básica</p><p>de exigência do usuário, requisitos de desempenho de acordo com a condição de exposi-</p><p>ção e abranger todas as partes do edifício para adequar aos critérios de desempenho, para</p><p>assim, conseguir avaliar e especificar o projeto acústico com precisão.</p><p>Na fase projetual, é comum a dúvida de projetistas de como especificar a esquadria e</p><p>tipo de vidro adequado para alcançar o desempenho acústico desejado.</p><p>Assim, foi demostrado através das análises dos resultados de ensaio acústico, que a</p><p>esquadria de PVC com persiana integrada na posição fechada, obteve-se maior eficiência</p><p>na redução ruídos comparado a esquadria de alumínio na posição fechada. Entretanto, para</p><p>as demais tipologias de esquadrias de alumínio com persiana aberta e sem persiana, as</p><p>esquadrias de alumínio obtiveram resultados superiores as esquadrias de PVC.</p><p>Ciência e Engenharia de Materiais: conceitos, fundamentos e aplicação</p><p>46</p><p>REFERÊNCIAS</p><p>1. JARDIM, C. Revista Galileu. O som e a fúria: efeitos da poluição sonora não causam só</p><p>a perda da audição, 2014. Disponível em: <https://revistagalileu.globo.com/blogs/segunda-</p><p>opiniao/noticia/2014/08/o-som-e-furia-efeitos-da-poluicao-sonora-nao-causam-so-perda-da-</p><p>audicao.html>. Acesso em: 21 abr. 2021.</p><p>2. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS.</p><p>NBR 15575: Edificações habitacio-</p><p>nais — Desempenho Parte 1: Requisitos gerais. Rio de Janeiro. 2013.</p><p>3. SCHVARSTZHAUPT, C. C.; TUTIKIAN, B. F.; NUNES, M. F. de O. Análise comparativa do</p><p>desempenho acústico de Sistemas de fachada com esquadrias de PVC com persiana e</p><p>diferentes tipos de vidros em ensaios de laboratório. Ambiente Construído, Porto Alegre,</p><p>v. 14, n. 4, p. 135-145, out./dez. 2014.</p><p>4. PIERRARD, J. F.; AKKERMAN, D. Manual ProAcústica sobre a Norma de Desempenho</p><p>Guia prático sobre cada uma das partes relacionadas à área de acústica nas edificações</p><p>da Norma ABNT NBR 15575:2013 Edificações habitacionais – Desempenho. Associação</p><p>Brasileira para a Qualidade Acústica. RUSH Gráfica e Impressora Ltda. 1ª Edição. 2017.</p><p>5. FILHO, C. C. G.; CUNHA, M. D.; TAVEIRA, J. Mobilidade Urbana e Poluição Sonora na Área</p><p>Central. Educação ambiental e cidadania: pesquisa e práticas contemporâneas. São</p><p>Paulo, v.01, p.60-162, fev. 2021.</p><p>6. ZANNIN, P. H. T. et. al. Incômodo causado pelo ruído urbano à população de Curitiba, PR.</p><p>Revista de Saúde Pública. 2002, v. 36, n. 4. Disponível em: https://doi.org/10.1590/S0034-</p><p>89102002000400020. Acesso em: 15 fev. 2021.</p><p>7. ESTEVAM, G. D. Poluição sonora e seus Efeitos na Saúde Humana: Estudo da Região</p><p>Metropolitana de Campinas. 2013. 70 p. Monografia (Graduação em Engenharia Sanitária).</p><p>Universidade São Francisco, Campinas, 2013.</p><p>8. LACERDA, A. B. M.; et. al. Ambiente urbano e percepção da poluição urbana. Revista Am-</p><p>biente e Sociedade. v. 8, n. 2, jul/dez, 2005.</p><p>9. BRAGA, B. Introdução à engenharia ambiental. 2. ed. São Paulo: Pearson Prentice Hall,</p><p>2005. p. 208.</p><p>10. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 15575: Edificações habitacio-</p><p>nais — Desempenho Parte 1: Requisitos gerais. Rio de Janeiro. 2013.</p><p>11. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 15575: Edificações habitacio-</p><p>nais — Desempenho Parte 4: Requisitos para os sistemas de vedações verticais internas</p><p>e externas — SVVIE. Rio de Janeiro. 2013.</p><p>12. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 15575: Edificações habitacionais</p><p>— Desempenho Parte 5: Requisitos para sistemas de coberturas. Rio de Janeiro. 2013.</p><p>13. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 15575: Edificações Habitacio-</p><p>nais — Desempenho Parte 6: Sistemas Hidrossanitários. Rio de Janeiro. 2013.</p><p>14. SERRANO. P. G. Guia prático Acústica de edificações habitacionais. Florianópolis: Portal</p><p>Acústica, 2016. E-book.</p><p>Ciência e Engenharia de Materiais: conceitos, fundamentos e aplicação</p><p>46 47</p><p>15. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 15575: Edificações habitacio-</p><p>nais — Desempenho Parte 3: Requisitos para os sistemas de pisos. Rio de Janeiro. 2013.</p><p>16. NUNES, M. F. O.; ZINI, A.; PAGNUSSAT, D. T. Desempenho Acústico de Sistemas de</p><p>Piso: Estudos de Caso Para Isolamento ao Ruído Aéreo e de Impacto. Revista Acústica</p><p>e Vibrações, n. 46. 2014.</p><p>17. MATEUS, D. Acústica de edifícios e controlo de ruído. Textos de apoio à disciplina “Acústica</p><p>Aplicada”, DEC-FCTUC, Coimbra, 2008.</p><p>18. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 10821: Esquadrias para edifi-</p><p>cações — Parte 2: Esquadrias externas - Requisitos e classificação. Rio de Janeiro. 2017.</p><p>19. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 10821: Esquadrias para edifi-</p><p>cações — Parte 1: Esquadrias externas e internas - Terminologia. Rio de Janeiro. 2017.</p><p>20. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 10821: Esquadrias para edifi-</p><p>cações — Parte 4: Esquadrias externas - Requisitos adicionais de desempenho. Rio de</p><p>Janeiro. 2017.</p><p>21. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 10151: Medição e avaliação de</p><p>níveis de pressão sonora em áreas habitadas - Aplicação de uso geral. Rio de Janeiro.</p><p>2019.</p><p>22. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 10152: Níveis de pressão so-</p><p>nora em ambientes internos a edificações. Rio de Janeiro. 2017.</p><p>23. WESTPHAL, F. S. Manual técnico do vidro plano para edificações. São Paulo: Abividro,</p><p>2016.</p><p>24. SIMÕES, F. M. Acústica arquitetônica. Rio de Janeiro: ELETROBRÁS/PROCEL EDIFICA,</p><p>2011.</p><p>25. VERGARA, S. C. Projetos e relatórios de pesquisa em administração. 11. ed. São Paulo:</p><p>Atlas, 2009, 94 p. GIL, Antônio Carlos. Como Elaborar Projetos de Pesquisa. 3 ed. Editora</p><p>Atlas, 2009.</p><p>03</p><p>A n á l i s e d a i n t e r f e r ê n c i a d a</p><p>carbonatação na resistência do</p><p>concreto com uso do ultrassom</p><p>Myrela Vieira Araújo</p><p>UFPA</p><p>Raimundo Nonato Rodrigues de Araújo</p><p>Netto</p><p>Eduardo Aurélio Barros Aguiar</p><p>UEMA</p><p>10.37885/210705459</p><p>Ciência e Engenharia de Materiais: conceitos, fundamentos e aplicação</p><p>49</p><p>Palavras-chave: Carbonatação, Resistência a Compressão, Concreto, Ensaio não Destrutivo.</p><p>RESUMO</p><p>O concreto apresenta uma grande capacidade de resistir a tensões compressivas. Mas</p><p>para medir a resistência das tensões à compressão, suportados por uma superfície ou</p><p>peça, é necessário que façam ensaios destrutivos ou não destrutivos. Contudo, os en-</p><p>saios não destrutivos podem sofrer grande influência se a superfície do concreto estiver</p><p>carbonatada, o que ocorre, por exemplo, em túneis e viadutos que estão expostos à alta</p><p>concentração de gás carbônico. Dessa forma, este estudo visa comparar os resultados</p><p>da resistência à compressão dos corpos de prova carbonatados e não carbonatados por</p><p>meio do ensaio não destrutivo de ultrassom e ensaio de compressão uniaxial, verificando</p><p>a interferência que a carbonatação produz, assim como sua profundidade. A partir das</p><p>análises dos dados, o fenômeno da carbonatação interferiu nos resultados da resistência</p><p>à compressão do ensaio de ultrassom, constatando que maiores resistências à com-</p><p>pressão apresentaram maiores profundidades de carbonatação e menor porosidade,</p><p>comprometendo a durabilidade da estrutura.</p><p>Ciência e Engenharia de Materiais: conceitos, fundamentos e aplicação</p><p>50</p><p>INTRODUÇÃO</p><p>Entre as matérias primas utilizadas nas construções civis realizadas no Brasil e no mun-</p><p>do, o concreto destaca-se, sendo sua utilização ampliada a cada ano por oferecer facilidade</p><p>na locomoção, produção e manejo, visto que é uma substância plástica, além de ser um</p><p>material barato e frequentemente disponível em todo o mundo (SANTORO; KRIPKA, 2016).</p><p>O concreto é um material composto por elementos de distintas propriedades, formas e</p><p>dimensões, sendo necessária perfeição aos requerimentos calculados, a fim de evitar dificul-</p><p>dades na obra. Com isso, o controle de qualidade do concreto possui um papel essencial,</p><p>incluindo-se nessa medida o controle de resistência a compressão (BASTOS, 2019).</p><p>Entre as patologias que agridem as estruturas de concreto armado no decorrer dos</p><p>anos, a corrosão das armaduras é a degradação mais comum. De acordo com Ekolu (2016),</p><p>os custos estimados de corrosão global são de cerca de 3,4% Produto Interno Bruto (PIB)</p><p>total. A corrosão inicia por meio da destruição da camada de passivação na superfície do aço,</p><p>e isso pode ser realizado por carbonatação do concreto circundante (VISSER, 2014). O pro-</p><p>cesso de carbonatação consiste em converter íons alcalinos que são originados da reação</p><p>de hidratação do cimento, como íons de sódio (Na+), potássio (K+) e especialmente o cál-</p><p>cio (Ca2+), em sais de carbonatos desses elementos, através da ação ácida do dióxido de</p><p>carbono presente no ar.</p><p>Os hidróxidos de sódio (NaOH), potássio (KOH) e cálcio (Ca(OH)), tanto dissolvidos</p><p>na fase aquosa, quanto precipitados, propiciam um ambiente de elevada alcalinidade ao</p><p>concreto, fruto do alto pH da solução do poro contida na pasta de cimento (CASCUDO;</p><p>CARASEK, 2011). Quando esses compostos são consumidos, ocorre uma significativa re-</p><p>dução no pH desta solução. O pH do concreto, originalmente apresenta valores superiores</p><p>a 12,5 e após o processo de carbonatação pode chegar a valores inferiores a 8,5 (MEHTA;</p><p>MONTEIRO, 2008).</p><p>A profundidade e a velocidade de carbonatação provêm de diversos fatores unidos ao</p><p>pH do concreto e ao sistema de poros, que estão integrados principalmente à execução da</p><p>estrutura e à disposição do concreto. Segundo Pauletti (2009), a influência</p><p>do ambiente de</p><p>exposição e a proteção do concreto contra intempéries são elementos importantes para a</p><p>carbonatação natural, enquanto que para ensaios acelerados, a metodologia é um requisito</p><p>necessário no controle do avanço dessa patologia.</p><p>Os fatores da carbonatação no concreto podem ser decorrentes de condições externas</p><p>e internas. Para a primeira condição, estão inclusos principalmente temperatura, umidade</p><p>(ROY; PON; NORTHWOOD, 1999), concentração de dióxido de carbono (PAULETTI, 2007),</p><p>enquanto os fatores internos consistem na relação água/cimento (a/c), teor de cimento no</p><p>concreto, compactação e tempo de cura úmida. Em pastas de cimento, quando a relação</p><p>Ciência e Engenharia de Materiais: conceitos, fundamentos e aplicação</p><p>50 51</p><p>a/c aumenta de 0,4 para 0,8, o volume de poros cresce cerca de cinco vezes (MEHTA;</p><p>MONTEIRO, 2008).</p><p>Nos poros do concreto, a quantidade de hidróxido de cálcio acessível na solução é pro-</p><p>porcional ao teor de clínquer presente no equilíbrio da mistura, possibilitando que um maior</p><p>teor de cimento na composição do concreto diminua a velocidade de carbonatação. Outros</p><p>fatores que envolvem maior ou menor propensão a carbonatação são as práticas executivas</p><p>da estrutura do concreto, sendo estas a mistura, transporte, lançamento, adensamento e cura</p><p>do concreto. A cura úmida, em especial, é restrita quando o concreto for sujeito a intervalos</p><p>de cura inicial por longos períodos, ocasionando assim uma melhor hidratação do cimento</p><p>e crescimento da compacidade, reduzindo com a porosidade.</p><p>Para garantir a segurança das estruturas de concreto, é necessária uma análise preci-</p><p>sa de sua condição, por meio de ensaios de resistência à compressão em peças extraídas</p><p>da própria estrutura ou ensaios não destrutivos. Os ensaios não destrutivos são definidos</p><p>como métodos de avaliação das propriedades do concreto, sem que haja prejuízos no de-</p><p>sempenho estrutural das peças ensaiadas. Para as estruturas de concreto moldadas in loco,</p><p>estes ensaios têm como objetivo estimar imediatamente o valor da resistência à compres-</p><p>são do concreto, e localizar defeitos internos que as peças de concreto possam apresentar</p><p>(PALACIOS, 2012).</p><p>O método de ensaio não destrutivo mais antigo para avaliação da resistência do concre-</p><p>to é o ultrassom. O procedimento baseia-se no tempo em que uma onda longitudinal percorre</p><p>um comprimento que não seja desconhecido, em função do módulo de deformação do con-</p><p>creto e da densidade. Através do tempo, determina-se a velocidade que a onda atravessou</p><p>o elemento, identificando assim sua resistência à compressão. A metodologia de execução</p><p>do ensaio não destrutivo por meio de pulso ultrassônico está descrita na NBR 8802:2019.</p><p>Nesse contexto, propõe-se com o presente trabalho correlacionar a resistência à com-</p><p>pressão de corpos de prova que passaram pelo processo de carbonatação e corpos de</p><p>prova que não passaram pelo processo, elaborados com materiais da região metropolitana</p><p>da cidade de São Luís - MA. A correlação foi realizada por meio dos resultados alcançados</p><p>do ensaio de compressão de corpos de prova cilíndricos e dos parâmetros resultantes do</p><p>ensaio de ultrassom.</p><p>METODOLOGIA</p><p>Materiais</p><p>O aglomerante utilizado para a confecção do concreto foi o Cimento Porland (CP) II E</p><p>32 RS, os agregados graúdo e miúdo empregados foram brita 1 e areia fina, respectivamente,</p><p>Ciência e Engenharia de Materiais: conceitos, fundamentos e aplicação</p><p>52</p><p>cedidos pela Prefeitura do CAMPUS Paulo VI da Universidade Estadual do Maranhão</p><p>(UEMA). Para a confecção do concreto, foi realizado inicialmente a proporção de materiais</p><p>em massa, relacionando a massa do cimento de acordo com o traço 1:2:3 com a relação</p><p>água/cimento de 0,8. Imediatamente após a divisão de cada material, foi iniciada a mistura</p><p>na betoneira, de acordo com a NBR 12655:2015.</p><p>Moldagem e desmoldagem dos corpos de prova</p><p>Para a moldagem, foram confeccionados seis corpos de prova utilizando moldes</p><p>metálicos formados por diâmetros de 10 cm e altura de 20 cm, de acordo com a NBR</p><p>5738:2016. O modo de adensamento do concreto nos moldes foi manual, adensando o con-</p><p>creto em 2 camadas de volume igual por meio da aplicação de 12 golpes com haste metálica</p><p>cilíndrica. Em seguida, bateu-se na superfície externa dos moldes para evitar a criação de</p><p>vazios na massa de concreto.</p><p>Após a moldagem, os corpos de prova foram colocados à sombra em uma superfície</p><p>horizontal rígida por um período de 24 horas para passar por uma cura inicial. Após 24 ho-</p><p>ras da moldagem de cada corpo de prova, os mesmos foram desmoldados e identificados</p><p>para, em seguida, serem submetidos ao processo de cura imersa. Este processo se deu</p><p>quando os corpos de prova foram postos em um tanque aberto e amplo que suportou todos</p><p>os moldes confeccionados. No processo de cura úmida, que durou 28 dias, o tanque na qual</p><p>os corpos de prova ficaram armazenados até o momento do ensaio possuíam uma solução</p><p>saturada de hidróxido de cálcio a (23 ± 2) 0 C, de forma que este elemento intervisse na</p><p>proliferação de algas.</p><p>Penetração do dióxido de carbono nos moldes de concreto</p><p>Com os corpos de prova curados, foi iniciado o processo de carbonatação do concreto</p><p>em três corpos de prova em uma câmara de carbonatação, simulado por um isopor de 290</p><p>litros, submetido a aplicação de dióxido de carbono através de um extintor de incêndio no</p><p>período de dois meses, conforme ilustra a figura 1 e 2. Os corpos de prova analisados nessa</p><p>pesquisa estão identificados numericamente (1, 2 e 3) na figura 1. Após a realização deste</p><p>procedimento, iniciou-se a análise da resistência dos corpos de prova, através do ensaio de</p><p>ultrassom e o ensaio de compressão uniaxial.</p><p>Ciência e Engenharia de Materiais: conceitos, fundamentos e aplicação</p><p>52 53</p><p>Figura 1. Corpos de prova inseridos na câmara de carbonatação.</p><p>Fonte: Autor (2021).</p><p>Figura 2. Aplicação do dióxido de carbono.</p><p>Fonte: Autor (2021).</p><p>O primeiro ensaio realizado foi de ultrassom, utilizando o modelo Pundit Lab do fabri-</p><p>cante Proceq que suporta todos os modos de ensaio UPV tradicionais, com voltagem de</p><p>pulso de 125 a 500 V e frequência nominal do transdutor de 24 a 500 kHz, desenvolvido</p><p>essencialmente para ser operado em laboratórios. Para uma correta verificação dos resul-</p><p>tados da velocidade de propagação das ondas ultrassônicas, foi necessário executar duas</p><p>etapas fundamentais, de acordo com a NBR 8802:2019: calibrar o dispositivo ultrassônico</p><p>e fazer a medição do comprimento do corpo de prova.</p><p>O ensaio se traduz na medição por meio eletrônico do tempo de propagação de on-</p><p>das ultrassônicas no elemento estudado, situado entre o transmissor e o receptor (figura</p><p>3). A distância entre os transdutores dividida pelo tempo de propagação resulta na veloci-</p><p>dade média de propagação da onda (MALHOTRA, 1984). Em seguida, os corpos de prova</p><p>preparados foram ensaiados a compressão simples conforme os sistemas estabelecidos</p><p>pela NBR 5739:2018, executada na Prensa Eletrohidráulica (figura 4).</p><p>Ciência e Engenharia de Materiais: conceitos, fundamentos e aplicação</p><p>54</p><p>Figura 3. Calibração do ultrassom e verificação da velocidade da propagação da onda ultrassônica.</p><p>Fonte: Autor (2021).</p><p>Figura 4. Rompimento do corpo de prova.</p><p>Fonte: Autor (2021).</p><p>Depois dos ensaios, foram verificados em todos os moldes a profundidade de carbo-</p><p>natação do concreto no plano de ruptura transversal dos corpos de prova. Esta foi medida</p><p>por meio da aspersão de indicador fenolftaleína, uma substância química que em contato</p><p>com a solução alcalina do concreto, rica em hidróxido de cálcio, adquire coloração verme-</p><p>lha carmim com pHs iguais ou superiores a uma faixa entre 8,0 e 9,8, aproximadamente</p><p>(ARAÚJO et al., 2019).</p><p>RESULTADOS E DISCUSSÕES</p><p>Ensaio ultrassônico x ensaio de compressão uniaxial</p><p>Para a estimativa da resistência à compressão no ensaio não destrutivo, foram utilizados</p><p>gráficos de correlação entre a velocidade de propagação da onda ultrassônica e a resistência</p><p>Ciência e Engenharia de Materiais:</p><p>conceitos, fundamentos e aplicação</p><p>54 55</p><p>a compressão uniaxial. Gomes (2015), em seu estudo, gerou um gráfico de correlação do</p><p>método citado, referente as mesmas características do concreto confeccionado nesta pes-</p><p>quisa, diferenciando apenas os diâmetros máximos dos agregados graúdos (Dmáx). Diante</p><p>disso, a equação numérica (equação 1) gerada através do gráfico (figura 5) será a mesma</p><p>utilizada para encontrar a resistência do concreto desta pesquisa a partir da velocidade de</p><p>propagação das ondas ultrassônicas, utilizando o Dmáx = 19mm, característico do agregado</p><p>graúdo presente na pesquisa.</p><p>Figura 5. Curvas geradas de acordo com o diâmetro do agregado.</p><p>Fonte: Gomes (2015).</p><p>(Equação 1)</p><p>Substituindo os valores da velocidade de propagação das ondas ultrassônicas de cada</p><p>corpo de prova na sua respectiva equação de correlação, são determinadas as resistências</p><p>do concreto, conforme verifica-se na tabela 1. O fce1 são os valores resultantes do ensaio de</p><p>compressão de corpos de prova cilíndricos e o fce2 são resultantes do ensaio de ultrassom,</p><p>ambos em unidade megapascal (MPa).</p><p>Tabela 1. Resistência a compressão pelo ensaio não destrutivo.</p><p>Nº Corpos de Prova Traço e relação</p><p>a/c</p><p>Diâmetro do agregado</p><p>graúdo (mm) fce1 (MPa) Velocidade de Propagação</p><p>(m/s) fce2 (MPa)</p><p>1 Carbonatado 1:2:3 e 0,8 19mm 19,2 4667 17,17</p><p>2 Carbonatado 1:2:3 e 0,8 19mm 22,25 4810 20,24</p><p>3 Carbonatado 1:2:3 e 0,8 19mm 19,66 4552 14,98</p><p>4 Não Carbonatado 1:2:3 e 0,8 19mm 12,1 4531 14,61</p><p>5 Não Carbonatado 1:2:3 e 0,8 19mm 9,8 4442 12,76</p><p>6 Não Carbonatado 1:2:3 e 0,8 19mm 10,13 4519 14,4</p><p>Ciência e Engenharia de Materiais: conceitos, fundamentos e aplicação</p><p>56</p><p>Profundidade de carbonatação</p><p>O ensaio de carbonatação para localizar a área carbonatada dos moldes foi realizada</p><p>após a ruptura dos corpos de prova no ensaio de compressão uniaxial, extraindo as medidas</p><p>do plano de ruptura transversal do concreto. Com a sua abertura, aplicou-se fenolftaleína, na</p><p>qual foi possível determinar a área sem carbonatação através da coloração violeta, e a área</p><p>carbonatada ao permanecer incolor, conforme é possível observar na tabela 2 e figura 6.</p><p>Tabela 2. Profundidade de carbonatação.</p><p>Nº Diâmetro do agregado graúdo</p><p>(mm) fce1 (MPa) fce2 (MPa) Profundidade de Carbona-</p><p>tação (cm)</p><p>1 19mm 19,2 17,17 1,05</p><p>2 19mm 22,25 20,24 1,17</p><p>3 19mm 19,66 14,98 0,9</p><p>Figura 6. Profundidade de carbonatação dos corpos de prova no plano de ruptura transversal.</p><p>Fonte: Autor (2021).</p><p>Análises dos dados</p><p>Com os resultados da resistência a compressão para o método de ensaio não destru-</p><p>tivo, confeccionou-se gráficos de coluna, conforme figura 7, relacionando a resistência dos</p><p>moldes carbonatados com os não carbonatados.</p><p>Ciência e Engenharia de Materiais: conceitos, fundamentos e aplicação</p><p>56 57</p><p>Figura 7. Comparativo das resistências à compressão pelo ensaio de ultrassom.</p><p>Fonte: Autor (2021).</p><p>Por meio da análise dos gráficos, é observado que nos ensaios de ultrassom, a re-</p><p>sistência dos corpos de prova carbonatados foram maiores que os não carbonatados em</p><p>todas as amostras. A maior resistência das amostras carbonatadas apresentou valor de</p><p>20,24MPa, enquanto que para o não carbonatado, o valor resultante foi 14,61MPa, com</p><p>uma diferença de 27,82% entre os resultados. Dessa forma, a carbonatação pode afetar o</p><p>ensaio fornecendo resistências a compressão mais elevados que os valores reais, visto que</p><p>a carbonatação aumenta as velocidades ultrassônicas.</p><p>CONCLUSÃO</p><p>A grande capacidade de resistir a tensões compressivas se apresenta como uma das</p><p>características mais relevantes que o concreto possui, sendo esta capacidade determinada</p><p>através de ensaios destrutivos ou não destrutivos. Os ensaios não destrutivos permitem</p><p>determinar as características e propriedades do concreto, localizando os defeitos internos</p><p>que as peças de concreto podem apresentar, sem danificar o desempenho estrutural das</p><p>peças ensaiadas, tornando o seu sistema vantajoso. Uma influência nos resultados obtidos</p><p>pelos ensaios é um fenômeno denominado carbonatação, que surge quando o concreto está</p><p>exposto à concentração de gás carbônico.</p><p>A partir dos estudos elaborados, em especial na análise dos gráficos de coluna, o</p><p>fenômeno da carbonatação interferiu nos resultados da resistência a compressão do en-</p><p>saio de ultrassom, influenciando na leitura da velocidade de propagação ultrassônica, uma</p><p>vez que seus valores foram maiores, e como resultado, a resistência dos corpos de prova</p><p>carbonatados também foram, pois são grandezas diretamente proporcionais. Através do</p><p>comparativo das resistências à compressão dos corpos de prova que foram submetidos a</p><p>exposição de dióxido de carbono com os que não foram, especificamente do corpo de prova</p><p>Ciência e Engenharia de Materiais: conceitos, fundamentos e aplicação</p><p>58</p><p>carbonatado de número 2 com o de número 4 não carbonatado, adquiriu-se uma diferença</p><p>das resistências à compressão de 27,82%.</p><p>Além disso, através da análise da Tabela 2, foi observada à medida que a profundidade</p><p>de carbonatação aumentava, a resistência à compressão pelo ensaio de ultrassom também</p><p>crescia. Como exemplo, o corpo de prova de número 3 que obteve uma resistência à com-</p><p>pressão de 14,98 MPa, apresentou uma profundidade carbonatada de 0,9 cm, enquanto</p><p>o corpo de prova de número 2 com resistência à compressão de 20,24 MPa, apresentou</p><p>profundidade de 1,17 cm.</p><p>Dessa forma, com o fenômeno da carbonatação, o interior do concreto não pode mais</p><p>ser representado pela camada superficial, devendo ser evitado, visto que quanto mais a</p><p>frente de carbonatação avança para o interior do concreto, maior será o comprometimento</p><p>de sua durabilidade.</p><p>REFERÊNCIAS</p><p>1. ARAÚJO, M.V.; REIS, L.C.; AGUIAR, E. A. B. Evaluation of carbonating interference in</p><p>concrete resistance through non-destructive tests. In: 9th International Conference on</p><p>Concrete Under Severe Conditions – Environxment & Loading, p. 1-12, 2019.</p><p>2. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 12655. Concreto de cimento</p><p>Portland - Preparo, controle, recebimento e aceitação - Procedimento. Rio de Janeiro, 2015.</p><p>3. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 5738. Concreto - Procedimento</p><p>para moldagem e cura de corpos de prova. Rio de Janeiro, 2016.</p><p>4. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 5739. Concreto - Ensaio de</p><p>compressão de corpos de prova cilíndricos. Rio de Janeiro, 2018.</p><p>5. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 8802. Concreto Endurecido -</p><p>Determinação da velocidade de propagação de onda ultrassônica. Rio de Janeiro, 2019.</p><p>6. BASTOS, P. S. S. Fundamentos do concreto armado. 89 f. Trabalho acadêmico de Estru-</p><p>turas de Concreto I (Curso Engenharia Civil), Universidade Estadual Paulista, Bauru, 2019.</p><p>7. CASCUDO, O.; CARASEK, H. Ação da carbonatação no concreto. In: ISAIA, G. E. Concreto:</p><p>Ciência e Tecnologia. 1. Ed. São Paulo: Instituto Brasileiro do Concreto, v. 1, p. 849-885, 2011.</p><p>8. EKOLU, S. A review on effects of curing, sheltering, and CO2 concentration upon natural car-</p><p>bonation of concrete. Construction and Building Materials, v. 127, p. 306-320, 2016.</p><p>9. GOMES, G. H. B.. Avaliação da Resistência de Estruturas de Concreto com Uso de Ul-</p><p>trassom. Monografia (Graduação em Engenharia Civil), Universidade Estadual do Maranhão,</p><p>São Luís, 2015.</p><p>10. MALHOTRA, V. M. In Situ / Nondestructive Testing of Concrete - A Global Review. In Situ/</p><p>Nondestructive Testing of Concrete, Special Publication SP-82, American Concrete Institute,</p><p>Detroit, p. 1-16, 1984.</p><p>Ciência e Engenharia de Materiais: conceitos, fundamentos e aplicação</p><p>58 59</p><p>11. MEHTA, P. K.; MONTEIRO, P. J. M. Concreto: microestrutura, propriedades e materiais. 3.</p><p>ed. São Paulo: IBRACON. 2008.</p><p>12. PALACIOS, M. P. G. Emprego de ensaios não destrutivos e de extração de testemunhos</p><p>na avaliação da resistência à compressão do concreto. 182f. Dissertação (Mestrado em</p><p>Estruturas e Construção Civil), Universidade de Brasília, Brasília, 2012.</p><p>13. PAULETTI, C. Estimativa da carbonatação natural de</p><p>materiais cimentícios a partir de</p><p>ensaios acelerados e de modelos de predição. 285f. Tese (Doutorado em Engenharia)</p><p>– Escola de Engenharia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil, UFRGS, Porto</p><p>Alegre, 2009.</p><p>14. PAULETTI, C.; POSSAN, E.; DAL MOLIN, D. C. C. Carbonatação acelerada: estado da arte</p><p>das pesquisas no Brasil. Ambiente construído, vol. 7, n. 4, p. 7-20, 2007.</p><p>15. ROY, S.K; POH, K.B.; NORTHWOOD, D.O. Durability of concrete: accelerated carbonation</p><p>and weathering studies. Building and Environment, v. 34, p. 597-606, 1999.</p><p>16. SANTORO, J. F.; KRIPKA, M. Determinação das emissões de dióxido de carbono das matérias</p><p>primas do concreto produzido na região norte do Rio Grande do Sul. Ambiente Construído,</p><p>Porto Alegre, v. 16, n. 2, p. 35 - 49, 2016.</p><p>17. VISSER, J. H. M. Influence of the carbon dioxide concentration on the resistance to carbonation</p><p>of concrete. Construction and Building Materials, v. 67, p. 8-13, 2014.</p><p>04</p><p>Análise de materiais utilizados na</p><p>produção de diodos emissores de luz</p><p>para possíveis aplicações em painéis</p><p>solares fotovoltaicos</p><p>Cochiran Pereira dos Santos</p><p>UFS</p><p>Adriana de Jesus Santos</p><p>UFS</p><p>Orlando Pedreschi Neto</p><p>Centro Universitário Estácio de Sergipe</p><p>Silvio Leonardo Valença</p><p>UFS</p><p>10.37885/210805656</p><p>Ciência e Engenharia de Materiais: conceitos, fundamentos e aplicação</p><p>61</p><p>Palavras-chave: Painel Solar Fotovoltaico, Diodo Emissor de luz, Geração de Energia</p><p>Elétrica, Caracterização de Materiais.</p><p>RESUMO</p><p>Energia é a capacidade que um corpo, uma substância ou um sistema físico têm de reali-</p><p>zar trabalho. Apresenta-se em três tipos diferentes: térmica, elétrica e química. Devido a</p><p>efeitos indesejáveis na produção de diversas formas de energia, como gases que geram</p><p>o efeito estufa, a tendência global é estimular a produção de energias renováveis, desta-</p><p>cando-se principalmente, a energia eólica e solar. Dentro desse contexto, a energia solar</p><p>fotovoltaica vem ganhando cada vez mais espaço, e os materiais utilizados para converter</p><p>a energia solar em energia elétrica de maneira mais eficiente são o ponto central de in-</p><p>vestigação. Esse trabalho busca estudar a interação intrínseca de alguns materiais, como</p><p>o arsenieto de gálio, o fosfato de gálio e o nitreto de gálio, empregados na construção</p><p>de diodos emissores de luz com a radiação solar, evidenciando seu rendimento através</p><p>de medidas de tensão e corrente elétrica para a determinação da potência fornecida,</p><p>caracterizando-os para possíveis aplicações na produção de energia elétrica. Os resul-</p><p>tados foram comparados aos do silício, por ser o material mais empregado atualmente</p><p>na produção desses painéis. Destaca-se o arsenieto de gálio, que apresentou a maior</p><p>corrente elétrica dentre todos. A corrente elétrica é o fator decisivo para que os painéis</p><p>solares fotovoltaicos possam alimentar cargas. Um protótipo foi construído com apenas</p><p>dois leds infravermelhos em série para alimentar como carga um dispositivo eletrônico que</p><p>necessita de valores relativamente baixos de corrente elétrica, demonstrando a viabilidade</p><p>da construção de painéis solares de led para converter energia luminosa em elétrica.</p><p>Ciência e Engenharia de Materiais: conceitos, fundamentos e aplicação</p><p>62</p><p>INTRODUÇÃO</p><p>Com a crescente demanda mundial por produção de energia elétrica e a preocupação</p><p>em minimizar a degradação do planeta, o Sol vem ocupando lugar de destaque como uma</p><p>grande e importante fonte de energia alternativa, sendo em construções que privilegiem a</p><p>iluminação natural, na utilização da energia solar para o aquecimento da água por meio de</p><p>coletores solares, ou ainda em uma escala muito pequena, na geração de energia elétri-</p><p>ca a partir da energia solar. As células fotovoltaicas são os dispositivos responsáveis por</p><p>esta transformação. Elas são feitas com materiais semicondutores, principalmente o silício,</p><p>mas seu alto custo é um fator limitante para uso em larga escala (ATKINS, 2012; CETEM,</p><p>2020; ANEEL, 2021).</p><p>Muitas pesquisas têm sido feitas no sentido de tornar estas células mais eficientes,</p><p>de modo a reduzir o custo da energia convertida por célula, e os materiais semicondutores</p><p>merecem atenção especial. Eles são a base da indústria eletrônica e sua importância está na</p><p>possibilidade de alteração de suas características elétricas de forma relativamente simples</p><p>pela adição de átomos diferentes a estes materiais. O silício é um exemplo de semicondutor</p><p>muito utilizado na indústria, e se um átomo de fósforo for inserido em um cristal de silício,</p><p>haverá um elétron a mais na rede cristalina. Este elétron poderá se mover pelo material,</p><p>pois não está fortemente ligado ao átomo. O novo material possuirá elétrons em excesso e</p><p>é denominado semicondutor tipo n. O oposto ocorrerá se um átomo de gálio for inserido na</p><p>rede cristalina de silício, um elétron estará faltando e este “buraco” se comportará como uma</p><p>carga positiva que também pode mover-se pelo material, sendo denominado semicondutor</p><p>tipo p (Sears & Zemansky, 2016).</p><p>O diodo emissor de luz (led) é constituído de materiais semicondutores, sendo um trans-</p><p>dutor, convertendo um tipo de energia em outra, e geralmente é utilizado para transformar</p><p>energia elétrica em luminosa. Entretanto, nesse projeto ele foi usado como fotorreceptor,</p><p>transformando energia de modo reverso, ou seja, de luminosa para elétrica. A luz é composta</p><p>por fótons que possuem energia e quando essa luz incide nos materiais semicondutores</p><p>presentes dentro dos leds é originado um fluxo de elétrons, dando origem a corrente elétri-</p><p>ca. A energia do fóton depende de duas variáveis: a constante de Planck e a frequência da</p><p>luz, e a luz solar é portadora de todas as frequências de luz visível, além de uma quantidade</p><p>significativa de infravermelho e ultravioleta (RESNICK, 1979; LLEWELLYN, 2014).</p><p>Nesse trabalho, objetivou-se a caracterização de diferentes diodos emissores de luz</p><p>que utilizam materiais semicondutores em sua constituição, visando possíveis aplicações</p><p>em painéis solares fotovoltaicos de baixo custo, bem como propor uma atividade experi-</p><p>mental que contribua para a melhoria do processo de ensino-aprendizagem de estudantes</p><p>e docentes de graduação e de pós-graduação em ciência e engenharia de materiais.</p><p>Ciência e Engenharia de Materiais: conceitos, fundamentos e aplicação</p><p>62 63</p><p>MÉTODO</p><p>A metodologia empregada consistiu no estudo do rendimento de vários materiais semi-</p><p>condutores utilizados na fabricação de diodos emissores de luz, como o arsenieto de gálio,</p><p>o fosfato de gálio e o nitreto de gálio, visando a possível aplicação na produção de painéis</p><p>fotovoltaicos, caracterizando-os através de medidas de corrente, tensão e potência, direta-</p><p>mente com a incidência de luz solar, em triplicata, no horário de meio-dia, por apresentar</p><p>maior intensidade (Alves, 2008).</p><p>As medidas de tensão e corrente dos leds foram realizadas com o auxílio de um</p><p>multímetro digital da marca Icel Md-1500 em diodos emissores de luz encontrados comer-</p><p>cialmente em lojas especializadas, com os respectivos comprimentos de onda e elementos</p><p>constituintes: infravermelho (GaAs), vermelho (GaAsAl), amarelo (GaAsP), verde (GaP),</p><p>azul (GaN) e violeta (AlInGaP) (GROSS, 2005), além do silício proveniente de um transistor</p><p>2N3055 sem cápsula (GREEN, 1995). Posteriormente, determinou-se a potência elétrica de</p><p>cada um através da fórmula .</p><p>Na Figura 1 podemos observar os comprimentos de onda dos seis diodos emissores</p><p>de luz utilizados no trabalho, em que observa-se o comportamento monocromático da luz</p><p>emitida. Isso significa que o led só vai aproveitar o espectro da luz incidente no comprimento</p><p>de onda que ele emite (Möllmann, 2007). As medidas foram realizadas com um espectrô-</p><p>metro modular Ocean Optics com fibra óptica padrão conectados a um computador com</p><p>software de análise integrado.</p><p>Figura 1. Espectro de emissão dos leds utilizados no trabalho realizado com um espectrômetro modular com fibra óptica</p><p>padrão.</p><p>Fonte: (O autor, 2021).</p><p>Ciência e Engenharia de Materiais: conceitos, fundamentos</p><p>e aplicação</p><p>64</p><p>Através da análise do espectro de emissão dos leds da Figura 1, podemos construir a</p><p>Tabela 1, em que temos a faixa espectral com a relativa intensidade máxima, fundamental</p><p>para o estudo de emissão e absorção de radiações eletromagnéticas com a matéria.</p><p>Tabela 1. Leds utilizados com suas relativas faixas espectrais e intensidades máximas.</p><p>Led Faixa espectral (nm) Intensidade máxima (nm)</p><p>Infravermelho 765 - 875 835</p><p>Vermelho 590 - 650 630</p><p>Amarelo 570 - 625 585</p><p>Verde 480 - 580 520</p><p>Azul 440 - 520 465</p><p>Violeta 350 - 410 363</p><p>Fonte: (O autor, 2021).</p><p>RESULTADOS E DISCUSSÃO</p><p>Na Tabela 2 encontram-se os resultados referentes às medidas de tensão, corrente e</p><p>potência elétrica de cada componente estudado, bem como o material constituinte de cada</p><p>um. Os resultados foram comparados com o silício, por esse ser atualmente o material mais</p><p>utilizado para a fabricação de painéis solares fotovoltaicos.</p><p>Tabela 2. Resultados de tensão, corrente e potência para os componentes estudados.</p><p>Componente Material consti-</p><p>tuinte Tensão (V) Corrente (A) Potência (W)</p><p>Led infravermelho GaAs (0,88 ± 0,02) (59,0 ± 0,3).10–6 (5,2.10–5)</p><p>Led Vermelho GaAsAl (1,40 ± 0,03) (2,5 ± 0,1).10–6 (3,5.10–6)</p><p>Led amarelo GaAsP (1,30 ± 0,02) (1,3 ± 0,1).10–6 (1,7.10–6)</p><p>Led verde GaP (0,22 ± 0,02 ) (0,1 ± 0,0).10–6 (2,2.10–8)</p><p>Led azul GaN (0,11 ± 0,01) (0,1 ± 0,0).10–6 (1,1.10–8)</p><p>Led violeta AlInGaP (0,00 ± 0,00) (0,0 ± 0,0) (0,0)</p><p>Transistor Si (0,50 ± 0,01) (2,1 ± 0,1).10–3 (1,1.10–3)</p><p>Fonte: (O autor, 2021).</p><p>Através da análise dos dados obtidos, destacam-se os maiores valores de tensão elé-</p><p>trica nos componentes constituídos de arsenieto de gálio-alumínio (led vermelho) e arsenieto</p><p>de gálio-fósforo (led amarelo), assim como a ausência de diferença de potencial e corrente</p><p>elétrica no componente constituído de fosfato de alumínio e gálio-índio (led violeta), esse</p><p>último demonstrando não ter utilização alguma na geração de energia elétrica em painéis</p><p>fotovoltaicos. Os componentes constituídos de fosfato de gálio (led verde) e nitreto de gálio</p><p>(led azul) também demonstraram baixa eficiência para a utilização em estudo.</p><p>Destacam-se ainda os valores de tensão obtidos com o led infravermelho (arsenieto</p><p>de gálio), que também apresentou o maior valor de corrente elétrica (59,0 ± 0,3) μA dentre</p><p>Ciência e Engenharia de Materiais: conceitos, fundamentos e aplicação</p><p>64 65</p><p>os seis leds estudados. A corrente elétrica é o fator decisivo para que os painéis solares</p><p>fotovoltaicos possam alimentar cargas, como dispositivos eletrônicos, lâmpadas, eletrodo-</p><p>mésticos etc. Quanto maior o valor de corrente elétrica gerada, maior a eficiência do sistema,</p><p>como nos mostra a potência elétrica calculada através do produto da tensão pela corrente.</p><p>Para termos uma comparação com o silício, o material mais utilizado na produção de</p><p>painéis solares, utilizou-se a junção base-coletor de um transistor 2N3055, que foi exposta</p><p>ao sol e apresentou um valor intermediário de tensão elétrica (0,50 ± 0,01) V, porém, o valor</p><p>de corrente elétrica (2,1 ± 0,1) mA foi quase trinta e seis vezes maior que o melhor resultado</p><p>obtido dentre os materiais estudados anteriormente, o arsenieto de gálio (led infravermelho).</p><p>Em seguida, foi construído um protótipo de gerador de energia solar fotovoltaica uti-</p><p>lizando apenas dois leds infravermelhos ligados em série para alimentar como carga um</p><p>relógio/cronômetro digital, demonstrando que dispositivos que necessitam de valores rela-</p><p>tivamente baixos de corrente elétrica podem se beneficiar dessa forma limpa e sustentável</p><p>de geração de energia. As figuras abaixo mostram os dois leds conectados em série que</p><p>funcionam como célula fotovoltaica, sem incidência luminosa (Figura 2a: relógio desligado)</p><p>e com incidência luminosa (Figura 2b: relógio ligado).</p><p>Figura 2. Célula fotovoltaica sem incidência luminosa (relógio desligado) e com incidência luminosa (relógio ligado).</p><p>2b</p><p>Fonte: (O autor, 2021).</p><p>Vale ressaltar que tanto a tensão quanto a corrente podem ser otimizadas para uso,</p><p>basta fazer associações em série (aumenta-se a tensão resultante) ou paralelo (aumenta-se</p><p>a corrente resultante), com isso, pode-se aumentar a capacidade de fornecer energia a sis-</p><p>temas (MICHA, 2017). Com o desenvolvimento desse trabalho, espera-se que se fortaleça</p><p>a pesquisa sobre o desenvolvimento de dispositivos fotovoltaicos solares mais eficientes</p><p>através da integração de materiais semicondutores.</p><p>Ciência e Engenharia de Materiais: conceitos, fundamentos e aplicação</p><p>66</p><p>CONCLUSÕES</p><p>Foram estudados seis diodos emissores de luz com diferentes comprimentos de onda</p><p>de emissão e um elemento de silício visando analisar a eficiência de seus materiais cons-</p><p>tituintes quanto à geração de energia elétrica. Notou-se que há uma grande dependência</p><p>entre o material de que é constituído o componente e sua capacidade de gerar energia</p><p>elétrica como célula fotovoltaica.</p><p>Destacaram-se os valores de tensão obtidos com o arsenieto de gálio, empregado na</p><p>fabricação de led infravermelho, que também apresentou o maior valor de corrente dentre</p><p>todos os materiais estudados. Quanto maior o valor de corrente elétrica gerada, maior a</p><p>eficiência do sistema. Contudo, em termos de comparação com o silício, o material mais</p><p>utilizado na produção de painéis solares atualmente, o valor de tensão gerado pelo silício</p><p>ficou abaixo de três componentes, porém, o valor de sua corrente elétrica foi quase trinta e</p><p>seis vezes maior que o melhor resultado obtido dentre os materiais estudados anteriormente.</p><p>O protótipo se mostrou eficiente para uso em equipamentos que consomem pequenos</p><p>valores de corrente elétrica e pode ser facilmente implementado a um baixo custo, além de</p><p>despertar o interesse pela forma de geração de energia utilizada.</p><p>A referida atividade experimental se mostrou de grande valia para educadores e es-</p><p>tudantes poderem explorar de forma dinâmica essa parte do ensino que envolve física de</p><p>semicondutores e ciência e engenharia de materiais, instigando os discentes com tecnologias</p><p>potencialmente transformadoras, sensibilizando-os quanto à necessidade de uma busca de</p><p>soluções conscientes para nosso planeta.</p><p>REFERÊNCIAS</p><p>1. ATKINS, P. W.; JONES, L. Princípios de química: questionando a vida moderna e o meio</p><p>ambiente. 5. ed. Porto Alegre. Ed. Bookman, 2012.</p><p>2. CETEM. Energia solar e eólica. Disponível em: www.cetem.gov.br/.../Energia_solar/Ener-</p><p>gia_Eolica_e_Solar-Fontes_de_Energia.pdf. Acesso em 12 mai. 2021.</p><p>3. ANEEL. Produção de energia solar fotovoltaica no Brasil. Disponível em: http://www2.camara.</p><p>leg.br/camaranoticias/noticias/INDUSTRIA-E-COMERCIO/537475-PRODUCAODEENERGIA-</p><p>-SOLAR-FOTOVOLTAICA-NO-BRASIL-AINDA-PRECISA-EVOLUIR,-DIZ-REPRESENTANTE-</p><p>-DA-ANEEL.html. Acesso em 11 mai. 2021.</p><p>4. Young, H. D. Física IV: Sears e Zemansky: ótica e física moderna / Hugh D. Young, Roger A</p><p>Freedman; colaborador A. Lewis Ford; tradução Daniel Vieira; revisão técnica Adir Moysés</p><p>Luiz. 14. ed. São Paulo: Pearson Education do Brasil, 2016.</p><p>5. RESNICK, R.; EISBERG, R. Física quântica: átomos, moléculas, sólidos, núcleos e partícu-</p><p>las. São Paulo: Campus, 1979.</p><p>Ciência e Engenharia de Materiais: conceitos, fundamentos e aplicação</p><p>66 67</p><p>6. LLEWELLYN, R. A.; TIPLER, P. A. Física moderna, 2014.</p><p>7. Alves, E. G.; Silva, A. F. da. Usando um led como fonte de energia. A Física na Escola, p.26,</p><p>vol. 9 nº 1, 2008.</p><p>8. Gross, N. A.; Hersek , M.; Bansil, A. Visualizing infrared phenomena with a webcam. American</p><p>Journal of Physics 73, 986, 2005. https://doi.org/10.1119/1.1900105</p><p>9. Möllmann, K. P.; Vollmer, M. Infrared thermal imaging as a tool in university physics education.</p><p>European Journal of Physics, 28, S37, 2007. 10.1088/0143-0807/28/3/S04</p><p>10. Green, M.; Keevers, M. J. Optical Properties of Intrinsic Silicon at 300 K, Progress in Photovol-</p><p>taics Research and Applications 3(3): 189 - 192, 1995. DOI:10.1002/pip.4670030303</p><p>11. Micha, D. N.; Costa, E. W. da; Pires, M. P. Simulation of InGaAs/InGaP multiple quantum well</p><p>systems</p><p>for multijunction solar cell. Conference: 32nd Symposium on Microelectronics Tech-</p><p>nology and Devices (SBMicro), 2017. DOI:10.1109/SBMicro.2017.8112996</p><p>05</p><p>Análise do comportamento mecânico a</p><p>quente do aço inoxidável super duplex</p><p>UNS S32760 através de mapas de</p><p>processamento</p><p>Clayton Pereira Dias</p><p>UFSCar</p><p>Oscar Balancin</p><p>UFSCar</p><p>10.37885/210705422</p><p>Ciência e Engenharia de Materiais: conceitos, fundamentos e aplicação</p><p>69</p><p>Palavras-chave: Trabalhabilidade a Quente, Mapas de Processamento, Super Du-</p><p>plex, UNS S32760.</p><p>RESUMO</p><p>A necessidade de materiais com maiores resistências mecânica e a corrosão em am-</p><p>bientes corrosivos, como na extração de petróleo em meios salinos, têm conduzido a</p><p>utilização de aços inoxidáveis super duplex em projetos como o do Pré-sal. A fabricação</p><p>desses materiais envolve a etapa de processamento a quente, cujo desempenho depen-</p><p>de da trabalhabilidade do material. Nesta apresentação investigam-se as condições de</p><p>processamento em que o aço inoxidável super duplex UNS S32760 pode ser deformado</p><p>e a zona de trabalho em que o material pode falhar. A simulação física foi realizada por</p><p>meio de ensaio de torção a quente. Os ensaios foram realizados em temperaturas va-</p><p>riando de 900°C a 1200°C e taxas de deformação de 0,01 s–1 a 10 s–1. Foi determinada</p><p>a evolução da sensibilidade da tensão com a taxa de deformação (m) nas temperaturas</p><p>investigadas em deformações de 0.5. De posse dos valores de m para cada condição</p><p>de deformação, foram calculados os valores da eficiência de dissipação de potência (ῃ)</p><p>e aplicando um critério de instabilidade (ξ) foram construídos mapas de processamento.</p><p>Utilizando esses mapas, discutem-se os efeitos das condições de deformação na eficiên-</p><p>cia de dissipação de potência e na instabilidade plástica do material. Foram relacionados</p><p>os domínios dos mapas de processamento com as microestruturas observadas e com</p><p>aspectos das curvas de escoamento plástico.</p><p>Ciência e Engenharia de Materiais: conceitos, fundamentos e aplicação</p><p>70</p><p>INTRODUÇÃO</p><p>Os aços inoxidáveis ferrítico-austenítico solidificam-se com estrutura ferrítica em tempe-</p><p>raturas próximas a 1430°C e tornam-se bifásicos durante o resfriamento com a transformação</p><p>α→γ por reação no estado sólido. Usualmente, durante o trabalho a quente esses aços são</p><p>aquecidos a 1250°C e deformados em sequências de passes por laminação ou forjamento</p><p>com a temperatura decrescendo até valores próximos a 1000°C. Nesta faixa de temperaturas</p><p>ocorre a transformação de fase com a nucleação e crescimento de partículas de austenita</p><p>em contornos e dentro da matriz ferrítica. De uma forma geral, a presença de uma segunda</p><p>fase massiva durante o processamento a quente torna o processo de deformação plástico</p><p>mais complexo e a microestrutura desempenha um papel decisivo no limite de conformação</p><p>mecânica do material. Ao lado do encruamento e do amaciamento necessários para a defor-</p><p>mação de cada uma das fases, contornos de grãos e de fases têm um papel importante na</p><p>microestrutura duplex, uma vez que a acomodação da deformação macroscópica depende</p><p>das características plásticas e de fratura das fases e interfaces presentes [1,2].</p><p>A trabalhabilidade intrínseca do material depende da microestrutura inicial e de sua</p><p>resposta às condições de deformação impostas. Nesta resposta está embutida implicita-</p><p>mente a dependência da taxa de deformação com a tensão e a temperatura. Todavia, como</p><p>parte explicita da resposta do material aos parâmetros do processo podem haver mudanças</p><p>microestruturais. Por exemplo, sob certas condições, a microestrutura do material pode ser</p><p>reconstruída devido aos processos de restauração como a recuperação e a recristalização.</p><p>Alternativamente, o material pode responder com danos microestruturais devido a fluxo</p><p>instável ou localizado.</p><p>Uma forma de análise da resposta do material aos parâmetros de processamento é</p><p>a construção de mapas de processamento. Prasad e col. [3,4] propuseram a construção</p><p>de mapas utilizando o Modelo Dinâmico de Materiais. Nesta técnica, o mapa de processa-</p><p>mento é construído plotando a dissipação de potência no material (η) devido às mudanças</p><p>microestruturais em função da temperatura e da taxa de deformação, sendo (η) dada por:</p><p>(Eq. 1)</p><p>onde m é a sensibilidade da tensão (σ) à taxa de deformação, dada por: m = (dlnσ/dlnε),</p><p>com a temperatura e quantidade de deformação constantes.</p><p>A instabilidade plástica do material é descrita pela variação do parâmetro de insta-</p><p>bilidade ( ξ ) com a temperatura e taxa de deformação, sendo que instabilidades deve-</p><p>rão ocorrer quando:</p><p>(Eq. 2)</p><p>Ciência e Engenharia de Materiais: conceitos, fundamentos e aplicação</p><p>70 71</p><p>A trabalhabilidade intrínseca de aços inoxidáveis duplex tem sido objeto de várias pes-</p><p>quisas [5-7], todavia não temos informações da literatura sobre estudos do processamento</p><p>a quente de aços super duplex. Esses aços, com uma composição química mais complexa,</p><p>se caracterizam por apresentarem maiores resistências mecânica e a corrosão em meios</p><p>salinos. Nesta apresentação será estudada a trabalhabilidade desses aços utilizando mapas</p><p>de processamento.</p><p>MATERIAIS E MÉTODOS</p><p>A composição química do aço inoxidável super duplex UNS S32760, utilizado nesta</p><p>investigação, é dada na Tabela 1. Os corpos de prova para os ensaios de torção a quente</p><p>foram retirados de barras laminadas a quente com diâmetro de 19,5 mm e usinados com</p><p>diâmetro e comprimento úteis de 8,0 mm e 12,0 mm, respectivamente.</p><p>Tabela 1. Composição química do aço UNS S32760 (% em massa).</p><p>C Si Mn Cr Ni Mo W Cu N Fe</p><p>0,02 0,25 0,54 25,18 7,04 3,57 0,53 0,55 0,23 Bal.</p><p>Para homogeneizar o material antes de iniciar a deformação, as amostras foram aqueci-</p><p>das até 1200°C, mantidas nesta temperatura durante 5 minutos em uma atmosfera protegida</p><p>com argônio, em seguida resfriadas até a temperatura de deformação, sendo mantidas nestas</p><p>temperaturas durante 30 segundos para eliminar os gradientes térmicos. Os testes de torção</p><p>a quente foram realizados no intervalo de temperaturas entre 900-1200°C com taxas de 0,01,</p><p>0,1, 1,0 e 10,0 s–1. Durante os ensaios, a resposta do material era registrada na forma de</p><p>curvas tensão verdadeira vs. deformação verdadeira. Após serem ensaiadas as amostras</p><p>foram resfriadas até a temperatura ambiente e seccionadas ao longo da seção do diâmetro</p><p>e examinadas via microscopia óptica em um plano paralelo ao eixo dos corpos de prova.</p><p>Os procedimentos adotados para a construção dos mapas de dissipação de energia e de</p><p>instabilidade plástica foram os usuais e são descritos a seguir. Os valores da tensão, para cada</p><p>temperatura e deformação de 0,5, foram obtidos das curvas de escoamento plástico. Os dados</p><p>experimentais lidos foram utilizados para construir curvas lnσ versus. lnε . A partir destas curvas.</p><p>Calculou-se a sensibilidade da tensão à taxa de deformação m = (dlnσ/dlnε). A eficiência de</p><p>dissipação de energia devido às alterações microestruturais (Eq. 1) foi calculada em função da</p><p>temperatura e da taxa de deformação e plotada na forma de mapas de iso-eficiência. Os valores</p><p>de , dada pela equação (2), foram avaliados e representados em função da temperatura</p><p>e da taxa de deformação para se obter os mapas de instabilidade.</p><p>Ciência e Engenharia de Materiais: conceitos, fundamentos e aplicação</p><p>72</p><p>RESULTADOS E DISCUSSÕES</p><p>Curvas de escoamento plástico</p><p>A figura 1 mostra as curvas de escoamento plástico obtidas experimentalmente. Pode-</p><p>se ver nesta figura que as amostras deformadas em baixas temperaturas e altas taxas de</p><p>deformação falham com deformações próximas a 1,0. Por outro lado, amostras deformadas</p><p>em altas temperaturas e baixas taxas de deformação suportam maiores deformações, sendo</p><p>que em 1200°C e taxa de 0,01 s–1 o material não falhou mesmo com deformação de 4,0.</p><p>As curvas de escoamento têm a forma característica do comportamento plástico a quen-</p><p>te de materiais metálicos; a tensão aumenta com a deformação até um máximo e decresce</p><p>em seguida. Todavia, existem diferenças significativas</p><p>quando estas curvas são comparadas</p><p>com as apresentadas por materiais monofásicos que recuperam e recristalizam dinamica-</p><p>mente. Pode-se notar na Figura 1 que o estado estacionário não é alcançado. Em baixas</p><p>temperaturas a curva tem uma forma arredondada, como pode ser observado em 900°C</p><p>com taxas de 1,0 e 10 s–1 ou em 1000°C com taxa de 10 s–1. Em altas temperaturas, ini-</p><p>cialmente a tensão aumenta com a deformação de forma aproximadamente linear até um</p><p>máximo. Em seguida pode ou não apresentar uma faixa de deformações com tensão cons-</p><p>tante na região de máxima tensão, vindo a decrescer em seguida. Na Figura 1, pode-se</p><p>ver que essa transição ocorre com taxas de deformação de 0,1 s–1. Em 1100°C com taxa</p><p>de deformação 0,1 s–1, que é um exemplo desta mudança de forma, a curva apresenta um</p><p>pequeno patamar de tensões logo no início da deformação.</p><p>Ciência e Engenharia de Materiais: conceitos, fundamentos e aplicação</p><p>72 73</p><p>Fig. 1. Curvas de escoamento plástico obtidas nos ensaios de torção a quente com as temperaturas: (a) 900°C, (b) 1000°C,</p><p>(c) 1100°C e (d) 1200°C.</p><p>Com os valores da tensão para a deformação de 0.5 em cada temperatura, lidos nas</p><p>curvas da Figura 1, foram determinados os pontos das curvas lnσ versus. lnε , como pode</p><p>ser visto na Figura 2. O coeficiente de sensibilidade da tensão à taxa de deformação (m)</p><p>foi determinado interpolando esses pontos e fazendo a derivada dessas curvas. Os valores</p><p>de m calculados para deformação de 0,5 estão apresentados na Tabela 2. Na figura 2a</p><p>fez-se a interpolação desses pontos com um polinômio do segundo grau. Pode-se ver que</p><p>o ajuste não é perfeito; há desvios em 1100 e 1200°C. Para eliminar esse desvio fez-se o</p><p>ajuste com polinômio do terceiro grau, como mostrado na Figura 2b. Independente do tipo</p><p>de ajuste pode-se ver que em 900°C as curvas têm uma forma parabólica com a inclinação</p><p>aumentando mais rapidamente em baixas taxas de deformação do que em taxas mais altas.</p><p>Esta tendência desaparece em 1000°C e em temperaturas maiores, o polinômio do terceiro</p><p>grau se ajusta melhor.</p><p>Ciência e Engenharia de Materiais: conceitos, fundamentos e aplicação</p><p>74</p><p>Tabela 2. Valores de (m) calculados para deformação de 0,5.</p><p>Ajuste de Segundo grau Ajuste de terceiro grau</p><p>Deform 0.5 0.5</p><p>Taxa 0.01 0.1 1 10 0.01 0.1 1 10</p><p>9000C 0.220 0.141 0.063 0.016 0.206 0.145 0.067 0.030</p><p>9500C 0.170 0.135 0.101 0.066 0.179 0.132 0.098 0.076</p><p>10000C 0.124 0.129 0.135 0.141 0.155 0.121 0.126 0.172</p><p>10500C 0.151 0.158 0.166 0.173 0.063 0.183 0.190 0.086</p><p>11000C 0.176 0.185 0.194 0.203 0.021 0.239 0.248 0.007</p><p>11500C 0.223 0.212 0.202 0.191 0.282 0.196 0.185 0.249</p><p>12000C 0.267 0.238 0.208 0.179 0.560 0.157 0.127 0.471</p><p>Fig. 2. Dependência da tensão com a taxa de deformação mantendo a temperatura constante e deformação igual 0,5. (a)</p><p>ajuste utilizando um polinômio de segundo grau e (b) utilizando um polinômio de terceiro grau.</p><p>Mapas de processamento</p><p>Ajuste de segundo grau</p><p>A partir das discrepâncias observadas na Figura 2, optou-se por construir mapas utilizan-</p><p>do as duas interpolações. A Figura 3 mostra o conjunto de mapas de dissipação de energia,</p><p>de instabilidade e de processamento determinados utilizando o ajuste de segundo grau no</p><p>cálculo de m. O valor de m para o escoamento estável em um material viscoplástico varia</p><p>de zero a um. Quando o valor de m aumenta, a dissipação de potência devido à evolução</p><p>microestrutural também aumenta. A eficiência representa a taxa relativa de produção de</p><p>entropia interna durante a deformação a quente e caracteriza a microestrutura gerada em</p><p>diferentes condições de deformação. Nesta análise, o parâmetro que define a partição de</p><p>potência entre a geração de calor e a evolução microestrutural, η, está sendo representado</p><p>no mapa pelas linhas de iso - eficiência. Vê-se na Figura 3(c) que a dissipação de potência</p><p>assume valores entre 30 e 40% quando o material é deformado em temperaturas igual ou</p><p>Ciência e Engenharia de Materiais: conceitos, fundamentos e aplicação</p><p>74 75</p><p>maiores que 1100°C. Todavia, esse valor decresce bruscamente quando o material é de-</p><p>formado em 900°C com taxa de deformação de 10 s–1.</p><p>Fig. 3. Mapas de dissipação de energia (a), de instabilidade (b) e de processamento (c) calculados utilizando o ajuste de</p><p>segundo grau para a determinação de m.</p><p>Tendo em mente que o mapa de processamento é a sobreposição dos mapas de dis-</p><p>sipação de energia com o de instabilidade plástica, pode-se ver também na Figura 3 que</p><p>a deformação plástica é estável em altas temperaturas, vindo a apresentar uma região de</p><p>instabilidade quando o material é deformado próximo a 900°C com taxa de 10 s–1. O crité-</p><p>rio de instabilidade usado aqui pode ser interpretado de um modo simples. Se o sistema</p><p>material não produz entropia constitutivamente a uma taxa tal que está se iguale a taxa de</p><p>entrada de entropia imposta pelos parâmetros do processo, o fluxo se torna localizado e</p><p>causa instabilidade plástica. Instabilidades plásticas típicas são as formadas por bandas de</p><p>cisalhamento adiabáticas, por localização de fluxo plástico ou a fratura do material.</p><p>Ajuste de terceiro grau</p><p>A Figura 4 mostra o conjunto de mapas de dissipação de energia, de instabilidade e o</p><p>de processamento determinados utilizando o ajuste de terceiro grau no cálculo de m. Tendo</p><p>em mente que a tensão efetiva varia de forma não linear com a temperatura e taxa de de-</p><p>formação, o mapa de dissipação de potência deve ter regiões em relevos e vales, quando</p><p>Ciência e Engenharia de Materiais: conceitos, fundamentos e aplicação</p><p>76</p><p>representado em três dimensões. Os vários domínios que surgem podem ser correlacionados</p><p>com as mudanças microestruturais do material por diferentes mecanismos. Vê-se na Figura</p><p>4(a) que o mapa de dissipação apresenta novos vales: a 1100°C com taxas de 0,01 e de</p><p>10 s–1 e a 1200°C com taxas entre 1.0 e 0,1 s–1. A Figura 4(b) também indica a presença de</p><p>uma nova região de instabilidade a 1100°C com taxa de 10 s–1. Comparando as Figuras 3</p><p>e 4 pode-se ver que as condições de processamento adequadas para o trabalho a quente</p><p>se alteraram; surge uma nova região de instabilidade em torno de 1100°C com taxas en-</p><p>tre 1.0 e 10 s–1.</p><p>Fig. 4. Mapa de dissipação de energia (a), de instabilidade (b) e de processamento (c) calculados utilizando o ajuste de</p><p>terceiro grau para a determinação de m.</p><p>Evolução microestrutural</p><p>Foram observadas as microestruturas de todas as amostras após a deformação. Ambos</p><p>os mapas de processamento (Figs. 3 e 4) indicam uma região de instabilidade em baixas</p><p>temperaturas. A Figura 5 mostra microestruturas observadas após deformações nesta e</p><p>próximo a esta região. Vê- se claramente a formação de trincas e localização de fluxo nas</p><p>amostras deformadas dentro da região de instabilidade. Também, pode-se ver nas microes-</p><p>truturas observadas em 900 e 1000°C a presença de pequenas partículas de austenita for-</p><p>madas dentro da matriz ferrítica deformada, indicando que houve a transformação de fase</p><p>no resfriamento ou durante a deformação.</p><p>Ciência e Engenharia de Materiais: conceitos, fundamentos e aplicação</p><p>76 77</p><p>Fig. 5. Microestruturas observadas em amostras deformadas na região de instabilidade plástica e próximo a esta região</p><p>em baixas temperaturas.</p><p>A figura 6 mostra microestruturas observadas após deformação nas regiões de pos-</p><p>sível processamento indicado pelo mapa da Figura 3 e na região de instabilidade plástica</p><p>indicada pelo mapa de processamento da Figura 4. Vê-se nestas fotos que as duas fases</p><p>estão alongadas e alinhadas com a direção de deformação. Está bem estabelecido na li-</p><p>teratura que a ferrita restaura por recuperação dinâmica extendida e que a austenita pode</p><p>recristalizar dinamicamente [8,9]. A recuperação dinâmica extendida pode ser aferida por</p><p>contornos de grãos/subgrãos fragmentando os antigos grãos ferríticos. Também, pode-se</p><p>ver uma pequena quantidade de partículas de austenita formadas dentro dos grãos ferríticos.</p><p>Comparando as microestruturas observadas após deformações em 1200°C</p><p>com taxa</p><p>de 0,01 s–1 e a 1100°C com taxa de 10 s–1 vê-se que as microestruturas são semelhantes e</p><p>não evidenciam a região de instabilidade mostrada em 1100°C no mapa de processamento</p><p>da Figura 4. Todavia, as curvas de escoamento plástico (Fig.1) indicam que há uma mudan-</p><p>ça na forma destas curvas nestas condições de deformação. Também, as microestruturas</p><p>mostradas nas Figs. 5 e 6 indicam que a fração volumétrica de austenita formada é significa-</p><p>tivamente menor em altas temperaturas. Pode-se esperar que em baixas temperaturas haja</p><p>a precipitação de austenita durante o resfriamento e deformação aumentando o encruamento</p><p>do material (9) e em temperaturas maiores a deformação inicialmente se concentra na fer-</p><p>rita que é mais macia que a austenita, como indicado na curva de escoamento da amostra</p><p>deformada a 1100°C com taxa de 0,1 s–1. Assim, pode-se esperar que a nova região de</p><p>instabilidade representada na figura 4 indique apenas uma mudança nos mecanismos de</p><p>deformação plástica do material.</p><p>Ciência e Engenharia de Materiais: conceitos, fundamentos e aplicação</p><p>78</p><p>Fig. 6. Microestruturas observadas em amostras deformadas na região de processamento (Fig. 3) e de instabilidade (Fig. 4).</p><p>CONCLUSÕES</p><p>Os mapas de processamento indicam que o aço inoxidável super duplex UNS S32760</p><p>pode ser processado de forma satisfatório em altas temperaturas com as taxas de deforma-</p><p>ções estudadas e apresenta uma região de instabilidade plástica em baixas temperaturas.</p><p>A confecção de mapa de processamento com melhor ajuste dos valores do coeficiente</p><p>de sensibilidade da tensão a taxa de deformação indica a presença de uma região de ins-</p><p>tabilidade plástica em torno de 1100°C e taxa de 10 s–1. As microestruturas observadas não</p><p>confirmam esta região de instabilidade, todavia, nessas condições de deformação, o material</p><p>apresenta curvas de escoamento plástico com menor taxa de encruamento.</p><p>Ciência e Engenharia de Materiais: conceitos, fundamentos e aplicação</p><p>78 79</p><p>REFERÊNCIAS</p><p>1. O. Balamcin, W.A. Hoffmann, J.J. Jonas. Metall. Trans. A, v.31A, (2000) 1353-1364.</p><p>2. A. Piñol, A. Iza-Mendia, I. Gutiérrez. Metall. Trans. A, v. 31A, (2000) 1671-1677.</p><p>3. Y.V.R.K. Prasad, T. Seshacharyulu. Inter. Mater. Rev., v. 43, (1998) 243-258.</p><p>4. Y.V.R.K. Prasad, H.L. Gegel, S.M. Doraivelu., J.C. Malas. Metall. Trans. A. v.15, (1984) 1883-</p><p>1892.</p><p>5. T. Kawasaki, I. Takada, H. Ohtsubo, S. Suzuki. Hot workability of austenitic steel containing</p><p>delta-ferrite. Kawasaki Steel Technical Report, n0. 14, (1986) 50-60.</p><p>6. Y.L. Fang, Z.Y. Liu, H.M. Song, L.Z. Jiang. Mater. Sci. Enginer. A 526 (2009) 128-133.</p><p>7. L. Chen, X. Ma, X. Liu, l. Wang. Materials Design 32 (2011) 1292-1297.</p><p>8. P. Cizek, B.P. Wyne, J.P. Hurley, B.C. Muddle, P.D. Hodgson. Microestrutural study of softe-</p><p>ning processes in a duplex steel deformed in hot torsion. THERMEC97, Ed. T. Chandra and</p><p>T. Sakai. The Minerals, Metals & Materials Society, (1197) 387-393.</p><p>9. A. M. Jorge Jr., G. S. Reis, O. Balancin. Mater. Sci. Enginer. A 528 (2011) 2259-2264.</p><p>06</p><p>Análise macroestrutural de uma</p><p>liga Al-10%Sn solidificada em um</p><p>dispositivo direcional horizontal</p><p>refrigerado a água</p><p>Jacson Malcher Nascimento</p><p>Igor Alexsander Barbosa Magno</p><p>UFPA</p><p>André dos Santos Barros</p><p>UNICAMP</p><p>Angela de Jesus Vasconcelos</p><p>UNIFEI</p><p>Fabricio Vinicius Andrade de Souza</p><p>UFPA</p><p>Otávio Fernandes Lima da Rocha</p><p>IFPA</p><p>Maria Adrina Paixão de Souza da Silva</p><p>UFPA</p><p>10.37885/210404241</p><p>Ciência e Engenharia de Materiais: conceitos, fundamentos e aplicação</p><p>81</p><p>Palavras-chave: Ligas Al-Sn, “Grão Plumosos”, Dispositivo de Solidificação Horizontal.</p><p>RESUMO</p><p>Ligas Al-Sn apresentam interessantes características para fabricação de componentes</p><p>mecânicos sujeitos periodicamente a movimento relativo entre as superfícies de contato,</p><p>uma vez que partículas moles de estanho dispersas na matriz rica em alumínio atuam</p><p>como lubrificante sólido. Neste trabalho, um estudo experimental foi desenvolvido para a</p><p>liga Al-10%Sn solidificada direcionalmente em um dispositivo horizontal resfriado à água</p><p>sob condições transientes de extração de calor, com objetivo de determinar as variáveis</p><p>térmicas de solidificação e correlacioná-las com a posição da(s) transição(ões). Para tanto,</p><p>utilizou-se durante o processo de solidificação oito termopares e um sistema de aquisição</p><p>de dados para obtenção dos perfis térmicos. O lingote resultante foi caracterizado para</p><p>revelação macroestrutural e comparado com resultados propostos na literatura, a fim de</p><p>verificar a influência dos parâmetros térmicos nas zonas de transições. Os resultados</p><p>encontrados para a liga Al-10%Sn indicam o surgimento de duas transições não paralelas</p><p>à interface refrigerada, sendo observado, na macroestrutura, além dos grãos colunares</p><p>e equiaxiais, a morfologia de “grãos plumosos” na forma de “leque”.</p><p>Ciência e Engenharia de Materiais: conceitos, fundamentos e aplicação</p><p>82</p><p>INTRODUÇÃO</p><p>O desgaste de materiais em razão de forças de fricção entre as peças tem sido motivo</p><p>de preocupação nas indústrias no que se refere à vida útil das peças e ao custo na produ-</p><p>ção. A necessidade de vias alternativas para minimizar este problema tem destacado as</p><p>ligas do sistema Al-Sn nas pesquisas de solidificação. Assim sendo, este sistema de ligas</p><p>torna-se de interesse de estudos decorrentes de suas propriedades tribológicas e mecânicas,</p><p>visto que estas características tribológicas ocorrem em virtude de seus componentes serem</p><p>praticamente imiscíveis. Deste modo, uma composição acima de 0,09% de Sn constitui</p><p>uma estrutura metalográfica heterogênea, com partículas de estanho dispersas na matriz.</p><p>Este arranjo estrutural possibilita a ação harmônica entre a matriz tenaz rica em Al, res-</p><p>ponsável pela resistência mecânica, com as partículas moles de Sn, funcionando como</p><p>lubrificante sólido [1,2].</p><p>Com as crescentes exigências da indústria moderna por materiais com propriedades</p><p>cada vez mais elevadas e, por conseguinte, o controle da cinética do processo de solidificação</p><p>de metais e ligas metálicas vem a cada dia se consolidando como um objeto de estudo de</p><p>extrema importância para a obtenção de materiais com propriedades homogêneas e cada</p><p>vez mais adequadas à sua utilização prática. Por isso é essencial, uma abordagem de alguns</p><p>princípios básicos que envolvem o processo de solidificação de materiais metálicos. Destaca-</p><p>se, por exemplo, a técnica de solidificação unidirecional que tem sido bastante utilizada no</p><p>estudo experimental dos fenômenos da solidificação, esse estudo pode ser abordado tanto</p><p>em regime estacionário de extração de calor quanto em regime transitório, sendo esta úl-</p><p>tima de extrema importante uma vez que esta classe de fluxo de calor inclui a maioria dos</p><p>processos industriais que envolvem a solidificação [6]. Neste Sentido, importantes pequisas</p><p>[3-8] têm sido realizados nas últimas décadas com o objetivo de ser estabelecida, de forma</p><p>sistematizada, a influência dos diversos parâmetros térmicos e operacionais envolvidos no</p><p>processo de solidificação sobre a estrutura resultante, buscando melhorar o desempenho dos</p><p>materiais solidificados por meio de procedimentos experimentais desenvolvidos em sistema</p><p>como o dispositivo de solidificação horizontal [9,10], onde estão presente a convecção em</p><p>função dos gradientes de composição no líquido[11]. Com isso, este trabalho consiste em</p><p>investigar os parâmetros térmicos e a macroestrutura da liga Al-10%Sn e realizar um estudo</p><p>comparativo com o trabalho encontrado na literatura da liga Al-5,5%Sn [12], correlacionando,</p><p>assim, a influência dos parâmetros térmicos nas posições das zonas de transições.</p><p>Ciência e Engenharia de Materiais: conceitos, fundamentos e aplicação</p><p>82 83</p><p>PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL</p><p>A solidificação da liga Al-10%Sn ocorreu em um dispositivo direcional horizontal resfria-</p><p>do à água, sob condições transientes de extração de calor. O histórico térmico foi realizado</p><p>por meio de 8 (oito) termopares tipo K posicionados no centro da lingoteira e fixados em</p><p>relação a chapa</p><p>molde nas seguintes distâncias: 5, 10, 15, 20, 30, 50, 70 e 90 mm. Estes</p><p>termopares foram conectados a um registrador de dados interligado a um computador. Tal</p><p>conjunto experimental pode ser observado de modo esquemático na Fig. 1. O procedimento</p><p>de solidificação em questão já foi apresentado em artigos anteriores [9, 10].</p><p>Figura 1. Representação esquemática do dispositivo de solidificação direcional horizontal.</p><p>1. Termopares</p><p>2. FieldLogger</p><p>3. Computador de aquisição de dados</p><p>4. Alimentação de água</p><p>5. Recipiente de água</p><p>6. Bomba de água</p><p>7. Rotâmetro</p><p>8. Entrada de água</p><p>9. Saída de água</p><p>10. Dispositivo de solidificação direcional horizintal</p><p>11. Controlador de temperatura</p><p>12. Isolante térmico cerâmico</p><p>13. Aquecedores elétricos</p><p>14. Lingoteira retangular de aço inoxidável</p><p>Depois da pesagem dos elementos, colocou-se o alumínio em um cadinho e este foi</p><p>levado a um forno tipo mufla. Ao atingir a temperatura de fusão, misturou-se o estanho sólido</p><p>no alumínio, uma vez que os metais puros isolados possuem temperaturas de fusão bastante</p><p>diferentes (Al 660°C e Sn 232°C). A liga foi vazada na lingoteira, e ao atingir um supera-</p><p>quecimento de 10% no dispositivo de solidificação, as resistências elétricas do dispositivo</p><p>foram desligadas e, imediatamente, acionado o sistema de refrigeração a água, induzindo</p><p>uma solidificação direcional horizontal. A partir dos dados do perfil térmico, foram obtidos</p><p>experimentalmente o gráfico da tempo local de solidificação e da posição em função do tempo</p><p>correspondente a passagem da isoterma liquidus por cada termopar. Uma técnica de ajuste</p><p>por curva a esses pontos experimentais gerou uma expressão algébrica da posição em função</p><p>do tempo. A derivada desta função com relação ao tempo permitiu a obtenção dos valores</p><p>para VL. O perfil TR foi calculado considerando os dados térmicos registrados imediatamente</p><p>após a passagem da frente liquidus por cada termopar, este método para medir a taxa de</p><p>resfriamento foi usado recentemente por Rocha [6]. Após a completa solidificação da liga, o</p><p>lingote foi retirado da lingoteira e preparado através de técnicas metalográficas, visando à</p><p>caracterização macroestrutural. Para tal, cortou-se o lingote na parte central e longitudinal</p><p>Ciência e Engenharia de Materiais: conceitos, fundamentos e aplicação</p><p>84</p><p>e, em seguida, lixado com lixa d’água de carbeto de Silício com granulometrias de 100, 220,</p><p>600 e 1200 mesh, seguida de ataque químico por imersão da superfície da peça durante</p><p>aproximadamente trinta segundos com solução ácida composta por 15 ml de HNO3, 10 ml</p><p>de HCl, 5 ml de HF e 70 ml de H2O (solução de Keller).</p><p>A Fig. 2 apresenta o diagrama de equilíbrio de fases obtida pelo software Thermo-Calc</p><p>indicando as curvas da TL e TS da liga Al-Sn. Como pode ser visto na imagem ampliada</p><p>do lado esquerdo e direito desta figura, respectivamente, a composição acima de 0,09%</p><p>de Sn constitui uma estrutura metalográfica heterogênea e a fase eutética dessa liga se</p><p>aproxima do estranho puro.</p><p>Figura 2. Diagrama binário de equilíbrio de fases do sistema de ligas Al-Sn.</p><p>RESULTADOS E DISCUSSÃO</p><p>Nota-se na macroestrutura da liga Al-10%Sn três regiões distintas, Fig. 3 (a). Na posi-</p><p>ção inicial até 25 mm, o crescimento colunar prevaleceu, ocorrendo paralelamente à direção</p><p>do fluxo de calor, o que ratifica a direcionalidade do processo de solidificação. Em seguida,</p><p>percebe-se a existência de grãos com orientação diferente da direção preferencial de cres-</p><p>cimento e que possuem a forma de “leque”, os quais são denominados por alguns autores</p><p>de “grãos plumosos”e exibem contornos ondulados bem definidos [13,14]. Posteriormente,</p><p>nas posições finais do lingote, é observado que o crescimento destes grãos é interrompido</p><p>com o surgimento dos grãos equiaxiais. Ao comparar esta macroestrutura com a da liga</p><p>pesquisada por Vasconcelos [12], verifica-se na Al-5,5%Sn que os grãos colunares predo-</p><p>minaram desde a parede refrigerada até aproximadamente 80mm e uma zona de transição</p><p>colunar/equiaxial (TCE) numa faixa de 80 mm a 100mm, Fig. 3 (b). Percebe-se neste caso,</p><p>uma zona de transição e o surgimento de grãos colunares e equiaxiais, ao passo que para a</p><p>liga Al-10%Sn observa-se duas zonas de transições, a zona de transição colunar/plumosos</p><p>(TCP) na faixa de 25 a 55 milímetros e a zona de transição plumosos/equiaxial (TPE) numa</p><p>faixa de 105 a 150 milímetros, e três diferentes estruturas. Além disso, pode ser verificado</p><p>na liga Al-5,5%Sn que o crescimento dos grãos colunares são interrompidos pelos grãos</p><p>Ciência e Engenharia de Materiais: conceitos, fundamentos e aplicação</p><p>84 85</p><p>equiaxiais e para a liga Al-10%Sn os grãos colunares são interrompidos pelos “grãos plu-</p><p>mosos”. Em ambas as ligas surgem grãos equiaxiais no final do lingote.</p><p>Esses desvios na zona de transição indicam que correntes convectivas estão presen-</p><p>tes nessa configuração e, como consequência deste escoamento natural de fluido, ocorrem</p><p>perturbações que geram tais desvios nessas regiões. Vale ressaltar que, para o caso de</p><p>um dispositivo de solidificação direcional horizontal, o efeito da convecção termossolutal é</p><p>intensificado pela ação da gravidade, uma vez que a gravidade age perpendicular à direção</p><p>da frente de solidificação da liga[12].</p><p>Figura 3. Macroestrutura da liga (a) Al-10%Sn e (b) Al-5,5%Sn.</p><p>(a) (b)</p><p>Acredita-se que o surgimento dos “grãos plumosos” pode ser promovido sob condições</p><p>específicas tais como elevadas taxas de resfriamento nos instantes iniciais do processo de</p><p>solidificação, presença de convecção e ação de certos elementos de ligas [13]. Na Fig. 4</p><p>observa-se uma característica peculiar dos “grãos plumosos”, que é o surgimento de braços</p><p>dendríticos primários desalinhados em relação à direção de evolução da taxa de resfriamen-</p><p>to, além de apresentar braços dendríticos secundários com inclinação de aproximadamente</p><p>45° em relação aos braços dendríticos primários.</p><p>Figura 4. (a) Macrografia da seção longitudinal do lingote da liga Al-10%Sn (b) micrografias obtidas a partir do corpo de</p><p>prova localizado na posição de 50 mm na seção longitudinal.</p><p>45°(a)</p><p>(b)</p><p>Al Sn</p><p>45°</p><p>Ciência e Engenharia de Materiais: conceitos, fundamentos e aplicação</p><p>86</p><p>Variáveis térmicas de solidificação</p><p>Durante a realização experimental deste trabalho, analisou-se a curva de resfriamento</p><p>da liga Al-10%Sn com a finalidade de confirmar o teor de soluto (Sn), Fig. 5 (a). Com isso,</p><p>registrou-se através de um termopar o valor de 647 °C para a temperatura liquidus (TL) e</p><p>de 227 °C para a temperatura solidus (TS), que correspondem às temperaturas das respec-</p><p>tivas transformações indicadas pelo diagrama de fases, demonstrando assim a validade</p><p>da estequiometria da liga investigada. A Fig. 5(b) mostra o perfil térmico obtido. Nota-se</p><p>que quanto mais distante estiver posicionado o termopar da interface metal/molde, maior</p><p>será o tempo de registro térmico. Este fato é justificado pela maior resistência térmica à</p><p>transferência de calor conforme o aumento da camada solidificada ao longo do processo de</p><p>solidificação. Observa-se ainda um tempo total de solidificação de aproximadamente 530 s</p><p>correspondente aos registros térmicos da passagem da isoterma solidus do último termopar</p><p>na posição de 90 mm.</p><p>Figura 5. (a) Curva de resfriamento experimental (b) Perfil térmico correspondente a cada termopar durante o processo</p><p>de solidificação da liga Al-10%Sn.</p><p>(a) (b)</p><p>Os gráficos experimentais correspondentes ao tempo local de solidificação e à pas-</p><p>sagem da frente liquidus pelos termopares em função do tempo são apresentados na Fig.</p><p>6 (a) e na Fig.6 (b), respectivamente. Vale ressaltar neste gráfico, assim como discutido na</p><p>macroestrutura, as regiões de predomínio da zona colunar (ZC) e dos grãos plumosos, bem</p><p>como o surgimento das faixas de transições TCP e TPE.</p><p>Ciência e Engenharia de Materiais: conceitos, fundamentos e aplicação</p><p>86 87</p><p>Figura 6. (a) Tempo local de solidificação em função da posição (b) Deslocamento da isoterma liquidus em função do</p><p>tempo para</p><p>Tecnologia do Acre, Brasil</p><p>editora</p><p>científica digital</p><p>CONSELHO EDITORIAL</p><p>Liege Coutinho Goulart Dornellas</p><p>Universidade Presidente Antônio Carlos, Brasil</p><p>Ticiano Azevedo Bastos</p><p>Universidade Federal de Ouro Preto, Brasil</p><p>Walmir Fernandes Pereira</p><p>Miami University of Science and Technology, Estados Unidos da América</p><p>Jónata Ferreira De Moura</p><p>Universidade Federal do Maranhão, Brasil</p><p>Camila de Moura Vogt</p><p>Universidade Federal do Pará, Brasil</p><p>José Martins Juliano Eustaquio</p><p>Universidade de Uberaba, Brasil</p><p>Adriana Leite de Andrade</p><p>Universidade Católica de Petrópolis, Brasil</p><p>Francisco Carlos Alberto Fonteles Holanda</p><p>Universidade Federal do Pará, Brasil</p><p>Bruna Almeida da Silva</p><p>Universidade do Estado do Pará, Brasil</p><p>Clecia Simone Gonçalves Rosa Pacheco</p><p>Instituto Federal do Sertão Pernambucano, Brasil</p><p>Ronei Aparecido Barbosa</p><p>Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Sul de Minas, Brasil</p><p>Julio Onésio Ferreira Melo</p><p>Universidade Federal de São João Del Rei, Brasil</p><p>Juliano José Corbi</p><p>Universidade de São Paulo, Brasil</p><p>Thadeu Borges Souza Santos</p><p>Universidade do Estado da Bahia, Brasil</p><p>Francisco Sérgio Lopes Vasconcelos Filho</p><p>Universidade Federal do Cariri, Brasil</p><p>Francine Náthalie Ferraresi Rodriguess Queluz</p><p>Universidade São Francisco, Brasil</p><p>Maria Luzete Costa Cavalcante</p><p>Universidade Federal do Ceará, Brasil</p><p>Luciane Martins de Oliveira Matos</p><p>Faculdade do Ensino Superior de Linhares, Brasil</p><p>Rosenery Pimentel Nascimento</p><p>Universidade Federal do Espírito Santo, Brasil</p><p>Irlane Maia de Oliveira</p><p>Universidade Federal do Amazonas, Brasil</p><p>Lívia Silveira Duarte Aquino</p><p>Universidade Federal do Cariri, Brasil</p><p>Xaene Maria Fernandes Mendonça</p><p>Universidade Federal do Pará, Brasil</p><p>Thaís de Oliveira Carvalho Granado Santos</p><p>Universidade Federal do Pará, Brasil</p><p>Fábio Ferreira de Carvalho Junior</p><p>Fundação Getúlio Vargas, Brasil</p><p>Anderson Nunes Lopes</p><p>Universidade Luterana do Brasil, Brasil</p><p>Carlos Alberto da Silva</p><p>Universidade Federal do Ceara, Brasil</p><p>Keila de Souza Silva</p><p>Universidade Estadual de Maringá, Brasil</p><p>Francisco das Chagas Alves do Nascimento</p><p>Universidade Federal do Pará, Brasil</p><p>Réia Sílvia Lemos da Costa e Silva Gomes</p><p>Universidade Federal do Pará, Brasil</p><p>Arinaldo Pereira Silva</p><p>Universidade Federal do Sul e Sudeste do Pará, Brasil</p><p>Laís Conceição Tavares</p><p>Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Pará, Brasil</p><p>Ana Maria Aguiar Frias</p><p>Universidade de Évora, Brasil</p><p>Willian Douglas Guilherme</p><p>Universidade Federal do Tocatins, Brasil</p><p>Evaldo Martins da Silva</p><p>Universidade Federal do Pará, Brasil</p><p>Biano Alves de Melo Neto</p><p>Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia Baiano, Brasil</p><p>António Bernardo Mendes de Seiça da Providência Santarém</p><p>Universidade do Minho, Portugal</p><p>Valdemir Pereira de Sousa</p><p>Universidade Federal do Espírito Santo, Brasil</p><p>Sheylla Susan Moreira da Silva de Almeida</p><p>Universidade Federal do Amapá, Brasil</p><p>editora</p><p>científica digital</p><p>CONSELHO EDITORIAL</p><p>Miriam Aparecida Rosa</p><p>Instituto Federal do Sul de Minas, Brasil</p><p>Rayme Tiago Rodrigues Costa</p><p>Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Pará, Brasil</p><p>Priscyla Lima de Andrade</p><p>Centro Universitário UniFBV, Brasil</p><p>Andre Muniz Afonso</p><p>Universidade Federal do Paraná, Brasil</p><p>Marcel Ricardo Nogueira de Oliveira</p><p>Universidade Estadual do Centro Oeste, Brasil</p><p>Gabriel Jesus Alves de Melo</p><p>Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia da Bahia, Brasil</p><p>Deise Keller Cavalcante</p><p>Secretaria de Estado de Educação do Rio de Janeiro</p><p>Larissa Carvalho de Sousa</p><p>Instituto Politécnico de Coimbra, Portugal</p><p>Susimeire Vivien Rosotti de Andrade</p><p>Universidade Estadual do Oeste do Paraná, Brasil</p><p>Daniel dos Reis Pedrosa</p><p>Instituto Federal de Minas Gerais, Brasil</p><p>Wiaslan Figueiredo Martins</p><p>Instituto Federal Goiano, Brasil</p><p>Lênio José Guerreiro de Faria</p><p>Universidade Federal do Pará, Brasil</p><p>Tamara Rocha dos Santos</p><p>Universidade Federal de Goiás, Brasil</p><p>Marcos Vinicius Winckler Caldeira</p><p>Universidade Federal do Espírito Santo, Brasil</p><p>Gustavo Soares de Souza</p><p>Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Espírito Santo, Brasil</p><p>Adriana Cristina Bordignon</p><p>Universidade Federal do Maranhão, Brasil</p><p>Norma Suely Evangelista-Barreto</p><p>Universidade Federal do Recôncavo da Bahia, Brasil</p><p>Larry Oscar Chañi Paucar</p><p>Universidad Nacional Amazónica de Madre de Dios, Peru</p><p>Pedro Andrés Chira Oliva</p><p>Universidade Federal do Pará, Brasil</p><p>Daniel Augusto da Silva</p><p>Fundação Educacional do Município de Assis, Brasil</p><p>Aleteia Hummes Thaines</p><p>Faculdades Integradas de Taquara, Brasil</p><p>Elisangela Lima Andrade</p><p>Universidade Federal do Pará, Brasil</p><p>Reinaldo Pacheco Santos</p><p>Universidade Federal do Vale do São Francisco, Brasil</p><p>Cláudia Catarina Agostinho</p><p>Hospital Lusíadas Lisboa, Portugal</p><p>Carla Cristina Bauermann Brasil</p><p>Universidade Federal de Santa Maria, Brasil</p><p>Humberto Costa</p><p>Universidade Federal do Paraná, Brasil</p><p>Ana Paula Felipe Ferreira da Silva</p><p>Universidade Potiguar, Brasil</p><p>Ernane José Xavier Costa</p><p>Universidade de São Paulo, Brasil</p><p>Fabricia Zanelato Bertolde</p><p>Universidade Estadual de Santa Cruz, Brasil</p><p>Eliomar Viana Amorim</p><p>Universidade Estadual de Santa Cruz, Brasil</p><p>APRESENTAÇÃO</p><p>Esta obra const i tu iu -se a par t i r de um processo co laborat i vo en t re p ro fessores , es tudantes e pesqu isadores que t raba lharam</p><p>d i a n t e d a E n ge n h a r i a d o s M at e r i a i s . Re s u l t a , t a m b é m , d e m o v i m e n t o s i n t e r i n s t i t u c i o n a i s e d e a ç õ e s d e i n c e n t i v o à p e s q u i s a</p><p>q u e c o n g re g a m p e s q u i s a d o re s d a s m a i s d i v e r s a s á re a s d o c o n h e c i m e n t o e d e d i f e re n t e s I n s t i t u i ç õ e s d e E d u c a ç ã o S u p e r i o r</p><p>p ú b l i c a s e p r i v a d a s d e a b r a n gê n c i a n a c i o n a l e i n t e r n a c i o n a l . Te m c o m o o b j e t i v o i n t e g r a r o c o n h e c i m e n t o d o t e m a e m s u a</p><p>a m p l i t u d e , s e j a n o â m b i t o i n v e s t i g a t i v o t e ó r i c o o u e m s u a a p l i c a ç ã o . O l i v r o c o n t a c o m a a n á l i s e d e m a t e r i a i s m e t á l i c o s ,</p><p>p o l í m e r o s e c o m p ó s i t o s , a l é m d e a b o r d a r o s</p><p>temas da nanotecno log ia , aná l i se microest ru tura l , compor tamento mecân ico e té rmico , b iomater ia i s , en t re out ros . Esperamos</p><p>q u e e s t a o b r a s i r v a d e i n s t r u m e n t o d i d á t i c o - p e d a gó g i c o p a r a e s t u d a n t e s , p r o f e s s o r e s d o s d i v e r s o s n í v e i s d e e n s i n o e m</p><p>s e u s t r a b a l h o s e d e m a i s i n t e r e s s a d o s p e l a t e m á t i c a e q u e p o s s a d e s p e r t a r o i n t e r e s s e p a r a o d e s e n v o l v i m e n t o d e n o v o s</p><p>m a t e r i a i s q u e t e n h a m i m p a c t o s s o c i a i s , e c o n ô m i c o s e a m b i e n t a i s p a r a m e l h o r i a d a q u a l i d a d e d e v i d a .</p><p>Priscyla Lima de Andrade</p><p>Iara Margolis Ribeiro</p><p>SUMÁRIO</p><p>CAPÍTULO 01</p><p>A THIN FILM WITH PHOSPHOTUNGSTATE NANOCLUSTERS: AN ALTERNATIVE TO MATERIALS SCIENTISTS INVESTIGATE</p><p>THE ELECTROREDUCTION OF HEXAZINONE</p><p>Victória de Oliveira Margarido; Pedro Henrique de Paulo Olívio; Leonardo Aparecido Correia; Julia Helena de Paula; Kelly Roberta</p><p>Francisco; Adriano Lopes de Souza</p><p>' 10.37885/210805624 .................................................................................................................................................................................. 15</p><p>CAPÍTULO 02</p><p>ANÁLISE COMPARATIVA DO DESEMPENHO ACÚSTICO DE ESQUADRIAS EM ALUMÍNIO E PVC</p><p>André Luiz de Oliveira Júnior; Maycon Subtil; Francisco Assis Almeida Júnior</p><p>' 10.37885/210605057 ................................................................................................................................................................................. 29</p><p>CAPÍTULO 03</p><p>ANÁLISE DA INTERFERÊNCIA</p><p>a liga Al-10%Sn.</p><p>(a) (b)</p><p>Os resultados da velocidade da isoterma liquidus (VL) e da taxa de resfriamento (TR) são</p><p>mostrados na Fig. 7 (a) e na Fig. 7 (b), respectivamente, os quais diminuem com o avanço</p><p>da frente de solidificação.</p><p>Figura 7. Localização das transições TCP e TPE da liga Al-10%Sn na curva (a) da velocidade da isoterma liquidus e (b) da</p><p>taxa de resfriamento (TR).</p><p>(a) (b)</p><p>Comparando a cinética de solidificação da liga investigada com a liga Al-5,5%Sn, verifi-</p><p>ca-se maiores variações de VL e de TR para a liga Al-10%Sn. Com a evolução da solidificação,</p><p>pode-se notar que quando a isoterma liquidus alcança a posição de aproximadamente 100</p><p>mm os resultados numéricos de VL convergem para um único valor. A partir destes pontos,</p><p>diferentemente da liga Al-10%Sn, as curvas experimentais da liga Al-5,5%Sn permanecem</p><p>praticamente constantes. Observa-se nos gráficos, em todos os casos, um excelente coefi-</p><p>ciente de correlação (R2> 0,7) entre os pontos experimentais e as curvas correspondentes,</p><p>ocorrendo uma dispersão de dados maior para a liga Al-5,5%Sn, causada pelas diferentes</p><p>variáveis de processos. Esses parâmetros térmicos são representados por linhas geradas</p><p>nos gráficos que equivalem às equações experimentais, como mostrado na Tabela 1.</p><p>Ciência e Engenharia de Materiais: conceitos, fundamentos e aplicação</p><p>88</p><p>Tabela 1. Resultados experimentais obtidos para a liga Al-5,5%Sn e Al-10%Sn.</p><p>Parâmetros Térmicos Unidade Al-5,5%Sn Al-10%Sn</p><p>Velocidade da Isoterma Liquidusx Posição [VL] [mm/s] VL = 0,88(P)– 0,10 VL = 1,75(P)– 0,25</p><p>Taxa de Resfriamento x Posição [TR] [°C/s] TR = 11,12(P)– 0,54 TR = 65,70 (P)– 0,85</p><p>De acordo com as condições térmicas para o surgimento dos “grãos plumosos”, perce-</p><p>be-se, através das equações exponenciais, maiores valores de TR para a liga Al-10%Sn, onde</p><p>surgiu os “grãos plumosos”, confirmando assim que elevadas taxas de resfriamento favore-</p><p>cem o aparecimento dessa estrutura. Realizando uma análise na região de surgimento dos</p><p>grãos equiaxiais, nota-se que os valores de VL e TR são muito próximos em ambas as ligas,</p><p>podendo-se assim inferir duas faixas críticas para o aparecimento da zona equiaxial. A Tabela</p><p>2 apresenta os valores encontrados para as variáveis térmicas na ocorrência das transições,</p><p>isto é, na faixa de transição da TCE para a liga Al-5,5%Sn e na faixa de transição da TCP</p><p>e da TPE para a liga Al-10%Sn.</p><p>Tabela 2. Resultados experimentais obtidos para as ligas Al-5,5%Sn e Al-10%Sn.</p><p>Liga Transição [mm] Faixa de transição Velocidade da isoterma liquidus</p><p>[mm/s] Taxa de Resfriamento [°C/s]</p><p>Al-5,5%Sn Zona TCE 80-100 0,56-0,55 1,04-0,93</p><p>Al-10%Sn</p><p>Zona TCP 25-65 0,78-0,64 4,26-2,18</p><p>Zona TPE 105-150 0,55-0,50 1,26-0,93</p><p>CONCLUSÃO</p><p>A análise dos resultados experimentais e somadas às comparações realizadas, podem</p><p>extrair as seguintes conclusões:</p><p>Notou-se na macroestrutura da liga Al-10%Sn o surgimento dos grãos colunares, “grãos</p><p>plumosos” e equiaxiais, sendo a liga Al-5,5%Sn constituída apenas por grão colunares e</p><p>equiaxiais. Além disso, percebeu-se nestas duas ligas do sistema Al-Sn que as zonas de</p><p>transições não ocorreram em um plano paralelo à parede refrigerada, mas em uma faixa</p><p>de TCE compreendida entre 80 e 100 milímetros para a liga Al-5,5%Sn e em uma faixa</p><p>de TCP e TPE entre 25 a 65 milímetros e 105 a 150 milímetros, respectivamente, para a</p><p>liga Al-10%Sn. Na região de surgimento dos grãos equiaxiais, observou-se que os valores</p><p>de VL e TR são muito próximos em ambas as ligas, podendo assim mencionar duas faixas</p><p>críticas para o aparecimento da zona equiaxial.</p><p>Conforme esperado, os valores experimentais de VL eTR diminuem com o avanço da</p><p>isoterma liquidus. Os mesmos podem ser representados por equações na forma de potência</p><p>em função da posição, dadas respectivamente, por VL = 1,75. (P)–0,25 e TR = 65,70. (P)–0,85 para</p><p>a liga Al-10%Sn e VL = 0,88(P)– 0,10 e TR = 11,12(P)– 0,54 para a liga Al-5,5%Sn. De acordo com</p><p>os procedimentos experimentais, o surgimento dos “grãos plumosos” na Al-10%Sn atendeu as</p><p>condições exigidas, quais foram comprovados durante os resultados discutidos neste trabalho.</p><p>Ciência e Engenharia de Materiais: conceitos, fundamentos e aplicação</p><p>88 89</p><p>REFERÊNCIAS</p><p>1. A. Perrone, A. Zocco, H. de Rosa, R. Zimmermann, M. Bersani, Al-Sn Thin films Deposited by</p><p>Pulsed Laser Ablation, Materials Science and Engineering C, v. 22, pp. 465-468, 2002.</p><p>2. K.S. Cruz, E.S. Meza, F.A.P. Fernandes, J.M.V. Quaresma, L.C. Casteletti, A. Garcia, Dendritic</p><p>arm spacing affecting mechanical properties and wear behavior of Al-Sn and Al-Si alloys di-</p><p>rectionally solidified under unsteady-state conditions. Metallurgical and Materials Transactions</p><p>A, v. 41, p. 972-984, 2010.</p><p>3. J.D. Hunt and S.Z. Lu: Metall. Mater. Trans. A. Vol. 27A (1996), p. 611.</p><p>4. D. Bouchard and J.S. Kirkaldy: Metall. Mater. Trans. B. Vol. 28B (1997), p. 651.</p><p>5. E. Çadirli and M. Gündüz: J. Mater. Sci. Vol. 35 (2000), p. 3837.</p><p>6. O.F.L. Rocha, C.A.Siqueira, A.Garcia, Cellular Spacings in Unsteady-State Directionally So-</p><p>lidified Sn-Pb Alloys. Materials Science & Engineering. A, Structural Materials: Properties,</p><p>Microstructure and Processing, Inglaterra, v. 361, p. 112-119, 2003.</p><p>7. D.M. Rosa, J.E. Spinelli and A. Garcia: Mater. Lett. Vol. 60 (2006), p. 1871.</p><p>8. A.P. Silva, A. Garcia and J.E. Spinelli: J. Alloy. Compd. Vol. 509 (2011), p. 10098.</p><p>9. J.N. Silva, D.J. Moutinho, A.L. Moreira, I.L. Ferreira, O.L. Rocha: J. Alloy. Compd. Vol. 478</p><p>(2009), p. 358.</p><p>10. J.N. Silva, D.J. Moutinho, A.L. Moreira, I.L. Ferreira, O.L. Rocha: Mater. Chem. Phys. Vol. 130</p><p>(2011), p. 179.</p><p>11. A.J. Vasconcelos, C.V.A. Silva, A.L.S. Moreira, O.F.L. Rocha, M.A.P.S. Silva, Influence of</p><p>thermal parameters on the dendritic arm spacing and the microhardness of Al-5.5wt.%Sn alloy</p><p>directionally solidified‏. REM: Revista Escola Minas, Ouro Preto.</p><p>12. A.J. Vasconcelos, Análise Teórico-Experimental dos Espaçamentos Primários da Liga al-5,5%sn</p><p>Solidificada Unidirecionalmente sob Condições Transitórias de Extração de Calor. Trabalho de</p><p>Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia de Materiais), Instituto Federal de Educação,</p><p>Ciência e Tecnologia do Pará, Belém, 2013.</p><p>13. J.R.P. Rodrigues, Efeito da Composição nos Parâmetros Térmicos e Estruturais de Ligas</p><p>Al-Mg Solidificadas Unidirecionalmente. 2007. Tese (Doutorado em Engenharia Mecânica),</p><p>Universidade de Campinas, Campinas, 2007.</p><p>14. J.R.P. Rodrigues, M.L.N.M. Melo, R.G. Santos, Effect of magnesium content on thermal and</p><p>structural parameters of Al-Mg alloys directionally solidified. Journal of Materials Science, v.</p><p>45, p. 2285-2295, 2010.</p><p>07</p><p>Avaliação da degradação da força</p><p>liberada por elásticos ortodônticos</p><p>de látex impregnados com clorexidina</p><p>Mayté Paredes Zaldivar</p><p>UNIARA</p><p>Nadia Lunardi</p><p>UNIARA</p><p>Luciana Mara Rodrigues</p><p>UNIARA</p><p>Marco Antônio da Costa Borges</p><p>UNIARA</p><p>Thallita Pereira Queiroz</p><p>UNIARA</p><p>Rogerio Margonar</p><p>UNIARA</p><p>Giovanni Teixeira de Carvalho</p><p>COP Clínica Odontológica</p><p>Pâmela Leticia dos Santos</p><p>UNIARA</p><p>Hernane da Silva Barud</p><p>UNIARA</p><p>10.37885/210705561</p><p>Ciência e Engenharia de Materiais: conceitos, fundamentos e aplicação</p><p>91</p><p>Palavras-chave: Elásticos Ortodônticos, Látex, Degradação de Força, Saliva Simu-</p><p>lada, Clorexidina.</p><p>RESUMO</p><p>Os elásticos são acessórios fundamentais no tratamento ortodôntico, onde o conhecimen-</p><p>to da quantidade de força elástica inserida nos dentes é imprescindível para o controle</p><p>adequado da sua movimentação. No entanto, é conhecido que eles apresentam dimi-</p><p>nuição da sua força com o tempo de utilização pelo que se faz necessário estudar o seu</p><p>comportamento. Assim, o objetivo deste trabalho foi avaliar e comparar a degradação in</p><p>vitro em saliva simulada da força liberada por elásticos ortodônticos intraorais de látex</p><p>comerciais e impregnados com clorexidina, usando um tensiômetro. Foram avaliados</p><p>os elásticos sem distender e após serem distendidos três vezes o seu diâmetro e sub-</p><p>mersos em saliva simulada a 37°C por 24 horas. Os elásticos comerciais apresentaram</p><p>forças iniciais de 275 ± 31 g, diminuindo para 230 ± 16 g, enquanto os impregnados</p><p>com clorexidina apresentaram forças iniciais de 253 ± 18 g e permaneceram com for-</p><p>ças de 251 ± 11 g depois das 24 horas em saliva. De tal modo, podemos concluir que</p><p>os elásticos ortodônticos intraorais de látex comerciais mostraram uma degradação na</p><p>força elástica liberada de 16% após serem submersos em saliva simulada, enquanto os</p><p>elásticos impregnados com clorexidina não apresentaram degradação após as 24 horas</p><p>na saliva. Assim, este trabalho evidencia que a impregnação com clorexidina além de</p><p>ser um coadjuvante como agente antibacteriano também contribui em manter a força</p><p>elástica liberada, atuando como agente retardador da degradação.</p><p>Ciência e Engenharia de Materiais: conceitos, fundamentos e aplicação</p><p>92</p><p>INTRODUÇÃO</p><p>O uso de elásticos na Ortodontia começou no final do século XIX e desde então são</p><p>amplamente utilizados (LORIATO; MACHADO; PACHECO, 2006; MALTAGLIATI, 2017).</p><p>Atualmente, os elásticos são fundamentais na pratica ortodôntica visto ser um aces-</p><p>sório com alta flexibilidade, boa estética, baixo custo, fácil utilização e com características</p><p>de dissipação e manutenção de força elástica suficientes e adequadas aos tratamentos</p><p>(QODCIEH et al., 2017). Os elásticos ortodônticos servem para melhorar o encaixe entre</p><p>os dentes e as arcadas nos três planos do espaço, sendo utilizados em diferentes posições,</p><p>conforme o resultado que se querer alcançar. Os elásticos intraorais são encaixados nos</p><p>ganchos dos aparelhos ortodônticos fixos ou braquetes, enquanto os elásticos de ligadura</p><p>são usados para prender o fio ortodôntico, como mostrado na figura 1.</p><p>Figura 1. Uso de elásticos ortodônticos em braquetes: elásticos intraorais e de ligadura.</p><p>Fonte: Própria dos autores.</p><p>Os elásticos têm uma configuração de anel e são constituídos de borrachas naturais ou</p><p>borrachas sintéticas. Estas borrachas são elastômeros, materiais poliméricos com proprie-</p><p>dades elásticas, que são materiais que retornam à sua configuração inicial após sofrerem</p><p>deformação (KOCHENBORGER et al., 2011). No entanto, os elastômeros na cavidade bucal</p><p>podem sofrer degradação e alterações nas suas propriedades, promovendo variações da</p><p>força elástica com o tempo. A degradação sofre influência não somente da ação mecânica,</p><p>mas também de variações de pH, temperatura, microbiota, higiene oral, tamanho e compo-</p><p>sição do elástico (PITHON et al., 2016; QODCIEH et al., 2017). Além disso, existem fatores</p><p>inerentes ao material que influenciam suas propriedades mecânicas, como a perda de elasti-</p><p>cidade, quantidade de força dissipada e composição do material (ALEXANDRE et al., 2008).</p><p>No tratamento ortodôntico o conhecimento da quantidade de força inserida nos den-</p><p>tes é imprescindível para que o clínico tenha controle e um resultado adequado na movi-</p><p>mentação dentária sem danos teciduais. O ideal seria que os elásticos não tivessem uma</p><p>diminuição brusca na força liberada e que possam fornecer forças adequadas e contínuas</p><p>durante todo o tempo de uso em que estiverem colocados na cavidade bucal (MORIS et al.,</p><p>Ciência e Engenharia de Materiais: conceitos, fundamentos e aplicação</p><p>92 93</p><p>2009). No entanto, é conhecido que os elásticos ortodônticos apresentam diminuição da</p><p>força elástica liberada com o tempo de utilização pelo que se faz necessário estudar o com-</p><p>portamento da degradação dessa força.</p><p>A busca pela força ideal, em gramas, na movimentação ortodôntica, ou seja, uma força</p><p>capaz de produzir maior quantidade de movimentação dentária com menor dano tecidual</p><p>utilizando força mais leve e constante (STOREY, 1973), torna imprescindível o conheci-</p><p>mento da força utilizada na mecânica empregada. Neste contexto, estudos com a finalidade</p><p>de verificar com exatidão a força inicial e degradação elástica são fundamentais para uma</p><p>prática clínica com maior segurança. Assim, várias metodologias têm sido empregadas nos</p><p>estudos sobre a degradação de elásticos de látex ortodônticos. Podemos destacar ensaios</p><p>estáticos (BALES; CHACONAS; CAPUTO, 1977; CABRERA et al., 2003; FERNANDES</p><p>et al., 2011; GIOKA et al., 2006; KANCHANA; GODFREY, 2000; RUSSELL et al., 2001) ou</p><p>dinâmicos (ALJHANI; ALDREES, 2010; KERSEY et al., 2003), em meio úmido (KANCHANA;</p><p>GODFREY, 2000; RUSSELL et al., 2001) ou seco (CABRERA et al., 2003), in vitro (ALJHANI;</p><p>ALDREES, 2010; CABRERA et al., 2003; FERNANDES et al., 2011; GIOKA et al., 2006;</p><p>KANCHANA; GODFREY, 2000; KERSEY et al., 2003; RUSSELL et al., 2001) (PITHON</p><p>et al., 2016) ou in vivo (QODCIEH et al., 2017) e esticados com distâncias padronizadas</p><p>(KANCHANA; GODFREY, 2000) ou até sua ruptura (BALES; CHACONAS; CAPUTO, 1977;</p><p>RUSSELL et al., 2001).</p><p>Os elásticos de látex ou borracha natural, constituídos por cadeias poliméricas de cis-</p><p>-1,4-poliisopreno, são obtidos a partir da extração vegetal da seringueira (Hevea brasiliensis),</p><p>seguida por um processo de fabricação por vulcanização, para a obtenção do produto final</p><p>(SANTOS et al., 2012). Esses elásticos, quando esticados, liberam forças que oscilam entre</p><p>50 e 500 gramas (g), dependendo do seu tamanho e espessura, assim como da distância</p><p>de aplicação (RIOS; PIZZOL; LUNARDI, 2018).</p><p>Uma outra abordagem, que tem sido utilizada pelos fabricantes, é a adição de subs-</p><p>tâncias químicas para retardar esses efeitos de degradação de força e estender a vida útil</p><p>desses elastômeros (BATY; STORIE; VON FRAUNHOFER, 1994; NOTAROBERTO et al.,</p><p>2018). Nos elastômeros sintéticos têm sido adicionados antioxidantes e antiozonantes (BATY;</p><p>STORIE; VON FRAUNHOFER, 1994). Assim, a utilização de agentes químicos antimicro-</p><p>bianos que possam ter este efeito, além de suas propriedades antimicrobianas seria uma</p><p>ótima possibilidade, e a mesma será explorada neste trabalho.</p><p>Por outra parte, o uso de aparelhos ortodônticos em longo prazo cria um ambiente fa-</p><p>vorável para o acúmulo de microflora oral normal, devido a algumas alterações específicas</p><p>como a retenção prolongada de placa bacteriana pelas superfícies irregulares dos apare-</p><p>lhos ortodônticos e a condições de pH mais baixas produzidas por bactérias cariogênicas</p><p>Ciência e Engenharia de Materiais: conceitos, fundamentos e aplicação</p><p>94</p><p>presentes na cavidade oral (AL-MUSALLAM et al., 2006; MITCHELL, 1992; NAPIMOGA</p><p>et al., 2005). O acúmulo destas bactérias é devido à dificuldade de higienização, o que</p><p>contribui para o desenvolvimento de gengivite, lesões iniciais de cárie e aumenta o risco da</p><p>desmineralização do esmalte (DE ALMEIDA, 2017; HERNÁNDEZ-GÓMORA et al., 2017).</p><p>Diante desta dificuldade além dos métodos físicos de remoção da placa bacteriana</p><p>(escovação e fio dental) a associação com métodos químicos contribuem muito para este</p><p>controle (AL-BAZI et al., 2016; SARI; BIRINCI, 2007). Assim, pesquisas recentes têm focado</p><p>na inserção de antimicrobianos em elásticos ortodônticos que apresentem uma liberação</p><p>gradual e prolongada do agente sem interferir nas propriedades mecânicas dos mesmos</p><p>(HERNÁNDEZ-GÓMORA et al., 2017; JEON et al., 2015, 2017; PADOIS et al., 2012). Estes</p><p>últimos estudos pesquisados utilizam a clorexidina como agente antimicrobiano com dife-</p><p>rentes metodologias de impregnação e excelentes resultados antimicrobianos.</p><p>A clorexidina é um antisséptico químico com ação antifúngica e bactericida, capaz</p><p>de eliminar tanto bactérias gram-positivas quanto gram-negativas. Possui também ação</p><p>bacteriostática, inibindo a proliferação bacteriana (HORTENSE et al., 2010; JEON et al.,</p><p>2015). É um antimicrobiano catiônico sintético, da classe biguanida, que apresenta alto ní-</p><p>vel de atividade sem os efeitos secundários que a maioria dos antimicrobianos apresenta.</p><p>Pequenas concentrações de sais de clorexidina são geralmente suficientes para inibir o pro-</p><p>cesso reprodutivo ou exterminar a maioria dos microrganismos, além do que, sendo pratica-</p><p>mente isenta de toxicidade e efeitos corrosivos, proporciona extrema segurança. Baseado na</p><p>substantividade (capacidade do produto em incorporar-se no esmalte do dente</p><p>e apresentar</p><p>liberação lenta), essa retentividade evita que o efeito seja rapidamente neutralizado pelo</p><p>fluxo salivar e promove a incorporação da clorexidina ao esmalte do dente. A clorexidina</p><p>tem se mostrado um efetivo agente antimicrobiano no tratamento de gengivite e inibidor da</p><p>recolonização da placa bacteriana (HORTENSE et al., 2010).</p><p>Considerando a toxicidade, a clorexidina demostra baixa evidência de toxicidade sistêmi-</p><p>ca em seres humanos, além de não produzir qualquer resistência apreciável dos microrganis-</p><p>mos da boca (CARRANZA; NEWMAN, 1997). A FDA (Food and Drug Administration) e a ADA</p><p>(American Dental Association) autorizaram o uso da clorexidina como agente efetivo para</p><p>controle de placa, baseando-se em suas propriedades antiplaca e no combate à gengivite.</p><p>Assim, o objetivo deste trabalho foi avaliar e comparar a degradação in vitro em saliva</p><p>simulada da força liberada por elásticos ortodônticos intraorais de látex comerciais e impreg-</p><p>nados com clorexidina, usando um tensiômetro.</p><p>Ciência e Engenharia de Materiais: conceitos, fundamentos e aplicação</p><p>94 95</p><p>METODOLOGIA</p><p>Neste estudo foram utilizados elásticos ortodônticos intraorais de látex comerciais da</p><p>marca Morelli (Brasil), com diâmetro interno de 1/8” ou 3,2 mm e de força média (F = 130</p><p>g). Os elásticos foram adquiridos em embalagens seladas e dentro do prazo de validade.</p><p>Foram avaliados elásticos comerciais, selecionados aleatoriamente da embalagem, e elás-</p><p>ticos impregnados com clorexidina.</p><p>Para a impregnação da clorexidina (CHX), os elásticos foram pré-tratados seguindo</p><p>a metodologia proposta por HERNÁNDEZ-GÓMORA et al. (2017). Eles foram imersos em</p><p>álcool isopropílico, colocados em ultrassom por 30 min e logo lavados com água deioniza-</p><p>da. O mesmo procedimento foi realizado com solução de NaOH 10% e logo secos ao ar du-</p><p>rante 48 horas. A adição do digluconato de clorexidina (Farmácia de manipulação Di Hervas,</p><p>Matão-SP; solução de 20 % m/V) foi realizada por impregnação, colocando os elásticos</p><p>pré-tratados numa solução aquosa do fármaco com concentração de 2 % (V/V) por 48 horas</p><p>de imersão e novamente secos.</p><p>Para a realização deste estudo foram confeccionadas placas de resina acrílica transpa-</p><p>rentes com 10 cm de comprimento, 5 cm de largura e 0,3 cm de espessura. Essas receberam</p><p>marcações alinhadas, distando 1 cm entre si, e adaptaram-se pinos metálicos em cada um</p><p>destes orifícios para esticar os elásticos, como mostrado na figura 2. A determinação da quan-</p><p>tidade de estiramento dos elásticos (10 mm) corresponde à distância de aproximadamente</p><p>três vezes o diâmetro do elástico, simulando a extensão bucal (FERNANDES et al., 2011).</p><p>Figura 2. Desenho ilustrativo das placas de resina acrílica confeccionadas para o estiramento dos elásticos e sua manutenção</p><p>em saliva artificial.</p><p>Fonte: Própria dos autores.</p><p>Em seguida, dois grupos elásticos (N=10), comerciais e impregnados com clorexidina,</p><p>foram distendidos nos pinos, inseridos na saliva simulada e colocados na estufa a 37 oC</p><p>por 24 horas. Após esse tempo os elásticos foram secos ao ar durante 48 horas e ficaram</p><p>prontos para o estudo.</p><p>Ciência e Engenharia de Materiais: conceitos, fundamentos e aplicação</p><p>96</p><p>O estudo da degradação in vitro da força elástica liberada pelos elásticos ortodônticos</p><p>intraorais de látex foi realizada quando distendidos 3 vezes o seu tamanho e submersos</p><p>em saliva simulada a 37°C por 24 horas. Também foram estudados elásticos que se manti-</p><p>veram secos e sem distender para conhecer a sua força elástica inicial. Assim, os elásticos</p><p>foram separados em grupos e os nomes e as características de cada um destes grupos são</p><p>mostrados na tabela 1.</p><p>Tabela 1. Grupos de elásticos usados no estudo.</p><p>Grupos Tratamento No. elást.</p><p>G1 - EL (t=0h) Elásticos comerciais analisados sem distender 10</p><p>G1 - EL (t=24h) Elásticos comerciais analisados após distendidos ~3x seu</p><p>diâmetro por 24 horas em saliva simulada a 37 oC 10</p><p>G2 - EL_2%CHX</p><p>(t=0h) Elásticos impregnados com 2%CHX analisados sem distender 10</p><p>G2 - EL_2%CHX</p><p>(t=24h)</p><p>Elásticos impregnados com 2%CHX analisados após distendidos</p><p>~3x seu diâmetro por 24 horas em saliva simulada a 37 oC 10</p><p>Fonte: Própria dos autores.</p><p>A saliva artificial utilizada com pH = 6,8 simula o pH da boca dos pacientes e é compos-</p><p>ta por cloreto de sódio 8,00 g, di-hidrogenofosfato de potássio 0,19 g, hidrogenofosfato de</p><p>sódio 2,38 g e água deionizada 1000 mL (MARQUES; LOEBENBERG; ALMUKAINZI, 2011).</p><p>Para a aferição da força dos elásticos foi utilizado um tensiômetro ou dinamômetro</p><p>analógico de precisão (NOVOTEST, ATG-300-1), com erro de ± 10 g. Os elásticos, indivi-</p><p>dualmente, foram inseridos em um dos pinos da placa de resina acrílica e distendidos por</p><p>meio do dinamômetro por 10 mm (até o outro pino) e verificada a quantidade de força liberada</p><p>em gramas. A força de cada elástico foi aferida dez vezes e estes valores foram anotados</p><p>em uma planilha no programa Excel. Após todos os resultados obtidos, foram calculadas as</p><p>médias das medidas e o seu desvio padrão.</p><p>Na análise estatística, usando as 100 medições de cada grupo, os dados foram sub-</p><p>metidos ao teste de Kolmogorov-Smirnov para investigar possíveis diferenças intra e inter-</p><p>grupos, bem como verificar suas normalidades e, por se tratarem de dados paramétricos, foi</p><p>aplicado o teste estatístico t-test. Todos os testes estatísticos foram avaliados com nível de</p><p>significância de 5% (p <0,05) e o software GraphPad Prism, versão 6.0 (GraphPad Software,</p><p>Inc., La Jolla, Califórnia, EUA) foi utilizado para a análise estatística e visualização dos dados.</p><p>RESULTADOS E DISCUSSÃO</p><p>Na ortodontia os elásticos são considerados importantes fontes de força para a mo-</p><p>vimentação dos dentes (KOCHENBORGER et al., 2011). Essa força elástica liberada de-</p><p>pende da distância entre os pontos de inserção, pelo que a magnitude da força deve ser</p><p>Ciência e Engenharia de Materiais: conceitos, fundamentos e aplicação</p><p>96 97</p><p>conferida em cada situação clínica utilizando um tensiômetro ou dinamômetro de precisão</p><p>(CABRERA et al., 2003).</p><p>A distância de aproximadamente três vezes (3x) o diâmetro do elástico 1/8” utilizado, foi</p><p>definida segundo a norma (ISO 21606:2007. DENTISTRY — ELASTOMERIC AUXILIARIES</p><p>FOR USE IN ORTHODONTICS, 2007), onde se determina a força inicial para os testes</p><p>em elásticos com 3x o diâmetro do elástico. Uma distância de 11 mm já foi utilizada an-</p><p>teriormente, baseada no deslocamento médio anterior da mandíbula no sentido vertical</p><p>(MENDES JUNIOR, 2016).</p><p>Os elásticos intraorais geralmente devem ser usados em tempo integral, sendo retira-</p><p>dos apenas para comer e escovar os dentes, e precisam ser trocados cada um ou dois dias</p><p>para não perder a força e continuar a movimentação dos dentes. A maioria dos professionais</p><p>indicam a troca às 24 horas já que com o decorrer do tempo, a magnitude de força inicial-</p><p>mente empregada se reduz e com isso, a movimentação dentária pode diminuir ou cessar.</p><p>Essa redução é denominada de degradação da força (LORIATO; MACHADO; PACHECO,</p><p>2006). Considera-se clinicamente mais adequado escolher a força na magnitude desejada</p><p>e trocar o elástico todos os dias, para não imprimir índices muito elevados e prejudiciais ao</p><p>periodonto e à movimentação dentária (MALTAGLIATI, 2017).</p><p>Além disso, os elásticos podem sofrer alterações nas suas propriedades quando in-</p><p>seridos no meio bucal, desencadeadas pelo preenchimento dos espaços na matriz pelos</p><p>fluídos do meio, o que pode promover também modificações da força dos elásticos com o</p><p>tempo (RIOS; PIZZOL; LUNARDI, 2018).</p><p>Assim, os elásticos ortodônticos intraorais de látex utilizados neste estudo foram dis-</p><p>tendidos a uma distância de 10 mm nas placas de resina acrílica (figura 3), que é aproxima-</p><p>damente três vezes o seu diâmetro para obter a sua força máxima (YAÑEZ; WHITE, 2010) e</p><p>logo foram submersos em saliva simulada a 37°C por 24 horas com o objetivo de estudar a</p><p>influência do meio bucal na degradação da força dos mesmos durante o seu tempo de uso.</p><p>Figura 3. Elásticos</p><p>ortodônticos intraorais de látex 1/8” distendidos na placa de resina acrílica para o estudo.</p><p>Fonte: Própria dos autores.</p><p>Ciência e Engenharia de Materiais: conceitos, fundamentos e aplicação</p><p>98</p><p>Os valores de força obtidos nas aferições com o tensiômetro quando distendidos a 10</p><p>mm, como mostrado na figura 4, são apresentados nas tabelas da 2 a 5, começando pelo</p><p>grupo G1 - EL (t=0h) na tabela 2 e terminando com o grupo G2 - EL_2%CHX (t=24h) na</p><p>tabela 5. Nas mesmas, são apresentados os valores de força de cada grupo de elásticos,</p><p>sendo 10 elásticos em cada grupo (de E1 a E10) e cada um deles aferido 10 vezes, tota-</p><p>lizando 100 medições em cada um. Além disso, são apresentados os valores de média e</p><p>desvio padrão de cada grupo, e estes resultados são resumidos na figura 5.</p><p>Figura 4. Aferição da força dos elásticos de látex 1/8” utilizado o tensiômetro analógico de precisão (a) e a ampliação da</p><p>imagem para observar o elástico aferido (b).</p><p>(a) (b)</p><p>Fonte: Própria dos autores.</p><p>Tabela 2. Valores de força (g) dos elásticos do grupo G1 - EL (t=0h).</p><p>E1 E2 E3 E4 E5 E6 E7 E8 E9 E10</p><p>1 300 300 320 260 320 230 280 300 250 210</p><p>2 300 310 320 260 310 240 310 300 250 210</p><p>3 310 290 320 270 320 230 280 310 260 230</p><p>4 320 300 320 270 280 240 270 320 250 240</p><p>5 320 310 300 260 290 240 290 300 270 240</p><p>6 300 300 300 260 290 240 280 300 250 230</p><p>7 260 290 310 260 310 250 260 280 240 210</p><p>8 270 300 290 250 280 250 270 280 230 220</p><p>9 270 290 300 250 300 230 300 290 240 240</p><p>10 300 300 300 250 300 250 280 280 240 230</p><p>Médias 295 299 308 259 300 240 282 296 248 226</p><p>Média = 275 g DESVPAD = 31 g</p><p>Fonte: Própria dos autores.</p><p>Ciência e Engenharia de Materiais: conceitos, fundamentos e aplicação</p><p>98 99</p><p>Tabela 3. Valores de força (g) dos elásticos do grupo G1 - EL (t=24h).</p><p>E1 E2 E3 E4 E5 E6 E7 E8 E9 E10</p><p>1 260 260 260 240 240 260 250 220 250 250</p><p>2 240 250 240 250 250 240 250 230 260 250</p><p>3 230 230 210 240 250 230 240 220 250 240</p><p>4 230 240 220 230 230 230 250 220 240 220</p><p>5 240 240 230 240 230 210 220 230 240 230</p><p>6 240 250 230 240 210 240 200 240 230 220</p><p>7 230 230 240 240 210 230 210 210 200 220</p><p>8 220 210 220 230 200 240 200 210 230 220</p><p>9 220 260 240 240 200 210 210 220 230 210</p><p>10 210 240 230 210 220 220 220 210 200 230</p><p>Médias 232 241 232 236 224 231 225 221 233 229</p><p>Média = 230 g DESVPAD = 16 g</p><p>Fonte: Própria dos autores.</p><p>Tabela 4. Valores de força (g) dos elásticos do grupo G2 - EL_2%CHX (t=0h).</p><p>E1 E2 E3 E4 E5 E6 E7 E8 E9 E10</p><p>1 280 290 240 260 250 250 290 280 250 250</p><p>2 270 280 250 260 260 250 290 280 250 240</p><p>3 280 260 230 250 250 270 280 280 220 230</p><p>4 270 250 250 250 270 240 250 250 250 220</p><p>5 270 250 220 230 260 260 260 260 240 230</p><p>6 260 260 250 230 250 250 250 250 230 240</p><p>7 250 250 230 250 280 280 270 250 260 220</p><p>8 250 250 270 250 280 270 240 220 250 230</p><p>9 250 240 260 240 280 280 260 220 260 240</p><p>10 270 250 260 230 250 280 250 230 220 260</p><p>Médias 265 258 246 245 263 263 264 252 243 236</p><p>Média = 253 g DESVPAD = 18 g</p><p>Fonte: Própria dos autores.</p><p>Ciência e Engenharia de Materiais: conceitos, fundamentos e aplicação</p><p>100</p><p>Tabela 5. Valores de força (g) dos elásticos do grupo G2 - EL_2%CHX (t=24h).</p><p>E1 E2 E3 E4 E5 E6 E7 E8 E9 E10</p><p>1 250 270 250 250 250 260 260 270 250 270</p><p>2 270 270 260 240 250 250 250 270 250 270</p><p>3 270 250 260 250 250 260 250 270 250 260</p><p>4 230 250 250 250 250 250 250 250 240 250</p><p>5 250 260 240 260 250 250 260 270 250 250</p><p>6 250 250 230 250 250 230 260 260 240 270</p><p>7 250 240 240 250 270 260 240 230 260 270</p><p>8 270 230 240 240 250 260 240 240 250 250</p><p>9 230 240 240 230 250 260 250 240 260 260</p><p>10 250 220 250 250 240 250 240 250 250 250</p><p>Médias 252 248 246 247 251 253 250 255 250 260</p><p>Média = 251 g DESVPAD = 11 g</p><p>Fonte: Própria dos autores.</p><p>Figura 5. Força média liberada pelos elásticos quando distendidos a 10 mm.</p><p>Fonte: Própria dos autores.</p><p>Pode ser observado que os elásticos comerciais e sem distender previamente</p><p>− G1 - EL (t=0h), apresentaram a maior média de força (275 g) e ao mesmo tempo a maior</p><p>variação da mesma, de 210 g até 320 g. Esta grande variação de força inicial entre os elás-</p><p>ticos do mesmo pacote não é muito desejada e pode fazer com que o profissional precise</p><p>testar e aferir vários elásticos na boca do paciente até acertar a força desejada. Uma grande</p><p>variação na força inicial dos elásticos da marca Morelli com a mesma espessura quando</p><p>tracionados a uma mesma distância, já foi descrito anteriormente (BASSANI et al., 2001).</p><p>Esta falta de padronização e de controle de qualidade nos elásticos comerciais pode ser</p><p>Ciência e Engenharia de Materiais: conceitos, fundamentos e aplicação</p><p>100 101</p><p>um dos fatores responsáveis pela falta de controle das forças aplicadas (CABRERA et al.,</p><p>2003; RIOS; PIZZOL; LUNARDI, 2018).</p><p>Quando os elásticos comerciais foram distendidos ~3x seu diâmetro por 24 horas</p><p>em saliva simulada a 37 oC − G1 - EL (t=24h), observou-se que a média de força diminuiu</p><p>para 230 g, com uma variação muito menor de 200 g a 260 g. Esta diminuição de força</p><p>era esperada e é muito relatada na literatura (ALEXANDRE et al., 2008; ARAUJO; URSI,</p><p>2006; KOCHENBORGER et al., 2011; MORIS et al., 2009), onde há interferência do meio</p><p>sobre o comportamento dos elásticos quando são mantidos esticados e onde sofrem maior</p><p>degradação de força ao longo do tempo na saliva (KOCHENBORGER et al., 2011; RIOS;</p><p>PIZZOL; LUNARDI, 2018).</p><p>Assim, a degradação sofrida pelos elásticos corresponde a um 16 %, resultado se-</p><p>melhante ao 21,9 % obtido por MORIS et. al (2009) após 24 horas, indicando a troca dos</p><p>elásticos 1/8” de látex pelo menos a cada 24 horas, caso se desejem níveis de força próxi-</p><p>mos dos iniciais.</p><p>Após a modificação dos elásticos com a impregnação da clorexidina e analisados</p><p>sem distender previamente − G2 - EL_2%CHX (t=0h), o que seria o equivalente ao gru-</p><p>po G1 - EL (t=0h), foi observado que a média de força diminui para 253 g e que este valor</p><p>apenas se modificou (251 g) nestes elásticos quando foram distendidos ~3x seu diâmetro</p><p>por 24 horas em saliva simulada a 37 oC G2 - EL_2%CHX (t=24h). Estes valores se cor-</p><p>respondem com degradações de apenas 9 % em comparação com os elásticos comer-</p><p>ciais, G1 - EL (t=0h). Além disso, apresentaram uma variação de força de 220 a 290 g e de</p><p>220 a 270 g, respectivamente.</p><p>Este resultado é muito interessante porque mostra que a adição de clorexidina por</p><p>impregnação pode retardar os efeitos de degradação de força desses elásticos de látex e</p><p>assim estender sua vida útil. Além disso, a utilização destes elásticos no tratamento orto-</p><p>dôntico permitiria manter a mesma força contínua durante as 24 horas de uso pelo paciente,</p><p>permitindo uma movimentação dentária constante. Assim, podemos considerar que neste</p><p>caso a clorexidina, que é um antimicrobiano, atua tanto como agente antibacteriano quanto</p><p>como agente retardador da degradação.</p><p>Segundo o fabricante, o valor da força elástica produzida pelo elástico 1/8” médio seria</p><p>de 130 g. Os resultados demonstraram que ao esticar o elástico 3x o valor do seu diâmetro,</p><p>a média de valores obtida em todos os grupos se demonstrou próxima ao dobro do valor</p><p>estipulado, o que pode corresponder a sua força máxima (YAÑEZ; WHITE, 2010).</p><p>Tendo isto em consideração e que na literatura foi reportado que os valores de força</p><p>mais próximos ao indicado na embalagem são obtidos quando os elásticos são esticados</p><p>somente 2x o valor do seu diâmetro (BALES; CHACONAS; CAPUTO, 1977), decidimos aferir</p><p>Ciência e Engenharia de Materiais: conceitos, fundamentos e aplicação</p><p>102</p><p>os elásticos comerciais a 6,4 mm e a força média obtida foi de 135 ± 12 g, valor que coincide</p><p>com o sugerido pelo fabricante. Resultados semelhantes também foram encontrados pelos</p><p>autores (CABRERA et al., 2003; GIOKA et al., 2006; KANCHANA; GODFREY, 2000) os</p><p>quais ressaltaram a necessidade da utilização do tensiômetro na prática clínica devido aos</p><p>valores mais altos e grande variação nas amostras estudadas.</p><p>Os resultados das análises estatísticas do t-test para comparação das médias, intra e</p><p>intergrupos,</p><p>são mostrados na figura 6. Na avaliação intragrupo, no grupo G1 - EL (elásticos</p><p>comerciais), o tempo de 0 horas apresentou maior força (275 ± 31 g) comparado ao de 24</p><p>horas (230 ± 16 g), com valor de P ≤ 0,001. Em contrapartida, o grupo G2 - EL_2%CHX</p><p>(elásticos impregnados com 2%CHX) não mostrou diferença estatisticamente significativa</p><p>entre o tempo 0 horas (253 ± 18 g) e o tempo 24 horas (251 ± 11 g), com valor de P = 0,2773.</p><p>Figura 6. Resultados do t-test na comparação da força média dos elásticos: intragrupos com A≠B (* P ≤ 0,001) e a=b (P =</p><p>0,2773), e intergrupos com A≠a e B≠b (P ≤ 0,001).</p><p>Fonte: Própria dos autores.</p><p>Na comparação entre os grupos, com os elásticos sem distender previamente, notou-se</p><p>que o grupo G1 - EL (t=0h) apresentou maior força que o grupo G2 - EL_2%CHX (t=0h),</p><p>com diferença estatisticamente significativa (P ≤ 0,001). No caso dos elásticos após disten-</p><p>didos ~3x seu diâmetro por 24 horas em saliva simulada a 37 oC, o grupo G1 - EL (t=24h)</p><p>apresentou-se menor que o grupo G2 - EL_2%CHX (t=24h), com P= ≤ 0,001.</p><p>Estes resultados indicam que só os elásticos impregnados com clorexidina não tiveram</p><p>variação estatisticamente significativa nos valores de força média antes e após serem disten-</p><p>didos na saliva simulada. Os valores obtidos são de aproximadamente 250 g, os quais são</p><p>mantidos durante as 24 horas do estudo. Estes valores de força podem ser utilizados para</p><p>correções intermaxilares, usando fios mais rígidos para evitar efeitos indesejados (CABRERA</p><p>et al., 2003; MALTAGLIATI, 2017).</p><p>Ciência e Engenharia de Materiais: conceitos, fundamentos e aplicação</p><p>102 103</p><p>CONCLUSÃO</p><p>Pode-se concluir que os elásticos ortodônticos intraorais de látex comerciais mostra-</p><p>ram uma degradação na força elástica liberada de 16% após serem submersos em saliva</p><p>simulada, enquanto os elásticos impregnados com clorexidina não apresentaram degra-</p><p>dação após as 24 horas na saliva. Assim, este trabalho evidencia que a impregnação com</p><p>clorexidina além de ser um coadjuvante como agente antibacteriano para diminuir as bac-</p><p>térias da boca também contribui em manter a força elástica liberada, atuando como agente</p><p>retardador da degradação.</p><p>REFERÊNCIAS</p><p>1. AL-BAZI, Samar M.; ABBASSY, Mona Aly; BAKRY, Ahmed S.; MERDAD, Leena A.; HASSAN,</p><p>Ali H. Effects of chlorhexidine (Gel) application on bacterial levels and orthodontic brackets</p><p>during orthodontic treatment. Journal of Oral Science, vol. 58, no. 1, p. 35–42, 2016. https://</p><p>doi.org/10.2334/josnusd.58.35.</p><p>2. AL-MUSALLAM, Tahani A.; EVANS, Carla A.; DRUMMOND, James L.; MATASA, Claude; WU,</p><p>Christine D. Antimicrobial properties of an orthodontic adhesive combined with cetylpyridinium</p><p>chloride. American Journal of Orthodontics and Dentofacial Orthopedics, vol. 129, no. 2,</p><p>p. 245–251, 2006. https://doi.org/10.1016/j.ajodo.2005.10.015.</p><p>3. ALEXANDRE, L.P.; OLIVEIRA JÚNIOR, G.; DRESSANO, D.; PARANHOS, L.R.; SCANAVINI,</p><p>M.A. Avaliação das Propriedades Mecânicas dos Elásticos e Cadeias Elastoméricas em Orto-</p><p>dontia. Revista Odonto, vol. 16, no. 32, p. 53–63, 2008. https://doi.org/10.15603/2176- 1000/</p><p>odonto.v16n32p53-63.</p><p>4. ALJHANI, Ali S.; ALDREES, Abdullah M. The effect of static and dynamic testing on orthodontic</p><p>latex and non-latex elastics. Orthodontic Waves, vol. 69, no. 3, p. 117–122, 2010. https://doi.</p><p>org/10.1016/j.odw.2010.04.003.</p><p>5. ARAUJO, Fabiana Ballete de Cara; URSI, Weber José da Silva. Estudo da degradação da força</p><p>gerada por elásticos ortodônticos sintéticos. Revista Dental Press de Ortodontia e Ortopedia</p><p>Facial, vol. 11, no. 6, p. 52–61, 2006. https://doi.org/10.1590/s1415-54192006000600008.</p><p>6. BALES, Thomas R.; CHACONAS, Spiro J.; CAPUTO, Angelo A. Force-extension characteristics</p><p>of orthodontic elastics. American Journal of Orthodontics, vol. 72, no. 3, p. 296–302, 1977.</p><p>https://doi.org/10.1016/0002-9416(77)90215-9.</p><p>7. BASSANI, Diego Garcia; BOHRER, Paula Luce; MACHADO, Cíntia de V; SALAVERRY, Au-</p><p>rélio; BARBISAN, Aluí de Oliveira; PRIETSCH, José Renato. Análise da perda da força dos</p><p>elásticos ortodônticos extra-orais. RGO - Revista Gaúcha de Odontologia, vol. 49, no. 2, p.</p><p>70– 74, 2001. .</p><p>8. BATY, David L.; STORIE, David J.; VON FRAUNHOFER, Joseph A. Synthetic elastomeric</p><p>chains: A literature review. American Journal of Orthodontics and Dentofacial Orthopedics,</p><p>vol. 105, no. 6, p. 536–542, 1994. https://doi.org/10.1016/S0889-5406(94)70137-7.</p><p>Ciência e Engenharia de Materiais: conceitos, fundamentos e aplicação</p><p>104</p><p>9. CABRERA, Marise de Castro; CABRERA, Carlos Alberto Gregório; HENRIQUES, José Fer-</p><p>nando Castanha; FREITAS, Marcos Roberto de; JANSON, Guilherme. Elásticos em ortodontia:</p><p>comportamento e aplicaçäo clínica. Revista Dental Press de Ortodontia e Ortopedia Facial,</p><p>vol. 8, no. 1, p. 115–129, 2003. .</p><p>10. CARRANZA, FA; NEWMAN, MG. Periodontia clínica. 8a ed. Rio de Janeiro: [s. n.], 1997.</p><p>11. DE ALMEIDA, Carianne Mendes. Caracterização de adesivos ortodônticos contendo di-</p><p>ferentes agentes antimicrobianos. 2017. 115 f. Universidade Federal de Pelotas, 2017.</p><p>Available at: http://guaiaca.ufpel.edu.br/bitstream/prefix/3618/1/Caracterização de adesivos</p><p>ortodônticos contendo diferentes agentes antimicrobianos.pdf.</p><p>12. FERNANDES, Daniel J.; FERNANDES, Gisele M.A.; ARTESE, Flavia; ELIAS, Carlos N.; MEN-</p><p>DES, Alvaro M. Force extension relaxation of medium force orthodontic latex elastics. Angle</p><p>Orthodontist, vol. 81, no. 5, p. 812–819, 2011. https://doi.org/10.2319/120810-709.1.</p><p>13. GIOKA, Christiana; ZINELIS, Spiros; ELIADES, Theodore; ELIADES, George. Orthodontic</p><p>latex elastics: A force relaxation study. Angle Orthodontist, vol. 76, no. 3, p. 475–479, 2006.</p><p>https://doi.org/10.1043/0003-3219(2006)076[0475:OLE]2.0.CO;2.</p><p>14. HERNÁNDEZ-GÓMORA, Alma E.; LARA-CARRILLO, Edith; ROBLES-NAVARRO, Julio B.;</p><p>SCOUGALL-VILCHIS, Rogelio J.; HERNÁNDEZ-LÓPEZ, Susana; MEDINA-SOLÍS, Carlo E.;</p><p>15. MORALES-LUCKIE, Raúl A. Biosynthesis of silver nanoparticles on orthodontic elastomeric</p><p>modules: Evaluation of mechanical and antibacterial properties. Molecules, vol. 22, no. 9, p.</p><p>1407, 2017. https://doi.org/10.3390/molecules22091407.</p><p>16. HORTENSE, Sandra Regina; CARVALHO, Érica Da Silva; DE CARVALHO, Fábio Silva; DA</p><p>SILVA, Ricardo Pianta Rodrigues; BASTOS, José Roberto De Magalhães; BASTOS, Roosevelt</p><p>Da Silva. Uso da clorexidina como agente preventivo e terapêutico na Odontologia. Revista</p><p>de Odontologia da Universidade Cidade de São Paulo, vol. 22, no. 2, p. 178–184, 2010.</p><p>https://doi.org/10.26843/ro_unicid.v22i2.414.</p><p>17. ISO 21606:2007. DENTISTRY — ELASTOMERIC AUXILIARIES FOR USE IN ORTHODON-</p><p>TICS. [S. l.: s. n.], 2007.</p><p>18. JEON, Hyun Sun; CHOI, Choong Ho; KANG, Si Mook; KWON, Ho Keun; KIM, Baek Il. Chlorhe-</p><p>xidine-releasing orthodontic elastomerics. Dental Materials Journal, vol. 34, no. 3, p. 321–326,</p><p>2015. https://doi.org/10.4012/dmj.2014-216.</p><p>19. JEON, Hyun Sun; JUNG, Eun Ha; KANG, Si Mook; LEE, Eun Song; LEE, Jeong Woo; KIM,</p><p>Baek Il. Improving the efficacy of chlorhexidine-releasing elastomerics using a layer-by-layer</p><p>coating technique. Dental Materials Journal, vol. 36, no. 4, p. 476–481, 2017. https://doi.</p><p>org/10.4012/dmj.2016-337.</p><p>20. KANCHANA, Pakhan; GODFREY, Keith. Calibration of force extension and force degradation</p><p>characteristics of orthodontic latex elastics. American Journal of Orthodontics and Dentofa-</p><p>cial Orthopedics, vol. 118, no. 3, p. 280–287, 2000. https://doi.org/10.1067/mod.2000.104493.</p><p>21. KERSEY, Michael L.; GLOVER, Kenneth; HEO, Giseon; RABOUD, Don; MAJOR, Paul W.</p><p>An in vitro comparison of 4 brands of nonlatex orthodontic elastics. American Journal of</p><p>Orthodontics and Dentofacial Orthopedics, vol. 123, no. 4, p. 401–407, 2003. https://doi.</p><p>org/10.1067/mod.2003.22.</p><p>Ciência e Engenharia de Materiais: conceitos, fundamentos e aplicação</p><p>104 105</p><p>22. KOCHENBORGER, Claudia; LOPES DA SILVA, Dayanne; MARCHIORO, Ernani Menezes;</p><p>VARGAS, Diogo Antunes; HAHN, Luciane. Assessment of force decay in orthodontic elastome-</p><p>ric chains: An in vitro study. Dental Press Journal of</p><p>Orthodontics, vol. 16, no. 6, p. 93–99,</p><p>2011. https://doi.org/10.1590/s2176-94512011000600015.</p><p>23. LORIATO, Lívia B.; MACHADO, André Wilson; PACHECO, Wellington. Considerações clínicas</p><p>e biomecânicas de elásticos em ortodontia. Revista Clínica de Ortodontia Dental Press, vol.</p><p>5, no. 1, p. 42–55, 2006. .</p><p>24. MALTAGLIATI, Liliana. Utilização Dos Elásticos Intermaxilares Nos Estágios Iniciais Do Tra-</p><p>tamento Ortodôntico. Orthodontic Science and Practice, vol. 10, no. 39, p. 146–160, 2017.</p><p>https://doi.org/10.24077/2017;1039-131145.</p><p>25. MARQUES, Margareth R C; LOEBENBERG, Raimar; ALMUKAINZI, May. Simulated biological</p><p>fluids with possible application in dissolution testing. Dissolution Technologies, vol. 18, no.</p><p>3, p. 15–28, 2011. https://doi.org/10.1002/jps.23029.</p><p>26. MENDES JUNIOR, TADEU EVANDRO. Análise do decaimento de força dos elásticos or-</p><p>todônticos intermaxilares. 2016. 1–131 f. Universidade de São Paulo, 2016.</p><p>27. MITCHELL, L. Decalcification during orthodontic treatment with fixed appliances--an overview.</p><p>British journal of orthodontics, vol. 19, no. 3, p. 199–205, 1992. https://doi.org/10.1179/</p><p>bjo.19.3.199.</p><p>28. MORIS, Alexandre; SATO, Kikuo; FACHOLLI, Adriano Francisco de Lucca; NASCIMENTO,</p><p>José Euclides; SATO, Fábio Ricardo Loureiro. Estudo in vitro da degradação da força de elás-</p><p>ticos ortodônticos de látex sob condições dinâmicas. Revista Dental Press de Ortodontia e</p><p>Ortopedia Facial, vol. 14, no. 2, p. 95–108, 2009. .</p><p>29. NAPIMOGA, Marcelo Henrique; HÖFLING, Jose Francisco; KLEIN, Marlise Inez; KAMIYA,</p><p>Regianne Umeko; GONÇALVES, Reginaldo Bruno. Tansmission, diversity and virulence factors</p><p>of Sreptococcus mutans genotypes. Journal of oral science, vol. 47, no. 2, p. 59–64, 2005.</p><p>https://doi.org/10.2334/josnusd.47.59.</p><p>30. NOTAROBERTO, Daniela Ferreirade Carvalho; MARTINS, Mariana Martins e; GOLDNER,</p><p>Maria Teresa de Andrade; MENDES, Alvarode Moraes; QUINTÃO, Cátia Cardoso Abdo. For-</p><p>ce decay evaluation of latex and non-latex orthodontic intraoral elastics: In vivo study. Dental</p><p>Press Journal of Orthodontics, vol. 23, no. 6, p. 42–47, 2018. https://doi.org/10.1590/2177-</p><p>6709.23.6.042-047.oar.</p><p>31. PADOIS, Karine; BERTHOLLE, Valérie; PIROT, Fabrice; HYUNH, Truc Thanh Ngoc; ROSSI,</p><p>32. Alessandra; COLOMBO, Paolo; FALSON, Françoise; SONVICO, Fabio. Chlorhexidine salt- lo-</p><p>aded polyurethane orthodontic chains: In vitro release and antibacterial activity studies. AAPS</p><p>PharmSciTech, vol. 13, no. 4, p. 1446–1450, 2012. https://doi.org/10.1208/s12249-012-9872-6.</p><p>33. PITHON, Matheus Melo; MENDES, Jéssica Lima; DA SILVA, Camila Anselmo; LACERDA</p><p>DOS SANTOS, Rogério; COQUEIRO, Raildo Da Silva. Force decay of latex and non-latex</p><p>intermaxillary elastics: A clinical study. European Journal of Orthodontics, vol. 38, no. 1, p.</p><p>39– 43, 2016. https://doi.org/10.1093/ejo/cjv005.</p><p>Ciência e Engenharia de Materiais: conceitos, fundamentos e aplicação</p><p>106</p><p>34. QODCIEH, Sadeq M.Adel; AL-KHATEEB, Susan N.; JARADAT, Ziad W.; ABU ALHAIJA, Elham</p><p>S.J. Force degradation of orthodontic latex elastics: An in-vivo study. American Journal of</p><p>Orthodontics and Dentofacial Orthopedics, vol. 151, no. 3, p. 507–512, 2017. https://doi.</p><p>org/10.1016/j.ajodo.2016.08.023.</p><p>35. RIOS, Mariana Gisele; PIZZOL, Karina Eiras Dela Coleta; LUNARDI, Nadia. Elásticos em Or-</p><p>todontia: propriedades e considerações clínicas. Revista Brasileira Multidisciplinar, vol. 21,</p><p>no. 2, p. 137–148, 2018. https://doi.org/10.25061/2527-2675/rebram/2018.v21i2.604.</p><p>36. RUSSELL, K. A.; MILNE, A. D.; KHANNA, R. A.; LEE, J. M. In vitro assessment of the mecha-</p><p>nical properties of latex and non-latex orthodontic elastics. American Journal of Orthodon-</p><p>tics and Dentofacial Orthopedics, vol. 120, no. 1, p. 36–44, 2001. https://doi.org/10.1067/</p><p>mod.2001.114642.</p><p>37. SANTOS, Rogério Lacerda dos; PITHON, Matheus Melo; MARTINS, Fernanda Otaviano;</p><p>ROMANOS, Maria Teresa Villela. Cytotoxicity of separation orthodontic elastics. Dental Press</p><p>Journal of Orthodontics, vol. 17, no. 4, p. 110–114, 2012. .</p><p>38. SARI, Emel; BIRINCI, Ilhan. Microbiological evaluation of 0.2% chlorhexidine gluconate mouth</p><p>rinse in orthodontic patients. Angle Orthodontist, vol. 77, no. 5, p. 881–884, 2007. https://doi.</p><p>org/10.2319/080506-320.1.</p><p>39. STOREY, Elsdon. The nature of tooth movement. American Journal of Orthodontics, vol.</p><p>63, no. 3, p. 292–314, 1973. https://doi.org/10.1016/0002-9416(73)90353-9.</p><p>40. YAÑEZ, ESEQUIEL E. RODRIGUES; WHITE, LARRY W. Ortodontia contemporânea - Diag-</p><p>nóstico e tratamento. 2 ed. Mèxico: Revinter, 2010.</p><p>08</p><p>A v a l i a ç ã o e s t a t í s t i c a d a s</p><p>fotomicrografias de compósitos de</p><p>poliuretano</p><p>Gabriel Oscar Cremona Parma</p><p>UNISUL/INSTITUTO ÂNIMA</p><p>Rachel Faverzani Magnago</p><p>UNISUL/INSTITUTO ÂNIMA</p><p>10.37885/210705388</p><p>Ciência e Engenharia de Materiais: conceitos, fundamentos e aplicação</p><p>108</p><p>Palavras-chave: Microscopia Eletrônica de Varredura, Compósitos, PET, PU, Morfometria.</p><p>RESUMO</p><p>Compósitos podem ser preparados a partir de descartes industriais; este estudo foi</p><p>realizado com descartes de tereftalato de polietileno pós-consumo (PET), lodo de ano-</p><p>dização de alumínio (AAS) e poliuretano (PU). Os novos materiais permitem maior ciclo</p><p>de vida aos PET e AAS, sendo possível sua utilização como isolante térmico-acústico,</p><p>com resistência à chama na construção civil. A incorporação dos descartes provocou</p><p>mudanças nas microestruturas observadas a partir de imagens de microscopia eletrônica</p><p>de varredura (MEV), refletindo nas propriedades acústicas, térmicas e mecânicas. Assim,</p><p>o objetivo do estudo foi avaliar as formas de alvéolos de compósitos de PU-PET-AAS e</p><p>PU-AAS com PU, por modelos estatísticos. Para isso, foi realizada a calibração geométrica</p><p>e radiométrica das imagens: filtragem de ruídos e detecção de bordas e classificação</p><p>das formas dos alvéolos e perfurações. Pelos parâmetros morfométricos (áreas e perí-</p><p>metro, redondeza e valores dos diâmetros de Feret) das formas analisadas, realizou-se</p><p>comparação estatística dos distintos materiais. A partir dos valores obtidos desses parâ-</p><p>metros para PU e PU-AAS, tem-se que as formas dos alvéolos eram aproximadamente</p><p>simétricas, sem colapso do sistema celular. Porém, para PU-AAS-PET, a inclusão de</p><p>PET provocou colapso de parte do sistema celular. Concluí-se que o processamento e</p><p>análise das imagens foi uma ferramenta eficiente para a avaliação das características</p><p>microscópicas de compósitos, permitindo mensurar e resumir seus padrões. Verificou-se</p><p>que a introdução de PET e AAS modificou a morfologia dos alvéolos e perfurações, o</p><p>que leva as modificações de suas características físicas.</p><p>Ciência e Engenharia de Materiais: conceitos, fundamentos e aplicação</p><p>108 109</p><p>INTRODUÇÃO</p><p>Converter resíduo em produto semelhante a outros produtos é economizar energia,</p><p>poupar recursos naturais e trazer de volta ao ciclo produtivo o que é descartado (Ronkay,</p><p>2013). Nas últimas décadas as indústrias de bebidas e alimentos têm utilizado, principal-</p><p>mente, as embalagens de polímero, em especial o politereftalato de etileno (PET), por serem</p><p>mais resistentes e econômicas. As garrafas produzidas com esse polímero podem perma-</p><p>necer na natureza por até 800 anos. Uma das alternativas para a viabilização da reciclagem</p><p>dos resíduos de PET é a sua utilização como agregado em outros polímeros, por exemplo,</p><p>durante a reação de expansão do poliuretano (PU).</p><p>Um dos pontos fundamentais para a compreensão da micro estrutura e propriedades</p><p>dos materiais têm sido as imagens obtidas com microscópio eletrônico de varredura (MEV),</p><p>com uma resolução de pixel de quinhentas micras.</p><p>Assim, a integração do controle computadorizado do microscópio com a aquisição e</p><p>análise digital de imagens, há aproximadamente duas décadas, levou à criação de uma</p><p>nova área, denominada “Microscopia Digital”, a qual permite um leque de novas possibi-</p><p>lidades que este projeto visa explorar para a caracterização microestrutural de um mate-</p><p>rial, (Gomes, 2007).</p><p>Nos estudos dos materiais e, em particular,</p><p>dos materiais para uso na construção, sa-</p><p>be-se da existência de uma dependência entre o processo de fabricação, sua microestrutura</p><p>e suas macros propriedades. Dessa forma, a análise de imagens MEV, vem colaborar para</p><p>aumentar o nível de informação dos materiais analisados, sendo uma ferramenta adequada</p><p>para avaliar as mudanças morfológicas durante seu uso ou durante a adição de diferentes</p><p>elementos na fabricação no material em estudo. Assim, a análise de imagem exerce um</p><p>papel importante pois com ela existe a possibilidade de se relacionar a microestrutura com</p><p>as propriedades físicas e mecânicas da macroestrutura (Camarini, Ferreira, 2002).</p><p>Isso porque as imagens MEV tem a capacidade de revelar detalhes da microestrutura</p><p>do material não visível a olho nu e, também, a partir delas, podem ser obtidas informações</p><p>do tipo quantitativas sobre a caracterização estrutural do material como, por exemplo, orien-</p><p>tação e distribuição de redes, tamanhos e diâmetros de alvéolos.</p><p>Assim sendo, o objetivo geral do trabalho foi o de avaliar, por métodos de estatística</p><p>de imagens, as formas microscópicas dos diferentes compósitos de PU para poder quanti-</p><p>ficá-las, visando a comparação das formas microscópicas segundo os diferentes resíduos</p><p>utilizados nos compósitos.</p><p>Por sua vez, para atingir o objetivo geral, foram definidos as seguintes fases de trabalho:</p><p>calibrar geométrica e radiometricamente as imagens digitais, visando a sua regularização</p><p>e padronização; determinar as características particulares de cada imagem por meio da</p><p>Ciência e Engenharia de Materiais: conceitos, fundamentos e aplicação</p><p>110</p><p>filtragem de ruídos, detecção de bordas, descrição da textura, regionalização e classificação,</p><p>visando a descrição e detecção dos elementos nelas contidas; avaliar a morfometria das</p><p>imagens analisadas e, finalmente, comparar estatisticamente as imagens.</p><p>MÉTODO</p><p>O objeto de estudo foi a morfologia do PU e dos compósitos PU-AAS e PU-AAS-PET</p><p>(com diferentes porcentagens de PET) registradas por microscopia eletrônica de varredura</p><p>(JEOL JSM-6390LV), com uma tensão de 5 kV. As amostras foram fraturadas em nitrogênio</p><p>líquido e revestidos com ouro.</p><p>As tarefas executadas sobre a imagem em análise foram sistematizadas em cinco fases:</p><p>Escalado e recorte; melhoramento visual; classificação supervisionada; análise morfológica</p><p>e análise estatísticas dos dados morfométricos.</p><p>Para todos os processamentos de imagens se utilizou o software FUJI ImageJ1. O ImageJ</p><p>é um software de análise de imagens digitais livre e de código aberto e com uma ampla</p><p>gama de possibilidades de analisar as estatísticas de uma imagem. Por sua vez, FIJI2 é um</p><p>aplicativo que ordena e disponibiliza as ferramentas para o processamento de imagens para</p><p>distintas áreas do conhecimento.</p><p>Fase 1: Escalado e Recorte Das Imagens</p><p>Após analisada a área útil disponível nas imagens com zoom de x15 e com zoom de</p><p>x35, foi definido que o trabalho com a imagem com menor zoom, seria mais adequado, já</p><p>que abarcava maior área que a imagem de zoom x35.</p><p>Pelo fato de estar visando a análise geométrica das imagens, teve que ser realizado um</p><p>recorte das mesmas para eliminar duas situações problemáticas nos posteriores processos:</p><p>as bordas, que apresentavam deformações pela própria ação do corte do material, durante o</p><p>processo de obtenção da amostra para a análise microscópica, e a área onde o Microscópio</p><p>de varredura estampa os dados da imagem, como se pode observar na Figura 1,</p><p>1 Site do projeto: https://imagej.net/ImageJ</p><p>2 Site do projeto: https://imagej.nih.gov</p><p>Ciência e Engenharia de Materiais: conceitos, fundamentos e aplicação</p><p>110 111</p><p>Figura 1. Imagem original sem recortar à esquerda e imágem recordada á direita.</p><p>Fonte: do Autor.</p><p>Previamente ao recorte da imagem, se procedeu a seu escalado (definição da relação</p><p>tamanho de pixel e a medida real) com ajuda da escala gráfica estampada pelo instrumento</p><p>no canto inferior da imagem. Este processo de recorte e escalado foi realizado com todas</p><p>as 8 imagens a serem utilizadas no projeto, das quais se mostram as suas características</p><p>químicas na Tabela 1.</p><p>Tabela 1. Nome e características dos corpos de prova e arquivos do processamento.</p><p>Nome da imagem e</p><p>(Identificador Corpo de Prova)</p><p>Conteúdo AAS</p><p>(%) Conteúdo ATH (%) Conteúdo PET</p><p>(%)</p><p>PU-AAS-10PET (C1) 20 -- 10</p><p>PU-AAS-20PET (C2) 20 -- 20</p><p>PU-AAS-30PET (C3) 20 -- 30</p><p>PU-AAS-40PET (C4) 20 -- 40</p><p>PU-AAS-50PET (C5) 20 -- 50</p><p>PU-AAS (C0) 20 -- 0</p><p>PU-ATH (ATH) -- 20 --</p><p>PU (PU) -- -- --</p><p>Fonte: do Autor.</p><p>Fase 2: Melhoramento Visual Das Imagens</p><p>Visando a melhor segmentação das imagens (para obtenção das categorias a serem</p><p>analisadas geometricamente) foram feitos melhoramentos digitais com o intuito de melhorar</p><p>o contraste, brilho e eliminação de ruídos e outliers.</p><p>Para estes objetivos, os processos aplicados a cada uma das imagens indicadas an-</p><p>teriormente foram, inicialmente, técnicas de melhoramento da imagem por manipulação do</p><p>histograma da mesma, como o stretch linear e a equalização.</p><p>Stretch linear da imagem: Frequentemente, as imagens obtidas apresentam baixo</p><p>contraste e a operação de stretching, ou espalhamento do contraste, tem como objetivo</p><p>uniformizar a distribuição do histograma de forma que abarquem toda a faixa possível do</p><p>Ciência e Engenharia de Materiais: conceitos, fundamentos e aplicação</p><p>112</p><p>espectro do cinza; assim, nas imagens de 8bits os valores radiométricos originais serão</p><p>transformados para a faixa máxima de valores, de 0 a 255.</p><p>O aumento de contraste por uma transformação linear é uma das formas mais simples</p><p>de Stretch (CEPSRM, 2017).</p><p>Equalização da imagem: A equalização procura obter a máxima variância do his-</p><p>tograma da imagem visando melhorar o contraste da mesma. Esta operação aproxima o</p><p>histograma da imagem original para um histograma uniforme, calculando o seu histograma</p><p>acumulado, utilizando-o como função de intensidade (CEPSRM, 2017).</p><p>A equalização baseia-se no princípio de que uma imagem resultará optimizada se os</p><p>256 possíveis níveis de intensidade forem igualmente utilizados.</p><p>Porém, este fato não é totalmente aplicável devido à natureza discreta dos dados de</p><p>uma imagem, mas, ainda assim, pode-se conseguir uma aproximação espalhando os picos</p><p>do histograma da imagem sem mexer nas partes mais achatadas do mesmo.</p><p>Prévio ao processo de equalização, foi executado um processo de eliminação de outliers</p><p>(valores atípicos), os quais foram substituídos pela média de seus vizinhos mais próximos.</p><p>Estes valores atípicos são pixels que não tem grande influência e provocam problemas no</p><p>contraste por serem muito mais ou menos intensos que os vizinhos. No caso das imagens</p><p>em análise, a eliminação dos outliers eliminou o brilho excessivo das bordas das áreas de</p><p>corte da amostra, provocado pelo ouro envolvido no processo da captação da imagem (pro-</p><p>cesso próprio da microscopia eletrônica de varredura).</p><p>Eliminação de ruídos: Ruídos de uma imagem são pixels que sem ter uma alta fre-</p><p>quência de repetição, atrapalham a qualidade da imagem. Para sua eliminação vários filtros</p><p>têm sido aplicados, visando diferentes problemas específicos de cada imagem. Um filtro</p><p>procura fazer uma varredura matricial da imagem para analisá-la com o objetivo de corrigi-la.</p><p>(Sanches et.al, 2015)</p><p>No conjunto de imagens deste trabalho foram aplicados, sucessivamente, os filtros</p><p>de unsharp mask; despeckle; outliers (claros e obscuros) e filtro de mediana, nessa ordem.</p><p>O filtro de unsharp mask é uma técnica que usa uma imagem negativa desfocada ou</p><p>“unsharp” para criar uma máscara da imagem original. A máscara é combinada com a ima-</p><p>gem positiva (original), criando uma imagem menos embaçada do que o original.</p><p>O filtro despeckle é usado para remover pequenos defeitos na captura da imagem,</p><p>assim como também os efeitos moiré. O filtro substitui cada pixel com o valor da mediana</p><p>dos pixels dentro do raio específico.</p><p>Finalmente, um filtro de mediana foi aplicado. Estes filtros exploram as propriedades</p><p>geométricas</p><p>dos sinais (níveis de cinza da imagem). É um tipo de filtro utilizado para suavizar</p><p>e eliminar ruídos (INPE: DPI, 2017).</p><p>Ciência e Engenharia de Materiais: conceitos, fundamentos e aplicação</p><p>112 113</p><p>Após todos os processos de melhoramento da imagem, foram obtidos oito novos ar-</p><p>quivos, podendo-se observar, na Figura 2, um exemplo com a imagem original recortada</p><p>de PU e a imagem filtrada segundo o indicado.</p><p>Figura 2. Exemplo de melhoramento da imagem pela aplicação sucesiva de filtros.</p><p>Fonte: do autor.</p><p>Fase 3: Classificação Supervisionada</p><p>A classificação é o processo de extração de informações em imagens para reconhecer</p><p>padrões e áreas homogêneas que são utilizados para mapear áreas que correspondam</p><p>aos temas de interesse. Ela associa a cada pixel da imagem a um “rótulo” descrevendo um</p><p>objeto real; dessa forma, obtém-se um mapa temático, que mostra a distribuição do tema.</p><p>A classificação supervisionada apresenta duas etapas de trabalho: a do treinamento e</p><p>a da classificação propriamente dita. Em definitivo, o processo de classificação digital trans-</p><p>forma muitos níveis de cinza em um pequeno número de classes, em uma nova imagem,</p><p>chamada de imagem classificada (INPE: DPI, 2017).</p><p>A classificação supervisionada, é um tipo de classificação “pixel a pixel”. Este tipo de</p><p>classificação demanda o conhecimento prévio de alguns aspectos da área. Tais áreas são</p><p>padrão de comparação com as quais todos os pixels desconhecidos serão comparados</p><p>e, posteriormente, classificados (INPE: DPI, 2017). Nesta classificação, o treinamento diz</p><p>respeito ao reconhecimento da assinatura espectral ou características dos pixels de cada</p><p>uma das classes de uma certa área da imagem.</p><p>A área de treinamento é a área da imagem que o pesquisador identifica como repre-</p><p>sentante de uma das classes em estudo. Os limites da área de treinamento são traçados</p><p>diretamente sobre a imagem no programa utilizado. A área de treinamento deve ser uma</p><p>amostra homogênea da classe com toda a variabilidade dos níveis de cinza; é recomendável</p><p>trabalhar com várias áreas de treinamento.</p><p>Na pesquisa utilizou-se o plugin para Image-J/FIJI chamado “Segmentação Trainable</p><p>Weka” (Weka: Waikato Ambiente para Análise de Conhecimento), que combina uma coleção</p><p>de algoritmos de aprendizado de máquina com uma coleção de ferramentas de visualização e</p><p>Ciência e Engenharia de Materiais: conceitos, fundamentos e aplicação</p><p>114</p><p>algoritmos para análise de dados e modelagem preditiva, juntamente com uma interface gráfi-</p><p>ca do usuário para facilitar o acesso a todas as suas funcionalidade, com o objetivo de produ-</p><p>zir uma imagem classificada por um processo de segmentação assistida baseadas em pixel.</p><p>Neste caso, junto ao treinamento, foram utilizados os filtros de Gaussian Bluer,</p><p>Difference Gaussians e Entropy, durante o processo da classificação.</p><p>Para a classificação foram definidos e gerados polígonos de treinamento (Figura 3)</p><p>para 3 classes em análise: Classe 1: alvéolos; Classe 2: perfurações e, Classe 3: bordas.</p><p>Utilizou-se também a opção de balance de classes para gerar os mapas de probabili-</p><p>dades de cada classe e, assim, finalmente, realizar a classificação e segmentação nas três</p><p>classes, baseada na probabilidade conjunta de cada classe que o programa analisa durante</p><p>o processo, para cada uma das classes (Figura 4).</p><p>A classificação já realizada, deve ser salva num arquivo raster para os posteriores</p><p>processamentos (Figura 5 esquerda).</p><p>Finalmente, à imagem classificada foi feita um filtro de mediana para eliminar as pe-</p><p>quenas áreas de uma classe sobreposta nas outras (Figura 5, direita) e logo transformada</p><p>para uma imagem espectral de 8 bits (Figura 6), sobre a qual se aplicou um processo de</p><p>limiarização (“Threshold”) para criar 3 imagens de 1 bits (branco e preto) de cada uma das</p><p>classes (Figura 7).</p><p>Figura 3. Área de treinamento. Parámetros para a lassificação: Gaussian Bluer; Sobel Filter; Hessian; Difference of Gaussians;</p><p>Membrane projections com balance of classes.</p><p>Fonte: do autor.</p><p>Ciência e Engenharia de Materiais: conceitos, fundamentos e aplicação</p><p>114 115</p><p>Figura 4. Análise probabilístico de cada classe, resutlado previo à execução da clasificação.</p><p>Fonte: do autor</p><p>Figura 5. Imagem classificada segundo o processo de probabilidades conjunta à esquerda e com a aplicação de um filtro</p><p>de mediana, à direita.</p><p>Fonte: do autor.</p><p>Figura 6. Imagem classificada trasnformada espectralmente para 8 bits, visando a sua limiarização.</p><p>Fonte: do autor.</p><p>Figura 7. imagem classificada e segmentada nas três classes em análise: alveóloes, perfurações e bordas.</p><p>Fonte: do autor.</p><p>Finalmente, sobre estas três imagens, classificadas tematicamente, serão calculados</p><p>os parâmetros morfométricos para avaliação estatística das formas da superfície do material.</p><p>Ciência e Engenharia de Materiais: conceitos, fundamentos e aplicação</p><p>116</p><p>Fase 4: Análise Morfológica</p><p>A partir das três imagens classificadas para cada tema no item anterior, foi realizado,</p><p>automaticamente, por meio da opção do FIJI Analize / Set Measure e Analize / Analize</p><p>Particle, a análise morfométrica de cada uma das partículas das três imagens classificadas.</p><p>No Analize / Set Measure foi definido o cálculo da área, os descritores de forma, cen-</p><p>troide, perímetro e diâmetro de Feret. Em Analize / Analize Particle foi definido o tamanho</p><p>mínimo a ser considerado para identificar cada área avaliada. Os resultados deste processo</p><p>foram dois para cada uma das imagens de alvéolos e perfurações: uma imagem de linhas</p><p>(contorno das formas), com um identificador em cada uma e uma planilha (Figura 8 esquer-</p><p>da e direita respectivamente), com todos os dados calculados pelo programa para cada</p><p>partícula identificada.</p><p>Figura 8. Exemplo do resutlado morfométrico para a imágens das perfurações e a tabela de dados associados e indexados</p><p>na imágem.</p><p>Fonte: do autor.</p><p>No caso das bordas, o processamento realizado foi o de Skeleton, que define os eixos</p><p>das bordas classificadas e calcula os diferentes tamanhos de cada segmento da imagem,</p><p>resultando também, em uma imagem e em uma tabela com os dados estatísticos.</p><p>A citada planilha calcula e identifica os seguintes parâmetros morfométricos, dentre os</p><p>mais importantes: Área da partícula em análise; X,Y: centroide de cada partícula; Perímetro</p><p>da partícula; Circularidade: indica para cada partícula quanto próximo está de um círculo</p><p>(valores perto da unidade são mais circulares, valores pequenos, formas alongadas); Feret:</p><p>diâmetro de Feret ou calibre máximo de cada partícula; FeretX e FeretY: projeções axiais</p><p>do diâmetro de Feret; Ângulo de Feret: Angulação do diâmetro principal de Feret; e, Feret</p><p>mínimo: mínimo calibre de cada partícula. Na figura 9, pode-se observar um exemplo das</p><p>primeiras linhas da planilha de resultados.</p><p>Ciência e Engenharia de Materiais: conceitos, fundamentos e aplicação</p><p>116 117</p><p>Figura 9. Exemplo de dados obtidos desde a análise morfométrica das imágem clasificadas e limiarizadas.</p><p>Fonte: do autor.</p><p>Fase 5: Análise Estatística Dos Dados Morfométricos.</p><p>Após serem obtidos todos os dados apresentados no item anterior, foram feitas as aná-</p><p>lises descritivas das seis variáveis a serem consideradas: áreas e perímetro das partículas,</p><p>redondeza e os valores relacionados com os diâmetros de Feret: máximo, mínimo e ângulo</p><p>do máximo diâmetro de Feret, tanto da classe dos alvéolos como das perfurações. No caso</p><p>das bordas, foram analisadas as variáveis lineares correspondentes.</p><p>Assim, nas tabelas 2 e 3, apresentam-se os valores descritivos da classe alvéolos, na</p><p>tabela 4 os intervalos de confiança da média populacional, com um nível de significância</p><p>de 0,05 e um nível de confiança do 0,95, Por sua vez, nas Figuras 10, 11 e 12 apresen-</p><p>tam-se os histogramas com a distribuição de probabilidades relacionadas, os box-plot e os</p><p>gráficos QQ de normalidade, onde podem ser observados os testes de normalidade e os</p><p>valores discrepantes.</p><p>Tabela 2. Estatística descriptiva básica da classe alveólos.</p><p>Variável</p><p>Média EP Média DesvPad Assimetria Curtose CoefVar</p><p>Area 0,09 0,01 0,07 1,48 2,59 83,58</p><p>Perimetro 1,54 0,05 0,71 0,78 0,83 46,24</p><p>Redondeza 0,47 0,01 0,19 0,47 -0,42 39,52</p><p>MaxFeret 0,55 0,02 0,24 0,51 -0,12 42,45</p><p>MinFeret 0,26 0,01 0,12 0,81 0,29 48,24</p><p>AngFeret 93,71 2,04 29,12 -0,04 0,55 31,08</p><p>Fonte: do Autor.</p><p>Tabela 3. Estatística descriptiva das amplitudes dos dados.</p><p>Variável Mínimo Q1 Mediana Q3 Máximo Amplitude</p><p>Area 0,01 0,03 0,07 0,12 0,43 0,42</p><p>Perimetro 0,42 0,97 1,47 1,97 4,55 4,13</p><p>Redondeza 0,14 0,34 0,44 0,58 0,97 0,83</p><p>MaxFeret 0,15 0,37 0,53 0,71 1,30 1,15</p><p>MinFeret 0,08 0,16 0,24 0,34 0,68 0,60</p><p>AngFeret 3,58 76,23 94,33 110,79 170,27 166,69</p><p>Fonte: do Autor.</p><p>Ciência e Engenharia de Materiais: conceitos, fundamentos e aplicação</p><p>118</p><p>Tabela 4. Intervalos de confiança da média.</p><p>Variável Média EP Média Intervalo de confiança de 95%</p><p>Area 0,09 0,01 (0,08;0,10)</p><p>Perimetro 1,54 0,05 (01,49;01,59)</p><p>Redondeza 0,47 0,01 (0,46;0,48)</p><p>MaxFeret 0,55 0,02 (0,53;0,57)</p><p>MinFeret 0,26 0,01 (0,25;0,27)</p><p>AngFeret 93,71 2,04 (91,67;95,75)</p><p>Fonte: do Autor.</p><p>Figura 10. Histogramas e curvas de distribuição normal dos alveólos.</p><p>Fonte: do autor.</p><p>Figura 11. box-plot das 6 variáveis para alveólos.</p><p>Fonte: do autor.</p><p>Ciência e Engenharia de Materiais: conceitos, fundamentos e aplicação</p><p>118 119</p><p>Figura 12. Gráficos de probabilidades normais.</p><p>543210-1</p><p>99.9</p><p>99</p><p>95</p><p>90</p><p>80</p><p>70</p><p>60</p><p>50</p><p>40</p><p>30</p><p>20</p><p>10</p><p>5</p><p>1</p><p>0.1</p><p>0.08882 0.074 24 204 7.674 < 0.005</p><p>1.539 0.7115 204 1.656 < 0.005</p><p>0.4 726 0.1868 204 1.54 8 < 0.005</p><p>0.5537 0.2350 204 1.161 < 0.005</p><p>0.2591 0.1250 204 2.856 < 0.005</p><p>Média DesvPad N AD P</p><p>Dados</p><p>Pe</p><p>rc</p><p>en</p><p>tu</p><p>al</p><p>Area</p><p>Perimetro</p><p>Redondeza</p><p>MaxFeret</p><p>MinFeret</p><p>Variável</p><p>Gráfico de Probabilidade de Area; Perimetro; R edondeza; M axFeret; ...</p><p>Verificação da N ormalidade - IC 95% - Alpha 0,05</p><p>Fonte: do autor.</p><p>Por sua vez, na Figura 14, observa-se os gráficos de probabilidades teóricas e reais,</p><p>que permitem concluir que nem todas as variáveis são normais, situação confirmada também</p><p>pelos testes estatísticos específicos de normalidade.</p><p>Nas tabelas 5, 6 e 7 e nas figuras 13, 14 e 15, apresentam-se os mesmos dados rela-</p><p>cionados com as partículas que representam as perfurações.</p><p>Tabela 5. Estatística descriptiva básica da classe alveólos.</p><p>Variável Média EP Média DesvPad Assimetria Curtose CoefVar</p><p>Area 0,07 0,00 0,05 2,03 7.32 75,67</p><p>Perimetro 1,15 0,04 0,42 0,72 1,01 36,44</p><p>Redondeza 0,48 0,01 0,15 0,58 -0,07 31,45</p><p>MaxFeret 0,44 0,01 0,15 0,56 0,64 35,23</p><p>MinFeret 0,21 0,01 0,09 0,89 0,66 40,69</p><p>AngFeret 87.91 1,97 22,85 0,11 1,21 25,99</p><p>Fonte: do Autor.</p><p>Tabela 6. Estatística descriptiva das amplitudes dos dados.</p><p>Variável Mínimo Q1 Mediana Q3 Máximo Amplitude</p><p>Area 0,01 0,03 0,06 0,09 0,38 0,37</p><p>Perimetro 0,40 0,83 1,15 1,37 2,79 2,39</p><p>Redondeza 0,21 0,36 0,47 0,59 0,93 0,72</p><p>MaxFeret 0,16 0,33 0,43 0,54 1,03 0,87</p><p>MinFeret 0,07 0,15 0,20 0,26 0,52 0,45</p><p>AngFeret 18,03 73,75 86,73 101,31 156,25 138,22</p><p>Fonte: do Autor.</p><p>Ciência e Engenharia de Materiais: conceitos, fundamentos e aplicação</p><p>120</p><p>Tabela 7. Intervalos de confiança da média.</p><p>Variável Média EP Média Intervalo de confiança de 95%</p><p>Area 0,071 0,005 (0,07;0,08)</p><p>Perimetro 1,152 0,036 (01,12;01,19)</p><p>Redondeza 0,485 0,013 (0,47;0,5)</p><p>MaxFeret 0,440 0,013 (0,43;0,45)</p><p>MinFeret 0,214 0,008 (0,21;0,22)</p><p>AngFeret 87.910 1,970 (85,94;89,88)</p><p>Fonte: do Autor.</p><p>Figura 13. Histogramas e curvas de distribuição normal das perfurações.</p><p>0.</p><p>36</p><p>0. 300. 2</p><p>4</p><p>0. 180.12</p><p>0.06</p><p>0.00</p><p>-0</p><p>.06</p><p>30</p><p>20</p><p>10</p><p>0</p><p>2.82. 42.01.61. 20.80.4</p><p>24</p><p>18</p><p>12</p><p>6</p><p>0</p><p>0.90</p><p>0.</p><p>75</p><p>0. 600. 4</p><p>5</p><p>0.</p><p>30</p><p>0.15</p><p>20</p><p>15</p><p>10</p><p>5</p><p>0</p><p>1. 0</p><p>5</p><p>0. 9</p><p>0</p><p>0.7</p><p>5</p><p>0.6</p><p>0</p><p>0. 4</p><p>5</p><p>0.3</p><p>0</p><p>0. 15</p><p>16</p><p>12</p><p>8</p><p>4</p><p>0</p><p>0. 5</p><p>25</p><p>0.4</p><p>50</p><p>0. 37</p><p>5</p><p>0.300</p><p>0.225</p><p>0.</p><p>15</p><p>0</p><p>0. 0</p><p>75</p><p>20</p><p>15</p><p>10</p><p>5</p><p>0</p><p>16014</p><p>0</p><p>12</p><p>0</p><p>10</p><p>080604 020</p><p>30</p><p>20</p><p>10</p><p>0</p><p>Média 0.07142</p><p>DesvPad 0.05404</p><p>N 134</p><p>Area</p><p>Média 1.152</p><p>DesvPad 0.4197</p><p>N 134</p><p>Perimetro</p><p>Média 0.4848</p><p>DesvPad 0.1525</p><p>N 134</p><p>Redondeza</p><p>Média 0.4397</p><p>DesvPad 0.1549</p><p>N 134</p><p>MaxFeret</p><p>Média 0.2137</p><p>DesvPad 0.08696</p><p>N 134</p><p>MinFeret</p><p>Média 87.91</p><p>DesvPad 22.85</p><p>N 134</p><p>AngFeret</p><p>Area</p><p>D</p><p>en</p><p>si</p><p>da</p><p>de</p><p>Perimetro R edondeza</p><p>MaxFeret MinFeret AngFeret</p><p>H istogramas e distribuições normais assiciadas</p><p>Principais variáveis orfométricas das partículas perfurações</p><p>Fonte: do autor.</p><p>Figura 14. box-plot das 6 variáveis para alveólos.</p><p>MinFeretMaxFeretRedondezaPerimetroArea</p><p>3.0</p><p>2.5</p><p>2.0</p><p>1.5</p><p>1.0</p><p>0.5</p><p>0.0</p><p>D</p><p>ad</p><p>os</p><p>Boxplot de Area; Perimetro; R edondeza; M axFeret; M inFeret</p><p>160</p><p>140</p><p>120</p><p>100</p><p>80</p><p>60</p><p>40</p><p>20</p><p>0</p><p>A</p><p>n</p><p>g</p><p>F</p><p>e</p><p>re</p><p>t</p><p>Boxplot de AngFeret</p><p>Fonte: do autor.</p><p>Figura 15. Gráficos de probabilidades normais QQ.</p><p>3.02.52.01.51.00.50.0-0.5</p><p>99.9</p><p>99</p><p>95</p><p>90</p><p>80</p><p>70</p><p>60</p><p>50</p><p>40</p><p>30</p><p>20</p><p>10</p><p>5</p><p>1</p><p>0.1</p><p>0.07142 0.05404 134 4.687 <0.005</p><p>1.152 0.4197 134 0.721 0.059</p><p>0.4848 0.1525 134 1.044 0.009</p><p>0.4397 0.1549 134 0.438 0.292</p><p>0.2137 0.08696 134 2.001 <0.005</p><p>Média DesvPad N AD P</p><p>Dados</p><p>Pe</p><p>rc</p><p>en</p><p>tu</p><p>al</p><p>Area</p><p>Perimetro</p><p>Redondeza</p><p>MaxFeret</p><p>MinFeret</p><p>Variável</p><p>Gráfico de Probabilidade de Area; Perimetro; R edondeza; M axFeret; ...</p><p>Verificação da N ormalidade - IC de 95% - alpha 0,05</p><p>Fonte: do autor.</p><p>Ciência e Engenharia de Materiais: conceitos, fundamentos e aplicação</p><p>120 121</p><p>No caso das bordas, apenas foram analisadas as distâncias de cada um dos trechos</p><p>de borda. Assim, na tabela 8 identificam-se suas características estatísticas e nas figuras</p><p>16 e 17 o histograma, box-plot e gráfico de normalidade QQ.</p><p>Tabela 8. Estatísticas das bordas.</p><p>Variável valor Variável valor</p><p>Média 0,26 Mínimo 0,01</p><p>EP Média 0,01 Q1 0,13</p><p>DesvPad 0,17 Mediana 0,22</p><p>Assimetria 1,09 Q3 0,34</p><p>Curtose 1,34 Máximo 1,15</p><p>CoefVar 64,98 Amplitude 1,14</p><p>I.C. 95% (0,25;0,26)</p><p>Fonte: do autor.</p><p>Figura 16. hispograma e box-plot do perímetro das bordas.</p><p>1.00.80.60.40.20.0</p><p>100</p><p>80</p><p>60</p><p>40</p><p>20</p><p>0</p><p>Média 0.2550</p><p>DesvPad 0.1657</p><p>N 703</p><p>Perímetro</p><p>Fr</p><p>eq</p><p>uê</p><p>nc</p><p>ia</p><p>H istograma e distribuição normal associada</p><p>Perímetro das bordas</p><p>1.2</p><p>1.0</p><p>0.8</p><p>0.6</p><p>0.4</p><p>0.2</p><p>0.0</p><p>Pe</p><p>rí</p><p>m</p><p>et</p><p>ro</p><p>Boxplot de Perímetro</p><p>Fonte: do autor.</p><p>Figura 17. Gráfico de probabilidad normal do perímetro das bordas.</p><p>1.251.000.750.500.250.00-0.25-0.50</p><p>99.99</p><p>99</p><p>95</p><p>80</p><p>50</p><p>20</p><p>5</p><p>1</p><p>0.01</p><p>Média 0.2550</p><p>DesvPad 0.1657</p><p>N 703</p><p>AD 14.200</p><p>Valor-P <0.005</p><p>Perímetro</p><p>Pe</p><p>rc</p><p>en</p><p>tu</p><p>al</p><p>Gráfico de Probabilidade de Perímetro</p><p>N ormal - IC de 95% - alpha 0,05</p><p>Fonte: do autor.</p><p>RESULTADO E DISCUSSÃO</p><p>A partir do método desenvolvido foi possível quantificar as modificações das microestru-</p><p>turas das imagens de novos materiais, produzidos com resíduos de tereftalato de polietileno</p><p>e de lodo de anodização do alumínio, na produção de placas com poliuretano de diferentes</p><p>densidades e resistentes ao fogo. A morfologia do PU e dos compósitos PU-AAS e PU-AAS-</p><p>PET com 10%, 20%, 30%, 40% e 50% de resíduo de tereftalato de polietileno com tamanho</p><p>Ciência e Engenharia de Materiais: conceitos, fundamentos e aplicação</p><p>122</p><p>de partícula entre 1,0 e 1,4 mm, como substituinte dos insumos primários formadores do</p><p>poliuretano, acrescentado 20% de lodo de alumínio com tamanho de partícula 0,044 mm</p><p>(Marques et.al., 2019).</p><p>O protocolo foi sistematizado segundo indicado no método. Os resultados desses pro-</p><p>cessos foram: uma imagem de linhas/polígonos (contorno das formas) com um identificador</p><p>em cada uma e uma planilha com todos os dados calculados automaticamente para cada</p><p>partícula identificada.</p><p>Deste modo, foram obtidos os parâmetros morfométricos de área da partícula em análise</p><p>e seu centroide, perímetro da partícula, redondeza (valor perto da unidade: forma circular,</p><p>valor menor: forma alongada), diâmetro de Feret (FeretX e FeretY), ângulo e angulação do</p><p>diâmetro Feret e mínimo de cada região.</p><p>Para análise estatística dos dados morfométricos foram feitas as análises descritivas</p><p>das seis variáveis a serem consideradas: áreas e perímetro das partículas, redondeza e</p><p>os valores relacionados com os diâmetros de Feret: máximo, mínimo e ângulo do máximo</p><p>diâmetro de Feret, tanto da classe dos alvéolos como das perfurações (Facon, 1996).</p><p>Para a classe alvéolos,</p><p>os intervalos de confiança da média populacional foram obtidos</p><p>com um nível de confiança do 0,95 (Larson, 2010).</p><p>Da mesma forma, foram analisadas todas as outras imagens processadas para este</p><p>trabalho, obtendo-se tabelas e gráficos de trabalho semelhante para todos eles. Para fins</p><p>de comparações dentre os diferentes compósitos, também foram realizados os relaciona-</p><p>mentos numéricos e gráficos dentre eles, dos quais se apresentam alguns como exemplos.</p><p>As micrografias MEV Fig. 18 para PU (PU) e C0 (PU-AAS) mostram que as formas</p><p>dos alvéolos eram aproximadamente simétricas como um todo, basicamente sem colapso</p><p>do sistema celular. No entanto, isto não foi visualizado para C5 (PU-AAS-50PET), onde a</p><p>inclusão de partículas de PET provocou colapso de parte do sistema celular.</p><p>A partir das imagens captadas pela MEV (Fig. 18) foram quantificados os parâme-</p><p>tros (Tabela 9) área, perímetro, redondeza e máximo, mínimo e ângulo de inclinação de</p><p>Feret dos alvéolos.</p><p>Também na Tabela 10, apresenta-se os dados estatísticos de média, erro padrão da</p><p>média (EP Média), desvio padrão, coeficiente de variação, valor mínimo e máximo, mediana,</p><p>amplitude e índice de certeza para nível de confiança de 95% para os parâmetros estudados</p><p>dos espécimes PU (PU), PU-AAS (C0) e PU-AAS-50PET (C5), como exemplo de todos os</p><p>resultados obtidos.</p><p>Ciência e Engenharia de Materiais: conceitos, fundamentos e aplicação</p><p>122 123</p><p>Tabela 9. Análise estatística alvéolos do PU, PU-AAS (C0) e PU-AAA-50PET (C5).</p><p>Variável Média EP Média Desvio</p><p>Padrão Coef. Var. Mín. Mediana Máx. Ampl. IC de 95%</p><p>PU</p><p>Área 0,09 0,01 0,07 83,58 0,01 0,07 0,43 0,42 (0,08;0,10)</p><p>Perímetro 1,54 0,05 0,71 46,24 0,42 1,47 4,55 4,13 (1,49;1,59)</p><p>Redondeza 0,47 0,01 0,19 39,52 0,14 0,44 0,97 0,83 (0,46;0,48)</p><p>MaxFeret 0,55 0,02 0,24 42,45 0,15 0,53 1,30 1,15 (0,53;0,57)</p><p>MinFeret 0,26 0,01 0,12 48,24 0,08 0,24 0,68 0,60 (0,25;0,27)</p><p>AngFeret 93,71 2,04 29,12 31,08 3,58 94,33 170,27 166,69 (91,67;95,75)</p><p>C0</p><p>Área 0,04 0,01 0,07 160,73 0,01 0,02 0,47 0,04 (0,03;0,05)</p><p>Perímetro 1,08 0,13 1,41 129,85 0,27 0,67 11,18 1,08 (0,95;01,21)</p><p>Redondeza 0,60 0,02 0,16 27,53 0,22 0,60 0,98 0,60 (0,58;0,62)</p><p>MaxFeret 0,30 0,02 0,23 76,84 0,09 0,22 1,49 0,30 (0,28;0,32)</p><p>MinFeret 0,18 0,01 0,15 81,69 0,05 0,14 1,13 0,18 (0,17;0,19)</p><p>AngFeret 89,83 5,17 55,73 62,04 1,82 98,83 173,83 89,83 (84,66;95,00)</p><p>C5</p><p>Área 0,06 0,01 0,06 110,65 0,00 0,03 0,26 0,26 (0,26;0,08)</p><p>Perímetro 0,99 0,07 0,71 72,46 0,01 0,83 3,26 3,25 (3,25;0,96)</p><p>Redondeza 0,50 0,02 0,18 36,29 0,11 0,47 1,00 0,89 (0,89;0,27)</p><p>MaxFeret 0,35 0,02 0,23 66,97 0,00 0,31 0,96 0,96 (0,96;0,33)</p><p>MinFeret 0,18 0,01 0,13 71,17 0,00 0,13 0,61 0,61 (0,61;0,18)</p><p>AngFeret 117,65 4,74 45,71 38,85 5,51 131,19 178,49 172,98 (172,98;62,63)</p><p>Fonte: do autor</p><p>Fig. 18. MEV das espumas: PU, C0 (PU-AAS) e C5 (PU-AAS-50PET) ampliadas 30X.</p><p>Fonte: do autor.</p><p>Os alvéolos do PU (Tabela 9) apresentaram regularidade de forma, aproximando-se da</p><p>elíptica com valores médios de redondeza de 0,47 µm, área de 0,09 µm, perímetro 1,54 μm,</p><p>máximo de Feret de 0,55 μm e mínimo de Feret 0,26 μm e ângulo de inclinação de 93,71,</p><p>Para C0 (Tabela 9), os alvéolos apresentaram maior redondeza de 0,60 µm, área de</p><p>0,04 µm, perímetro 1,08 μm, máximo de Feret de 0,30 μm e mínimo de Feret 0,18 μm e</p><p>ângulo de inclinação de 89,83°.</p><p>Enquanto para C5, obteve-se (Tabela 9) os valores médios de redondeza de 0,50 µm,</p><p>área de 0,06 µm2, perímetro 0,99 μm, máximo de Feret de 0,35 μm, mínimo de Feret 0,18</p><p>μm e ângulo de inclinação de 117.65°.</p><p>Ciência e Engenharia de Materiais: conceitos, fundamentos e aplicação</p><p>124</p><p>As Fig. 19, Fig. 20 e Fig. 21 exibem a variabilidade das estatísticas dos alvéolos da</p><p>relação dos espécimes PU (PU) em comparação com C0 (PU-ASS), PU (PU) em compara-</p><p>ção com C5 (PU-AAS-50PET) e C0 (PU-ASS) em comparação com C5 (PU-AAS-50PET).</p><p>Fig. 19. Análise da variabilidade das estatísticas dos alvéolos da relação dos espécimes PU com C0 (PU-ASS).</p><p>Fonte: do autor.</p><p>Fig. 20. Análise da variabilidade das estatísticas dos alvéolos da relação dos espécimes PU com C5 (PU-AAS-50PET).</p><p>Fonte: do autor.</p><p>Fig. 21. Análise da variabilidade das estatísticas dos alvéolos da relação dos espécimes C0 (PU-ASS) com C5 (PU-AAS-50PET).</p><p>Fonte: do autor.</p><p>A partir dos dados aferidos verifica-se que o crescimento das células PU foi inibido pela</p><p>incorporação de AAS (0,044 mm) e PET (1-1,4 mm), com as partículas dispersas na matriz</p><p>e devido ao tamanho resultou em uma menor tendência de expansão, sendo que particulas</p><p>maiores foram importantes no comprometimento de expansão (Li et al ., 2014; Zhang et al.,</p><p>Ciência e Engenharia de Materiais: conceitos, fundamentos e aplicação</p><p>124 125</p><p>2015). A substituição de 50% da matriz polimérica por carga com particulas maiores de 1</p><p>mm (Santiago-Calvo et al., 2018), neste caso sendo particulas de PET, que comprometeu</p><p>a estrutura alvelar. Os alveolos fazem-se importantes em espumas rígidas de poliuretano,</p><p>tendo em vista que esses poliuretanos podem ser aplicadas para materiais de isolamento</p><p>e estruturais (Klempner and Sendijarevic, 1991). No entanto, as características desejadas</p><p>devem ser levadas em consideração a fim de selecionar um enchimento apropriado para</p><p>modificar suas propriedades físicas, e uma abordagem é adicionar enchimentos com cau-</p><p>tela quanto a dimenssão da carga e quantidade. Visivelmente nossas medidas mostraram</p><p>que C0 (PU-AAS) mantem caracteristicas alvelar semelhantes ao PU. Essas razões têm</p><p>incentivado a pesquisa sobre a incorporação de nanopreenchimentos em uma variedade de</p><p>materiais e espumas (Marques et al., 2018; Santiago-Calvo et al., 2018).</p><p>Esse trabalho permite afirmar que as propriedades do compósito final dependem, do</p><p>formato de alveolos que entre outros aspectos dependem da composição química da nano-</p><p>carga, do tamanho e forma das nanopartículas. A interação vai ocorrer na interface entre a</p><p>matriz de PU e o preenchimento em microescala. A adição de PET à matriz de PU prova-</p><p>velmente causou dois efeitos intermoleculares combinados que influenciam aspropriedades</p><p>dos compósitos. O primeiro efeito possivelmente consiste em uma redução nas ligações de</p><p>hidrogênio entre os grupos de uretano (NHCOO) da matriz de PU, o que pode diminuir as</p><p>pseudo reticulações em o segmento rígido (NHCOO). O segundo efeito parece ser uma re-</p><p>dução (ou não ocorrência) de interações intermoleculares entre os grupos uretano do PU e</p><p>os grupos éster do PET, dessa forma contribuindo, por exemplo, para uma menor resistência</p><p>mecânica (Zhang et al., 2014; Zhang et al., 2015).</p><p>Em geral, os hidróxidos metálicos de cargas minerais, como hidróxido de alumínio e</p><p>hidróxido de magnésio, agem como cargas não reforçantes devido à sua baixa umectação</p><p>ou adesão com a matriz polimérica isso também foi verificado para adição de AAS à matriz</p><p>de PU (Marques et al., 2019). Desse modo, também reduzindo a propriedade mecânica,</p><p>mas essas carga melhora a propriedade de inflamabilidade.</p><p>As espumas de PU representam quase 50% do mercado global de espumas, e seu</p><p>uso ainda está crescendo substancialmente ao longo dos anos (Polymer Foam Market,</p><p>2021). Incorporar aditivos/cargas à formulação de PU é um excelente método para melho-</p><p>rar as propriedades mecânicas, termomecânicas ou térmicas da espuma. Enchimentos de</p><p>tamanho em nanoescala estão se tornando uma opção promissora a fim de obter proprie-</p><p>dades aprimoradas.</p><p>Ciência e Engenharia de Materiais: conceitos, fundamentos e aplicação</p><p>126</p><p>CONCLUSÃO</p><p>O processamento de imagem verifica-se como uma ótima ferramenta para a análise</p><p>das características microscópicas dos compósitos em estudo. Assim, após serem obtidas</p><p>todos as estatísticas dos alvéolos, perfurações e bordas, percebe-se como o método de</p><p>análise da imagem permitiu mensurar e resumir as características do material analisado, o</p><p>que permitirá, após repetido o mesmo processo com as outras imagens de outros compósi-</p><p>tos com diferentes elementos agregados, uma comparação e relacionamento das medidas</p><p>dos compostos,</p><p>DA CARBONATAÇÃO NA RESISTÊNCIA DO CONCRETO COM USO DO ULTRASSOM</p><p>Myrela Vieira Araújo; Raimundo Nonato Rodrigues de Araújo Netto; Eduardo Aurélio Barros Aguiar</p><p>' 10.37885/210705459 ................................................................................................................................................................................. 48</p><p>CAPÍTULO 04</p><p>ANÁLISE DE MATERIAIS UTILIZADOS NA PRODUÇÃO DE DIODOS EMISSORES DE LUZ PARA POSSÍVEIS APLICAÇÕES</p><p>EM PAINÉIS SOLARES FOTOVOLTAICOS</p><p>Cochiran Pereira dos Santos; Adriana de Jesus Santos; Orlando Pedreschi Neto; Silvio Leonardo Valença</p><p>' 10.37885/210805656 ................................................................................................................................................................................. 60</p><p>CAPÍTULO 05</p><p>ANÁLISE DO COMPORTAMENTO MECÂNICO A QUENTE DO AÇO INOXIDÁVEL SUPER DUPLEX UNS S32760 ATRAVÉS DE</p><p>MAPAS DE PROCESSAMENTO</p><p>Clayton Pereira Dias; Oscar Balancin</p><p>' 10.37885/210705422 ................................................................................................................................................................................. 68</p><p>SUMÁRIO</p><p>CAPÍTULO 06</p><p>ANÁLISE MACROESTRUTURAL DE UMA LIGA AL-10%SN SOLIDIFICADA EM UM DISPOSITIVO DIRECIONAL HORIZONTAL</p><p>REFRIGERADO A ÁGUA</p><p>Jacson Malcher Nascimento; Igor Alexsander Barbosa Magno; André dos Santos Barros; Angela de Jesus Vasconcelos; Fabricio Vinicius</p><p>Andrade de Souza; Otávio Fernandes Lima da Rocha; Maria Adrina Paixão de Souza da Silva</p><p>' 10.37885/210404241.................................................................................................................................................................................. 80</p><p>CAPÍTULO 07</p><p>AVALIAÇÃO DA DEGRADAÇÃO DA FORÇA LIBERADA POR ELÁSTICOS ORTODÔNTICOS DE LÁTEX IMPREGNADOS COM</p><p>CLOREXIDINA</p><p>Mayté Paredes Zaldivar; Nadia Lunardi; Luciana Mara Rodrigues; Marco Antônio da Costa Borges; Thallita Pereira Queiroz; Rogerio</p><p>Margonar; Giovanni Teixeira de Carvalho; Pâmela Leticia dos Santos; Hernane da Silva Barud</p><p>' 10.37885/210705561 .................................................................................................................................................................................. 90</p><p>CAPÍTULO 08</p><p>AVALIAÇÃO ESTATÍSTICA DAS FOTOMICROGRAFIAS DE COMPÓSITOS DE POLIURETANO</p><p>Gabriel Oscar Cremona Parma; Rachel Faverzani Magnago</p><p>' 10.37885/210705388 ................................................................................................................................................................................107</p><p>CAPÍTULO 09</p><p>BIOPOLÍMEROS PARA REGENERAÇÃO ÓSSEA NA ODONTOLOGIA: UMA PROSPECÇÃO TECNOLÓGICA</p><p>Marco Antonio da Costa Borges; Ricardo Barbosa de Sousa; Amanda Maria Claro; Hélida Gomes de Oliveira Barud; Edson Cavalcanti</p><p>da Silva Filho; Hernane da Silva Barud</p><p>' 10.37885/210705537 ................................................................................................................................................................................ 128</p><p>CAPÍTULO 10</p><p>CINÉTICA DA DEPOSIÇÃO DE COBRE EM ARRUELAS DE AÇO CARBONO PELO MÉTODO DE REDUÇÃO QUÍMICA</p><p>Camila Pereira Girotto; Clara Elisa Simões Bassetto; Marcos de Souza; Miguel Torres Rodríguez; Maria Eduarda Bogado dos Santos;</p><p>Amanda Junkes Vilvert</p><p>' 10.37885/210705449 ................................................................................................................................................................................147</p><p>SUMÁRIO</p><p>CAPÍTULO 11</p><p>CORRELAÇÃO EXPERIMENTAL PARA VISCOSIDADE APARENTE DE FLUIDO DE PERFURAÇÃO EM FUNÇÃO DA TEMPERATURA</p><p>E PRESSÃO</p><p>Pedro A. T. Miranda; Géssica Palaoro; Elis M. S. Wendt; Luis H. Q. Ardila; Admilson T. Franco</p><p>' 10.37885/210705340 ............................................................................................................................................................................... 160</p><p>CAPÍTULO 12</p><p>CROSS-LINKED LIGNIN COATINGS PRODUCED BY UV LIGHT AND SF6 PLASMA TREATMENTS</p><p>José Roberto de Souza Júnior; Joyce RodriguesAraujo; Renata Antoun Simão; Braulio Soares Archanjo</p><p>' 10.37885/210805693 ................................................................................................................................................................................176</p><p>CAPÍTULO 13</p><p>DESENVOLVIMENTO DE AÇOS AVANÇADOS DE ALTA RESISTÊNCIA NA INDÚSTRIA AUTOMOBILÍSTICA: IMPORTANTE</p><p>ALTERNATIVA PARA UMA MAIOR EFICIÊNCIA ENERGÉTICA</p><p>Antonio dos Reis de Faria Neto; Francisco Henrique Cappi de Freitas; Anderson Elias Furtado; Cristina Sayuri Fukugauchi; Marcelo</p><p>dos Santos Pereira; Antonio Jorge Abdalla</p><p>' 10.37885/210705258 ............................................................................................................................................................................... 194</p><p>CAPÍTULO 14</p><p>DESENVOLVIMENTO DE BIOPLÁSTICOS À BASE DE CASCAS DE BANANAS E DE OVOS</p><p>Égla da Silva Bezerra; Priscyla Lima de Andrade</p><p>' 10.37885/210705567 ................................................................................................................................................................................ 216</p><p>CAPÍTULO 15</p><p>EFEITO DA TEMPERATURA E TEMPO DE AUSTENITIZAÇÃO NAS TRANSFORMAÇÕES DE FASE DA LIGA 13CR2NI0,1C</p><p>Neide Aparecida Mariano; Diogo Marinho; Julio Cezar Dias; Marcos Alexandre Fernandes</p><p>' 10.37885/210604934 ...............................................................................................................................................................................230</p><p>CAPÍTULO 16</p><p>NANOTENOLOGY APPLIED TO TEXTILE AMONG STUDENTS OF MATERIALS ENGINEERING FOR SKILL DEVELOPMENT</p><p>Ricardo Rodrigo Ramos Cecci; Adriano Alves Passos; Nathan Riany Valério Albino; Daniel da Silva Vicente; Ademir Severino Duarte;</p><p>Maria Inês Bruno Tavares</p><p>' 10.37885/210705512 ................................................................................................................................................................................239</p><p>SUMÁRIO</p><p>CAPÍTULO 17</p><p>ESTUDOS DE ADSORÇÃO DE AZUL DE METILENO EM ALGODÃO</p><p>Maria Isabella Lima Garção; Andre Luiz Tessaro; Augusto Cesar Gracetto</p><p>' 10.37885/210605135 ...............................................................................................................................................................................258</p><p>CAPÍTULO 18</p><p>INTENSE PHOTOLUMINESCENCE OF B-GA2O3 ELLIPSOIDS SYNTHESIZED BY REFLUX CONDENSATION: A SYSTEMATIC</p><p>REVIEW</p><p>Aline Varella Rodrigues; Naira Linhares Sabino</p><p>' 10.37885/210705409 ...............................................................................................................................................................................268</p><p>CAPÍTULO 19</p><p>INVESTIGATION OF WENO AND SEVERAL FLUXES SCHEMES FOR HIGH-SPEED FLOWS ON OVERALL UNSTRUCTURED</p><p>MESHES</p><p>Francisco Augusto Aparecido Gomes; Marcos Aurélio Ortega</p><p>' 10.37885/210705543 ............................................................................................................................................................................... 279</p><p>CAPÍTULO 20</p><p>LÍQUIDOS IÔNICOS COMO MODIFICADORES DE ESTRUTURAS PARA APLICAÇÃO EM MATERIAIS: FOTOCATÁLISE E</p><p>DISPOSITIVOS GERADORES DE ENERGIA</p><p>Letícia Guerreiro da Trindade; Letícia Zanchet; Aline Barrios Trench; Josiane Carneiro Souza</p><p>' 10.37885/210705479 ................................................................................................................................................................................ 310</p><p>CAPÍTULO 21</p><p>NB2O5 E SUBPRODUTO MINERAL NA DESCOLORAÇÃO FOTOCATALÍTICA CONTENDO CORANTE</p><p>Laura Santos Ribas; Lariana Negrão Beraldo de Almeida; Giane Gonçalves Lenzi</p><p>' 10.37885/210705511 ................................................................................................................................................................................328</p><p>CAPÍTULO 22</p><p>PREPARATION AND CHARACTERIZATION</p><p>suas diferenças e as suas composições químicas, na tentativa de modelar</p><p>numericamente as suas características.</p><p>Finalmente, nos casos em estudo, através de MEV, verificou-se que a introdução dos</p><p>resíduos modificou substancialmente a morfologia dos alvéolos o que levou as modificações</p><p>de suas características físicas.</p><p>Recomenta-se que os estudos teóricos e experimentais avancem para facilitar a escolha</p><p>de cargas em polímeros para que se posso melhorar as propriedades desejadas.</p><p>REFERÊNCIAS</p><p>1. BARONI M.P.M.A., TEIXEIRA S.R., DIXON J.B., WHITE G.N.; Aplicação de análise de ima-</p><p>gens na interpretação de fotomicrografias de alta resolução de argiminerais. Cerâmica. São</p><p>Paulo, v. 52, p. 179-184, 2006,</p><p>2. CAMARINI G., FERREIRA L. Jr.; Análise de imagens: um avanço para a tecnologia do concreto.</p><p>08/2002, 44o. Congresso Brasileiro do Concreto - IBRACON, Vol. 1, pp.1-1, Belo Horizonte,</p><p>MG, BRASIL, 2002</p><p>3. CEPSRM: Centro Estadual de Pesquisas em sensoriamento Remoto e Meteorologia. Página</p><p>dinâmica para o aprendizado de Sensoriamento Remoto: Técnicas de manipulação de imagens.</p><p>Acessado em 28/09/2017. Link: http://www.ufrgs.br/engcart/PDASR/maniphist.html</p><p>4. FACON J. Morfologia Matemática: teoria e exemplos. Curitiba: Editora Universitária Cham-</p><p>pagnat PUC Paraná, 1996.</p><p>5. Furniture & Bedding, Footwear, Sports & Recreational), and Region - Global Forecast to 2025.</p><p>https://www.marketsandmarkets.com/Market-Reports/foams-market-1011.html?gclid=CjwK-</p><p>CAjwpMOIBhBAEiwAy5M6YGtEcM-PpYPugd0FWXIx1oXBqjUjoFUXyCA9vh8o_POLZQuO-</p><p>jh6xOhoCi3IQAvD_BwE</p><p>6. GOMES, O. da F.M.; Microscopia co-localizada: novas possibilidades na caracterização de</p><p>minérios. Tese Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro 2007.</p><p>7. INPE: DPI. Spring: Tutorial de geoprocessamento. Filtragem. Acessado em 28/9/2017. Link:</p><p>http://www.dpi.inpe.br/spring/teoria/filtrage/filtragem.htm</p><p>Ciência e Engenharia de Materiais: conceitos, fundamentos e aplicação</p><p>126 127</p><p>8. KLEMPNER D, SENDIJAREVIC V., Handbook of Polymeric Foams and Foam Technology,</p><p>Hanser, 1991.</p><p>9. LARSON R, FARBER E. Estatística aplicada. 4a ed., São Paulo: Pearson Prentice Hall, 2010.</p><p>10. LI, M., LUO, J., HUANG, Y., LI, X., YU, T., GE, M., 2014. Recycling of Waste Poly(ethyle-</p><p>neterephthalate) into Flame-Retardant Rigid Polyurethane Foams. J. Appl. Polym. Sci. 131,</p><p>40857–40863. https://doi.org/10,1002/app.40857.</p><p>11. MARQUES, D.V., BARCELOS, R.L., SILVA, H.R.T., EGERT, P., PARMA, G.O.C., GIROTTO,</p><p>E., CONSONI, D., BENAVIDES, R., SILVA, L., MAGNAGO, R.F., 2018b. Recycled polyethyle-</p><p>ne terephthalate-based boards for thermal-acoustic insulation. J. Clean. Prod. 189, 251–252.</p><p>https://doi.org/10,1016/j.jclepro.2018.04.069.</p><p>12. MIRANDA J. I. Processamento de Imagens Digitais: Práticas usando JAVA. Brasília: Embrapa</p><p>Informação Tecnológica, 2011.</p><p>13. MIRANDA J. I. Processamento de Imagens Digitais: Métodos multivariados em JAVA. Brasília:</p><p>Embrapa Informação Tecnológica, 2011.</p><p>14. POLYMER FOAM MARKET by Resin Type (PU, PS, PO, Phenolic), Foam Type (Rigid, Flexi-</p><p>ble), End-Use Industry - Building & Construction, Packaging, Automotive.</p><p>15. SANTIAGO-CALVO M., TIRADO-MEDIAVILLA J., RUIZ-HERRERO J. L., RODRÍGUEZ-PÉ-</p><p>REZ M. A., VILLAFANE F. 2018. The effects of functional nanofillers on the reaction kinetics,</p><p>microstructure, thermal and mechanical properties of water blown rigid polyurethane foams.</p><p>Polymer. 150, 138-149. https://doi.org/10,1016/j.polymer.2018.07.029</p><p>16. RONKAY F.; Effect of Recycling on the Rheological Mechanical and Optical Properties of</p><p>Polycarbonate. Acta Polytechnica Hungarica. 10, 210-220, Hungria, 2013.</p><p>17. SANCHES, C. H., FONTOURA, P. J., VIEIRA, P.F., BATISTA, M. A.; Tecnicas de suavização</p><p>de imagens e Eliminação de ruídos. Rio Grande Do Sul: Anais do EATI. Ano 5 n. 1 p. 21-30,</p><p>Nov. 2015.</p><p>18. ZHANG, X.L., DUAN, H.J., YAN, D.X., KANG, L.Q., ZHANG, W.Q., TANG, J.-H., LI, Z.-M., 2015.</p><p>A facile strategy to fabricate microencapsulated expandable graphite as a flameretardant for</p><p>rigid polyurethane foams. J. Appl. Polym. Sci. 42364, 1–9. https://doi.org/10,1002/app.42364.</p><p>09</p><p>Biopolímeros para regeneração óssea</p><p>na Odontologia: uma prospecção</p><p>tecnológica</p><p>Marco Antonio da Costa Borges</p><p>UNIARA</p><p>Ricardo Barbosa de Sousa</p><p>UFPI</p><p>Amanda Maria Claro</p><p>UNIARA/BIOPOLMAT</p><p>Hélida Gomes de Oliveira Barud</p><p>UNIARA/BIOPOLMAT</p><p>Edson Cavalcanti da Silva Filho</p><p>UFPI/CPPGQ</p><p>Hernane da Silva Barud</p><p>UNIARA/BIOPOLMAT</p><p>10.37885/210705537</p><p>Ciência e Engenharia de Materiais: conceitos, fundamentos e aplicação</p><p>129</p><p>Palavras- chave: Polímeros Natura is, Engenhar ia de Tec ido Ósseo, Membra-</p><p>nas Reabsorvíveis.</p><p>RESUMO</p><p>A regeneração óssea é um procedimento imprescindível para reconstrução do tecido</p><p>ósseo. Os biopolímeros vêm sendo estudados como uma alternativa em terapias de</p><p>regeneração óssea, que é um tratamento comumente empregado na Odontologia. O ob-</p><p>jetivo deste trabalho, foi realizar um mapeamento científico e tecnológico das aplicações</p><p>de biopolímeros para regeneração óssea entre 2010 e junho de 2021. Para tanto, a</p><p>metodologia foi utilizar Palavras-chave “biopolímeros” “regeneração óssea” e “odontolo-</p><p>gia” nas bases de artigos Scopus e Web of Science e nas bases de patentes European</p><p>Patent Office (EPO), United States Patent and Trademark Office (USPTO) e Instituto</p><p>Nacional de Propriedade Industrial (INPI), além da base Derwent Innovation Index (DII)</p><p>da Web of Science/Clarivate Analytics. Como resultados o colágeno foi o biopolímero</p><p>com maior número de publicações em artigos. China e EUA foram os países com maior</p><p>participação nas publicações. A Organização Mundial de Propriedade Intelectual (WIPO)</p><p>ficou em primeiro colocado entre as patentes. A Engenharia e Medicina para Cirurgia</p><p>Oral Odontológica obtiveram os maiores resultados como área de pesquisa e o periódico</p><p>Materials Science Engineering C: Materials for Biological Applications e o Clinical Oral</p><p>Implants Research apresentaram maior número de publicações. Para a classificação</p><p>Internacional de Patentes, os destaques foram a patente A61L 027/54 referente a mate-</p><p>riais biologicamente ativos e a patente A61L027/58 relacionada a membranas reabsorví-</p><p>veis. Por fim, o aumento no número de publicações de artigos verificado neste trabalho ao</p><p>longo da última década sugere um avanço científico e tecnológico de materiais voltados</p><p>a produtos naturais em uso médico e odontológico, ainda que o número de patentes seja</p><p>significantemente menor dos que publicações de artigos.</p><p>Ciência e Engenharia de Materiais: conceitos, fundamentos e aplicação</p><p>130</p><p>INTRODUÇÃO</p><p>A regeneração do tecido ósseo lesionado não acontece por completo dependendo do</p><p>tamanho do defeito. Nesse sentido, os enxertos ósseos passam a ser procedimentos impres-</p><p>cindíveis para reconstrução necessária do osso (FARDIN, 2010). Tais enxertos necessitam</p><p>promover a osteogênese, osteocondução, estimular a osteoindução, não apresentar resposta</p><p>imunológica do hospedeiro, revascularizar rapidamente e ser substituído completamente por</p><p>osso em quantidade e qualidade semelhante ao do hospedeiro (ARTZI, 2005). Os enxertos</p><p>autógenos, considerados referência, são de fácil obtenção e com propriedades osteoindu-</p><p>toras, osteocondutoras e osteogênicas, (PELTONIEMI, 2002; MYEROFF, 2011; ASHMAN,</p><p>2013) porém, estão associados a altas taxas de morbidade do local doador (FILLINGHAM,</p><p>2012). Os alógenos, provenientes do banco de doação, são osteocondutores e de baixo</p><p>custo, entretanto, apresentam potencial de transmitir agentes infecciosos (ROBERTS, 2012).</p><p>A técnica de regeneração óssea pode vir acompanhada do uso de membranas que</p><p>funcionam como barreiras que protegem o coágulo sanguíneo (MACEDO et al., 2003), evitam</p><p>a presença de microorganismos infecciosos, bem como favorecem o isolamento dos tecidos</p><p>indesejáveis no local a ser regenerado (HARDWICK et al, 1996). Tais membranas podem</p><p>ser não absorvíveis ou absorvíveis. As membranas não absorvíveis podem ser produzidas</p><p>com politetrafluoretileno expandido (e-PTFE), politetrafluoretileno</p><p>denso (d-PTFE), titânio,</p><p>e-PTFE reforçada com titânio e polipropileno (RONDA, 2014). As membranas absorvíveis,</p><p>por sua vez, podem ser fabricadas a partir de polímeros naturais, como o colágeno, ou sinté-</p><p>ticos, como o ácido polilático e o ácido poligligólico (RAKHMATIA, 2013). Essas membranas</p><p>servem como barreira, criando um espaço para as células osteoprogenitoras e auxiliando na</p><p>formação de vasos sanguíneos, que levam oxigênio e células mesenquimais indiferenciadas</p><p>ao sítio enxertado, podendo reestabelecer a função e estética nos locais acometidos pelo</p><p>defeito ósseo (COSTA, 2021).</p><p>No contexto da engenharia de tecidos, outras opções passaram a ser exploradas como</p><p>alternativa aos os enxertos ósseos autógenos (MATASSI, 2011), como os materiais xenóge-</p><p>nos (provenientes de espécies diferentes, como é o caso do osso bovino) que exigem prévia</p><p>desproteinização (NAZIRKAR et al, 2014), os materiais aloplásticos (ou sintéticos) como</p><p>as cerâmicas bioativas (SAIMA et al, 2016) e outros materiais como polímeros biológicos</p><p>ou sintéticos e materiais compósitos (STEVENS, 2008) destinados a substituir transplantes</p><p>autólogos e alogênicos.</p><p>As importantes características físicas e mecânicas dos polímeros, bem como a bio-</p><p>compatibilidade, biodegradabilidade, sustentabilidade, baixo custo e renováveis (GREGORY,</p><p>2021) têm proporcionado seu emprego nas indústrias de alimentos, farmacêutica e terapêu-</p><p>tica. Em geral, os polímeros sintéticos são não-biodegradáveis e, por isso, os biopolímeros</p><p>Ciência e Engenharia de Materiais: conceitos, fundamentos e aplicação</p><p>130 131</p><p>passam a ser uma opção mais interessante em diversas áreas. Os biopolímeros são macro-</p><p>moléculas compostas por unidades monoméricas orgânicas presentes em fontes naturais e</p><p>podem ser empregados na fabricação de materiais como embalagens, filmes comestíveis, ali-</p><p>mentos e biocurativos (UDAYAKUMAR et al., 2021; AZEREDO et al., 2019). Assim, os biopolí-</p><p>meros contribuem para a manutenção de um meio ambiente ecologicamente mais equilibrado</p><p>ao reduzir a dependência de recursos não-renováveis e poluentes (GEORGE et al, 2020).</p><p>Os biopolímeros encontram vasta aplicação na área médica onde são utilizados na</p><p>liberação de fármacos, na cicatrização de feridas, e na fabricação de suturas e de scaf-</p><p>folds na engenharia de tecidos (VAN DE VELDE, 2002). Na Odontologia, os biopolímeros</p><p>são usados especialmente na regeneração periodontal, onde se destaca o emprego do</p><p>colágeno reabsorvível e de esponjas de gelatina (CHEN, 2021). Neste sentido, os biopo-</p><p>límeros são de grande interesse para Engenharia Tecidual óssea pois possuem a capaci-</p><p>dade de dar suporte estrutural e direcionar o crescimento celular na área a ser regenerada</p><p>(MARTINS-JÚNIOR, 2013).</p><p>Um dos grandes desafios atualmente na área médica e odontológica é a regeneração</p><p>óssea. Nesse contexto, o uso de biopolímeros vem sendo estudado como uma alternativa</p><p>para terapias de regeneração óssea. Entre os polímeros naturais empregados nesse cenário</p><p>destacam-se: proteínas (ex.: colágeno, gelatina e fibroína), polissacarídeos (ex.: celulose,</p><p>quitina, quitosana, alginato, e ácido hialurônico), polinucleotídeos, poli-isoprenos (ex. bor-</p><p>racha natural), poliésteres (ex.: poli(β-hidroxibutirato) (PHB), poli(β-hidroxivalerato) (PHV) e</p><p>poli(hidroxibutirato-covalerato) (PHB-V)) (AHAMED et al, 2020).</p><p>O objetivo deste trabalho é apresentar uma prospecção científica e tecnológica das</p><p>aplicações de biopolímeros para regeneração óssea com foco na área Odontológica. Essa</p><p>análise foi feita a partir de dados publicados nos periódicos das bases de dados Web of</p><p>Science e Scopus e também por meio de buscas de patentes nas bases Derwent Innovation</p><p>Index (DII) da Web of Science/Clarivate Analytics, do Escritório Europeu de Patentes (EPO),</p><p>do Instituto Nacional de Propriedade Intelectual (INPI) e do Escritório de Patentes e Marcas</p><p>dos Estados Unidos (USPTO) na última década (2010-2021).</p><p>METODOLOGIA</p><p>Para esta pesquisa foi realizada uma busca de anterioridade em bases de artigos e pa-</p><p>tentes nos anos de 2010 até meados de 2021. Os artigos foram pesquisados nas bases Web</p><p>of Science e Scopus e as patentes nas bases Derwent, EPO, USPTO e INPI. Inicialmente</p><p>foram realizadas buscas com as palavras-chave biopolymers AND “bone regeneration”.</p><p>Dos biopolímeros encontrados, foram selecionados os oito com maior número de artigos</p><p>Ciência e Engenharia de Materiais: conceitos, fundamentos e aplicação</p><p>132</p><p>encontrados: colágeno, quitosana, alginato, gelatina, ácido hialurônico, fibroína da seda,</p><p>ácido polilático e ácido glicólico.</p><p>Depois de selecionados esses biopolímeros, a pesquisa definitiva foi realizada com</p><p>as palavras-chave chitosan AND “bone regeneration”, collagen AND “bone regeneration”,</p><p>“hyaluronic acid” AND “bone regeneration”, alginate AND “bone regeneration”, gelatin AND</p><p>“bone regeneration”, “silk fibroin” AND “bone regeneration”, PLA/”polylactic acid” AND “bone</p><p>regeneration” e PLGA/”glycolic acid” AND “bone regeneration”. Esse grupo foi denominado</p><p>RO, referindo-se aos artigos de regeneração óssea de forma genérica.</p><p>Para a pesquisa dos biopolímeros selecionados nesta pesquisa para regeneração</p><p>óssea na área odontológica, foram acrescentadas as palavras chaves: dental/oral/dentistry</p><p>(exemplo: alginate AND “bone regeneration” AND dental, alginate AND “bone regeneration”</p><p>AND oral, alginate AND “bone regeneration” AND dentistry) com a intenção de englobar o</p><p>máximo de artigos possíveis, pois em pesquisa referente a Odontologia é comum encon-</p><p>trar artigos com as palavras-chave em inglês “dental”, “oral” ou “dentistry”. Esse grupo foi</p><p>denominado RO/Odonto, referindo-se aos artigos de regeneração óssea na Odontologia.</p><p>RESULTADOS E DISCUSSÃO</p><p>Na análise realizada, os biopolímeros associados à regeneração óssea com maior</p><p>quantidade de publicações científicas foram o colágeno e a quitosana. A base de dados Web</p><p>of Science foi a que apresentou a maior quantidade de artigos (Tabela 1). Analogamente,</p><p>no que se refere a essa busca na área odontológica (RO/Odonto), foi também encontrado</p><p>maior quantidade de artigos sobre colágeno e quitosana (Tabela 2), indicando que são es-</p><p>ses os biopolímeros mais usados para regeneração óssea na área médica em geral bem</p><p>como na odontologia.</p><p>Tabela 1. Artigos e patentes dos biopolímeros associados à regeneração óssea (RO).</p><p>Bases de artigos Bases de patentes</p><p>Palavras-chave Web of</p><p>Science Scopus Derwent EPO USPTO INPI</p><p>Collagen AND “bone regeneration” 2991 1874 293 66 9 7</p><p>Chitosan AND “bone regeneration” 1045 644 155 29 2 0</p><p>Gelatin AND “bone regeneration” 738 470 123 29 3 2</p><p>Glicolic acid AND “bone regeneration” 585 444 94 15 3 2</p><p>Alginate AND “bone regeneration” 404 258 91 20 1 1</p><p>“Polylactic acid” AND “bone regeneration” 269 190 96 13 0 1</p><p>“Silk fibroin” AND “bone regeneration” 274 148 27 12 1 0</p><p>“Hyaluronic acid” AND ”bone regeneration” 225 114 116 17 1 3</p><p>Fonte: Autoria própria (2021).</p><p>Ciência e Engenharia de Materiais: conceitos, fundamentos e aplicação</p><p>132 133</p><p>Similarmente, Rocha e colaboradores (2012) ao realizar uma prospecção tecnológica de</p><p>artigos e patentes sobre polímeros biocompatíveis para engenharia de tecidos reportaram que</p><p>os polímeros naturais mais citados nos artigos foram PHA (polihidroxialcanoato), colágeno,</p><p>quitosana, ácido polilático (PLA), ácido poli caprolactona (PCL) e ácido poliglicólico (PGA).</p><p>Tabela 2. Artigos e patentes dos biopolímeros associados à regeneração óssea na Odontologia (RO/Odonto).</p><p>Bases de artigos Bases de patentes</p><p>Palavras-chave Web of</p><p>Science Scopus Derwent EPO USPTO INPI</p><p>Collagen AND “bone regeneration” AND dentistry 567 223 72 10 4 1</p><p>Chitosan AND “bone regeneration” AND dentistry 89 55 28 6 1 0</p><p>“Glicolic acid” AND “bone regeneration” AND dentistry 67 34 22 0 0 0</p><p>Gelatin AND “bone regeneration” AND dentistry 49 29 33 3 2 0</p><p>Alginate AND “bone regeneration” AND dentistry 31 20 15 0 0 0</p><p>“Hyaluronic acid” AND ”bone regeneration” AND dentistry 29 14 24 3 1 1</p><p>“Polylactic acid” AND “bone regeneration”</p><p>AND dentistry 25 17 20 0 0 0</p><p>“Silk fibroin” AND “bone regeneration” AND dentistry 21 7 3 0 0 0</p><p>Fonte: Autoria própria (2021).</p><p>Nas bases de patentes, o colágeno e a quitosana foram os biopolímeros com maior</p><p>número de patentes, indicando coerência entre número de artigos e número de patentes</p><p>publicados. Na Odontologia, entretanto, os dois polímeros mais citados foram colágeno e</p><p>gelatina, nessa ordem. Na base INPI e USPTO não foram encontrados resultados significati-</p><p>vos, diferentemente do grande número de registros extraídos da base de dados da Derwent.</p><p>Na mesma linha, Borschiver e colaboradores (2008), ao fazer um estudo de monito-</p><p>ramento tecnológico e mercadológico de biopolímeros, documentaram que os polímeros</p><p>naturais que mais apareceram na busca de patentes entre 2002 a 2007 foram o colágeno</p><p>e a quitosana. Nesse cenário, esses biopolímeros estavam associados principalmente às</p><p>áreas médica e de nanotecnologia com foco na regeneração óssea.</p><p>Estudos conduzidos por Tamimi (2008) demonstram que o colágeno é um polímero na-</p><p>tural com potencial de aumentar a regeneração do tecido ósseo. Em seu estudo, o compósito</p><p>Brushita-colágeno foi preparado pela combinação de soluções de ácido cítrico / colágeno</p><p>tipo I com pó de cimento de brushita. A pasta de cimento produzida apresentou resistência</p><p>à compressão semelhante a do osso esponjoso, excelente propriedade de coesão e alta</p><p>capacidade de adesão celular, além de propriedades osteocondutoras e biodegradáveis</p><p>inerentes à brushita e aos biomateriais à base de colágeno.</p><p>Uma revisão crítica de Ferreira e colaboradores (2012) descreve os desafios para</p><p>a fabricação de materiais à base de colágeno para aplicações na área médica com foco</p><p>na regeneração óssea. Esse trabalho apresenta técnicas inovadoras para fabricação de</p><p>Ciência e Engenharia de Materiais: conceitos, fundamentos e aplicação</p><p>134</p><p>scaffolds e materiais biomiméticos capazes de interagir com células e biomacromoléculas</p><p>para substituição e restauração da função do tecido ósseo.</p><p>A regeneração óssea tem sido amplamente aplicada na Odontologia na área da implan-</p><p>todontia. Nesse sentido, Keil (2021) conduziu um estudo clínico controlado e randomizado</p><p>com sessenta e seis pacientes para observar a regeneração óssea pós extração dentária</p><p>usando Bio-oss (Bio-Oss® Collagen (BC; Geistlich Biomaterials, Baden-Baden, Alemanha)</p><p>e analisar as alterações angiogênicas e osteogênicas decorrentes dessa intervenção. A aná-</p><p>lise histomorfométrica de todas as amostras examinadas indicou que não houve diferença</p><p>entre os alvéolos tratados e não tratados e que a inserção bem-sucedida dos implantes</p><p>dentários em alvéolos de extração com o uso de colágeno/Bio-Oss é possível após oito</p><p>semanas de consolidação óssea.</p><p>Dahlin et al. (2010) ao realizar um procedimento de aumento ósseo por regeneração</p><p>óssea guiada em combinação de hidroxiapatita (xenógeno), osso autógeno com membranas</p><p>de PTFE (Gore-Tex, W.L. Gore & Assoc.) e colágeno (BioGide®) em 20 pacientes que re-</p><p>ceberam 41 implantes em um período de 5 anos de análise, concluíram que a regeneração</p><p>óssea auxiliada por ambas as membranas e o enxerto ósseo são tratamentos previsíveis</p><p>para defeitos ósseos localizados em conjunto com os implantes dentários.</p><p>A quitosana, que é extraída da quitina de crustáceos, insetos, moluscos e da parede</p><p>celular de fungos, é um biopolímero versátil e compatível com tecidos humanos (ROSENDO,</p><p>2020) que pode ser empregado na regeneração óssea. Nesse cenário, uma pesquisa rea-</p><p>lizada por Chen (2015) demonstrou que o compósito vidro bioativo/quitosana/carboxime-</p><p>tilcelulose desempenhou papel dominante na regeneração óssea, levando a reconstrução</p><p>funcional de defeitos ósseos.</p><p>Paralelamente, estudos demonstram que a combinação colágeno/quitosana incorpo-</p><p>rada numa matriz inorgânica de nanopartículas de beta-fosfato-tricálcico (β-TCP) e quer-</p><p>cetina empregada na fabricação de hidrogéis é biocompatível e não-citotóxica, fornecen-</p><p>do um ambiente propício de entrega de flavonoides naturais para a regeneração óssea</p><p>(SAREETHAMMANUWAT, 2021).</p><p>O gráfico 1 ilustra o aumento no número de publicações ao longo dos anos referente</p><p>aos biopolímeros selecionados nesta pesquisa para regeneração óssea (RO); nota-se, en-</p><p>tretanto, que a quantidade de artigos publicados é bem maior do que na área Odontológica</p><p>(RO/Odonto), mostrando um incremento durante esses anos. Vale ressaltar que no ano</p><p>de 2021 a queda nas publicações provavelmente se dá pelo fato de esse número ter sido</p><p>contabilizado até metade deste ano, bem como devido ao impacto na pesquisa científica</p><p>causado pela pandemia da Covid-19.</p><p>Ciência e Engenharia de Materiais: conceitos, fundamentos e aplicação</p><p>134 135</p><p>No que diz respeito à relação entre quantidade de artigos científicos publicados e pa-</p><p>tentes depositadas nessa área, uma pesquisa dirigida por de De Sousa et al (2020) referente</p><p>a um mapeamento tecnológico com as palavras-chave “polyhydroxybutyrato”, “norbixin”,</p><p>“biomaterial”, “tissue engineering” e “bone repair” revela que o número de artigos científicos</p><p>publicados nas bases Web of Science, Scopus e Scielo nos últimos 10 anos foi superior ao</p><p>de patentes pesquisadas nas bases EPO, USPTO e INPI.</p><p>Gráfico 1. Número de artigos científicos por ano de publicação na web os Science e Scopus (2010-2021). Abreviações:</p><p>RO= Regeneração óssea. RO/Odonto = regeneração óssea na Odontologia.</p><p>Fonte: Autoria própria (2021).</p><p>O gráfico 2 mostra que houve um incremento significativo no número de patentes re-</p><p>lacionadas aos biopolímeros selecionados para à regeneração óssea (RO) entre os anos</p><p>de 2010 e 2012, sofrendo um moderado aumento nos anos 2017 e 2020, à exceção de um</p><p>desvio no ano de 2013. Já as patentes relacionadas aos biopolímeros selecionados para</p><p>regeneração óssea na área da odontologia (RO/Odonto) apresentaram uma quantidade</p><p>significantemente menor em relação àquelas relacionadas a biopolímeros e regeneração</p><p>óssea (RO). Entretanto, houve uma tendência de alta de patentes RO/Odonto no período</p><p>compreendido entre 2013 e 2017, com leve diminuição de 2018 até meados de 2021.</p><p>Ciência e Engenharia de Materiais: conceitos, fundamentos e aplicação</p><p>136</p><p>Gráfico 2. Número de patentes por ano dos biopolímeros selecionados (2010-2021). Abreviações: RO = Regeneração</p><p>óssea. RO/Odonto = regeneração óssea na Odontologia.</p><p>Fonte: Autoria própria (2021).</p><p>Vale ressaltar que os avanços na área da implantodontia com técnicas para inserção</p><p>de implantes dentários (PRIESNITZ, 2019) e a necessidade, muitas vezes, de volume sufi-</p><p>ciente de tecido ósseo na região a ser restaurada, nos leva a crer que houve um aumento</p><p>nas pesquisas e no avanço tecnológico voltados para a regeneração do tecido ósseo.</p><p>Observa-se no gráfico 3 que a China ocupa o 1° lugar nas publicações acerca de bio-</p><p>polímeros associados à regeneração óssea (RO) com 1913 publicações de artigos na base</p><p>Web of Science, seguida pelos EUA com 1187 publicações; o mesmo acontece na base</p><p>Scopus, a qual conta com 1263 publicações lideradas pelos chineses e 715 publicações</p><p>de grupos liderados pelos EUA. Nesse ranking, o Brasil encontra-se na 9° colocação. Nas</p><p>pesquisas dos biopolímeros selecionados com a regeneração óssea na Odontologia (RO/</p><p>Odonto) (Gráfico 4) há uma inversão de posição entre os países líderes: os EUA parecem</p><p>em 1° lugar nas duas bases de pesquisa, com 173 publicações na Web of Science e 70</p><p>na Scopus, enquanto a China conta com 143 na Web of Science e 69 na Scopus. Nesse</p><p>cenário, o Brasil fica em 12° colocado. Cabe ressaltar, entretanto, conforme aponta Castro</p><p>Silva (2021), que a pesquisa odontológica brasileira tem sofrido gradativa evolução técnico-</p><p>-científica na área de biomateriais com aplicação na regeneração óssea guiada.</p><p>Ciência e Engenharia de Materiais: conceitos, fundamentos e aplicação</p><p>136 137</p><p>Gráfico 3. Ranking dos países que mais publicaram artigos na Web of Science e Scopus dos biopolímeros associados à</p><p>regeneração óssea (RO).</p><p>Fonte: Autoria própria (2021).</p><p>No que</p><p>se refere à análise de depósito de patentes, conforme ilustram os gráficos 5 e</p><p>6, a Organização Mundial de Propriedade Intelectual (WIPO) aparece em 1°lugar, com 692</p><p>patentes depositadas, e os EUA ocupa a 2° posição, com 490 publicações nas pesquisas</p><p>(RO). Essa mesma classificação no ranking é mantida nas pesquisas (RO/Odonto), com 174</p><p>depósitos da WIPO e 104 dos EUA. Nesse ranking, o Brasil ocupa a 13° colocação (RO) e</p><p>14° patentes (RO/Odonto).</p><p>Conforme apontam De Souza et al. (2021) ao realizar uma prospecção tecnológica</p><p>referente à celulose bacteriana na área médica, a China detém o pioneirismo tanto em pu-</p><p>blicações de artigos quanto em registro de patentes. Isso ocorre porque o país asiático tem</p><p>tradição no desenvolvimento científico e tecnológico em diferentes áreas, como é o caso da</p><p>área biomédica. O mesmo ocorre com os EUA que detêm muitos investimentos advindos</p><p>da iniciativa privada que contribuem com os avanços tecnológicos do país.</p><p>Gráfico 4. Ranking dos países que mais publicaram artigos na Web of Science e Scopus dos biopolímeros associados à</p><p>regeneração óssea na Odontologia (RO/Odonto).</p><p>Fonte: Autoria própria (2021).</p><p>Ciência e Engenharia de Materiais: conceitos, fundamentos e aplicação</p><p>138</p><p>Gráfico 5. Ranking dos países que mais publicaram patentes dos biopolímeros associados à regeneração óssea (RO).</p><p>Fonte: Autoria própria (2021).</p><p>Conforme apontam De Souza et al. (2021) ao realizar uma prospecção tecnológica à</p><p>celulose bacteriana na área médica, a China detém o pioneirismo tanto em publicações de</p><p>artigos quanto em registro de patentes. Isso ocorre porque o país asiático tem tradição no</p><p>desenvolvimento científico e tecnológico em diferentes áreas, como é o caso da área biomé-</p><p>dica. O mesmo ocorre com os EUA que detêm muitos investimentos advindos da iniciativa</p><p>privada que contribuem com os avanços tecnológicos do país.</p><p>Castro Silva et al. (2012) adotaram uma pesquisa de campo aleatório de caráter ex-</p><p>ploratório e transversal na qual o público alvo foi cirurgiões-dentistas que atuaram na cidade</p><p>de Niterói-RJ em maio de 2012. Através dessa pesquisa, que se deu por meio do emprego</p><p>de um questionário anônimo, os autores concluíram que a compra de materiais importados</p><p>para enxertos ósseos na odontologia (amplamente utilizados em regeneração óssea guia-</p><p>da) foi majoritariamente de origem estrangeira; mais precisamente, o dobro em relação aos</p><p>produtos brasileiros. Embora o Brasil apresente boa perspectiva de evolução na área de</p><p>enxertos ósseos, similar à China e Índia (ZAMANIAN, 2011), é necessário que a indústria</p><p>brasileira se aprimore ainda mais a fim de conquistar a confiança de cirurgiões-dentistas</p><p>que atuam no ramo.</p><p>Ciência e Engenharia de Materiais: conceitos, fundamentos e aplicação</p><p>138 139</p><p>Gráfico 6. Ranking dos países que mais publicaram patentes dos biopolímeros associados á regeneração óssea na</p><p>Odontologia (RO/Odonto).</p><p>Fonte: Autoria própria (2021).</p><p>Com relação às áreas de conhecimento que publicaram nas bases Web of Science</p><p>e Scopus os trabalhos referentes aos biopolímeros envolvidos nesta pesquisa, o gráfico 7</p><p>exibe as áreas predominantes na pesquisa voltada para regeneração óssea (RO), enquanto</p><p>o gráfico 8 exibe às áreas do conhecimento dedicadas a publicações referentes à regene-</p><p>ração óssea na Odontologia (RO/Odonto) nas mesmas plataformas de busca.</p><p>Gráfico 7. Áreas de pesquisa predominantes nos artigos publicados na base Web of Science e na Scopus dos biopolímeros</p><p>associados à regeneração óssea (RO).</p><p>Fonte: Autoria própria (2021).</p><p>Ciência e Engenharia de Materiais: conceitos, fundamentos e aplicação</p><p>140</p><p>Gráfico 8. Áreas de pesquisa predominantes nos artigos publicados na base Web of Science e na Scopus dos biopolímeros</p><p>associados à regeneração óssea na Odontologia (RO/Odonto).</p><p>Fonte: Autoria própria (2021).</p><p>No que diz respeito as publicações dos biopolímeros selecionados referente a rege-</p><p>neração óssea (RO), a área de Engenharia foi predominante, com 2.385 artigos na Web of</p><p>Science e 1843 na Scopus, seguida pela Biologia Molecular e Bioquímica, com 425 artigos</p><p>na Web of Science e 1.356 na Scopus. A área da Medicina para Cirurgia Oral Odontológica</p><p>ocupou o 3° lugar, com 943 publicações na Web of Science e 476 na Scopus. Cabe destacas</p><p>que a área de Engenharia inclui a Engenharia de Tecidos, que se relaciona com a proposta</p><p>deste trabalho, bem como a área da Bioquímica, que envolve análises moleculares de toxi-</p><p>cidade, caracterização de biomarcadores de toxicidade e investigação de potenciais agentes</p><p>terapêuticos contra efeitos deletérios de xenobióticos. A área da Medicina Odontológica,</p><p>por sua vez, possui especialidade voltada para regeneração óssea envolvendo implantes</p><p>dentários. Ainda, os artigos envolvem outras áreas do conhecimento como Química, Ciência</p><p>dos Polímeros e Biologia Celular.</p><p>No caso dos artigos relacionados aos bioplolímeros envolvidos neste trabalho voltados</p><p>para a regeneração óssea na Odontologia (RO/Odonto), a área com o maior número de</p><p>publicação foi Medicina para Cirurgia Oral Odontológica, com 398 publicações na Web of</p><p>Science. Embora a Scopus, não apresente essa área de pesquisa, a área da Odontologia</p><p>ocupou a 4ª colocação, com 119 publicações nessa mesma plataforma. A área da Engenharia</p><p>ficou na 2ª posição, com 246 artigos na Web of Science e 130 na Scopus. Por fim, Ciências</p><p>Tecnológicas e tópicos relacionados ocupou o 3° lugar nesse ranking, com 120 publicações</p><p>na Web of Science.</p><p>Outrossim, para os artigos publicados em periódicos na busca dos biopolímeros sele-</p><p>cionados para regeneração óssea, o periódico Materials Science Engineering C: Materials</p><p>for Biological Applications apareceu em 1° lugar com 289 publicações na Web of Science</p><p>Ciência e Engenharia de Materiais: conceitos, fundamentos e aplicação</p><p>140 141</p><p>e 154 na Scopus, seguido pela revista Acta Biomaterialia, com 220 publicações na Web of</p><p>Science e 126 na Scopus (Gráfico 9).</p><p>Para os artigos publicados em periódicos na busca dos biopolímeros selecionados para</p><p>regeneração óssea na Odontologia (RO/Odonto), o periódico Clinical Oral Implants Research</p><p>aparece com 82 publicações na Web of Science e 14 na Scopus. A 2 ª colocação é ocupada</p><p>pelo periódico Materials Science Engineering C Materials for Biological Applications, com</p><p>29 publicações na Web of Science e 14 na Scopus (Gráfico 10).</p><p>Gráfico 9. Periódicos predominantes nos artigos publicados na base Web of Science e Scopus dos biopolímeros associados</p><p>à regeneração óssea (RO).</p><p>Fonte: Autoria própria (2021).</p><p>Gráfico 10. Periódicos predominantes nos artigos publicados na base Web of Science Scopus dos biopolímeros associados</p><p>à regeneração óssea na Odontologia (RO/Odonto).</p><p>Fonte: Autoria própria (2021).</p><p>Para os bancos de dados de patentes, as áreas de conhecimento são pesquisadas</p><p>utilizando a Classificação Internacional de Patentes (IPC - International Patent Classification)</p><p>criada no Acordo de Estrasburgo em 1971 (INPI, 2020). Convém destacar que a uma mesma</p><p>patente são atribuídas, de maneira geral, várias classificações.</p><p>Ciência e Engenharia de Materiais: conceitos, fundamentos e aplicação</p><p>142</p><p>A classificação com maior número foi atribuída a A61L onde “A” corresponde a neces-</p><p>sidades humanas, “A61” ciência médica e veterinária e “A61L” são os métodos ou aparelhos</p><p>para esterilizar materiais ou objetos em geral; desinfecção, esterilização ou desodorização</p><p>do ar; aspectos químicos de bandagens, curativos, almofadas absorventes ou artigos cirúr-</p><p>gicos; materiais para bandagens, curativos, almofadas absorventes ou artigos cirúrgicos.</p><p>Outras classificações apareceram na pesquisa como A61K (fins médicos e dentários), mas</p><p>foram selecionadas as 10 classificações mais citadas na somatória.</p><p>O IPC de número A61L-27/54 (gráfico 11) está relacionada às pesquisas de materiais</p><p>biologicamente ativos e substâncias terapêuticas, como os biocompatíveis, biodegradáveis</p><p>e sem citotoxidade. O número A61L-27/56 se refere a materiais porosos utilizados em sca-</p><p>ffolds.</p><p>A classificação A61L-27/58 é atribuída aos materiais ao menos parcialmente reab-</p><p>sorvíveis pelo corpo; neste caso as membranas reabsorvíveis usadas para regeneração</p><p>óssea. Os outros são materiais classificados como enxertos ósseos, próteses dentárias,</p><p>polissacarídeos, polipeptídeos e materiais caracterizados pela sua função ou propriedades</p><p>físicas, composições injetáveis, materiais com memória de forma e materiais de superfície</p><p>modificada. A classificação A61L 2/28 está relacionada a ossos.</p><p>Gráfico 11. Principais classificações atribuídas às patentes dos biopolímeros associados à regeneração óssea (RO).</p><p>Fonte: Autoria própria (2021).</p><p>Ciência e Engenharia de Materiais: conceitos, fundamentos e aplicação</p><p>142 143</p><p>Gráfico 12. Principais classificações atribuídas às patentes dos biopolímeros associados à regeneração óssea na Odontologia</p><p>(RO/Odonto).</p><p>Fonte: Autoria própria (2021).</p><p>Para a classificação de patentes de regeneração óssea na Odontologia, o código A61L-</p><p>27/58 (Figura 12) está em 1° lugar, mostrando ser patentes voltadas para criação de membra-</p><p>nas reabsorvíveis muito utilizadas na Odontologia para regeneração óssea. Em vista disso,</p><p>Ayub et al. (2011) analisando as técnicas para regeneração óssea guiada, concluíram que as</p><p>membranas biodegradáveis se apresentam como a melhor escolha para esse procedimento.</p><p>Além de não necessitarem de cirurgia para sua remoção, elas potencializam a cicatrização</p><p>dos tecidos moles. Em algumas membranas ocorre incorporação pelos tecidos hospedeiros e</p><p>reabsorção rápida em caso de exposição, diminuindo a probabilidade de tomarem-se fatores</p><p>retentivos que propiciam a contaminação bacteriana (LORENZONI et al., 1998).</p><p>CONCLUSÕES</p><p>Esta prospecção tecnológica mostrou as tendências científicas e tecnológicas acerca</p><p>dos biopolímeros selecionados nesta pesquisa voltados para a regeneração óssea ocorridas</p><p>entre 2010 e junho de 2021 através da exploração de dados referentes a publicações de</p><p>artigos e patentes no referido período. Foi possível verificar, neste trabalho, que o colágeno</p><p>foi o biopolímero mais utilizado para regeneração óssea. Inclusive foi observado um aumento</p><p>significativo das publicações de artigos e patentes durante o período mapeado, embora as</p><p>publicações na área odontológica tenham sido menores comparada com as publicações</p><p>voltadas para a regeneração óssea no geral. Além do mais, o número de publicações de</p><p>artigos verificado nesta pesquisa ao longo da última década sugere um avanço científico e</p><p>tecnológico de materiais voltados a produtos naturais em uso médico e odontológico, ainda</p><p>que o número de patentes seja significantemente menor dos que publicações de artigos.</p><p>Ciência e Engenharia de Materiais: conceitos, fundamentos e aplicação</p><p>144</p><p>Diante disso, os biopolímeros usados na regeneração óssea voltados a Odontologia demos-</p><p>tram um caráter inovador e podem ser uma alternativa em terapias de regeneração óssea.</p><p>AGRADECIMENTOS</p><p>Hernane da Silva Barud agradece ao CNPq (Financiamento n°407822/2018-6; INCT-</p><p>INFO) Fundação de amparo à pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) (Financiamento</p><p>n° 2018/25512-8 e n° 2013/07793-6) e TA Instrumentos Brasil.</p><p>REFERÊNCIAS</p><p>1. AHMED, S.; Kanchi, S.; Kumar, G.; Pugazhendhi, A.; Indira, K.; Mary Jacob, J.; Mukesh, M.;</p><p>Kumar, G. In Handbook of Biopolymers; Jenny Stanford Publishing: Singapore, 2020; pp. 1-22.</p><p>2. ARTZI, Zvi et al. The amount of newly formed bone in sinus grafting procedures depends on</p><p>tissue depth as well as the type and residual amount of the grafted material. Journal of Clinical</p><p>Periodontology, v. 32, n. 2, p. 193-199, 2005FARDIN, Angélica Cristiane et al. Bone graft in</p><p>dentistry: review of literature. Innovations Implant Journal, v. 5, n. 3, p. 48-52, 2010.</p><p>3. ASHMAN, O.; PHILLIPS, A. M. Treatment of non-unions with bone defects: which option and</p><p>why?. Injury, v. 44, p. S43-S45, 2013.</p><p>4. AYUB, Lauro Garrastazu et al. Regeneração óssea guiada e suas aplicações terapêuticas. Braz</p><p>J Periodontol, v. 21, n. 4, p. 24-31, 2011.</p><p>5. AZEREDO, Henriette M. C. et al. Bacterial Cellulose as a Raw Material for Food and Food</p><p>Packaging Applications. Frontiers in Sustainable Food Systems, v. 3, n. 7, p. 1-14, 2019.</p><p>6. BORSCHIVER, Suzana; ALMEIDA, Luiz FM; ROITMAN, Tamar. Monitoramento tecnológico e</p><p>mercadológico de biopolímeros. Polímeros, v. 18, n. 3, p. 256-261, 2008.</p><p>7. CASTRO-SILVA, I. I. & Coutinho, L. A. C. R. (2012). Uso de enxertos ósseos na Odontologia:</p><p>perfil de cirurgiões-dentistas de Niterói/RJ. Revista Brasileira de Odontologia, 69 (2), 154–158.</p><p>8. CASTRO-SILVA, Igor Iuco et al. Pesquisa odontológica brasileira em regeneração óssea</p><p>guiada: um estudo bibliométrico de quatro décadas. Research, Society and Development,</p><p>v. 10, n. 2, p. e25510212504-e25510212504, 2021.</p><p>9. CHEN, Chen et al. Biodegradable composite scaffolds of bioactive glass/chitosan/carboxy-</p><p>methyl cellulose for hemostatic and bone regeneration. Biotechnology letters, v. 37, n. 2, p.</p><p>457-465, 2015.</p><p>10. CHEN, I.-Hao; LEE, Tzer-Min; HUANG, Chih-Ling. Biopolymers Hybrid Particles Used in Den-</p><p>tistry. Gels, v. 7, n. 1, p. 31, 2021.</p><p>11. COSTA, Victor Columbano et al. Membranas para Barreira Utilizadas em Regeneração Óssea</p><p>Guiada (ROG). REVISTA FAIPE, v. 11, n. 1, p. 48-57, 2021.</p><p>Ciência e Engenharia de Materiais: conceitos, fundamentos e aplicação</p><p>144 145</p><p>12. DAHLIN, C.; SIMION, M.; HATANO, N. Long‐term follow‐up on soft and hard tissue levels</p><p>following guided bone regeneration treatment in combination with a xenogeneic filling material:</p><p>a 5‐year prospective clinical study. Clinical implant dentistry and related research, v. 12,</p><p>n. 4, p. 263-270, 2010.</p><p>13. DE SOUSA, Rayssilane Cardoso et al. Uso de Poli-hidroxibutirato e Norbixina como Biomaterial</p><p>para Regeneração Óssea: um mapeamento tecnológico. Cadernos de Prospecção, v. 13, n.</p><p>3, p. 805, 2020.</p><p>14. DE SOUSA, Ricardo Barbosa et al. Celulose Bacteriana para Aplicações Biomédicas: uma</p><p>prospecção tecnológica. , p. 1-388–416.</p><p>15. FARDIN, Angélica Cristiane et al. Bone graft in dentistry: review of literature. Innovations Im-</p><p>plant Journal, v. 5, n. 3, p. 48-52, 2010.</p><p>16. FERREIRA, Ana Marina et al. Collagen for bone tissue regeneration. Acta biomaterialia, v.</p><p>8, n. 9, p. 3191-3200, 2012.</p><p>17. FILLINGHAM, Yale A.; LENART, Brett A.; GITELIS, Steven. Function after injection of benign</p><p>bone lesions with a bioceramic. Clinical Orthopaedics and Related Research®, v. 470, n.</p><p>7, p. 2014-2020, 2012.</p><p>18. GEORGE, Ashish et al. A comprehensive review on chemical properties and applications of</p><p>biopolymers and their composites. International journal of biological macromolecules, v.</p><p>154, p. 329-338, 2020.</p><p>19. GREGORY, Paul et al. Introduction: biopolymers and biocomposites. Physical Sciences Re-</p><p>views, 2021.</p><p>20. HARDWICK, R. et al. Parameters used in the membrane shape for guided bone regeneration</p><p>of the alveolar crest. In: BUSER, D.; DAHLIN, C.; SCHENK, R. K. (Ed.). Guided bone regene-</p><p>ration in implant dentistry. São Paulo: Quintessence, 1996. p. 101-36.</p><p>21. INSTITUTO NACIONAL DE PROPRIEDADE INDUSTRIAL - INPI, Classificação de patentes.</p><p>Disponível em: <http://antigo.inpi.gov.br/menu-servicos/patente/classificacao-de-patentes></p><p>Acesso em: 13 out. 2020.</p><p>22. KEIL, Christiane et al. Histological evaluation of extraction sites grafted with Bio-Oss Collagen:</p><p>Randomized controlled trial. Annals of Anatomy-Anatomischer Anzeiger, v. 237, p. 151722,</p><p>2021</p><p>23. LORENZONI, M. et al. Treatment of peri-implantar defects with guided bone regeneration: a</p><p>comparative clinical study with various membranes and bone grafts. Int J. Oral Maxillfac. Im-</p><p>plants, v.13, p.639-646, 1998.</p><p>24. MACEDO, Nelson Luiz de et al. Guided bone regeneration with subperiosteal implants of PTFE</p><p>and hydroxyapatite physical barriers in rats. Brazilian dental journal, v. 14, n. 2, p. 119-124,</p><p>2003.</p><p>25. MARTINS-JÚNIOR, P. A. et al. Carbon nanotubes: directions and perspectives in oral regene-</p><p>rative medicine. Journal of dental research, v. 92, n. 7, p. 575-583, 2013.</p><p>26. MATASSI, Fabrizio et al. New biomaterials for bone regeneration. Clinical cases in mineral</p><p>and bone metabolism, v. 8, n. 1, p. 21, 2011.</p><p>Ciência e Engenharia de Materiais: conceitos, fundamentos e aplicação</p><p>146</p><p>27. MYEROFF, Chad; ARCHDEACON, Michael. Autogenous bone graft: donor sites and techni-</p><p>ques. JBJS, v. 93, n. 23, p. 2227-2236, 2011.</p><p>28. NAZIRKAR, Girish et al. Effortless effort in bone regeneration: a review. Journal of interna-</p><p>tional oral health: JIOH, v. 6, n. 3, p. 120, 2014.</p><p>29. PELTONIEMI, Hilkka et al. The use of bioabsorbable osteofixation devices in craniomaxillofacial</p><p>surgery. Oral Surgery, Oral Medicine, Oral Pathology, Oral Radiology, and Endodontology,</p><p>v. 94, n. 1, p. 5-14, 2002.</p><p>30. PRIESNITZ, Mariane Camargo et al. IMPLANTES DENTÁRIOS: UMA PROSPECÇÃO TEC-</p><p>NOLÓGICA. In: V ENPI-Encontro Nacional de Propriedade Intelectual. 2019.</p><p>31. RAKHMATIA, Y. D. et al. Current barrier membranes: titanium mesh and other membranes for</p><p>guided bone regeneration in dental applications. J. Prosthodontic Res., Iowa City. v. 57, n. 1,</p><p>p. 3-14, 2013.</p><p>32. ROCHA, Angela M.; QUINTELLA, Cristina M.; TORRES, Ednildo A. Prospecting for articles and</p><p>patents on biocompatible polymers applied to Tissue Engineering and Regenerative Medicine.</p><p>Prospecting Notebooks, v. 5, no. 2, p. 72, 2012.</p><p>33. RONDA, M. et al. Expanded vs. dense polytetrafluoroethylene Alan Dal’alba Pilger et al. 448</p><p>Rev. Ciênc. Méd. Biol., Salvador, v. 19, n. 3, p. 441-448, set./dez., 2020 membranes in vertical</p><p>ridge augmentation around dental implants: a prospective randomized controlled clinical trial.</p><p>Clin. Oral Implants Res., Copenhagen. v. 25, n. 7, p. 859-866, 2014.</p><p>34. ROSENDO, Rosana Araujo et al. Estruturas de quitosana utilizadas para regeneração ós-</p><p>sea in vivo: uma revisão de literatura. Research, Society and Development, v. 9, n. 7, p.</p><p>e891974538-e891974538, 2020.</p><p>35. SAIMA, Syed et al. Bone grafts and bone substitutes in dentistry. Journal of Oral Research</p><p>and Review, v. 8, n. 1, p. 36, 2016.</p><p>36. SAREETHAMMANUWAT, Maytha; BOONYUEN, Supakorn; ARPORNMAEKLONG, Premjit.</p><p>Effects of beta‐tricalcium phosphate nanoparticles on the properties of a thermosensitive chi-</p><p>tosan/collagen hydrogel and controlled release of quercetin. Journal of Biomedical Materials</p><p>Research Part A, v. 109, n. 7, p. 1147-1159, 2021.</p><p>37. STEVENS, Molly M. Biomaterials for bone tissue engineering. Materials today, see 11, no. 5,</p><p>p. 18-25, 2008.</p><p>38. TAMIMI, Faleh et al. Brushite–collagen composites for bone regeneration. Acta biomaterialia,</p><p>v. 4, n. 5, p. 1315-1321, 2008.</p><p>39. UDAYAKUMAR, Gowthama Prabu et al. Biopolímeros e compósitos: Propriedades, caracteri-</p><p>zação e suas aplicações nas indústrias alimentar, médica e farmacêutica. Journal of Environ-</p><p>mental Chemical Engineering , v. 9, n. 4, pág. 105322, 2021.</p><p>40. VAN DE VELDE, Kathleen; KIEKENS, Paul. Biopolymers: overview of several properties and</p><p>consequences on their applications. Polymer testing, v. 21, n. 4, p. 433-442, 2002.</p><p>41. ZAMANIAN, K., TENG, S. China, India, and Brazil expect extensive growth in dental implant,</p><p>final abutments, and bone graft substitute markets. [texto da Internet]. 2011</p><p>10</p><p>Cinética da deposição de cobre em</p><p>arruelas de aço carbono pelo método</p><p>de redução química</p><p>Camila Pereira Girotto</p><p>UEM</p><p>Clara Elisa Simões Bassetto</p><p>UEM</p><p>Marcos de Souza</p><p>UEM</p><p>Miguel Torres Rodríguez</p><p>UAM</p><p>Maria Eduarda Bogado dos Santos</p><p>UEM</p><p>Amanda Junkes Vilvert</p><p>UEM</p><p>10.37885/210705449</p><p>Ciência e Engenharia de Materiais: conceitos, fundamentos e aplicação</p><p>148</p><p>Palavras-chave: Deposição Metál ica, Electroless Plat ing, Energia de At ivação,</p><p>Constante de Velocidade.</p><p>RESUMO</p><p>O processo de Deposição Metálica por Redução Química pode ser aplicado para diver-</p><p>sos metais e é de fácil operação, pois não necessita do uso de eletrodos. Neste trabalho</p><p>estudou-se a cinética de deposição de cobre por Redução Química em arruelas de aço</p><p>carbon a fim de determinar a energia de ativação da reação. Durante o processo moni-</p><p>torou-se a concentração de cobre por espectrofotometria ultraviolet-visível em função</p><p>do tempo e obtiveram-se valores de constantes de velocidade da reação pelos mode-</p><p>los de ordem 0 e 1 em quatro temperaturas diferentes (25, 30, 35 e 40 oC). A partir do</p><p>resultados, percebeu-se que o acréscimo da temperatura provocou um aumentou nas</p><p>constantes de velocidade (k0 e k1), indicando que a reação é endotérmica. Com o ajuste</p><p>dos dados de 1/T versus ln k foi possível encontrar a energia de ativação do processo</p><p>sendo 53,0 kJ mol–1 (ordem 0) e 51,1 kJ mol–1 (ordem 1). Os valores encontrados ficaram</p><p>muito próximos entre si e de outros trabalhos na literatura, evidenciando a confiabilidade</p><p>dos resultados. O método se mostrou eficiente na deposição de cobre em arruelas de</p><p>aço carbono e poderia ser aplicado para outros metais, principalmente na preparação</p><p>de membranas compósitas contendo metais.</p><p>Ciência e Engenharia de Materiais: conceitos, fundamentos e aplicação</p><p>148 149</p><p>INTRODUÇÃO</p><p>A deposição metálica consiste no recobrimento de uma superfície (cerâmica, polímero</p><p>ou metal) utilizando solução metálica ou o metal fundido (elevadas temperaturas). Os mé-</p><p>todos mais comuns para realizar esse processo são a deposição térmica (DT), deposição</p><p>química por vapor (DVQ), deposição física por vapor (DVF), galvanização, Sputtering por</p><p>magnetron (SPM), eletrodeposição a vácuo (ELV) e Electroless Plating (ELP) ou Redução</p><p>Química (GAO et al., 2005; TANAKA et al., 2005).</p><p>Apesar de muito utilizadas, as deposições dos tipos térmica, Sputtering e DVQ são</p><p>de alto custo e exigem equipamentos específicos, o que dificulta a operação do processo.</p><p>Dentre as técnicas citadas, a que mais se destaca é a ELP, a qual se baseia na deposição</p><p>de metais em suportes devidamente ativados por meio de uma reação redox sem o uso de</p><p>eletrodos. O processo ocorre apenas com a atividade de um agente redutor para sustentação</p><p>de elétrons responsáveis pela redução de íons metálicos em superfícies preparadas. Por</p><p>isso, esse método é de baixo custo, de fácil aplicação e possui alta eficiência na deposição</p><p>de filmes metálicos uniformes (YEUNG et al., 2020).</p><p>Diversos metais como cobre, níquel, zinco, paládio e prata podem ser depositados por</p><p>Redução Química, principalmente para o preparo de materiais compósitos. Dentre esses,</p><p>destacam-se as membranas compósitas de paládio, que possuem esse metal ou suas ligas</p><p>(Pd-Cu, Pd-Ag) depositados em suporte específico (cerâmico ou metálico). Nessa estrutura,</p><p>uma fina camada de metal depositado sobre o suporte funciona como a fase ativa de uma</p><p>barreira semi-permeável seletiva às moléculas de hidrogênio, de forma a aumentar a pureza</p><p>desse gás para sua utilização em processos como: geração de energia elétrica em células</p><p>a combustíveis e produção de amônia (SPALLINA et al., 2018).</p><p>Nos estudos de Zhao e colaboradores (2015) e Qiao e colaboradores (2010), os auto-</p><p>res pesquisaram a purificação de hidrogênio por membranas compósitas de paládio e co-</p><p>bre. As membranas foram preparadas por Redução Química e a caracterização evidenciou</p><p>que o método foi efetivo na deposição da fase ativa. Além disso, o hidrogênio purificado</p><p>apresentou elevada pureza, podendo ser aplicado em outros processos. Além do preparo</p><p>de membranas, a deposição por Redução Química pode ser aplicada para o recobrimento</p><p>de diversas peças como arruelas e jóias.</p><p>Para garantir que a deposição metálica por Redução Química ocorra de forma eficien-</p><p>te, é importante estudar a cinética de deposição para a obtenção da melhor condição do</p><p>processo. Por isso, é importante avaliar o tempo de deposição, a influência da temperatura</p><p>no processo (reação endotérmica ou exotérmica), determinar as constantes de velocida-</p><p>de e, principalmente, a energia de ativação (energia mínima para que o processo ocorra)</p><p>(SHAKIBHAMEDAN et al., 2020).</p><p>Ciência e Engenharia de Materiais: conceitos, fundamentos e aplicação</p><p>150</p><p>OBJETIVO</p><p>Tendo em vista as vantagens do processo de Redução Química e sua importância</p><p>para a indústria química, o presente estudo busca avaliar parâmetros cinéticos - constante</p><p>de velocidade e ordem de reação - em diferentes temperaturas e determinar a Energia de</p><p>Ativação para reação de redução química do cobre em arruelas de aço carbono, visando</p><p>sua aplicação no preparo de membranas para a purificação de hidrogênio.</p><p>MÉTODOS</p><p>Para os ensaios de Deposição de cobre por Redução Química foram utilizadas, como</p><p>suporte, arruelas de aço carbono zincado em formato anelar com diâmetro maior de 3,85 cm</p><p>e diâmetro menor 0,7 cm, conforme a Figura 1.</p><p>Figura 1. Arruela de aço carbono zincado utilizada nos testes de deposição de cobre.</p><p>As reações de Redução Química de Cu foram realizadas conforme a metodologia de</p><p>Shukla e colaboradores (2002) e ocorreram em 3 etapas: sensibilização, ativação e deposi-</p><p>ção. Inicialmente, as arruelas foram imergidas na solução de sensibilização (10 g L–1 SnCl2,</p><p>40 mL L–1 HCl) por 1 hora e lavadas com água destilada. Em seguida, ficaram imersas na</p><p>solução de ativação (9 g L–1 AgNO3, 9 mL L–1 NH4OH) por 1 hora e foram lavadas com água</p><p>destilada. Na terceira etapa, as arruelas ficaram em contato com a solução de deposição</p><p>(12 g L–1 CuSO4, 50 g L–1 KNaC4H4O6, 10 g L–1 NaOH, 12 mL L–1 HCHO) por uma hora,</p><p>onde monitorou-se a concentração de cobre (estudo da cinética), o pH e a temperatura</p><p>a cada 5 minutos.</p><p>Para analisar a concentração de cobre durante a deposição, fez-se o scan de uma</p><p>amostra da solução de deposição entre 400 e 800 nm por espectrofotometria ultravioleta-visí-</p><p>vel (Espectrofotômetro UV-Vis Shimadzu®, modelo UV-1800) para determinar o comprimento</p><p>de onda de absorção máxima (672 nm) e, então, construir a curva de calibração Concentração</p><p>de Cu2+ versus Absorbância. A Equação da reta obtida para a curva de calibração foi de:</p><p>(1)</p><p>Ciência e Engenharia de Materiais: conceitos, fundamentos e aplicação</p><p>150 151</p><p>A partir dos dados de Concentração de Cu2+ versus tempo foi feito um ajuste cinético</p><p>utilizando os modelos de reação de ordem 0 (adimensionalizado) e ordem 1 para o reator</p><p>batelada, presentes nas Equações (2) e (3), respectivamente (FOGLER, 1981).</p><p>(2)</p><p>(3)</p><p>Onde: é a concentração de cobre na solução no tempo t em mol L–1, é a</p><p>concentração inicial de cobre em mol L–1, é o tempo de deposição em min, é a constante</p><p>de velocidade da reação de ordem zero em mol L–1 min–1 e é a constante de velocidade</p><p>da reação de ordem 1 em min–1.</p><p>Os ensaios cinéticos foram realizados em quatro temperaturas diferentes: 25, 30, 35</p><p>e 40 oC. Para cada temperatura determinaram-se os valores de e e fez-se um ajuste</p><p>de para encontrar a Energia de Ativação da reação, conforme a Equação</p><p>de Arrhenius (Equações 4 e 5).</p><p>(4)</p><p>(5)</p><p>Onde: Ea é a Energia de Ativação (kJ mol–1) A é o fator pré-exponencial e R é a cons-</p><p>tante universal dos gases (8,3144 J mol–1. K–1).</p><p>RESULTADOS E DISCUSSÃO</p><p>Para avaliar o processo de deposição de cobre por Redução Química, foi feita a pe-</p><p>sagem das arruelas em cada etapa do processo. Na Tabela 1 constam apenas as massas</p><p>para o teste a 35 oC, pois em todas as temperaturas o comportamento foi similar. Após a</p><p>etapa de sensibilização houve uma diminuição na massa da arruela (Tabela 1), o que ocor-</p><p>reu devido ao desprendimento da camada de zinco advinda do processo de galvanização</p><p>na fabricação desse material. Na etapa de ativação a massa permaneceu praticamente a</p><p>mesma e aumentou após a deposição devido à aderência do cobre.</p><p>Ciência e Engenharia de Materiais: conceitos, fundamentos e aplicação</p><p>152</p><p>Tabela 1. Massas da arruela e do cobre nas etapas de sensibilização, ativação e deposição de cobre a 35 oC.</p><p>Massas (g) Valores</p><p>Inicial 16,5331</p><p>Após a sensibilização 16,498</p><p>Após a ativação 16,4975</p><p>Após a deposição 16,5287</p><p>Massa de Cu depositada (balança) 0,0312</p><p>Massa de Cu (absorbância) 0,0332</p><p>Fonte: Autoria própria.</p><p>A massa de cobre depositada foi determinada de duas maneiras: pela pesagem da</p><p>arruela e pela diferença de concentração de Cu na solução de deposição. Ao avaliar as</p><p>duas massas na Tabela 1, percebe-se que os valores foram muito similares, apresentando</p><p>apenas 6% de erro. Isso indica que ambos métodos foram eficientes para determinar a</p><p>massa de cobre, principalmente pela análise da absorbância, que permitiu estudar todo o</p><p>comportamento da deposição desse metal durante 60 minutos.</p><p>Na etapa de sensibilização, os íons Sn2+ presentes em solução ficam adsorvidos na</p><p>superfície do suporte. Na solução de ativação há a formação do íon que inte-</p><p>rage com os cátions Sn2+ conforme a reação de oxirredução representada pela Equação (6)</p><p>(SHUKLA et al., 2002; GHOSH, 2018).</p><p>(6)</p><p>Na deposição, os íons em solução formam um complexo com o tartarato de sódio e</p><p>potássio e reduzem a pela ação do formaldeído, acarretando na deposição desse metal na</p><p>superfície do suporte. Esse processo ocorre conforme as reações de redução do cobre e oxi-</p><p>dação do formaldeído, representadas pelas Equações 7 e 8 (SHAKIBHAMEDAN et al., 2020).</p><p>(7)</p><p>(8)</p><p>Durante as reações, também monitorou-se o pH para todos os ensaios, o qual variou</p><p>entre 13,18 e 13,00 (25 oC); 13,31 e 13,10 (30 oC); 13,19 e 12,98 (35 oC) e 13,14 e 12,47</p><p>(40 oC). Conforme o cobre estava sendo consumido na reação, o pH diminuía, o que ocorreu</p><p>porque o formaldeído oxidava, ocasionando uma diminuição na concentração de OH– no</p><p>meio reacional. Além disso, o aumento da temperatura levou a uma maior variação nos</p><p>pHs, justamente por haver maior quantidade de cobre sendo depositada na arruela. Mesmo</p><p>assim, pode-se dizer que não houveram grandes variações no pH pela quantidade de cobre</p><p>que estava sendo depositada ser pequena (entre 15 a 40 mg) (Shakibhamedan et al., 2020).</p><p>Ciência e Engenharia de Materiais: conceitos, fundamentos e aplicação</p><p>152 153</p><p>Além de analisar o mecanismo de reação que ocorre na redução química do cobre,</p><p>também é importante estudar a cinética de deposição para aplicação em escala industrial</p><p>e para encontrar os parâmetros cinéticos (ordem da reação e constantes de velocidade).</p><p>Para isso, ajustaram-se os dados cinéticos (Concentração de Cu2+ em função do tempo)</p><p>aos modelos de reação ordem 0 e ordem 1, presentes nas Equações 2 e 3, respectivamen-</p><p>te. Os dados experimentais juntamente com os ajustes aos modelos estão presentes nos</p><p>Gráficos 1 (ordem 0) e 2 (ordem 1) para todas as temperaturas testadas (25, 30, 35 e 40 oC).</p><p>Gráfico 1. Dados cinéticos versus tempo e os respectivos ajustes ao modelo de reação de ordem 0</p><p>para as temperaturas de 25, 30, 35 e 40 oC.</p><p>0 10 20 30 40 50 60</p><p>0,5</p><p>0,6</p><p>0,7</p><p>0,8</p><p>0,9</p><p>1,0 25 oC</p><p>30 oC</p><p>35 oC</p><p>40 oC</p><p>[C</p><p>u2+</p><p>]/[</p><p>C</p><p>u2+</p><p>] 0</p><p>tempo (min)</p><p>Equação y = a + b*x</p><p>-- -- Valor Erro R²</p><p>T = 25 C</p><p>a 1,00528 0,00243 0,99461</p><p>b -0,00323 6,86064E-5</p><p>T = 30 C</p><p>a 1,01729 0,00474 0,9914</p><p>b -0,00499 1,34069E-4</p><p>T = 35 C</p><p>a 1,00791 0,00421 0,9985</p><p>b -0,00638 1,18954E-4</p><p>T = 40 C</p><p>a 0,99708 0,0105 0,98148</p><p>b -0,0075 2,97014E-4</p><p>Fonte: Autoria própria.</p><p>As equações determinadas pelo modelo de ordem zero (Gráfico 1), os coeficientes de</p><p>regressão linear (R²) e as constantes de velocidade (k0) estão presentes na Tabela 2.</p><p>Tabela 2. Equações do modelo de ordem 0, coeficiente de regressão linear (R²) e constantes de velocidade (k0) para as</p><p>temperaturas 25, 30, 35 e 40 oC.</p><p>T (oC) Equação R² k0 (mol L–1 min–1)</p><p>25 =1-0,0032t 0,99 0,00022</p><p>30 =1-0,0049t 0,99 0,00038</p><p>35 =1-0,0064t 0,99 0,00049</p><p>40 =1-0,0075t 0,98 0,00065</p><p>Fonte: Autoria própria.</p><p>Ciência e Engenharia de Materiais: conceitos, fundamentos e aplicação</p><p>154</p><p>Ao analisar a Tabela 2, verifica-se que os valores obtidos para R2 ficaram muito próximos</p><p>de 1, o que indica que o modelo de reação de ordem zero se ajustou aos dados experimen-</p><p>tais. Esse fato indica que as trajetórias de reação de deposição de cobre nas arruelas traçam</p><p>rotas compatíveis com as equações obtidas para o modelo de ordem zero em diferentes</p><p>temperaturas. Além disso, percebe-se que o acréscimo da temperatura aumentou a constante</p><p>de</p><p>velocidade da reação (k0), que é um comportamento característico de reações endotér-</p><p>micas. Esse fato também explica o comportamento dos dados experimentais representados</p><p>no Gráfico 1, em que a reação que ocorreu a 40o C apresentou menor concentração final</p><p>de cobre , indicando que a reação ocorreu mais rapidamente e que maior</p><p>quantidade de cobre depositou-se na arruela (Fogler, 1992; Levenspiel, 1963).</p><p>Gráfico 2. Dados cinéticos versus tempo e os respectivos ajustes ao modelo de reação de ordem 0</p><p>para as temperaturas de 25, 30, 35 e 40 oC.</p><p>0 10 20 30 40 50 60</p><p>0,0</p><p>0,1</p><p>0,2</p><p>0,3</p><p>0,4</p><p>0,5</p><p>0,6</p><p>25 oC</p><p>30 oC</p><p>35 oC</p><p>40 oC</p><p>ln</p><p>(</p><p>[C</p><p>u2+</p><p>] 0/</p><p>[C</p><p>u2+</p><p>])</p><p>tempo (min)</p><p>Equação y = a + b*x</p><p>-- -- Valor Erro R²</p><p>T = 25 C</p><p>a -0,00846 0,00245 0,99549</p><p>b 0,00356 6,91733E-5</p><p>T = 30 C</p><p>a -0,02565 0,00549 0,99141</p><p>b 0,00578 1,55376E-4</p><p>T = 35 C</p><p>a -0,0228 0,0046 0,99674</p><p>b 0,00788 1,30103E-4</p><p>T = 40 C</p><p>a -0,01667 0,00914 0,99158</p><p>b 0,00973 2,58637E-4</p><p>Fonte: Autoria própria.</p><p>Similar ao modelo de ordem zero, na Tabela 3 encontram-se as Equações obtidas pelo</p><p>modelo de ordem um (Figura 3), os coeficientes de regressão linear (R²) e as constantes</p><p>de velocidade (k1).</p><p>Ciência e Engenharia de Materiais: conceitos, fundamentos e aplicação</p><p>154 155</p><p>Tabela 3. Equações do modelo de ordem 1, coeficiente de regressão linear (R²) e constantes de velocidade (k1) para as</p><p>temperaturas 25, 30, 35 e 40 oC.</p><p>T (oC) Equação R² k1 (min–1)</p><p>25 In =0,00356t 0,99 0,00356</p><p>30 In =0,00578t 0,99 0,00578</p><p>35 In =0,00788t 0,99 0,00788</p><p>40 In =0,00973t 0,99 0,00973</p><p>Fonte: Autoria própria.</p><p>Ao avaliar a Tabela 3, verifica-se que os valores de R2 ficaram muito próximos de 1,</p><p>similar ao ocorrido para o modelo de reação de ordem zero. Esse fato indica que o modelo</p><p>de ordem um também seria adequado para representar os dados cinéticos e dizer que a</p><p>reação é de primeira ordem em relação ao cobre. Contudo, ao ajustar os dados experimen-</p><p>tais ao modelo de primeira ordem é necessário rearranjar os dados</p><p>para linearizar o modelo (Equação 3), o que pode acarretar em uma propagação de er-</p><p>ros (Fogler, 1992).</p><p>Com o aumento da temperatura, também houve um acréscimo nos valores k1 (Tabela</p><p>3), similar ao ocorrido para k0. Esse comportamento indica, mais uma vez, que a reação</p><p>pode ser endotérmica. Shakibhamedan e colaboradores (2020) estudaram a deposição</p><p>de cobre por Redução Química em nanotubos de carbono entre as temperaturas de 10 a</p><p>90 oC. Os autores observaram um aumento nas constantes de velocidade com o acréscimo</p><p>da temperatura, similar ao comportamento analisado neste trabalho.</p><p>Um dos principais objetivos de se estudar a cinética de uma reação é encontrar a</p><p>energia de ativação (Ea). Esse parâmetro refere-se à energia mínima necessária para que</p><p>o processo ocorra e é encontrado a partir de diferentes valores de k e de temperaturas.</p><p>Neste estudo fez-se um ajuste dos dados de ln k versus 1/T, conforme Equação 5, para</p><p>os valores de k determinados pelos modelos de ordem 0 e 1. Os dados de</p><p>e de juntamente com os respectivos ajustes ao modelo da Equação 5 estão</p><p>presentes nos Gráficos 3 e 4, respectivamente.</p><p>Ciência e Engenharia de Materiais: conceitos, fundamentos e aplicação</p><p>156</p><p>Gráfico 3. Dados experimentais de e o respectivo ajuste à Equação de Arrhenius.</p><p>0,00320 0,00325 0,00330 0,00335</p><p>-10,4</p><p>-10,2</p><p>-10,0</p><p>-9,8</p><p>-9,6</p><p>-9,4</p><p>-9,2</p><p>-9,0</p><p>Dados experimentais para o modelo de ordem 0</p><p>Ajuste linear da Equação de Arrhenius</p><p>ln</p><p>k</p><p>0 (</p><p>m</p><p>ol</p><p>L</p><p>-1</p><p>m</p><p>in</p><p>-1</p><p>)</p><p>1/T (1/K)</p><p>Equação y = a + b*x</p><p>-- --R² 0,97049</p><p>Valor Erro Padrão</p><p>Ordem 0</p><p>Intercept 11,23765 2,09209</p><p>Slope -6380,305 639,1278</p><p>ln k0= 11,23765 - 6380,305(1/T)</p><p>Fonte: Autoria própria.</p><p>Os Gráficos 3 e 4 apresentam valores de R2 próximos de 1, o que indica que a Equação</p><p>de Arrhenius está bem representada, tanto para os valores de k0 (modelo de reação de or-</p><p>dem 0) quanto para os valores de k1. O valor de coeficiente angular na Equação de Arrhenius</p><p>indica a relação Ea/R, onde foi possível obter os valores de Ea para os modelos de ordem</p><p>zero e um (Tabela 4).</p><p>Gráfico 4. Dados experimentais de e o respectivo ajuste à Equação de Arrhenius.</p><p>0,00320 0,00325 0,00330 0,00335</p><p>-5,8</p><p>-5,6</p><p>-5,4</p><p>-5,2</p><p>-5,0</p><p>-4,8</p><p>-4,6 Dados experimentais para reação de ordem 1</p><p>Ajuste linear à Equação de Arrhenius</p><p>ln</p><p>k</p><p>1 (</p><p>m</p><p>in</p><p>-1</p><p>)</p><p>1/T (1/K)</p><p>Equação y = a + b*x</p><p>-- --R² 0,95736</p><p>Valor Erro Padrão</p><p>Ordem 1</p><p>a 15,04889 2,43308</p><p>b -6145,2383 743,29627</p><p>ln k1 = 15,04889 - 6145,23838.(1/T)</p><p>Fonte: Autoria própria.</p><p>Ciência e Engenharia de Materiais: conceitos, fundamentos e aplicação</p><p>156 157</p><p>Pela Tabela 4 percebe-se que os valores de Ea ficaram próximos, com uma diferença</p><p>de apenas 3,6 %. Além disso, o valor de Ea obtido neste trabalho foi similar ao determinado</p><p>por Shakibhamedan e colaboradores (2020), sendo 50,6 kJ mol–1. Em outros estudos foram</p><p>obtidos valores de Ea mais elevados como 140 kJ mol–1 (Byerle e Teo, 1969) e 60,9 kJ mol–1</p><p>(SCHUMACHER et al., 1985). Esse fato demonstra que o método (reagentes e condições</p><p>operacionais) utilizado na deposição do cobre neste estudo foi eficiente e demanda menos</p><p>energia, incluindo gastos, para realizar a reação.</p><p>Tabela 4. Energias de ativação (Ea) para reações em modelo de ordens 0 e 1.</p><p>Ordem da reação Ea (kJ mol–1)</p><p>0 53,04</p><p>1 51,09</p><p>Fonte: Autoria própria.</p><p>Figura 2. Fotos das arruelas de aço carbono galvanizado antes e após o processo de deposição de cobre por Redução</p><p>Química: (a) arruela e (b) Cu-arruela.</p><p>Fonte: Autoria própria.</p><p>Na Figura 2 estão presentes as fotos da arruela antes e após a da deposição de cobre</p><p>por Redução Química realizada a 40 oC. Pelas fotos percebe-se que o método de deposição</p><p>foi eficaz e aparentemente resultou em uma camada de cobre uniforme sobre a arruela.</p><p>Esse comportamento foi observado para todas as temperaturas testadas, o que evidencia</p><p>a reprodutibilidade da técnica de deposição metálica com Redução Química.</p><p>Em estudos como os de Qiao et al. (2010) e Martinez-Díaz et al. (2019), os autores</p><p>utilizaram o método de Redução Química para preparar membranas de paládio e cobre para</p><p>purificação de hidrogênio. Em outras pesquisas foram preparadas membranas com outros</p><p>metais como Ag, Ni e Au (Ryi et al., 2008; Tarditi e Cornaglia, 2011; Gade et al., 2011). Esse</p><p>fato demonstra que a Redução Química é versátil e de fácil reprodução, podendo ser apli-</p><p>cada para diversos metais utilizando os reagentes adequados para o preparo de diferentes</p><p>materiais visando posteriores aplicações.</p><p>Ciência e Engenharia de Materiais: conceitos, fundamentos e aplicação</p><p>158</p><p>CONCLUSÃO</p><p>Ao estudar o comportamento cinético de deposição de cobre por Redução Química</p><p>percebeu-se que a reação é favorecida com o aumento da temperatura, o que evidencia</p><p>que pode ser endotérmica. Além disso, notou-se um bom ajuste aos dados experimentais,</p><p>tanto para o modelo de reação de ordem 0 quanto para o de ordem 1. Contudo, como para</p><p>o modelo de ordem 0 não foi necessário rearranjar os dados, esse gera menor propagação</p><p>de erro. As Energias de Ativação obtidas foram de 53,0 kJ mol–1 (ordem 0) e 51,1 kJ mol–1</p><p>(ordem 1), compatíveis com outros trabalhos que realizaram a deposição por redução quí-</p><p>mica em suportes de materiais diferentes. Portanto verifica-se que o método de Redução</p><p>Química foi eficiente para a deposição de cobre, podendo ser aplicado para diferentes tipos</p><p>de materiais como cerâmicas, metais e polímeros, útil também para o preparo de artefatos</p><p>como membranas para a purificação de gases.</p><p>REFERÊNCIAS</p><p>1. BYERLEY, J. J.; TEO, W. K. Oxidation of formaldehyde by copper (II) in aqueous solution.</p><p>Canadian Journal of Chemistry, v. 47, n. 19, set. 1969.</p><p>2. FOGLER, H. S., Elements of Chemical Reaction Engineering, 2nd Edition, Prentice Hall,</p><p>New Jersey, 1992.</p><p>3. GADE, S. K.; DEVOSS, S. J.; COULTER, K. E.; PAGLIERI, S. N.; ALPTEKIN, G. O.; WAY, J.</p><p>D. Palladium-gold membranes in mixed gas streams with hydrogen sulfide: Effect of alloy con-</p><p>tente and fabrication technique. Journal of Membrane Science, v. 378, n. 1-2, p.</p><p>35-41, 2011.</p><p>4. GAO, H.; LIN, J. Y. S.; LI, Y. ZHANG, B. Electroless plating synthesis, characterization and</p><p>permeation properties of Pd-Cu membranes supported on ZrO2 modified porous stainless steel.</p><p>Journal of Membrane Science, v. 265, p. 142-152, 2005.</p><p>5. GHOSH, S. Electroless Copper Deposition: A critical Review. Thin Solid films, 2018.</p><p>6. LEVENSPIEL, O., “Patterns of Flow in Chemical Process Vessels”, in Adv Chem. Eng. 4, 95,</p><p>1963.</p><p>7. MARTINEZ-DIAZ, D.; SANZ, R.; CALLES, J. A.; ALIQUE, D. H2 permeation increase of elec-</p><p>troless pore-plated Pd/PSS membranes with CeO2 intermediate barriers. Separation and</p><p>Purification Technology, v. 216, p. 16-24, 2019.</p><p>8. QIAO, A.; ZHANG, K.; TIAN, Y.; XIE, L.; LUO, H.; LIN, Y. S.; LI, Y. Hydrogen separation through</p><p>palladium-copper membranes on porous stainless steel with sol-gel derived ceria as diffusion</p><p>barrier. Fuel, v. 89, p. 1274-1279, 2010.</p><p>9. RYI, S. L.; PARK, J. S.; KIM. S. H.; D. W.; CHO, K. L. Formation of a defect-free Pd-Cu-Ni</p><p>ternary alloy membrane on a polished porous nickel support (PNS). Journal of Membrane</p><p>Science, v. 318, p. 346-354, 2008.</p><p>Ciência e Engenharia de Materiais: conceitos, fundamentos e aplicação</p><p>158 159</p><p>10. SCHUMACHER, R.; PESEK, J. J.; MELROY, O. R. Kinetic analysis of electroless deposition</p><p>of copper. The Journal of Physical Chemistry A, v. 89, p. 4338-4342, fev. 1985.</p><p>11. SHAKIBHAMEDAN, S.; KIANI, N.; SHEIBANI, S. Kinetic study on the copper electroless coating</p><p>on carbon nanotubes. Diamond and Related Materials, p. 1-31, jun 2020.</p><p>12. SPALLINA, V.; MATTURO, G.; RUOCCO, C.; MELONI, E.; PALMA, V.; FERNANDEZ, E.;</p><p>MELENDEZ, J.; TANAKA, A. D. P.; SOLE, J. L. V.; ANNALAND, M. V. S.; GALLUCI, F. Di-</p><p>rect route from etanol to pure hydrogen though autothermal reforming in a membrane reator:</p><p>Experimental demonstration reactor modelling and design. Energy, v. 143, p. 666-681, 2018.</p><p>13. SHUKLA, S.; SEAL, S.; RAHAMAN, Z.; SCAMMON, K. Electroless copper coating of cenos-</p><p>pheres using silver nitrate activator. Materials Letter, v. 27, p. 151-156, 2002.</p><p>14. TANAKA, D. A. P.; TANCO, M. A. L.; NIWA, S. I.; WAKUI, Y.; MIZUKAMI, F.; NAMBA, T.; SU-</p><p>ZILI, T. M. Preparation of palladium and silver alloy membrane on a porous α-alumina tube via</p><p>simultaneous electroless plating. Journal of Membrane Science, v. 247, n. 1-2, p. 21-27, 2005.</p><p>15. TARDITI, A. M.; CORNAGLIA, L. M. Novel PdAgCu ternary alloy as promising materials for</p><p>hydrogen separation membranes: Synthesis and characterization. Surface Science, v. 605,</p><p>p. 62-71, 2011.</p><p>16. YEUNG, K.L. Palladium composite membranes by electroless plating technique, Jan.</p><p>1999. Journal of Membrane Science, Jun. 2020.</p><p>17. ZHAO, L.; GOLDBACH, A.; BAO, C.; XU, H. Sulfur inhibition of PdCu membranes in the presen-</p><p>ce of external mass flow resistance. Journal of Membrane Science, v. 496, p. 301-309, 2015.</p><p>11</p><p>Correlação experimental para</p><p>viscosidade aparente de fluido de</p><p>perfuração em função da temperatura</p><p>e pressão</p><p>Pedro A. T. Miranda</p><p>UTFPR/CERNN</p><p>Géssica Palaoro</p><p>UTFPR/CERNN</p><p>Elis M. S. Wendt</p><p>UTFPR/CERNN</p><p>Luis H. Q. Ardila</p><p>UTFPR/CERNN</p><p>Admilson T. Franco</p><p>UTFPR/CERNN</p><p>10.37885/210705340</p><p>Ciência e Engenharia de Materiais: conceitos, fundamentos e aplicação</p><p>161</p><p>Palavras-chave: Fluido de Perfuração, HPHT, Temperatura, Pressão, Viscosidade, Pro-</p><p>priedades Reológicas.</p><p>RESUMO</p><p>A atual exploração e produção de petróleo e gás residem em poços profundos e ultra-</p><p>profundos, localizados em zonas de alta pressão e alta temperatura (HPHT). Em poços</p><p>de perfuração HPHT, as propriedades reológicas, como viscosidade aparente, são extre-</p><p>mamente influenciadas pela temperatura e pressão. Portanto, prever o comportamento</p><p>reológico do fluido de perfuração em função da pressão e temperatura é essencial para</p><p>a perfuração de poços de petróleo em condições HPHT, uma vez que, a previsão bem-</p><p>-sucedida do sistema hidráulico depende da representação precisa do comportamento</p><p>reológico. Este trabalho tem como objetivo propor uma correlação experimental esta-</p><p>tisticamente significativa, que seja capaz de descrever a dependência da viscosidade</p><p>aparente dos fluidos de perfuração em função da pressão e da temperatura para alimentar</p><p>o banco de dados da indústria de óleo e gás. Para a realização das regressões foi utiliza-</p><p>do o software R. As correlações propostas para as três diferentes taxas de deformação</p><p>analisadas apresentaram coeficiente de correlação superior a 0,86. Com a ANOVA foi</p><p>possível verificar que o R² obtido possui significância estatística, o que é indicativo de</p><p>que o modelo contribui para explicar a variabilidade da viscosidade aparente em função</p><p>da pressão e da temperatura.</p><p>Ciência e Engenharia de Materiais: conceitos, fundamentos e aplicação</p><p>162</p><p>INTRODUÇÃO</p><p>O sucesso registrado na exploração e produção de petróleo e gás natural em campos</p><p>marítimos encorajou as indústrias petrolíferas prospectar reservas cada vez mais profundas.</p><p>Atualmente as atividades de perfuração e extração de petróleo residem em poços profundos</p><p>e ultraprofundos, localizados em zonas de alta pressão (superior a 690 bar) e/ou de alta</p><p>temperatura (superior a 150 °C), conhecidos como poços HPHT (LEE et al., 2012; LIU et al.,</p><p>2020). Os poços HPHT podem ser encontrados nas águas profundas do Golfo do México,</p><p>Mar da Noruega, Mar do Norte, Tailândia, Indonésia, Canadá, Califórnia, Venezuela e leste</p><p>da Europa. No Brasil, a Petrobras já observa a ocorrência de zonas de alta pressão e alta</p><p>temperatura em poços do pré-sal.</p><p>As condições extremas encontradas em poços HPHT requerem atenção especial no</p><p>planejamento e desenvolvimento de todas as etapas de operação. A etapa de seleção do</p><p>fluido de perfuração é essencial, uma vez que a maioria dos problemas enfrentados no pro-</p><p>cedimento de perfuração estão direta ou indiretamente relacionados ao fluido de perfuração</p><p>(MITCHELL; MISKA, 2011; ZAMORA et al., 2013).</p><p>Fluidos de perfuração são materiais complexos que apresentam comportamento de</p><p>fluidos não newtonianos, ou seja, a relação entre a tensão de cisalhamento e a taxa de de-</p><p>formação não é constante (MACOSKO, 1994). Os fluidos de perfuração têm várias funções</p><p>durante a etapa de perfuração, dentre as principais, destacam-se:</p><p>I. Manter os cascalhos gerados na broca em suspensão, carreá-los pelo espaço anu-</p><p>lar e permitir a separação na superfície;</p><p>II. Resfriar, lubrificar e limpar a broca rotativa e a coluna de perfuração;</p><p>III. Manter a estabilidade do poço;</p><p>IV. Reduzir o atrito entre a coluna de perfuração e as paredes do poço; e,</p><p>V. Controlar as pressões poço-formação.</p><p>Devido as múltiplas funções, os fluidos de perfuração constituem uma das principais</p><p>variáveis nos projetos hidráulicos dos poços e nas atividades de perfuração. Portanto, ve-</p><p>rificar e prever o comportamento do fluido de perfuração em condições HPHT é de funda-</p><p>mental importância devido aos efeitos opostos da temperatura e da pressão (MITCHELL;</p><p>MISKA, 2011; PALAORO, 2020; ARDILA, 2021). O acréscimo da pressão tende a aumentar</p><p>a viscosidade do fluido, devido à compressibilidade. A elevação da temperatura amplifica o</p><p>movimento browniano das macromoléculas (partículas) dissolvidas na matriz fluida, e, como</p><p>consequência, há o decréscimo da interação molecular, reduzindo assim a viscosidade</p><p>(PANASETI et al., 2018) . De forma geral, os efeitos da temperatura são maiores quando o</p><p>Ciência e Engenharia de Materiais: conceitos, fundamentos e aplicação</p><p>162 163</p><p>fluido está submetido às pressões reduzidas, enquanto que os efeitos da pressão se tornam</p><p>mais pronunciados quando submetidos a temperaturas mais baixas ( PANASETI et al., 2018;</p><p>PALAORO, et al., 2019; ARDILA; GALDINO; FRANCO, 2020).</p><p>Aspecto importante durante a perfuração é a manutenção da pressão de fundo do</p><p>poço dentro da janela operacional, que tende a ser mais estreita em poços HPHT, já que</p><p>é reduzida conforme a profundidade do poço é aumentada. A janela operacional define a</p><p>máxima e a mínima pressão permissível no fundo do poço durante a perfuração (MITCHELL;</p><p>MISKA, 2011), e o controle da pressão está diretamente relacionado com o fluido de per-</p><p>furação. Durante a circulação, a pressão no fundo do poço pode ser considerada como a</p><p>pressão hidrostática somada com a perda de carga a ser superada ao longo da região anu-</p><p>lar. A pressão hidrostática é proporcional a massa específica do fluido enquanto a perda de</p><p>carga está relacionada com dissipação de energia que ocorre devido ao atrito e é influenciada</p><p>pela viscosidade do fluido de perfuração (PÅL SKALLE, 2012). Tanto a viscosidade quanto</p><p>a massa específica do fluido de perfuração são influenciadas diretamente pela pressão e</p><p>temperatura. Portanto, conhecer os efeitos da pressão e da temperatura nas propriedades</p><p>reológicas dos fluidos de perfuração é fundamental para a correta previsão da pressão de</p><p>fundo do poço (ROMMETVEIT; BJORKEVOLL, 1997).</p><p>A viscosidade do fluido de perfuração varia significativamente em amplas faixas de</p><p>temperatura e pressão, variações que podem afetar a integridade, o projeto do poço, a con-</p><p>formidade regulatória e a eficiência da perfuração. As viscosidades do fluido de perfuração</p><p>dependem da compressibilidade, expansão térmica e composição química dos componentes</p><p>usados em sua formulação (PALAORO, et al., 2019). Atualmente, correlações adequadas da</p><p>viscosidade em função da pressão e da temperatura, apesar de serem extremamente neces-</p><p>sárias, não estão disponíveis nos softwares de projeto de poços e de controle do processo</p><p>de perfuração. Dessa forma, o objetivo deste trabalho é propor uma correlação experimental</p><p>para o comportamento da viscosidade aparente em função de pressões e temperaturas</p><p>extremas, bem como determinar os coeficientes da correlação para adicionar ao banco de</p><p>dados da indústria de óleo e gás. A viscosidade aparente foi obtida experimentalmente no</p><p>viscosímetro HPHT e o ajuste foi determinado em função da pressão e temperatura aplican-</p><p>do-se regressões não lineares com o auxílio do software R.</p><p>METODOLOGIA</p><p>Os dados experimentais foram cedidos pelo Centro de Pesquisas Leopoldo Américo</p><p>Miguez de Mello (CENPES). O material utilizado foi o fluido de perfuração base olefina</p><p>interna com fase emulsionada constituída por solução saturada de cloreto de cálcio, cuja</p><p>massa específica é 1.258 kg/m³. Os testes reométricos foram realizados no viscosímetro</p><p>Ciência e Engenharia de Materiais: conceitos, fundamentos e aplicação</p><p>164</p><p>Grace M7500 Ultra HPHT. A técnica de caracterização aplicada foi a obtenção da curva de</p><p>escoamento em diferentes condições de pressão e temperatura. A curva de escoamento</p><p>é definida como as relações de tensão de cisalhamento em função da taxa de deformação</p><p>(MACOSKO, 1994). O experimento pode ser realizado com a imposição de séries de pata-</p><p>mares de taxas de deformação ou de tensões de cisalhamento por tempo suficiente para</p><p>que a reposta do material atinja o regime permanente (MACOSKO, 1994). A razão entre a</p><p>tensão de cisalhamento e a taxa de deformação é a viscosidade aparente da amostra.</p><p>As taxas de deformação utilizadas para a obtenção da curva de escoamento, bem</p><p>como as diferentes combinações de temperatura e pressão são apresentadas na Tabela 1.</p><p>Cada curva de escoamento foi obtida em condição isotérmica nas temperaturas de 25, 65,</p><p>93 e 121 °C e nas pressões atmosférica, 138, 552 e 1.103 bar.</p><p>Tabela 1. Parâmetros dos ensaios reológicos para a obtenção das curvas de escoamento em diferentes condições de</p><p>pressão e temperatura.</p><p>Taxa de deformação (s–1) Temperatura (°C) Pressão (bar)</p><p>1.021,80</p><p>25, 65, 93 e 121 atm, 138, 552 e 1.103</p><p>510,90</p><p>340,60</p><p>170,30</p><p>102,18</p><p>51,09</p><p>10,22</p><p>5,11</p><p>Fonte: Autores.</p><p>Foram utilizados diferentes modelos de regressão com o objetivo de propor a equa-</p><p>ção que descreva o comportamento da viscosidade aparente em função da pressão e da</p><p>temperatura. A análise de regressão é uma técnica estatística que possibilita investigar,</p><p>quantificar e inferir a relação existente de uma variável aleatória ou dependente (y) e uma</p><p>ou mais variáveis independentes, explicativas ou covariáveis (x) através da construção da</p><p>equação ou modelo (DIGGLE; CHETWYND, 2011; MATTOS, 2013). Modelos de regressão</p><p>são amplamente usados em diversas aplicações para descrever a relação entre a variável</p><p>resposta e variáveis explicativas. Os modelos lineares são comumente utilizados se a variá-</p><p>vel de interesse for função linear dos parâmetros, caso contrário modelos não lineares são</p><p>empregados (DIGGLE; CHETWYND, 2011).</p><p>Modelos não lineares normalmente são sustentados por alguma informação so-</p><p>bre a relação entre a variável dependente e as variáveis explicativas ou independentes</p><p>(DIGGLE; CHETWYND, 2011; ESTEVES, 2011; GAUDIO; ZANDONADE, 2001; MATTOS,</p><p>2013). Em modelos de regressão não lineares os dados da variável resposta são descritos</p><p>pela função não linear de uma ou mais variáveis explicativas. Os modelos não lineares</p><p>Ciência e Engenharia de Materiais: conceitos, fundamentos e aplicação</p><p>164 165</p><p>buscam encontrar e descrever padrões de homogeneidade dentre a heterogeneidade ob-</p><p>servada no conjunto de observações da variável dependente. Além disso a técnica possi-</p><p>bilita explicar, ao menos parcialmente, o comportamento de y; quantificar a influência das</p><p>condicionantes em y; selecionar, mediante algum critério, as condicionantes relevantes;</p><p>predizer o comportamento de y para estados observados e também não observados das</p><p>condicionantes x; e, avaliar a incerteza associada ao processo (DIGGLE; CHETWYND,</p><p>2013; ESTEVES, 2011) .</p><p>Para a realização das regressões não lineares foi utilizado o programa R, ambiente de</p><p>software livre para computação e gráficos estatísticos. No software R, foi utilizado a função</p><p>nls, pertencente ao pacote nlme, que tem por base o método dos mínimos quadrados ordi-</p><p>nários. O método interativo utilizado foi o de Gauss-Newton.</p><p>Os conjuntos de dados de entrada para realização das regressões foram obtidos experi-</p><p>mentalmente nos ensaios reométricos. A Tabela 2 apresenta as combinações de temperatura,</p><p>pressão e taxas de deformação definidas para compor o conjunto de dados experimentais.</p><p>Optou-se por utilizar a viscosidade aparente em três taxas de deformação: 1.021,80, 102,18</p><p>e 10,22 s–1. As taxas de deformação foram selecionadas dentro da faixa aplicada durante a</p><p>perfuração ( OLIVEIRA, 2016; RAVI, 2011; TELESFORO, 2017; ARDILA, 2021) e optou-se</p><p>por utilizar valores com diferentes ordens de grandeza.</p><p>Tabela 2. Parâmetros dos dados experimentais selecionados para a realização das regressões no R.</p><p>Taxa de deformação (s–1) Temperatura (°C) Pressão (bar)</p><p>10,22</p><p>25, 65, 93 e 121 atm, 138, 552 e 1.103102,18</p><p>1.021,80</p><p>Fonte: Autores.</p><p>Com a definição dos dados de entrada, sendo a pressão e a temperaturas as variá-</p><p>veis preditoras ou independentes e a viscosidade aparente a variável resposta, ajustou-se</p><p>o modelo apresentado na Equação (1).</p><p>(1)</p><p>sendo a viscosidade aparente de referência do fluido de perfuração na temperatura</p><p>de 25 °C e pressão atmosférica, a pressão, a temperatura, a temperatura de referên-</p><p>cia (25 °C), e são os coeficientes que representam os efeitos das variáveis preditoras</p><p>pressão e temperatura, respectivamente.</p><p>É importante ressaltar que a tentativa de descrever o conjunto de dados experimentais</p><p>através do modelo não significa que os dados sejam realmente bem descritos. A descrição</p><p>do conjunto de dados experimentais com modelo linear ou não linear é feito por hipóteses,</p><p>Ciência e Engenharia de Materiais: conceitos, fundamentos e aplicação</p><p>166</p><p>que podem ou não ser necessariamente verdadeiras, portanto, é preciso testá-las (DIGGLE;</p><p>CHETWYND, 2011; MYERES; MONTGOMERY; ANDERSON-COOK, 2016; MYERS et al.,</p><p>2013). Uma vez construído o modelo, é necessário submetê-lo a testes para verificar a</p><p>veracidade da hipótese em que está fundamentado, ou seja, avaliar o modelo para garantir</p><p>que os dados utilizados são adequados, que o modelo consegue representar os dados e</p><p>principalmente garantir que o modelo seja generalizável, ou seja, ser capaz de realizar</p><p>OF PA66/ALUMINA COMPOSITE MEMBRANE</p><p>Dionisio da Silva Biron; Patrícia Poletto; Jocelei Duarte; Mára Zeni; Carlos Pérez Bergmann; Venina dos Santos</p><p>' 10.37885/210605139 ...............................................................................................................................................................................338</p><p>SUMÁRIO</p><p>CAPÍTULO 23</p><p>PROCEDIMENTO DE DETERMINAÇÃO DOS PRODUTOS DA FOTO-DEGRADAÇÃO DE MATERIAIS HÍBRIDOS, AMORFOS,</p><p>DO TIPO SILOXANO-POLIÉTER</p><p>Gustavo Palácio</p><p>' 10.37885/210705447 ................................................................................................................................................................................355</p><p>CAPÍTULO 24</p><p>SYNTHESIS AND CHARACTERIZATION OF NIO FOR APPLICATIONS IN PHOTOELECTRONICS DEVICES</p><p>Angela A. Bernal Cárdenas; M. Serbena J.P</p><p>' 10.37885/210705517 .................................................................................................................................................................................374</p><p>CAPÍTULO 25</p><p>SYNTHESIS AND CHARACTERIZATION OF TIO2 NANOPARTICLES FOR APPLICATIONS IN SOLAR CELLS</p><p>Angela A. Bernal Cárdenas; J. P. M. Serbena</p><p>' 10.37885/210705527 ................................................................................................................................................................................382</p><p>CAPÍTULO 26</p><p>THE SUCCESSFUL INCORPORATION OF COPPER IN THE WELL- STRUCTURED SILICATE KANEMITE</p><p>Vaeudo Valdimiro de Oliveira</p><p>' 10.37885/210705415 ................................................................................................................................................................................392</p><p>CAPÍTULO 27</p><p>TRANSFERÊNCIA DE CALOR EM MALHAS GENERALIZADAS: VERIFICAÇÃO E APLICAÇÃO</p><p>Matheus Miranda Guimarães do Nascimento; Gylles Ricardo Ströher; Gisely Luzia Ströher</p><p>' 10.37885/210705395 ............................................................................................................................................................................... 410</p><p>SOBRE AS ORGANIZADORAS .............................................................................................................................428</p><p>ÍNDICE REMISSIVO .............................................................................................................................................429</p><p>01</p><p>A thin film with phosphotungstate</p><p>nanoclusters: an alternative to</p><p>materials scientists investigate the</p><p>electroreduction of hexazinone</p><p>Victória de Oliveira Margarido</p><p>UFSCar</p><p>Pedro Henrique de Paulo Olívio</p><p>UFSCar</p><p>Leonardo Aparecido Correia</p><p>UFSCar</p><p>Julia Helena de Paula</p><p>UFSCar</p><p>Kelly Roberta Francisco</p><p>UFSCar</p><p>Adriano Lopes de Souza</p><p>UFSCar</p><p>10.37885/210805624</p><p>Ciência e Engenharia de Materiais: conceitos, fundamentos e aplicação</p><p>16</p><p>Keywords: sol-gel Process, Ormosil, Hexazinone, Hybrid Film, Phosphotungstic Acid.</p><p>ABSTRACT</p><p>In the work reported here, we investigated the surface topography and the electrocataly-</p><p>tical ability toward hexazinone herbicide of a hybrid organically modified silicate (ormosil)</p><p>film using (3-aminopropyl)triethoxysilane and phosphotungstic acid (HPW), a polyoxo-</p><p>metalate (POM) nanocluster. The morphology of the film on gold electrode was studied</p><p>with a recent surface analysis technique based on atomic force microscopy coupled with</p><p>infrared absorption spectroscopy. This hybrid ormosil film showed nanopores distributed</p><p>throughout the surface and the interaction between HPW clusters and amine groups</p><p>was electrostatic. The electrocatalytic reduction of hexazinone occurred at −0.20 V vs.</p><p>Ag/AgCl in acidic medium pH 0.80 as shown by cyclic voltammetry analyses. Solid state</p><p>29Si nuclear magnetic resonance analyses showed that the distribution of silicate groups</p><p>in the ormosil is formed by Q3 and Q4 species. Since a sensor for hexazinone was not</p><p>aimed here, this system studied can contribute to the improvement of useful materials in</p><p>environmental science research.</p><p>Ciência e Engenharia de Materiais: conceitos, fundamentos e aplicação</p><p>16 17</p><p>INTRODUCTION</p><p>The sol gel process is a versatile method to produce hybrid organic-inorganic materials,</p><p>the applications of which have gained prominence in the field of molecular nanotechnology</p><p>(SANCHEZ et al., 2013; YUAN et al., 2016). With respect to the production of thin films,</p><p>the types of deposition commonly used to successfully obtain hybrid nanocomposite mate-</p><p>rials are layer-by-layer, spray drying, spin coating and dip coating (SANCHEZ et al., 2013)⁠.</p><p>Alkoxysilanes can be used as an alternative in the sol gel route to prepare hybrid materials</p><p>through two steps. The first step involves a hydrolysis reaction of the alkoxysilane to produce</p><p>silanol species, which subsequently react with each other to create siloxane derivatives in a</p><p>silica or silicate network. When an alkoxysilane with a specific organic functionality is used as</p><p>a precursor in the sol gel route, a porous modified silica network called ormosil (organically</p><p>modified silicate) is produced. Transition metal oxides, organic molecules and coordination</p><p>compounds can be immobilized within the pores of an ormosil network to obtain hybrid mate-</p><p>rials with applications in sensors, biomaterials and photochromic systems (CALDARA et al.,</p><p>2016; CATAURO; CIPRIOTI, 2021; PARDO; ZAYAT; LEVY, 2011)⁠.</p><p>Hybrid nanostructures have also been built using polyoxometalates (POMs), which</p><p>are metal oxide clusters formed by V, Mo or W, employed in applications such as catalysis,</p><p>photo- and electrochromic devices, batteries, and magnetism (HORN et al., 2021; MA et al.,</p><p>2021; SONG; TSUNASHIMA, 2012; WALSH et al., 2016)⁠. POMs are able to undergo electron</p><p>transfer reactions while keeping their structures (HISKIA; MYLONAS; PAPACONSTANTINOU,</p><p>2001)⁠. This feature makes them effective electrocatalysts toward molecules such as hydrogen</p><p>peroxide, nitrite and bromate (WANG et al., 2020).</p><p>Although the electrocatalytic ability of hybrid systems containing POMs has been explo-</p><p>red extensively, there are few studies available in the literature reporting the electrocatalytic</p><p>role of these systems toward herbicides (OLÍVIO et al., 2018; SOUZA et al., 2014)⁠, which are</p><p>employed in agriculture to control weeds (BAILLIE et al., 2015)⁠. The main consequence of</p><p>using herbicides is the contamination of watercourses as observed in the use of hexazinone</p><p>herbicide (ZULKIFLI; RAHIM; LAU, 2018)⁠. Hexazinone has been quantified using high per-</p><p>formance liquid chromatography with photodiode array detector (SCHEEL; TARLEY, 2017)⁠.</p><p>Triazinic herbicides have been detected using molecularly imprinted polymers (ZHOU et al.,</p><p>2016). Figure 1 shows the chemical structure of hexazinone.</p><p>Ciência e Engenharia de Materiais: conceitos, fundamentos e aplicação</p><p>18</p><p>Figure 1. Chemical structure of hexazinone.</p><p>Source: The authors.</p><p>This paper describes the preparation and characterization of a hybrid ormosil film con-</p><p>taining (3-aminopropyl)triethoxysilane (APTS) and phosphotungstic acid (HPW), H3PW12O40.</p><p>nH2O, a Keggin-type POM. The Keggin structure of POMs is a tetrahedral with the formula</p><p>XO4, where X can be PV, Si or AsV, surrounded by octahedrons arranged in four M3O13 groups</p><p>where M can be V, Mo or W. Infrared absorption spectroscopy and nuclear magnetic resonan-</p><p>ce spectroscopy were used to study this hybrid ormosil in the powder form. The morphological</p><p>aspects of the hybrid ormosil film were investigated using atomic force microscopy coupled</p><p>with infrared absorption spectroscopy, and its electrocatalytic action toward hexazinone</p><p>was explored. The purpose of this study was not to develop a sensor for hexazinone, but to</p><p>explore the electrocatalytical ability of the hybrid film toward this herbicide.</p><p>METHOD</p><p>Chemicals</p><p>Phosphotungstic acid hydrate, (3-aminopropyl)triethoxysilane, tetraethyl orthosilicate,</p><p>potassium hexacyanoferrate(II) trihydrate, potassium chloride and hexazinone PESTANAL</p><p>were purchased</p><p>pre-</p><p>dições para novos dados. A avaliação consiste em verificar se a especificação do modelo</p><p>se adapta convenientemente aos dados experimentais.</p><p>O grau de significância do modelo é avaliado pela execução dos testes de validação,</p><p>ou seja, testes estatísticos de hipótese, sendo que cada teste se destina a verificar a signifi-</p><p>cância de diferentes partes do modelo. É importante ressaltar que os testes de validação são</p><p>aproximados para modelos de regressão não linear, pois não possuem distribuição estatística</p><p>exata. De acordo Regazzi e Silva (2010), o teste F deve ser preferido, pois proporciona a</p><p>taxa de erro menor. Assim, a avaliação do modelo foi feita pela avaliação do grau de ajuste</p><p>e pela análise dos resíduos.</p><p>A avaliação do grau de ajuste é medida em termos de sua capacidade de reproduzir</p><p>os valores observados dos dados experimentais. A avaliação é feita através do cálculo do</p><p>coeficiente de correlação (R2). O R2 é uma medida estatística de quão próximos os dados</p><p>estão da linha de regressão ajustada. A avaliação do ajuste do modelo pode ser feita através</p><p>da análise da variância (ANOVA) da regressão (MYERES; MONTGOMERY; ANDERSON-</p><p>COOK, 2016; MYERS et al., 2013). Os principais objetivos da análise da variância são veri-</p><p>ficar se há falta de ajuste no modelo, obter estimativa correta para a variância do modelo de</p><p>regressão e estimar o grau de ajuste e significância do modelo (ANTONY; KATE; FRANGOU,</p><p>1998; MYERES; MONTGOMERY; ANDERSON-COOK, 2016; MYERS et al., 2013; WEIR;</p><p>BAILEY, 1996). A verificação da falta de ajuste do modelo de regressão é feita através da</p><p>construção da tabela ANOVA, incluindo o teste Ffaltadeajuste e a verificação da significância esta-</p><p>tística do valor encontrado (MYERES; MONTGOMERY; ANDERSON-COOK, 2016; MYERS</p><p>et al., 2013). Já a análise dos resíduos tem como objetivo verificar a verossimilhança das</p><p>pressuposições envolvidas.</p><p>Ciência e Engenharia de Materiais: conceitos, fundamentos e aplicação</p><p>166 167</p><p>RESULTADOS E DISCUSSÃO</p><p>O Gráfico 1 apresenta os dados experimentais de viscosidade em função da taxa</p><p>de deformação para duas pressões e temperaturas. Pode-se observar no Gráfico 1 que,</p><p>com o aumento da temperatura, há uma redução significativa da viscosidade aparente do</p><p>fluido de perfuração. Contudo, é interessante observar que a pressão influencia fortemente</p><p>o comportamento da viscosidade na temperatura ambiente, e conforme a temperatura é</p><p>elevada, os efeitos da pressão tornam-se menos significativos e os efeitos da temperatura</p><p>mais evidenciados. Assim, pode-se dizer que os efeitos da pressão têm apenas leve efeito</p><p>na viscosidade aparente quando submetido a temperaturas superiores a 25 °C. A pressão</p><p>tende a aumentar exponencialmente a viscosidade do fluido, enquanto que a temperatura</p><p>tende a reduzi-la exponencialmente. A Equação (1) foi proposta com base na observação</p><p>dos dados experimentais.</p><p>Gráfico 1. Curvas de viscosidade aparente do fluido de perfuração nas pressões de 552 e 1.103 bar, para temperaturas</p><p>de 25, 65, 93 e 121 °C.</p><p>100 101 102 103 104</p><p>10-2</p><p>10-1</p><p>100</p><p>101</p><p>25 ºC</p><p>65 ºC</p><p>93 ºC</p><p>121 ºC</p><p>V</p><p>isc</p><p>os</p><p>id</p><p>ad</p><p>e a</p><p>pa</p><p>re</p><p>nt</p><p>e (</p><p>Pa</p><p>.s)</p><p>Taxa de deformação (s-1)</p><p>552 bar</p><p>100 101 102 103 104</p><p>10-2</p><p>10-1</p><p>100</p><p>101</p><p>25 ºC</p><p>65 ºC</p><p>93 ºC</p><p>121 ºC</p><p>V</p><p>isc</p><p>os</p><p>id</p><p>ad</p><p>e a</p><p>pa</p><p>re</p><p>nt</p><p>e (</p><p>Pa</p><p>.s)</p><p>Taxa de deformação (s-1)</p><p>1.103 bar</p><p>Fonte: Autores.</p><p>O ajuste foi conduzido substituindo-se na Equação (1) os valores de viscosidade apa-</p><p>rente do fluido de perfuração obtidos experimentalmente nas diferentes pressões e tempe-</p><p>raturas para as três taxas de deformação, conforme apresentado na Tabela 2. O modelo</p><p>foi obtido para cada uma das taxas de deformação. Os modelos da regressão, os dados</p><p>experimentais e ajustados, os coeficientes de correlação (R2) e o erro relativo entre o valor</p><p>obtido e ajustado são apresentados nas Tabelas 3, 4, e 5.</p><p>Ciência e Engenharia de Materiais: conceitos, fundamentos e aplicação</p><p>168</p><p>Tabela 3. Modelo de regressão, dados experimentais da viscosidade aparente, valores ajustados pela Equação (1),</p><p>coeficiente de correlação e erro relativo para a taxa de 10,22 s–1.</p><p>Modelo de regressão:</p><p>Taxa de deformação (s–1) Pressão (bar) Temperatura (°C)</p><p>Viscosidade aparente (Pa.s) Coeficiente de cor-</p><p>relação Erro relativo (%)</p><p>Medida Ajustada</p><p>10,22</p><p>atm</p><p>25 1,206 1,206</p><p>0,86</p><p>0,03</p><p>65 0,412 0,530 28,71</p><p>93 0,524 0,298 -43,13</p><p>121 0,293 0,168 -42,72</p><p>138</p><p>25 1,330 1,261 -5,21</p><p>65 0,292 0,554 90,00</p><p>93 0,402 0,312 -22,49</p><p>121 0,216 0,175 -19,03</p><p>552</p><p>25 1,589 1,442 -9,24</p><p>65 0,316 0,633 100,59</p><p>93 0,415 0,356 -14,08</p><p>121 0,332 0,200 -39,68</p><p>1.103</p><p>25 1,752 1,724 -1,62</p><p>65 0,424 0,757 78,65</p><p>93 0,742 0,426 -42,63</p><p>121 0,421 0,239 -43,18</p><p>Fonte: Autores.</p><p>Tabela 4. Modelo de regressão, dados experimentais da viscosidade aparente, valores ajustados pela Equação (1),</p><p>coeficiente de correlação e erro relativo para a taxa de 102,18 s–1.</p><p>Modelo de regressão:</p><p>0,223; 9,5.10-4 ; 0,01692; = 25 °C</p><p>Taxa de deformação (s–1) Pressão (bar) Temperatura (°C)</p><p>Viscosidade aparente (Pa.s) Coeficiente de</p><p>correlação Erro relativo (%)</p><p>Medida Ajustada</p><p>102,18</p><p>am</p><p>25 0,223 0,223</p><p>0,95</p><p>0,03</p><p>65 0,074 0,098 32,50</p><p>93 0,068 0,055 -19,25</p><p>121 0,037 0,031 -16,75</p><p>138</p><p>25 0,256 0,233 -9,02</p><p>65 0,075 0,102 36,89</p><p>93 0,072 0,058 -20,05</p><p>121 0,037 0,032 -13,09</p><p>552</p><p>25 0,331 0,267 -19,40</p><p>65 0,093 0,117 26,31</p><p>93 0,095 0,066 -31,01</p><p>121 0,070 0,037 -47,04</p><p>1.103</p><p>25 0,447 0,319 -28,67</p><p>65 0,126 0,140 11,26</p><p>93 0,118 0,079 -33,03</p><p>121 0,094 0,044 -52,73</p><p>Fonte: Autores.</p><p>Ciência e Engenharia de Materiais: conceitos, fundamentos e aplicação</p><p>168 169</p><p>Tabela 5. Modelo de regressão, dados experimentais da viscosidade aparente, valores ajustados pela Equação (1),</p><p>coeficiente de correlação e erro relativo para a taxa de 1.021,80 s–1.</p><p>Modelo de regressão:</p><p>0,073; 9,3.10-4 ; 0,02211; = 25 °C</p><p>Taxa deformação (s–1) Pressão (bar) Temperatura (°C)</p><p>Viscosidade aparente (Pa.s) Coeficiente de</p><p>correlação Erro relativo (%)</p><p>Medida Ajustada</p><p>1.021,80</p><p>atm</p><p>25 0,073 0,073</p><p>0,97</p><p>0,09</p><p>65 0,028 0,030 6,73</p><p>93 0,022 0,016 -27,52</p><p>121 0,015 0,009 42,02</p><p>138</p><p>25 0,087 0,083 -4,39</p><p>65 0,031 0,034 10,39</p><p>93 0,025 0,018 -25,97</p><p>121 0,019 0,010 -47,08</p><p>552</p><p>25 0,132 0,122 7,66</p><p>65 0,042 0,050 20,40</p><p>93 0,033 0,027 -17,33</p><p>121 0,025 0,015 -41,89</p><p>1.103</p><p>25 0,206 0,204 -1,33</p><p>65 0,066 0,084 27,92</p><p>93 0,046 0,045 -1,84</p><p>121 0,037 0,024 -33,39</p><p>Fonte: Autores.</p><p>Conforme pode-se observar nas Tabelas 3, 4 e 5 para os três modelos ajustados ob-</p><p>teve-se coeficientes de correlação muito próximo de 1. Quanto mais próximo de 1, melhor o</p><p>modelo explica a variabilidade, indicando que o modelo se ajustou bem aos dados. O modelo</p><p>ajustado para a taxa de deformação de 1.021,80 s–1 apresentou o maior R². O coeficiente de</p><p>correlação é uma medida da proporção da variância da variável dependente que é explicada</p><p>pelas variáveis independentes, ou seja, de maneira geral pode-se dizer que a adição de todas</p><p>as variáveis independentes no modelo de regressão explicou mais de 90% da variabilidade</p><p>da variável dependente.</p><p>Ao analisar as porcentagens dos erros relativos entre os valores de viscosidade apa-</p><p>rente experimentais e estimadas, observou-se que para algumas condições de pressão e</p><p>temperatura o erro relativo foi elevado. Para a temperatura de 65 °C obteve-se os maiores</p><p>erros relativos.</p><p>Para testar a significância estatística de R² aplicou-se o teste de hipótese Ffaltadeajuste,</p><p>cujo valor é obtido pela construção da análise de variância (ANOVA) associada à regres-</p><p>são. O teste F verifica o quanto da variabilidade da variável resposta pode ser explicada</p><p>pelas variáveis independentes, e o quanto pode ser atribuída ao efeito do erro aleatório.</p><p>Para validar o R² através do teste F, é preciso comparar o valor de F obtido no modelo com</p><p>Ciência e Engenharia de Materiais: conceitos, fundamentos e aplicação</p><p>170</p><p>o valor de referência (tabelado). A Tabela 6 apresenta os resultados da ANOVA obtidos</p><p>para o modelo de regressão:</p><p>Tabela 6. Análise de variância (ANOVA)</p><p>para o modelo.</p><p>Fonte de va-</p><p>riação GL SQ QM Fcríticodaregressão Ffaltadeajuste</p><p>Modelo ajustado para taxa de</p><p>10,22 s–1</p><p>Regressão 2 3,270 3,270 82,90 20,37</p><p>Residual 14 0,550 0,040</p><p>Modelo ajustado para taxa de</p><p>102,18 s–1</p><p>Regressão 2 0,192 0,192 254,30 18,48</p><p>Residual 14 0,011 7,55</p><p>Modelo ajustado para taxa de</p><p>1.021,80 s–1</p><p>Regressão 2 0,037 3,73.10–2 505,03 16,89</p><p>Residual 14 0,001 7,39.10–5</p><p>F tabelado 3,74</p><p>Fonte: Autores.</p><p>Ao analisar a Tabela 6, em nível de confiança de 95%, verifica-se que o valor R² possui</p><p>significância estatística, pois o Ffaltadeajuste é maior que o Ftabelado (3,74). Logo, há evidências</p><p>moderadas para afirmar que o modelo contribui para explicar a variabilidade da viscosidade</p><p>aparente em função da pressão e da temperatura.</p><p>O Gráfico 2 apresenta a comparação entre os dados experimentais da viscosidade apa-</p><p>rente em função da pressão e da temperatura para taxas de deformação de 10,22, 102,18 e</p><p>1.021,80 s–1 e do ajuste obtido através da regressão não linear. Verificou-se que, para a taxa</p><p>de 1.021,80 s–1, os dados experimentais foram bem ajustados pelo modelo. Já para as taxas</p><p>de 10,22 e 102,18 s–1 houve certa discrepância entre os valores experimentais e ajustados.</p><p>Gráfico 2. Viscosidade aparente experimental e ajustada para taxas de deformação de (a) 10,22, (b) 102,18 e (c) 1.021,80</p><p>s–1. Os resultados são apresentados para temperaturas de 25, 65, 93 e 121 °C e pressões atmosférica, 138, 552 e 1.103 bar.</p><p>0 20 40 60 80 100 120 140</p><p>0,5</p><p>1,0</p><p>1,5</p><p>2,0</p><p>2,5</p><p>3,0</p><p>atm</p><p>138 bar</p><p>552 bar</p><p>1.103 bar</p><p>V</p><p>isc</p><p>os</p><p>id</p><p>ad</p><p>e a</p><p>pa</p><p>re</p><p>nt</p><p>e (</p><p>Pa</p><p>.s)</p><p>Temperatura (ºC)</p><p>a) 10,22 (s-1)</p><p>0 20 40 60 80 100 120 140</p><p>0,1</p><p>0,2</p><p>0,3</p><p>0,4</p><p>0,5</p><p>0,6</p><p>atm</p><p>138 bar</p><p>552 bar</p><p>1.103 bar</p><p>V</p><p>isc</p><p>os</p><p>id</p><p>ad</p><p>e a</p><p>pa</p><p>re</p><p>nt</p><p>e (</p><p>Pa</p><p>.s)</p><p>Temperatura (ºC)</p><p>b) 102,18 (s-1)</p><p>Ciência e Engenharia de Materiais: conceitos, fundamentos e aplicação</p><p>170 171</p><p>0 20 40 60 80 100 120 140</p><p>0,00</p><p>0,05</p><p>0,10</p><p>0,15</p><p>0,20</p><p>0,25</p><p>0,30</p><p>atm</p><p>138 bar</p><p>552 bar</p><p>1.103 bar</p><p>V</p><p>isc</p><p>os</p><p>id</p><p>ad</p><p>e a</p><p>pa</p><p>re</p><p>nt</p><p>e (</p><p>Pa</p><p>.s)</p><p>Temperatura (ºC)</p><p>c) 1021,80 (s-1)</p><p>Fonte: Autores.</p><p>A análise dos resíduos do modelo é feita para verificar a veracidade das pressuposi-</p><p>ções envolvidas, ou seja, para avaliar o ajuste do modelo, e a qualidade das estimativas</p><p>realizadas. O Gráfico 3 apresenta os gráficos residuais do modelo proposto. Através da</p><p>análise do gráfico residual é possível avaliar se o erro observado (resíduos) é consistente</p><p>com o erro estocástico. O erro é a diferença entre o valor esperado e o valor observado,</p><p>portanto, as diferenças entre os valores esperados e observados devem ser imprevisíveis.</p><p>Para os modelos de regressão, no gráfico residual resultante, não se deve conseguir prever</p><p>o erro para nenhuma observação e deve-se observar a distribuição dos resíduos em torno</p><p>de zero, que corresponde à linha horizontal central. Logo, os resíduos não devem ser siste-</p><p>maticamente altos ou baixos. Os valores de resíduos devem ser normalmente distribuídos,</p><p>homocedásticos e independentes.</p><p>O Gráfico 3 apresenta os resíduos do modelo de regressão em função do valor ajusta-</p><p>do (viscosidade aparente) para os ajustes das três taxas de deformação. Observou-se que</p><p>o modelo é moderadamente adequado, pois os resíduos são aleatoriamente dispersos em</p><p>torno de zero, porém, não são distribuídos em toda a faixa dos valores ajustados.</p><p>Gráfico 3. Gráficos residuais resultantes do ajuste do modelo de regressão linear para taxas de deformação de (a) 10,22,</p><p>(b) 102,18 e (c) 1.021,80 s–1.</p><p>Valor Ajustado</p><p>R</p><p>es</p><p>íd</p><p>uo</p><p>s</p><p>Valor AjustadoValor Ajustado</p><p>R</p><p>es</p><p>íd</p><p>uo</p><p>s</p><p>R</p><p>es</p><p>íd</p><p>uo</p><p>s</p><p>a) b) c)</p><p>Fonte: Autores.</p><p>Ciência e Engenharia de Materiais: conceitos, fundamentos e aplicação</p><p>172</p><p>O Gráfico 4 apresenta os gráficos probabilísticos dos resíduos. Com esse gráfico é</p><p>possível avaliar a normalidade dos resíduos, no qual a linha diagonal pontilhada representa a</p><p>distribuição normal teórica e os pontos representam a distribuição dos resíduos. É esperado</p><p>que não exista grande fuga dos pontos em relação à reta teórica.</p><p>Gráfico 4. Gráficos probabilísticos normal dos resíduos resultante do ajuste do modelo de regressão linear para taxas de</p><p>deformação de (a) 10,22, (b) 102,18 e (c) 1.021,80 s–1.</p><p>Quantis teóricosQuantis teóricosQuantis teóricos</p><p>R</p><p>es</p><p>íd</p><p>uo</p><p>s</p><p>tu</p><p>de</p><p>nt</p><p>iz</p><p>ad</p><p>o</p><p>R</p><p>es</p><p>íd</p><p>uo</p><p>s</p><p>tu</p><p>de</p><p>nt</p><p>iz</p><p>ad</p><p>o</p><p>R</p><p>es</p><p>íd</p><p>uo</p><p>s</p><p>tu</p><p>de</p><p>nt</p><p>iz</p><p>ad</p><p>o</p><p>a) b) c)</p><p>Fonte: Autores.</p><p>Analisando o Gráfico 4 fica evidente a normalidade dos erros, contudo observa-se que</p><p>alguns pontos (resíduos) ficaram distantes da reta teórica, o que é indicativo de ocorrência</p><p>de observações mal ajustadas. Possível solução para a ocorrência de observações mal</p><p>ajustadas seria corrigir o valor atípico. Uma forma de corrigir os valores atípicos observados</p><p>é com a repetibilidade nos testes reométricos, verificando se as discrepâncias não são pro-</p><p>venientes dos erros experimentais. Além disso, é possível testar a aderência dos resíduos</p><p>à distribuição normal, através do teste Shapiro-Wilk (DIGGLE; CHETWYND, 2011) para</p><p>normalidade. O p-valor se refere à hipótese de que os resíduos seguem distribuição normal,</p><p>hipótese rejeitada quando p é menor que 0,05 para análise com significância de 5%. Para o</p><p>presente trabalho, o p-valor obtido foi de 0,11, 0,10 e 0,10 para as taxas de deformação de</p><p>10,22, 102,18 e 1.021,80 s–1 respectivamente, aceitando-se a hipótese de que os resíduos</p><p>seguem uma distribuição normal.</p><p>CONCLUSÃO</p><p>No presente trabalho foi investigado um modelo não linear que represente a depen-</p><p>dência da viscosidade aparente com a temperatura e a pressão para fluidos de perfuração.</p><p>Assim, pode-se concluir que:</p><p>I. A temperatura e a pressão influenciam significativamente a viscosidade aparente</p><p>do fluido de perfuração;</p><p>Ciência e Engenharia de Materiais: conceitos, fundamentos e aplicação</p><p>172 173</p><p>II. O modelo obtido através da regressão não linear apresentou bom coeficiente de</p><p>correlação para as três taxas de deformação testadas, ajustando-se moderada-</p><p>mente bem aos dados experimentais;</p><p>III. Através da ANOVA foi possível concluir que o coeficiente de correlação possui sig-</p><p>nificância estatística o que é bom indicativo para se afirmar que o modelo contribui</p><p>para explicar a variabilidade da viscosidade aparente em função das variáveis in-</p><p>dependentes pressão e temperatura;</p><p>IV. Com a análise dos resíduos foi possível avaliar o ajuste do modelo proposto, bem</p><p>como a qualidade e a veracidade das estimativas feitas, e assim concluir que houve</p><p>algumas ocorrências de observações mal ajustadas e assim seria interessante cor-</p><p>rigir esses valores atípicos observados, porém, para isso seria necessário repetir</p><p>os testes reométricos.</p><p>V. Apesar das correlações propostas para as três taxas de deformação apresentarem</p><p>algumas discrepâncias, as mesmas contribuem significativamente para o avanço</p><p>tecnológico, tendo em vista que podem ser implementadas nos softwares de proje-</p><p>to de poços e de controle de processo de perfuração da indústria.</p><p>VI. Propõe-se para trabalhos futuros modelar equações da evolução da viscosidade</p><p>aparente não somente em função da pressão e da temperatura, mas também em</p><p>função da taxa de deformação, tendo em vista que fluidos de perfuração apresen-</p><p>tam comportamento não-newtoniano.</p><p>AGRADECIMENTOS E/OU FINANCIAMENTO</p><p>Os autores agradecem o apoio financeiro da PETROBRAS S/A (TC 0050.0070318.11.9),</p><p>CNPq (Processo: 487091 / 2013-2), CAPES, FINEP, PRH-ANP / MCT (PRH-ANP / MCTI nº</p><p>21), e PFRH / PETROBRAS (6000.0067933.11.4 e 6000.0082166.13.4). Ainda, os autores</p><p>agradecem o Laboratório Multiusuário da UTFPR – LabReo.</p><p>Ciência e Engenharia de Materiais: conceitos, fundamentos e aplicação</p><p>174</p><p>REFERÊNCIAS</p><p>1. ANTONY, J.; KATE, M.; FRANGOU, A. A strategic methodology to the use of advanced sta-</p><p>tistical quality improvement techniques. The TQM Magazine, 10 (3), 1998.</p><p>2. ARDILA, L. H. Q. Rheological and Thermal Characterization of the Effects of High Pressu-</p><p>re and High Temperature on the Properties of Water-Based Drilling Fluids with Xanthan</p><p>Gum.</p><p>Dissertação de Mestrado. Universidade Tecnológica Federal do Paraná, 2021.</p><p>3. ARDILA, L. H. Q.; GALDINO, J.; FRANCO, A. Effects of Thermal Aging on the Rheology of</p><p>Water-Based Drilling Fluid With Xanthan Gum and Limestone. 18th Brazilian Congress of</p><p>Thermal Sciences and Engineering - ENCIT, 2020.</p><p>4. DIGGLE, P. J.; CHETWYND, A. G. Statistics and Scientific Method. First Edited. New York,</p><p>United States: Oxford University Press Inc., 2011.</p><p>5. ESTEVES, E. Apresentação do R com um exemplo de análise de regressão não-linear.</p><p>Instituto Superior de Engenharia da Universidade do Algarve, Faro, 10 p. 2011.</p><p>6. GAUDIO, A. C.; ZANDONADE, E. Proposition, validation and analysis of QSAR models. Quí-</p><p>mica Nova, vol. 24, no. 5, p. 658–671, 2001.</p><p>7. LEE, J. et al. Rheological Properties of Invert Emulsion Drilling Fluid under Extreme HPHT</p><p>Conditions. Paper presented at the SPE/IADC Drilling Conference and Exhibition, San</p><p>Diego, California, USA, 6-8 March, 2012.</p><p>8. LIU, J. et al. Water-based drilling fluid containing bentonite/poly(sodium 4-styrenesulfonate)</p><p>composite for ultrahigh-temperature ultradeep drilling and its field performance. SPE Journal,</p><p>vol. 25, no. 3, p. 1193–1203, 2020.</p><p>9. MACOSKO, C. W. Rheology Principles, Measurements and Applications. VCH Publisher,</p><p>Inc., University of Minnesota, Minneapolis., 1994.</p><p>10. MATTOS, T. do B. Modelos Não Lineares e suas Aplicações. Trabalho de Conclusão de</p><p>Curso. Universidade Federal de Juiz de Fora, 2013.</p><p>11. MITCHELL, R. F.; MISKA, S. Z. Fundamentals of Drilling Engineering. Vol.12, Richardson,</p><p>Texas: Society of Petroleum Engineers Reprint Series. Society of Petroleum Engineers, 2011.</p><p>12. MYERES, R. H.; MONTGOMERY, D. C.; ANDERSON-COOK, C. M. Response Surface Me-</p><p>thodology. Fourth Ed. John Wiley & Sons, Inc., Hoboken, New Jersey, 2016.</p><p>13. MYERS, R. H. et al. Generalized Linear Models with Applications in Engineering and the</p><p>Sciences. Second Ed. John Wiley & Sons, Inc., Hoboken, New Jersey, 2013.</p><p>14. OLIVEIRA, R. C. T. Long-Range Description of Rheological Properties of a High-Pressure</p><p>High-Temperature oil-based drilling fluid. 2016. Master Thesis Texas A&M University, 2016.</p><p>15. PÅL SKALLE. Pressure Control During Oil Well Drilling. Pål Skalle & Ventus Publishing</p><p>APS. 2012.</p><p>16. PALAORO, G. de M. et al. Efeitos da Temperatura na Reologia de Fluidos de Perfuração à Base</p><p>Olefina. Encontro Nacional de Construção de Poços de Petróleo e Gás – ENAHPE, 2019.</p><p>Ciência e Engenharia de Materiais: conceitos, fundamentos e aplicação</p><p>174 175</p><p>17. PALAORO, G. de M. Avaliação dos Efeitos de Alta Pressão e Temperatura na Reologia de</p><p>Fluidos de Perfuração à Base Olefina. Dissertação de Mestrado. Universidade Tecnológica</p><p>Federal do Paraná, 2020.</p><p>18. PANASETI, P. et al. Pressure-driven flow of a Herschel-Bulkley fluid with pressure-dependent</p><p>rheological parameters. Physics of Fluids, vol. 30, no. 3, p. 1–20, 2018.</p><p>19. RAVI, A. Experimental assessment of water based drilling fluids in High Pressure and</p><p>High Temperature conditions. Master Thesis. Texas A&M University, 2011.</p><p>20. REGAZZI, A. J.; SILVA, C. H. O. Testes para verificar a igualdade de parâmetros e a identidade</p><p>de modelos de regressão não-linear em dados de experimento com delineamento em blocos</p><p>casualizados. Revista Ceres, vol. 57, no. 3, p. 315–320, 2010.</p><p>21. ROMMETVEIT, R.; BJORKEVOLL, K. S. Temperature and Pressure Effects on Drilling Fluid</p><p>Rheology and ECD in Very Deep Wells. Paper presented at the IADC/SPE Middle East</p><p>Drilling Technology Conference, Bahrain. SPE-39282-MS, 1997.</p><p>22. TELESFORO, H. A. S. Rheological Behavior of an OBM sample of the GOM under XHPHT</p><p>Conditions. Master Thesis. Texas A&M University, 2017.</p><p>23. WEIR, I. S.; BAILEY, W. J. A statistical study of rheological models for drilling fluids. SPE</p><p>Journal, vol. 1, no. 4, p. 473 – 486, 1996.</p><p>24. ZAMORA, M. et al. Study on the volumetric behavior of base oils, brines, and drilling fluids</p><p>under extreme temperatures and pressures. SPE Drilling and Completion, vol. 28, no. 3, p.</p><p>278–288, 2013.</p><p>12</p><p>Cross-linked lignin coatings produced</p><p>by UV light and SF6 plasma treatments</p><p>José Roberto de Souza Júnior</p><p>Joyce RodriguesAraujo</p><p>Renata Antoun Simão</p><p>Braulio Soares Archanjo</p><p>10.37885/210805693</p><p>Artigo original publicado em: 2019</p><p>Elsevier B.V. - https://doi.org/10.1016/j.porgcoat.2018.12.017</p><p>Oferecimento de obra científica e/ou literária com autorização do(s) autor(es) conforme Art. 5, inc. I da Lei de Direitos Autorais - Lei 9610/98</p><p>Ciência e Engenharia de Materiais: conceitos, fundamentos e aplicação</p><p>177</p><p>Palavras-chave: Coatings, Cross-Linking, Lignin, Plasma, Superhydrophobicity,</p><p>Surface Modification.</p><p>ABSTRACT</p><p>Lignin is one of the most abundant macromolecules in vascular plants and has been</p><p>studied for many years due to its high availability and low cost, regarding that lignin is the</p><p>main by-product of the paper pulping process, and also typically burned as fuel. Despite</p><p>that, lignin has only a few industrial applications. In this study, we found a simple method</p><p>for preparing well-defined lignin surfaces. Lignin was extracted from sugar cane bagasse</p><p>by Soda pulping and its coatings were prepared using solutions with different solvents on</p><p>various substrates (silicon wafers, paper, steel and glass) by spin-coating. Two methods</p><p>were tested in order to promote cross- linking on the surface of lignin coatings: SF6 plas-</p><p>ma treatment and ultra-violet radiation. Both treatments reduced the amount of hydroxyl</p><p>groups on the surface leading to more stable, cross-linked coatings as observed by FTIR</p><p>and thermal analysis. Ultra-violet light radiation turned lignin coatings hydrophilic while</p><p>stable super- hydrophobic lignin coatings were obtained using SF6 plasma.</p><p>Ciência e Engenharia de Materiais: conceitos, fundamentos e aplicação</p><p>178</p><p>INTRODUCTION</p><p>Lignin is a complex phenolic polymer that confers resistance and flexibility to the</p><p>plants. It plays a fundamental role in water transport and creates a barrier against patho-</p><p>gens [1]. Although lignin is the most abundant natural polymer on earth after cellulose and</p><p>the main renewable aromatic source, this macromolecule is wasted in papermaking and</p><p>sugar production processes, due to technical and economic reasons. Less than 2% of lignin</p><p>is used for market product, whereas the residual is burned as fuel and used as an energy</p><p>source needed for the pulping process itself. It is known that the conversion of lignin into</p><p>higher value-added products will surely offset any associated cost increases [2].</p><p>The two main methods employed industrially for obtaining lignin are Kraft and Soda pul-</p><p>ping. Kraft pulping leads to the formation of lignosulfonates that are hydrophilic and dissolve</p><p>in water while, lignin originating from Soda pulping are hydrophobic and do not dissolve in</p><p>water [3,4] as soda pulping process cleaves aryl ether linkages through small formations of</p><p>phenolic hydroxyls and loss of primary phenolic OH groups [5,6].</p><p>Intensive efforts, devoted to make lignin a useful polymeric material in the production of</p><p>coatings, have been explored in different ways for many years [7–11]. Another way to increase</p><p>polymeric materials industrial applications is by promoting cross-linking between molecules,</p><p>ceasing molecular chain mobility [12]. Lignin has a complex high degree of non-branched</p><p>and branched chains and finding ways of reticulating them might result in a cross-linked</p><p>three-dimensional rigid structure. Therefore, different properties might arise, including better</p><p>mechanical properties and chemical stability.</p><p>Lignin reactivity is essentially limited by the lack of free ortho positions in the aromatic</p><p>rings. Researches have been increasing its reactivity by chemical modification, such as</p><p>etherefication, phenolation, esterification, oxidation and reduction for many years [5–8]. This</p><p>kind of alterations usually affects the hydroxyl groups. Lignin has phenolic hydroxyl – more</p><p>susceptible to chemical modification – and aliphatic hydroxyl</p><p>groups. Exposure to high-ener-</p><p>gy radiation can break the hydrogen bonds in the phenol hydroxyl groups and produce free</p><p>radicals that react, generating bonds between the molecules. Ultra-violet curing is one of the</p><p>most widely used methods in order to create polymer crosslinking. UV interaction with wood</p><p>was extensively studied and radiations from 200 to 400 nm possess sufficiently energy to</p><p>break chemical bonds, where lignin is the main UV absorber. UV induces wood degradation</p><p>mainly related to lignin decomposition through the formation of phenoxyl free radicals [13–16].</p><p>Plasma technology represents an efficient, clean and economical alternative for modifying the</p><p>characteristics functional properties of most organic surfaces [17–19]. According to Carrino</p><p>et al. [18] the interaction between a polymeric surface and a cold plasma flow of an elec-</p><p>tronegative gas, such as SF6, induces surface reactions between plasma species and the</p><p>Ciência e Engenharia de Materiais: conceitos, fundamentos e aplicação</p><p>178 179</p><p>surface of the polymer, increasing the density of cross-links or three-dimensional structures</p><p>[20]. During plasma treatment, ionization of the SF6 gas occurs forming F* and SFx species.</p><p>The fluoride radical can be incorporated into the material surface through the formation of</p><p>C–F bonds and, under specific conditions, can cause its hydrophobization.</p><p>In this work, lignin was extracted from sugar cane by Soda pulping method and plasma</p><p>and UV radiation were used in order to cross-link lignin coatings produced by spin-coating.</p><p>Coatings were characterized by solubility tests, Fourier transform infrared spectroscopy</p><p>(FTIR), scanning electron microscopy (SEM), energy dispersive spectroscopy (EDS), X-Ray</p><p>photoelectron spectroscopy (XPS), atomic force microscopy (AFM), swelling rate test in to-</p><p>luene and contact angle measurements.</p><p>MATERIAL AND METHODS</p><p>Lignin films preparation</p><p>Soda lignin, obtained from sugar cane, was dispersed in acetone and water (9:1). Lignin</p><p>films were then prepared from those solutions by spin-coating on different substrates (silica,</p><p>glass, paper, AISI 1020 steel). Coatings of thickness between 1 and 2 μm were easily made</p><p>by variations in the spinning rate or in the lignin concentration, as measured with the help of</p><p>a Dektak II profilometer.</p><p>After production, lignin films were distributed in four groups with three samples in each:</p><p>an untreated control group, two groups treated with SF6 plasma (15 and 30 min exposure)</p><p>and two groups treated with UV light (15 and 30 min of exposure).</p><p>SF6 plasma treatment was performed in a plasma reactor working at 100 W power and</p><p>2.0 × 10−1 mbar pressure. The plasma reactor was homemade and composed by a glass tube</p><p>with 6 cm of diameter, 100 cm in length and 0.5 cm of width. Primary vacuum was achieved</p><p>using a mechanical pump connected to the upper part of the reactor. Gas was introduced by</p><p>a needle valve connected to the lower part of the glass tube. Samples were put inside the</p><p>reactor, always in the same position, with the faces exposed to the plasma.</p><p>Lignin coatings were also treated in a UV oven manufactured in LABCURA, using a 100</p><p>W/in power. This chamber consists of eight fluorescent lamps (model TKL 40 w/05) which</p><p>emit ultra-violet radiation in the 200–460 nm region. Samples were placed at the center of</p><p>the oven, with the face exposed to the UV lamp.</p><p>The optimum pH for lignin recovering was found to be 2. This was the pH at whi-</p><p>ch the largest lignin mass was recovered in a lower filtration time and with a reasonable</p><p>acid consumption.</p><p>Ciência e Engenharia de Materiais: conceitos, fundamentos e aplicação</p><p>180</p><p>CHARACTERIZATION</p><p>Morphology (SEM and AFM)</p><p>The coated surface was characterized by Scanning Electron Microscopy (SEM - JEOL</p><p>JSM 6460-LV, USA) operated at 20 kV with magnifications of 1000x and 3000×. Lignin</p><p>was spin-coated on silicon substrates and mounted on aluminum stubs using double si-</p><p>ded tape. Then, the coating was covered by a 15 nm layer of gold to increase the resolu-</p><p>tion of the images.</p><p>Atomic Force Microscope (AFM) (WITEC Alpha 300, Germany) was used to investigate</p><p>the surface topography of lignin coatings. Samples images were obtained in dynamic mode</p><p>using a Micromasch probe with 5 N/m of elastic modulus. Phase contrast and topography</p><p>images are showed without background correction. AFM nanoindentation was performed for</p><p>determining Young modulus values of lignin coatings as well.</p><p>Chemical analysis (FTIR and XPS)</p><p>Chemical characterization of all lignin samples was performed by Fourier Transform</p><p>Infrared Spectroscopy (FTIR) in a Nicolet Spectrometer model 6700 (Thermo Scientific) in</p><p>ATR mode and all spectra were acquired in absorbance mode in the 600-4000 cm−1 range,</p><p>64 scans, 1 cm−1 step and resolution 4 cm−1. The coatings were scraped from the substrates</p><p>and five spectra were taken for each con- dition in different points of the samples.</p><p>In addition to FTIR, chemical characterization of the lignin samples was performed</p><p>using an ultra-high vacuum (UHV) X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), Omicron</p><p>Nanotechnology, Escaplus P model, with a monochromatic Al X-ray source (Kα = 1486.7</p><p>eV) operated at 300 W power. Survey XPS spectra were obtained with analyzer pass energy</p><p>of 160 eV and step size of 1 eV. High resolution spectra of C 1 s, F 1 s and O 1 s regions</p><p>were obtained with analyzer pass energy of 30 eV and 0.05 eV, 0.08 eV and 0.1 eV energy</p><p>steps, respectively. The charge neutralizer was turned on during analysis, operating at 1 μA</p><p>emission current and 1 eV voltage, to avoid binding energy shift in the collected spectra, so,</p><p>no correction in the binding energy scale was needed. The peak fitting was performed using</p><p>Casa XPS software.</p><p>Water contact angle</p><p>Contact angles of 2 μl distilled water droplets on the coatings were measured using a</p><p>Ramé-Hart goniometer, USA, 500. Three measure- ments on different positions of the film</p><p>surface were made and the average was determined.</p><p>Ciência e Engenharia de Materiais: conceitos, fundamentos e aplicação</p><p>180 181</p><p>Thermal analysis (TGA)</p><p>Pure and plasma or UV treated lignin samples, mass of 10 mg, were subjected to TGA</p><p>analysis in a TGA Pyris 1, Perkin-Elmer apparatus in a nitrogen atmosphere with flow rates of</p><p>60 ml min−1, heating rate of 10 °C min−1, from room temperature up to 800 °C. The analyses</p><p>were performed in duplicate. The nitrogen atmosphere was used to avoid the occurrence of</p><p>any oxidation reaction that could affect our data - since the purpose of the TGA measurement</p><p>was to investigate only the pro- cesses of heat degradation.</p><p>Stability test (stability to organic solvents and swelling test)</p><p>To investigate the stability of the spin-coated lignin, the coatings were immersed in dif-</p><p>ferent organic solvents (alcohol, acetone and water) under magnetic stirring for different time.</p><p>Another parameter that can be used to compare the effectiveness of “cure” by UV light</p><p>in relation to SF6 plasma is the swelling rate. The degree of cross-linking was determined</p><p>from the swelling of lignin coatings in toluene. The samples were weighted before and after</p><p>being immersed in toluene for 24 h. Samples were then dried for 24 h at room temperature</p><p>and weighed again, until the stabilization of mass. We have used the following formula to</p><p>determinate the rate of swelling:</p><p>SR (%) = (Ms / Mi) × 100 (1)</p><p>At where: SR = swelling rate; Ms = mass of the lignin sample after the second drying; Mi =</p><p>initial mass of the lignin sample.</p><p>RESULTS AND DISCUSSION</p><p>Morphology (SEM and AFM)</p><p>The morphology of the films was analyzed by SEM and the images are presented in</p><p>Fig. 1. Secondary electron images of untreated lignin, Fig. 1 a, and UV 30 min treated lignin,</p><p>Fig. 1 b, are smooth and homo- geneous while SF6 plasma treated films for 15 and 30 min,</p><p>Fig. 1 c and d, respectively, show high roughness. The formation of a three-dimensional</p><p>structure, with wrinkles and voids creation, indicates that a material</p><p>rearrangement occurred</p><p>after plasma treatment. This re-arrangement can be related to strong cross-linking between</p><p>molecules [21] as will be shown in the chemical analysis section. After 15 min of SF6 plas-</p><p>ma treatment, lignin degradation probably occurs due to the more fragmented structure, as</p><p>observed by SEM image.</p><p>Ciência e Engenharia de Materiais: conceitos, fundamentos e aplicação</p><p>182</p><p>Fig. 1. SEM micrographies of: a) untreated lignin, b) UV treated lignin for 30 min, c) SF6 plasma treated lignin for 15 min,</p><p>and d) SF6 plasma treated lignin for 30 min.</p><p>Fig. 2. AFM images, where: a) topography and c) phase contrast image of untreated lignin coatings and b) topography</p><p>and d) phase contrast image of UV-15 min treated lignin coatings.</p><p>Images obtained by AFM confirm the morphology previously ob- served by SEM images.</p><p>Topography and phase contrast images of the coatings, as prepared and after UV treatment,</p><p>are presented in Fig. 2. The formation of nanometric structures can be observed for both films,</p><p>before (Fig. 2a and c) and after UV treatment for 15 min (Fig. 2b and d). After UV treatment, a</p><p>more compact, reticulated surface structure is observed, Fig. 2b. Besides that, phase contrast</p><p>image of UV treated lignin, Fig. 2d, indicates the formation of a tridimensional network where</p><p>the nanometric structure appears darker, indicating that it is composed by a harder phase [22].</p><p>Fig. 3. shows the evident changes undergone by the material after SF6 plasma.</p><p>Comparing the morphology of the produced material, there was the formation of nanos-</p><p>tructures that can be related to the cross- linking of polymeric chains. A huge increase in</p><p>surface roughness can be observed by AFM images. SF6 plasma for 15 min induced a</p><p>Ciência e Engenharia de Materiais: conceitos, fundamentos e aplicação</p><p>182 183</p><p>homo- geneous roughness in all lignin surfaces while 30 min exposure induced a flatter sur-</p><p>face in some regions, as observed in the right side of Fig. 3b. The roughness features were</p><p>attributed to aggregation of polymeric chains (induced by cross-linking). The flatter surface</p><p>can be related to the ion damage or deposition of sputtered materials that takes place during</p><p>plasma treatment [22].</p><p>AFM was also used to evaluate the hardening of the lignin coating surface after the</p><p>different treatments. Fig. 4. shows the samples elasti- city modulus. All treatments induced</p><p>surface hardening, but SF6 plasma treated samples presented better mechanical properties</p><p>than UV treated ones. This reinforces the idea that both, UV light as well as SF6 plasma, are</p><p>leading to cross-linking between lignin chains [21,23]. Besides, the hardening was higher</p><p>in samples treated for 15 min than 30 min of SF6 plasma, corroborating the idea that plas-</p><p>ma may be degrading the lignin surface after 30 min exposure, as already observed by</p><p>SEM and AFM images.</p><p>Chemical analysis (XPS and FTIR)</p><p>Fig. 5and Tab. S1 (see Support information section) shows the C1 s XPS spectra analy-</p><p>sis of all samples. Sample surfaces were analyzed as well as SF6 plasma treated sample</p><p>after being scrapped from the substrate. It can be observed by survey spectra quantifica-</p><p>tion that a high.</p><p>Fig. 3. AFM images, where: a) topography and c) phase contrast image images of lignin coatings after SF6 plasma treatment</p><p>for 15 min, and b) topography and d) phase contrast image after SF6 plasma treatment for 30 min.</p><p>Ciência e Engenharia de Materiais: conceitos, fundamentos e aplicação</p><p>184</p><p>Fig. 4. Elasticity modulus of the lignin coatings treated in different conditions: UV 15 and 30 min and SF6 15 and 30 min.</p><p>Amount of fluoride (48 at%) was incorporated to the film and that fluoride is strongly</p><p>located at the film surface, however it is present throughout the whole film thickness, since</p><p>after scraping the surface, fluorine-carbon chemical bonds content decreased, but it is still</p><p>significant (~24 at%). Carbon and oxygen content decreased after the fluorine incorpora-</p><p>tion. C1 s deconvolution spectra show that C–C and CeC bonds decreased after SF6 treat-</p><p>ment, as observed in a previous work where wood fibers were treated by SF6 plasma [24]. This</p><p>decay was attributed to the breakage in lignin bonds and replacement by fluorine, according</p><p>with changes observed in the XPS C1 s spectra. The reduction in the percentage of the first</p><p>two components (C=C and C–C) after treatment is comparable with the percentage of total</p><p>number of carbon atoms covalently bonded to fluorine (C–CF, CF-CF2, CF3), Tab. S1 (see</p><p>Tab. S1 in Support information section).</p><p>Concerning oxidized carbon functional groups, the main change observed through the</p><p>comparison between untreated lignin sample and SF6 treated ones, was the percentage of</p><p>carboxyl groups, that increases from 3 to 4 times after treatment. These carboxyl groups</p><p>are formed during the plasma treatment by consumption of the oxygen atoms ripped from</p><p>the material or from humidity or O2 trapped inside the lignin [25]. Another possibility is that</p><p>acyl fluoride groups (F–C=O), formed during the treatment, react with hydroxyl groups from</p><p>humidity generating carboxylic groups [26].</p><p>On the other hand, C1 s XPS spectra of UV treated lignin sample presented a decrease</p><p>in oxygenated groups on the surface. C=C double bond content increases with UV treatment</p><p>for both treated samples: UV- 15 and UV-30. Concerning the other carbon functional groups,</p><p>UV-15 sample showed a significant decrease in all of them (C=C, C–OH, C=O and O=C–OH)</p><p>while the sample UV-30 showed a decrease only in the oxygenated carbon groups (C–OH,</p><p>C=O and O=C–OH).</p><p>FTIR spectrum obtained for all films are presented in Fig. 6. It can be observed the</p><p>decrease in intensity of the strong broad OH stretching (3300–4000 cm−1) for all treatments.</p><p>The decrease is more accentuated for SF6 plasma treated samples. Peaks related to the</p><p>Ciência e Engenharia de Materiais: conceitos, fundamentos e aplicação</p><p>184 185</p><p>CeH stretching in methyl and methylene groups (2800–3000 cm−1) are more prominent after</p><p>all treatments, indicating that both treatments may be promoting lignin cross-linking [27]. For</p><p>the sake of evaluating if the treatment time was too high, films were also treated with SF6</p><p>for 5 min. By SEM images analysis, cross-linking was observed only on the lignin surface</p><p>after SF6 5 min treatment (Fig. SI 3a), where the surface morphology presented a similar</p><p>pattern to the one observed for higher treatment times. By the other side, lignin sample SEM</p><p>image, after 5 min of UV treatment, shows a smooth and homogeneous surface, similar to</p><p>untreated one (Fig. SI 3b). FTIR for both samples (Fig. SI 3c) shows a strong carbonyl band</p><p>in 1720 cm–1 region, corresponding to aromatic carbonyl stretching, formed during the plas-</p><p>ma or UV treatment, indicating the start of the degradation process. However, in the case of</p><p>SF6 treated lignin, the acyl fluoride groups (F–C=O) in 1763 cm−1 are not evident after 5 min</p><p>plasma exposure, indicating that this small time of treatment can promote only a superficial</p><p>degradation. Besides that, both 5 min treated samples still showed the broad OH stretching</p><p>(3300–4000 cm−1) indicating that this time was not enough for reticulation of the whole thick-</p><p>ness of the sample, as observed in the supplementary material data.</p><p>The presence of bands around 1598 cm−1, 1510 cm−1 and 1460 cm−1, characteristics</p><p>of the aromatic lignin skeleton was also observed by FTIR. A shoulder can be seen in the</p><p>region of 1270 cm−1, and can be attributed to guaiacyl. In addition, a signal around 1330</p><p>cm−1, characteristic of the syringyl, and around 880 cm−1 of p-hydroxyphenyl were observed</p><p>[27–29]. SF6 plasma treatment leads to the suppression of the β-hydroxyphenyl band and</p><p>the appearance of C=O bands (1730 cm−1), as observed by XPS results.</p><p>FTIR spectrum of the UV treated sample also shows the appearance of the band re-</p><p>lated to C=O as observed by XPS. UV light absorption yields significant intensity changes</p><p>in the IR spectrum of</p><p>lignin. The characteristic aromatic lignin band at 1510 cm−1 decreased</p><p>compared to original value. Moreover, the lignin decay is combined with strong formation of</p><p>new carbonyl absorption in the region below 1700 cm−1 (conjugated and aromatic carbonyls)</p><p>and in the 1700-1750 cm−1 region (non-conjugated aliphatic carbonyls). The formation of</p><p>carbonyl bands proves the photoinduced oxidation of lignin coatings, which can be related to</p><p>the increase in surface hydrophilicity. As far as the results from XPS can be compared with</p><p>FTIR, the decrease in the total oxygen content observed by XPS is probably related to the</p><p>suppression of−OH groups as observed in FTIR spectra. The band at 1650 cm−1 is related</p><p>to C=C in the presence of absorbed water and is bleached after either treatment. For UV ra-</p><p>diation, it is substituted to bands close to 1605 cm−1 that are related to aryl ring symmetric</p><p>stretch, characteristic of stronger wood [27–29].</p><p>Ciência e Engenharia de Materiais: conceitos, fundamentos e aplicação</p><p>186</p><p>Fig. 5. High resolution XPS spectra of carbon peaks from untreated, UV and SF6 treated lignin samples, where: a) C1 s of</p><p>untreated lignin, b) C1 s peak of lignin treated with 15 min of UV radiation (UV 15 min), c) C1 s peak of lignin treated with</p><p>30 min of UV radiation (UV 30 min), d) C1 s peak of lignin treated with 15 min of SF6 plasma (SF6 15 min), e) C1 s peak of</p><p>lignin treated with 30 min of SF6 plasma (SF6 30 min) and f) C1 s peak of lignin treated with 30 min of SF6 plasma (SF6 30</p><p>min scrapped) after scraping of the surface.</p><p>Fig. 6. FTIR spectra of lignin, UV-treated samples for 15 and 30 min and SF6 plasma treated samples for 15 and 30 min.</p><p>The peaks marked with * correspond to the lignin peak assignment, such as: 3450 cm−1(νOH), 2920 cm−1(νasCH2, guaiacyl and</p><p>siringyl), 2840 cm−1(νsCH2, guaiacyl and siringyl), 1730 cm−1(νC=O non conjugated ketone and aromatic ester), 1658 cm−1(νC=O</p><p>aryl ketone p-substituted, guaiacyl), 1510 cm−1 and 1425 cm−1(νC=C aromatic ring, guaiacyl and siringyl), 1325 cm−1(νs siringyl</p><p>ring),1275 cm−1(νs guaiacyl ring, νasC-O-C),1220 cm−1(νs siringyl ring),1030 cm−1 (δC-H guaiacyl aromatic ring and δC−OH primary</p><p>alcohol), and 860 cm−1 (γ=CH aromatic ring, guaiacyl- siringyl) (Lisperguer, Perez, & Urizar, 2009; Popescu et al., 2007) [27,28]</p><p>.</p><p>Also, acyl halide chemical bonds were observed by FTIR in both SF6 treated samples.</p><p>The acyl fluoride band appeared as a strong peak in 1765 cm−1. Other two C–F peaks appea-</p><p>red in 1100 cm−1 and 1345 cm−1 that can be assigned as C–F stretching vibration [29] and</p><p>CF3CF2 groups, in agreement with XPS peak assignment showed previously [24].</p><p>Based on the XPS and FTIR results, a mechanism of lignin induced cross-linking can be</p><p>proposed. It was shown in Fig.7. the cross-linking reaction for guayacyl and p-hydroxyphenyl</p><p>Ciência e Engenharia de Materiais: conceitos, fundamentos e aplicação</p><p>186 187</p><p>lignin subunits. Plasma energy can create a radical oxygen group in the hydroxyl from phenyl</p><p>group. This electron, by resonance, will occupy both ortho positions in relation to oxygen and</p><p>para position, i.e., the same position as the continuation of the chain. The electron moves</p><p>across the ring and the radical, certainly, will be present in these positions.</p><p>Probably the least hindered position, from the steric point of view, will react. However,</p><p>since the free radical only stays in the ortho and para positions due to resonance, p-hydro-</p><p>xyphenyl units have two ortho positions free to react while guayacyl groups have only one</p><p>available ortho position. For syringyl units, there are no ortho positions available, so the</p><p>oxygen from phenyl groups probably reacts with a guayacyl or p-hydroxyphenyl subunits to</p><p>crosslink. Beyond that, other combinations of the three lignin subunits are probable if there</p><p>are no steric hindrance effects.</p><p>Fig. 7. Proposed mechanism of the reaction between OH groups with lignin chain formed radical that is able to create</p><p>cross-linking between aromatic rings.</p><p>Water contact angle</p><p>In order to evaluate the surface wettability changes, contact angle of water with lignin</p><p>was measured as a function of time, Fig. 8. For the untreated coating of lignin, the initial</p><p>equilibrium contact angle was 90°. The contact angle was relatively stable during data acqui-</p><p>sition. However, its value decreased slightly until 88° close to 30 min. This implies that the</p><p>coating is relatively non-swelling and nonporous. As the water evaporates, the contact angle</p><p>decreases. Therefore, it is rea- sonable to assume that soda lignin have a higher prevalence</p><p>of nonpolar groups. This result is in agreement with previous works [9,20,22].</p><p>Ciência e Engenharia de Materiais: conceitos, fundamentos e aplicação</p><p>188</p><p>We see an increase of the water affnity when lignin was treated by UV light. The water</p><p>contact angle values were 60° for UV 5 min treated lignin sample (Fig. S 3d,f), and for both</p><p>samples, UV 15 min and UV 30 min, the initial contact angle was 58° and decreased to 42°</p><p>during few minutes. By the other side, after SF6 plasma treatment, lignin coatings exhibit</p><p>a superhydrophobic behavior. Contact angle was 150° for SF6 5 min sample (Fig. S 3e,f)</p><p>and after 15 min, the contact angle did not depend on the plasma treatment time - both SF6</p><p>treated surfaces (SF6 15 min and SF6 30 min) presented values higher than 160° and zero</p><p>hysteresis, thus, confirming their superhydrophobic behavior.</p><p>The superhydrophobicity achieved by plasma treatment and, con- sequently, the increa-</p><p>se in the contact angle with water may be explained by the two factors: the chemical factor</p><p>that is promoted by the fluorine incorporation, modifying the surface properties, and by the</p><p>increasing of the micro and nanoroughness patterns generated by the ion plasma bombard-</p><p>ment. Superhydrophobicity, characterized by contact angles above 150°, is known to be an</p><p>effect enhanced by surface roughness. This roughness creates air trap areas over which the</p><p>water droplets roll – Lottus effect. The Supplementary Video 1 shows a lignin coating treated</p><p>with SF6 plasma and its extreme water repellence (.avi file).</p><p>Fig. 8. Images of contact angle of water with lignin measurements, where: a) untreated lignin, b) SF6 treated lignin for</p><p>15 min, c) UV treated lignin for 30 min and d) SF6 plasma treated lignin for 30 min, e) contact angle stability as a function</p><p>of time plot.</p><p>Ciência e Engenharia de Materiais: conceitos, fundamentos e aplicação</p><p>188 189</p><p>Fig. 9. Thermogravimetric analysis for untreated, UV 15 min, UV 30 min, SF6 15 min and SF6 30 min treated lignin.</p><p>Thermal analysis</p><p>Coating stability could also be analyzed by TGA, as presented in Fig. 9. While pure lig-</p><p>nin presented a loss of 10% of mass from the ambient temperature up to 100 °C, due to the</p><p>adsorbed water on its surface, SF6 plasma-modified lignin presented, up to 100 °C, a mass</p><p>loss of 5% and 4%, respectively. In pure lignin, there were two more degradation events.</p><p>One occurred in the range of 190 °C–300 °C (loss of 11% mass) and the other of 300 °C</p><p>until the end of the analysis (loss of 54% mass). The maximum degradation rate occurred at</p><p>398 °C. At 800 °C, the residual mass corresponded to 21%.</p><p>The wide range of thermal degradation of lignin can be justified by the different oxy-</p><p>genated functional groups in their structure, which provides different thermal stabilities [30].</p><p>This difference is reasonable since the modified lignin have less free hydroxyls, which makes</p><p>the affnity with water lower. The thermal degradation of lignin generally occurs in three main</p><p>steps: 0–120 °C, related to the evaporation of ab- sorbed water, 180–350 °C related to the</p><p>degradation of carbohydrates which are converted into volatile gases, such as CO, CO2 and</p><p>CH4 and above 350 °C related to the degradation of lignin-derived products to-gether with</p><p>the removal of produced gases [30].</p><p>UV treated lignin had two thermal events of degradation, the first in the range of 100</p><p>°C–230</p><p>°C (mass loss of 11.7%) and the second in the range of 230 °C until the end of the</p><p>analysis (mass loss of 66.5%). The maximum rate of degradation was also found at 398 °C</p><p>– similar to untreated samples - and the final residue at 800 °C was 25%.</p><p>SF6 plasma treated lignin samples presented a degradation event at temperatures in</p><p>the range of 400–560 °C (loss of mass of 6.1%) and most of the mass was degraded above</p><p>560 °C, until the end of the analysis (loss of mass of 64.5%). The maximum degradation</p><p>rate was achieved at 644 °C and the residual mass at 800 °C was 29.6%. TGA plot, Fig. 9,</p><p>do not evidence any difference of thermal stability when we compare the two treated by SF6</p><p>plasma samples. A reason for that is the degradation seen by TGA refers only to a thermal</p><p>degradation while SF6 ion bombardment promotes crosslinking between the lignin subunits</p><p>Ciência e Engenharia de Materiais: conceitos, fundamentos e aplicação</p><p>190</p><p>chains (as it can be seen by FTIR and illustrated in the mechanism in the Fig. 7), which also</p><p>increase the thermal stability of the two samples. The temperature range in which degradation</p><p>occurs, i.e., maximum mass loss, (Tmax.) was different for all four samples, suggesting that the</p><p>events of degradation were displaced to higher temperatures, mainly for SF6 plasma treated</p><p>samples. This result corroborates the evidence of occurrence of plasma-induced reticulation,</p><p>as more energy is needed to break cross-linked chemical bounds [31,32]. UV treated sam-</p><p>ples has Fig. 10. Stability of the coatings in alcohol solution. lower maximum temperature</p><p>of mass loss than SF6 treated ones because lower reticulation happen in this case, despite</p><p>that, higher than untreated ones.</p><p>Stability test (stability to organic solvents and swelling test)</p><p>The stability of the lignin coatings was improved after plasma treatment, probably due</p><p>to the treatment induced cross-linking. When the untreated surfaces were exposed to a pH</p><p>11 aqueous solution, the phenolic groups in the lignin structure were dissociated and the film</p><p>deteriorated. The film also deteriorated when it was exposed to acetone and alcohol, which</p><p>is already expected, since the pure lignin could be dissolved in these solutions. However,</p><p>the treated coatings seemed very stable in all these solvents. Even the UV treated coating</p><p>has increased its stability in the same solutions. In Fig. 10, the change in the coating weight</p><p>in relation to exposure time in alcohol is presented. As we see, after plasma treatment the</p><p>weight of coatings did not have a significant change. The UV treated sample had a significant</p><p>weight change in the first 30 min of exposure, but after this time the weight seemed stable.</p><p>The untreated coating started to deteriorate as soon as put in contact with the solvent and,</p><p>after few minutes, we could not see the coating. Tab. 3 shows the values determined for the</p><p>swelling rate of the samples. It is observed that the swelling rate was influenced by the type</p><p>of treatment performed on the lignin. The order observed in the swel- ling test was: untreated</p><p>> UV treated > SF6 treated lignin. This result can be related to the degree of cross-linking</p><p>where the SF6 treated lignin was higher than UV treated lignin and untreated one.</p><p>CONCLUSION</p><p>Super-hydrophobic surfaces have been developed with the potential of being applied in</p><p>self-cleaning, oil-water separation, anti-fouling, anti-icing and especially anti-corrosion appli-</p><p>cations. Stable super-hydrophobic lignin coatings produced in this work will provide corrosion</p><p>resistance for many metals, including steel. UV light and SF6 plasma were successfully used</p><p>to reticulate lignin, producing hydrophilic and super-hydrophobic stable coatings, respecti-</p><p>vely. After UV light exposure, the lignin films were only affected locally, as smooth coatings</p><p>Ciência e Engenharia de Materiais: conceitos, fundamentos e aplicação</p><p>190 191</p><p>were formed. UV irradiation led to OH suppression and the creation of C]O and CHx bonds,</p><p>providing a hydrophilic character to the surface in the UV treated lignin films. By the other</p><p>side, SF6 plasma treated ones, let to a major surface restructuring. Surface became rougher,</p><p>with a strong incorporation of CFx and CHx groups. C]O groups were also formed, but not in</p><p>an extension to prevent the formation of a perfect, superhydrophobic surface.</p><p>AUTHOR CONTRIBUTIONS</p><p>The manuscript was written through contributions of all authors. All.</p><p>REFERÊNCIAS</p><p>1. M. Frei, Lignin: characterization of a multifaceted crop component, Sci, World J. 2013 (2013) 25.</p><p>2. J.C. del Río, J. Rencoret, P. Prinsen, Á.T. Martínez, J. Ralph, A. Gutiérrez, Structural cha-</p><p>racterization of wheat straw lignin as revealed by analytical pyrolysis, 2D-NMR, and reductive</p><p>cleavage methods, J. Agric. Food Chem. 60 (2012) 5922–5935.</p><p>3. X. Li, J.K. Weng, C. Chapple, Improvement of biomass through lignin modi fication, Plant J.</p><p>54 (2008) 569–581.</p><p>4. M. Cardoso, E.D. de Oliveira, M.L. Passos, Chemical composition and physical properties</p><p>of black liquors and their e ffects on liquor recovery operation in Brazilian pulp mills, Fuel 88</p><p>(2009) 756–763.</p><p>5. A. Guerra, M. Norambuena, J. Freer, D.S. Argyropoulos, Determination of arylglycerol-beta-aryl</p><p>ether linkages in enzymatic mild acidolysis lignins (EMAL):</p><p>6. comparison of DFRC/P-31 NMR with thioacidolysis, J. Nat. Prod. 71 (2008) 836–841.</p><p>7. A.A. Pereira, G.F. Martins, P.A. Antunes, R. Conrrado, D. Pasquini, A.E. Job, A.A.S. Curvelo,</p><p>M. Ferreira, A. Riul, C.J.L. Constantino, Lignin from sugar cane bagasse: extraction, fabrication</p><p>of nanostructured films, and application, Langmuir 23 (2007) 6652–6659.</p><p>8. E.-L. Hult, J. Ropponen, K. Poppius-Levlin, T. Ohra-aho, T. Tamminen, Enhancing the barrier</p><p>properties of paper board by a novel lignin coating, Ind. Crops Prod. 50 (2013) 694–700.</p><p>9. E.-L. Hult, K. Koivu, J. Asikkala, J. Ropponen, P. Wrigstedt, J. Sipilä, K. Poppius- Levlin, Esteri</p><p>10. fied lignin coating as water vapor and oxygen barrier for fiber-based packaging, Holzforschung</p><p>(2013) pp. 899.</p><p>11. T. Shimanouchi, T. Kamba, W. Yang, S. Aoyagi, Y. Kimura, Surface properties of woody thin</p><p>boards composed of commercially available lignin and cellulose: relationship between the</p><p>orientation of lignin and water repellency, Appl. Surf. Sci. 347 (2015) 406–413.</p><p>12. H. Wang, X.Q. Qiu, W.F. Liu, D.J. Yang, Facile preparation of well-combined lignin-based</p><p>carbon/ZnO hybrid composite with excellent photocatalytic activity, Appl. Surf. Sci. 426 (2017)</p><p>206–216.</p><p>Ciência e Engenharia de Materiais: conceitos, fundamentos e aplicação</p><p>192</p><p>13. K. Pillai, F. Navarro Arzate, W. Zhang, S. Renneckar, Towards biomimicking wood: fabricated</p><p>free-standing films of nanocellulose, lignin, and a synthetic polycation, J. Vis. Exp. (2014) 51257.</p><p>14. E.B. Mano, Introdução a polímeros, Edgar Blücher (1999).</p><p>15. G.S. Hall, Wood-Chemistry, Ultrastructure, reactions - Fengel, D, Wegener, G, Nature 310</p><p>(1984) 521-521.</p><p>16. C. Kamoun, A. Merlin, X. Deglise, S.H. Urizar, A.M. Fernandez, ESR study of photodegradation</p><p>of lignins extracted and isolated from Pinus radiata wood, Ann. For. Sci. 56 (1999) 563–578.</p><p>17. H.T. Chang, Y.C. Su, S.T. Chang, Studies on photostability of butyrylated, milled wood lignin</p><p>using spectroscopic analyses, Polym. Degrad. Stabil. 91 (2006) 816–822.</p><p>18. S.K. Saw, G. Sarkhel, A. Choudhury, Surface modification of coir fibre involving oxidation of</p><p>lignins followed by reaction with furfuryl alcohol: characterization and stability, Appl. Surf. Sci.</p><p>257 (2011) 3763–3769.</p><p>19. G. Bonizzoni, E. Vassallo, Plasma physics and technology; Industrial applications, Vacuum 64</p><p>(2002) 327–336.</p><p>20. L. Carrino, G. Moroni, W. Polini, Cold plasma treatment of polypropylene surface: a study on</p><p>wettability and adhesion, J. Mater. Process. Technol. 121 (2002) 373–382.</p><p>21. P. Gascon-Garrido, N. Mainusch, H. Militz, W. Viol, C. Mai, E ffects of copper-plasma deposition</p><p>on weathering properties of wood surfaces, Appl. Surf.</p><p>Sci. 366 (2016) 112–119.</p><p>22. M. Vandenbossche, L. Petit, J. Mathon-Lagresle, F. Spano, P. Rupper, L. Bernard, D. Hege-</p><p>mann, Formation of lateral chemical gradients in plasma polymer films shielded by an inclined</p><p>mask, Plasma Process. Polym. 15 (2018).</p><p>23. M.H. Kim, W.H. Park, Chemically cross-linked silk fibroin hydrogel with enhanced elastic pro-</p><p>perties, biodegradability, and biocompatibility, Int. J. Nanomed. 11 (2016).</p><p>24. S.M. Notley, M. Norgren, Surface energy and wettability of spin-coated thin films of lignin iso-</p><p>lated from Wood, Langmuir 26 (2010) 5484–5490. R. Yan, D.L. Yang, N.N. Zhang, Q. Zhao,</p><p>B.J. Liu, W. Xiang, Z.Y. Sun, R. Xu,</p><p>25. M.Y. Zhang, W. Hu, Performance of UV curable lignin based epoxy acrylate coatings, Prog.</p><p>Org. Coat. 116 (2018) 83–89.</p><p>26. R.C.P. Cordeiro, L. Villela, S. Schierl, H. Víana, R.A. Simão, E ffects of different plasma treat-</p><p>ments of short fibers on the mechanical properties of polypropylene‐-wood composites, Polym.</p><p>Compos. 39 (2018) 1468–1479.</p><p>27. A.E.F. Santos, D.C. Bastos, M.L.V.J. da Silva, R.M.S.M. Thiré, R.A. Simão, Chemical analysis</p><p>of a cornstarch film surface modi fied by SF6 plasma treatment, Carbohyd. Polym. 87 (2012)</p><p>2217–2222.</p><p>28. J.G.G. de Farias, R.C. Cavalcante, B.R. Canabarro, H.M. Viana, S. Scholz, R.A. Simão, Sur-</p><p>face lignin removal on coir fibers by plasma treatment for improved adhesion in thermoplastic</p><p>starch composites, Carbohyd. Polym. 165 (2017) 429–436.</p><p>Ciência e Engenharia de Materiais: conceitos, fundamentos e aplicação</p><p>192 193</p><p>29. J. Lisperguer, P. Perez, S. Urizar, Structure and thermal properties of lignins: characterization</p><p>by infrared spectroscopy and dierential scanning calorimetry, J. Chil. Chem. Soc. 54 (2009)</p><p>460–463.</p><p>30. C.M. Popescu, M.C. Popescu, G. Singurel, C. Vasile, D.S. Argyropoulos, S. Willfor, Spectral</p><p>characterization of eucalyptus wood, Appl. Spectrosc. 61 (2007) 1168–1177.</p><p>31. R.M. Silverstein, F.X. Webster, D.J. Kiemle, D.L. Bryce, Spectrometric Identi fication of Organic</p><p>Compounds, Wiley, 2014.</p><p>32. V. Mihai, C. Brebu, Thermal degradation of lignin – a review, Cell. Chem. Technol. 44 (2010) 10.</p><p>33. T.T. Zhang, X.X. Li, L. Guo, Initial reactivity of linkages and monomer rings in lignin pyrolysis</p><p>revealed by ReaxFF molecular dynamics, Langmuir 33 (2017) 11646–11657.</p><p>34. S.V. Patil, D.S. Argyropoulos, Stable organic radicals in lignin: a review, Chemsuschem 10</p><p>(2017) 3284–3303.</p><p>13</p><p>Desenvolvimento de aços avançados</p><p>de alta resistência na indústria</p><p>a u t o m o b i l í s t i c a : i m p o r t a n t e</p><p>alternativa para uma maior eficiência</p><p>energética</p><p>Antonio dos Reis de Faria Neto</p><p>UNESP</p><p>Francisco Henrique Cappi de Freitas</p><p>UNESP</p><p>Anderson Elias Furtado</p><p>UNESP</p><p>Cristina Sayuri Fukugauchi</p><p>IFSP</p><p>Marcelo dos Santos Pereira</p><p>UNESP</p><p>Antonio Jorge Abdalla</p><p>IEAv/ITA/DCTA</p><p>10.37885/210705258</p><p>Ciência e Engenharia de Materiais: conceitos, fundamentos e aplicação</p><p>195</p><p>Palavras-chave: Indústria Automobilística, Aços Avançados, Alumínio, Tailor Welded Blanks,</p><p>Soldagem a Laser.</p><p>RESUMO</p><p>Dentre os materiais aplicados à engenharia, o aço é, sem dúvidas, um dos grandes pro-</p><p>pulsores da ascensão da sociedade, presente no dia a dia das pessoas com aplicações</p><p>em utensílios, meios de transportes, construção, etc. e, além disso, um dos responsáveis</p><p>diretos por gerar milhões de empregos, influenciando também na economia mundial. O de-</p><p>senvolvimento desse material nos últimos anos, foi acompanhado e influenciado pela</p><p>indústria automobilística. Neste contexto, o conhecimento do histórico (político, econômico</p><p>e, ambiental) da evolução desses materiais em conjunto com a indústria automobilística</p><p>é primordial para a compreensão do atual momento da indústria de automóveis e qual o</p><p>papel do aço, além do entendimento dos projetos futuros e desenvolvimento de novos</p><p>produtos, processos, aplicações de materiais e aspirações da indústria automobilística.</p><p>Desta maneira, o conjunto de informações elencadas no texto, auxilia o leitor com relação</p><p>aos materiais aplicados atualmente nos veículos (aço x alumínio), os processos desen-</p><p>volvidos (Tailor Welded Blanks e soldagem a laser) e o que esperar destas indústrias</p><p>(aço e automobilística) para os próximos anos.</p><p>Ciência e Engenharia de Materiais: conceitos, fundamentos e aplicação</p><p>196</p><p>INTRODUÇÃO</p><p>A década de 70 foi um período marcante para o avanço dos materiais no setor automo-</p><p>bilístico. Impulsionados pelas crises do petróleo (1973 e 1979), pelo avanço do processo de</p><p>integralização das economias mundiais (MARRA, 2008), e também pela preocupação com</p><p>a poluição e preservação ambiental as montadoras e siderúrgicas passaram a desenvolver</p><p>novas tecnologias em materiais e processos aplicados ao setor automobilístico. Com a</p><p>finalidade de obter uma maior eficiência em seus produtos – menor consumo de combustí-</p><p>vel, menores custos de fabricação e ainda assim aumento na segurança dos condutores –</p><p>maior resistência da estrutura veicular (CASTRO, 2010), duas providências foram tomadas</p><p>(KISHIDA, 2000):</p><p>• Redução do tamanho dos veículos;</p><p>• Alteração dos materiais tradicionais (aço carbono comum) por alumínio, plástico e</p><p>aços de maior resistência.</p><p>Além da crise do petróleo, a preocupação com questões ambientais também se mos-</p><p>trou latente, e decisões governamentais acabaram influenciando diretamente a indústria</p><p>automotiva. Devido aos danos ambientais causados pela queima de combustíveis fósseis,</p><p>a indústria automobilística tem a necessidade de reduzir cada vez mais o peso dos seus</p><p>produtos para minimizar o consumo de combustível, diminuindo assim, o custo e as possíveis</p><p>agressões ecológicas. Dessa forma, os automóveis de última geração devem apresentar-se</p><p>mais leves, econômicos, seguros e menos poluentes (GRITTI et al., 2002; MARTINS, 2011;</p><p>SILVA, 2016; SEFFER et al., 2016).</p><p>Em função destes desafios, a partir da década de 1990, surgiram os Aços Avançados</p><p>de Alta Resistência (Advanced High Strength Steels – AHSS) que são classificados em 1ª, 2ª</p><p>e 3ª geração de acordo com as características mecânicas apresentadas. (CAO et al., 2011;</p><p>DONG et al., 2011; HAN et al., 2009; MATLOCK et al., 2012; RADWANSKI, WROZYNA,</p><p>KUZIAK, 2015). Como pode ser visto na Figura 1, os aços avançados de 3ª geração vêm</p><p>para ocupar o interstício deixado entre os aços de 2ª e 1ª geração. A necessidade de desen-</p><p>volver esses novos materiais deve-se ao fato dos aços de 2ª geração, apesar de possuírem</p><p>excelentes propriedades, apresentarem alto custo e dificuldade na produção em série, não</p><p>conseguindo aplicabilidade na cadeia de produção automobilística. Além de novos mate-</p><p>riais como aços QP (Quench & Partitioning), aços com microestrutura bainítica ultrafina e o</p><p>Nanosteel, a 3ª geração de aços avançados tem procurado melhorar as propriedades dos</p><p>aços de 1ª geração através do refino e modificação da microestrutura, como por exemplo,</p><p>o DP (Dual Phase) modificado, TRIP (Transformation Induced Plasticity) modificado, TRIP/</p><p>Ciência e Engenharia de Materiais: conceitos, fundamentos e aplicação</p><p>196 197</p><p>TWIP (Twinning Induced Plasticity) com baixo teor de manganês e o TRIP com alto teor de</p><p>manganês (BRANAGAN, 2013; BILLUR, ALTAN, 2014).</p><p>Figura 1. Desenvolvimento de aços avançados - 3ª geração (2017-2025).</p><p>Fonte: FUKUGAUCHI, 2016.</p><p>No desenvolvimento de carrocerias resistentes e leves, a demanda por chapas auto-</p><p>motivas de alumínio crescerá a uma taxa sem precedentes. Os anos de 2014 e 2015 marca-</p><p>ram a mudança do aço tradicional para o alumínio e outros materiais leves nos automóveis,</p><p>incluindo a substituição de aço avançado de alta resistência (AHSS). Em geral, o uso de</p><p>alumínio e outros materiais leves irá predominar em veículos pesados, como pick-ups e</p><p>SUVs, enquanto AHSS provavelmente manterá sua posição dominante em veículos leves</p><p>e pequenos (DJUKANOVIC, 2016). O alumínio utilizado em carroceria e peças automotivas</p><p>são ligas do grupo alumínio-magnésio e ligas do grupo alumínio-magnésio-silício. São dúcteis</p><p>no estado recozido, mas endurecem rapidamente sob</p><p>trabalho a frio. Possuem excelente</p><p>soldabilidade e alta resistência à corrosão em ambientes marítimos (NOVELIS, 2019; ELFER</p><p>ALUMÍNIO, 2020).</p><p>Em consonância com esse avanço no desenvolvimento de novos materiais – Aços</p><p>Avançados de Alta Resistência e Ligas de Alumínio – e o grande potencial em aplicá-los na</p><p>indústria automobilística, o presente trabalho busca fazer uma revisão ao longo da história</p><p>dos principais acontecimentos que contribuíram para o desenvolvimento desses materiais e</p><p>da indústria automobilística, inserindo uma perspectiva do futuro desta indústria e de novos</p><p>materiais e processos aplicados.</p><p>DESENVOLVIMENTO</p><p>ENERGIA, INDÚSTRIA AUTOMOTIVA, CRISE E OPORTUNIDADE</p><p>Desde o último século a indústria automobilística tem participado de forma ativa dos</p><p>avanços tecnológicos da sociedade. A busca por uma maior eficiência e baixo custo de</p><p>Ciência e Engenharia de Materiais: conceitos, fundamentos e aplicação</p><p>198</p><p>produção dos seus produtos colaborou principalmente para evoluções no setor de energia e</p><p>de materiais, incentivando o desenvolvimento de novos combustíveis e novas ligas para os</p><p>automóveis. O conhecimento dessa trajetória é importante para o entendimento dos projetos</p><p>atuais da indústria automotiva e quais as aspirações para o futuro.</p><p>Durante a história da humanidade, a energia tem modificado e iniciado grandes trans-</p><p>formações nos padrões de vida do homem. De modo geral, os combustíveis fósseis têm</p><p>atuado como protagonista nestas mudanças. Se por um lado a utilização de combustíveis</p><p>fósseis promoveu uma grande revolução e modernização no modo de viver da sociedade</p><p>no século XIX e XX, por outro, é apontada como uma das responsáveis pelo aquecimento</p><p>global devido a emissão de CO2 (ROSA; RIBEIRO, 2001) e outros gases nocivos ao ambien-</p><p>te. Mesmo com as adversidades, as fontes de energia não renováveis ainda são maioria na</p><p>matriz energética do mundo atualmente, como pode ser visto no gráfico da Figura 2. Mais</p><p>de 80% da matéria-prima utilizada para gerar energia advém de fontes não renováveis, como</p><p>o gás natural, carvão e petróleo (EMPRESA DE PEQUISA ENERGÉTICA, 2020).</p><p>Figura 2. Gráfico da matriz energética mundial dependente das fontes de energia não renováveis.</p><p>Fonte: (EMPRESA DE PEQUISA ENERGÉTICA, 2020).</p><p>Durante muito tempo a madeira era o principal combustível para se obter energia. Como</p><p>pode ser visto na Figura 3, este cenáro foi alterado em torno de 1880 quando o carvão al-</p><p>cançou este protagonismo (U.S. ENERGY INFORMATION ADMINSTRATION, 2013). Neste</p><p>contexto, encontra-se a implementação das mudanças ocasionadas pela revolução industrial,</p><p>como por exemplo, os motores a vapor que podiam ser movidos tanto a madeira quanto a</p><p>carvão. Todavia, a utilização de carvão como combustível gerava cerca de quatro vezes</p><p>mais energia que a madeira, passado a ser o combustível preferido (EKT INTERACTIVE,</p><p>2020; RITCHIE; ROSER, 2020; U.S. ENERGY INFORMATION ADMINSTRATION, 2013).</p><p>Ciência e Engenharia de Materiais: conceitos, fundamentos e aplicação</p><p>198 199</p><p>O início do século XX marca uma nova mudança da fonte principal de energia: a subs-</p><p>tituição do carvão pelo petróleo. A exploração e utilização do petróleo e seus derivados se</p><p>deve a alguns fatores relevantes como os avanços tecnológicos observados na indústria</p><p>automobilística e de energia. O aumento tanto do número de veículos - em consequência</p><p>da filosofia implementada por Taylor e da primeira linha de produção automotiva em série</p><p>desenvolvida por Ford em Michigan, Estados Unidos da América, na década de 1910 (YIN;</p><p>STECKE; LI, 2018) – quanto da demanda por energia elétrica provocaram um crescimen-</p><p>to do consumo de petróleo. Questões ambientais também influenciaram essa mudança,</p><p>principalmente devido à fumaça proveniente da queima do carvão e ao querosene, produto</p><p>derivado do petróleo, que substituiu o óleo de baleia utilizado na iluminação de casas e ruas,</p><p>evitando a extinção deste animal (COMERLATO, 2010). Porém, é após a primeira guerra</p><p>que a sociedade passa a entender o petróleo como um ativo estratégico, devido ao papel</p><p>fundamental desempenhado pelo óleo no abastecimento de navios, aviões, tanques etc.</p><p>(EKT INTERACTIVE, 2020).</p><p>Figura 3. Gráfico do consumo de energia nos Estados Unidos que mostra a influência de cada fonte de energia neste</p><p>consumo em função do tempo.</p><p>Fonte: (U.S. ENERGY INFORMATION ADMINSTRATION, 2013).</p><p>Durante a primeira metade do século passado, o petróleo se consagrou como fonte</p><p>primária de energia, principalmente com o desenvolvimento da indústria automobilística.</p><p>Uma das responsáveis pela ascensão do petróleo no início do século, a indústria auto-</p><p>motiva ratificou a sua importância no período posterior a Segunda Guerra (LUEDEMANN,</p><p>2003). Em consequência da recuperação econômica mundial, impulsionada pela recupera-</p><p>ção dos países pós-guerra, criação do Mercado Comum Europeu, expansão da economia</p><p>local para uma economia global, a indústria automobilística tornou-se economicamente mais</p><p>atrativa que outros setores. Neste período, a indústria norte-americana foi responsável por</p><p>quase 70% da produção de veículos no mundo (LUEDEMANN, 2003).</p><p>Ciência e Engenharia de Materiais: conceitos, fundamentos e aplicação</p><p>200</p><p>A primeira crise que colocou em xeque a dependência do petróleo começou a ser</p><p>desenhada em 1960 com a criação da Organização dos Países Exportadores de Petróleo</p><p>(OPEP) por Irã, Iraque, Kuwait, Arábia Saudita e Venezuela (Organization of the Petroleum</p><p>Exporting Countries, 2020). A organização resolveu parar de exportar petróleo para os</p><p>Estados Unidos em 1973, o que causou uma elevação dos preços dos barris. Esta decisão</p><p>foi uma resposta política a duas ações americanas: A saída dos EUA do padrão ouro – o que</p><p>resultou na queda do dólar, provocando prejuízos a OPEP – e ao apoio dos americanos a</p><p>Israel contra Egito e Síria na guerra do Yom Kippur. (AMADEO, 2019; RAPID TRANSITION</p><p>ALLIANCE, 2019). A Figura 4 mostra um gráfico da evolução dos preços dos barris de</p><p>petróleo. Pode-se observar que durante o embargo o preço subiu de aproximadamente 27</p><p>dólares para 47 dólares por barril.</p><p>Apesar do embargo ter provocado consequências ruins, principalmente para a popula-</p><p>ção americana, como racionamento e novas políticas de energia e de combustível, a crise</p><p>de 1973 foi encarada pela indústria e pela comunidade científica como uma oportunidade de</p><p>desenvolvimento (RAPID TRANSITION ALLIANCE, 2019). Em conjunto com as preocupações</p><p>referentes ao meio-ambiente, após a crise começaram estudos para diminuir a dependência</p><p>do petróleo e melhorar a eficiência de equipamentos que utilizavam combustíveis derivados</p><p>do óleo. Por exemplo, foram iniciadas pesquisas sobre fontes alternativas de energia, como</p><p>a solar, a eólica e a geotérmica e novos materiais começaram a ser desenvolvidos para</p><p>melhorar a vedação residencial (AMADEO, 2019; RAPID TRANSITION ALLIANCE, 2019).</p><p>Figura 4. Gráfico da evolução do preço do barril de petróleo desde 1946 até 2012 mostrando em detalhe as consequências</p><p>do embargo no preço do petróleo.</p><p>Fonte: Adaptado de (AMADEO, 2019).</p><p>Com a indústria automobilística não foi diferente, a necessidade de diminuir o consu-</p><p>mo de combustível tanto devido ao preço do petróleo como pelas questões ambientais, fez</p><p>o setor investir em três metodologias: redução do tamanho dos veículos; aperfeiçoamento</p><p>Ciência e Engenharia de Materiais: conceitos, fundamentos e aplicação</p><p>200 201</p><p>do design; e substituição de materiais, principalmente os aços convencionais por ligas de</p><p>alumínio, plásticos e aços de alta resistência (CARSON, 1983). A partir desse novo conceito</p><p>de veículo, e o crescimento do alumínio em aplicações automotivas, as indústrias siderúr-</p><p>gicas começaram a trabalhar para o desenvolvimento de novos aços com maior resistência</p><p>para não perder o mercado e conseguir diminuir o peso dos veículos, diminuindo assim as</p><p>emissões de gases e o consumo de combustível (FUKUGAUCHI, 2016).</p><p>O DESENVOLVIMENTO DOS MATERIAIS NA INDÚSTRIA AUTOMOBILÍSTICA</p><p>Primeiramente</p><p>é interessante esclarecer algumas nomenclaturas que são constante-</p><p>mente utilizadas para designar aços aplicados à indústria automobilística. Existem várias</p><p>formas de se classificar os aços utilizados na fabricação de veículos. Por exemplo, tem-se os</p><p>Aços de Baixa Resistência, como o IF – Intersticial Free (Interstícios livres) e Mild Steel (aço</p><p>doce). Aços de Alta Resistência (HSS – High Strength Steels), por exemplo C-Mn – Carbono-</p><p>Manganês, Bake Hardenable – endurecíveis após pintura, Low-Alloy Steels – Aços de Baixa</p><p>Liga. E os Aços Avançados de Alta Resistência (AHSS – Advanced High Strength Steels),</p><p>como por exemplo o Aço DP (Dual Phase), Aço TRIP (Transformation induced Plasticity),</p><p>Aço TWIP (Twinning Induced Plasticity), CP (Complex Phase), Aço Ferrítico-Bainítico e Aço</p><p>martensítico (SINGH, 2016). A principal diferença entre os HSS e os AHSS se encontra na</p><p>microestrutura deste último. Esses materiais possuem microestrutura multifásica, contendo</p><p>ferrita e diferentes frações de martensita, bainita e/ou austenita retida em quantidades sufi-</p><p>cientes para produzir propriedades mecânicas únicas (FUKUGAUCHI, 2010).</p><p>Outra forma de classificação dos aços destinados à indústria automobilística é com</p><p>relação a sua tensão de escoamento e resistência mecânica. Aços com tensão de escoa-</p><p>mento inferior a 210 MPa são considerados como Aços Convencionais. Aços com tensão</p><p>de escoamento variando de 210 a 550 MPa e resistência à tração entre 270 – 700 MPa são</p><p>classificados como HSS e aços AHSS com tensão de escoamento acima de 550 MPa e</p><p>resistência à tração superior a 700 MPa (SINGH, 2016). A Figura 5 mostra a evolução dos</p><p>materiais aplicados a indústria automobilística ao longo dos anos, tendo como ponto inicial</p><p>a década de 70. Até o embargo sofrido pelos americanos que culminou na primeira crise</p><p>do petróleo os veículos eram projetados com conceito body-on-frame, ou seja, a carroceria</p><p>sobre uma estrutura rígida (SARMENTO et al., 2013) utilizando principalmente o aço doce</p><p>e os aços C-Mn como matéria-prima para estrutura.</p><p>Ciência e Engenharia de Materiais: conceitos, fundamentos e aplicação</p><p>202</p><p>Figura 5. Timeline dos principais acontecimentos para o desenvolvimento de novos materiais na indústria automobilística</p><p>pós crise do petróleo de 1973.</p><p>Fonte: Adaptado de MARRA (2008).</p><p>Com a nova filosofia de redução do consumo de combustível, diversos avanços na</p><p>área de materiais começaram a ser realizados. Um deles foi o desenvolvimento da tecno-</p><p>logia de recozimento contínuo (CA) no Japão, ao final da década de 70. A Figura 6 mostra</p><p>a diferença de tempo entre o recozimento contínuo e o recozimento em caixa (BA), que era</p><p>o tratamento utilizado, além disso, as propriedades obtidas com o CA são superiores as</p><p>obtidas com BA (MOULD, 1982). Esta tecnologia permitiu a fabricação de aços laminados</p><p>a frio de alta resistência mecânica, possibilitando a diminuição de peso dos veículos pela</p><p>substituição dos aços utilizados anteriormente (MARRA 2008; FUKUGAUCHI, 2010). Além</p><p>disso, o desenvolvimento do lingotamento contínuo e a eletrodeposição em tiras laminadas</p><p>permitiram a produção em massa de aços com melhores propriedades mecânicas e elevada</p><p>resistência a corrosão (MARTINS, 2011).</p><p>Como pode ser observado na Figura 4, o mundo experimentou outra crise do petróleo</p><p>em 1979. Esta crise foi marcada pela revolução ocorrida no Irã entre 1978 e 1979 e também</p><p>por causa do aumento da “demanda de precaução”, pois o conflito iraniano ocasionou uma</p><p>diminuição na produção de petróleo (GRAEFE, 2013). Então, na década de 80 a diminuição</p><p>de peso dos veículos era primordial para as montadoras, que passaram a produzir veículos</p><p>com estruturas monobloco (unibody), ou seja, uma única estrutura. Em vista disso, esta</p><p>década ficou marcada pelo crescimento do uso de materiais plásticos no veículo, em rela-</p><p>ção a década de 70, foi observado um aumento em torno de 30% (PATIL et al., 2017); pela</p><p>globalização dos grandes fabricantes de automóveis; pelo aumento da atenção às questões</p><p>ambientais, como a convenção de Viena e o protocolo de Montreal que visavam a proteção</p><p>atmosférica (BRYK, 1991) e a expansão do setor sucroalcooeiro no Brasil (SOCCOL et al.,</p><p>2005); e também pelo desenvolvimento de novos aços, tais como os aços de alta resistência</p><p>e baixa liga, aços microligados, aços refosforados, ultra-baixo carbono e aços BH (MARRA,</p><p>2008; FUKUGAUCHI, 2010; GORNI, 2010; MATLOCK et al., 2012).</p><p>Ciência e Engenharia de Materiais: conceitos, fundamentos e aplicação</p><p>202 203</p><p>Figura 6. Comparação dos processos de recozimento em caixa e recozimento contínuo, responsável por avanços na área</p><p>de materiais destinados à indústria automobilística.</p><p>Fonte: Adaptado de Mould (1982).</p><p>A partir da década de 90 os marcos para a indústria automobilística e desenvolvimento</p><p>de materiais se encontraram em consórcios realizados entre produtores de aços de diver-</p><p>sos países, inclusive do Brasil – CSN e USIMINAS. O projeto pioneiro foi o Projeto ULSAB</p><p>(Ultralight Steel Auto Body) acordado em 1994. Este projeto teve como principal objetivo</p><p>criar uma carroceria em aço, mais leve, no entanto não menos segura e ergonômica e sem</p><p>aumento de custos para as montadoras (FURTADO, 2006). O Projeto ULSAB foi um marco</p><p>para indústria automobilística, com ele foram desenvolvidas e aprimoradas ligas de aço car-</p><p>bono que são aplicadas até hoje na indústria, além da evolução de diversos processos de</p><p>manufatura. Entre as ligas desenvolvidas e aprimoradas pode-se citar os Aços Avançados</p><p>de Alta Resistência (AHSS), em particular os Aço TRIP (Transformation Induced Plasticity),</p><p>Aço DP (Dual Phase), Aço CP (Complex Phase), além dos aços martensíticos, isotrópicos e</p><p>ao boro (MARRA, 2008). Com o sucesso do Projeto ULSAB, em 1997 foi lançado o Projeto</p><p>ULSAC (Ultralight Steel Auto Closures), que visava agora a diminuição de peso de com-</p><p>ponentes externos à estrutura principal do automóvel, por exemplo portas, capôs, tampas</p><p>traseiras e porta-malas (WORLDAUTOSTEEL, 2020).</p><p>A partir do ano dois mil, o Projeto ULSAB gerou dois novos consórcios. Primeiro o</p><p>Projeto ULSAS (Ultraligth Steel Auto Suspensions) com foco na aplicação de aços de alta</p><p>resistência na suspensão dos veículos para diminuição de peso. E após, o Projeto ULSAB-</p><p>AVC (Ultralight Steel Auto Body – Advanced Vehicle Concepts) que foi um projeto mais</p><p>ambicioso que os anteriores pois tinha como objetivo o desenvolvimento de uma carroceria</p><p>utilizando aços de alta resistência em sua totalidade, sendo que mais de 80% AHSS, com</p><p>a combinação dos mais modernos processos de fabricação e união. Para alcançar este ob-</p><p>jetivo as indústrias focaram no desenvolvimento de novos aços (THORPE; ADAM, 2002).</p><p>Outro diferencial deste projeto, é que durante sua concepção foram consideras questões</p><p>Ciência e Engenharia de Materiais: conceitos, fundamentos e aplicação</p><p>204</p><p>de segurança, custos e ambientais que estavam em discussão em programas paralelos nos</p><p>Estados Unidos e Europa, como por exemplo o EUCAR – The European CO2 Reduction</p><p>Program (FURTADO, 2006). Por fim, o programa mais recente que tem impulsionado o de-</p><p>senvolvimento de novos materiais e vem aprimorando os processos de fabricação é baseado</p><p>no fato de que as aplicações de AHSS crescem mais que aplicações de ligas de alumínio</p><p>e plásticos em veículos, então os projetos recentes, como o FSV – Future Steel Vehicle –</p><p>introduziu mais de 20 classes de AHSS para permitir uma redução de massa em torno de</p><p>39% (DIAS, 2018; AMERICAN IRON AND STEEL INSTITUTE, 2020).</p><p>AÇO versus ALUMÍNIO</p><p>A Ciência dos Materiais classifica, de modo mais simples, os materiais em três grandes</p><p>classes: Metálicos, Cerâmicos e Poliméricos. O avanço de novas tecnologias e processos</p><p>passa, essencialmente, pelo avanço desta ciência e consequentemente pela implementação</p><p>de novos materiais, novas ligas ou novas combinações de materiais (Compósitos). De fato,</p><p>a importância destas três classes de materiais no dia a dia das pessoas é evidente, porém,</p><p>é fácil apontar o grupo</p><p>from Sigma-Aldrich. Acetone and sulfuric acid were purchased from Qhemis.</p><p>All chemicals were used as received. Commercial nitrogen gas was purchased from White</p><p>Martins. The deionized water used had a resistivity of 18.2 MΩ cm.</p><p>Ormosil and Film Preparations</p><p>This procedure was similar to described by (OLÍVIO et al., 2018). In a polypropylene</p><p>beaker, 25 mL of acetone, 0.25 mmol (59 µL) of (3-aminopropyl)triethoxysilane (APTS), 0.26</p><p>mmol (58 µL) of tetraethyl orthosilicate (TEOS), 0.78 mmol (14 µL) of deionized water and</p><p>100 µL of an aqueous solution of sulfuric acid (pH 0.8) were mixed and stirred for 15 minutes.</p><p>Afterwards, 0.040 mmol (115 mg) of phosphotungstic acid hydrate (HPW) dissolved in 25</p><p>Ciência e Engenharia de Materiais: conceitos, fundamentos e aplicação</p><p>18 19</p><p>mL of acetone was added to the mixture. The stirring was maintained for an additional 15</p><p>minutes and the final solution was used to prepare the ormosil film.</p><p>Slides of glass coated with gold 3 cm × 1 cm in size were used as substrates. Ormosil</p><p>films were prepared using a dip coater elevator from Nadetech Innovations. The slide was</p><p>immersed and removed from the ormosil solution at a speed of 150 mm min–1. When the slide</p><p>was fully immersed in the solution, it was immediately withdrawn resulting in an immersion</p><p>time near to zero. This cycle was repeated 20 times and after each withdrawal the slide was</p><p>kept in the air for 60 s to dry.</p><p>Spectroscopic and Morphological Analyses</p><p>Fourier transform infrared (FTIR) spectra of the hybrid ormosil powder sample were</p><p>obtained using KBr pellets with a Bruker spectrometer. 29Si solid state nuclear magnetic reso-</p><p>nance experiments were performed in a Bruker spectrometer with magnetic field of 9.4 T. The</p><p>frequency used in the magic angle spinning assays was 15 kHz. Atomic force microscopy</p><p>coupled with infrared absorption spectroscopy (AFM-IR) measurements were performed on a</p><p>nanoIR2 system from Anasys Instruments in contact mode using a gold-plated silicon nitride</p><p>probe, at CNPEM - LNNano (Brazil). IR spectra were obtained in the range of 1530−1850</p><p>cm–1 with a wavelength resolution of 4 cm–1. Data were analyzed using Gwyddion software.</p><p>All samples were prepared on a glass surface coated in gold in order to increase the cantile-</p><p>ver response to the expansion of the sample. All images were acquired at room temperature</p><p>and at 20% relative humidity.</p><p>Electrochemical Experiments</p><p>Electrochemical studies were performed in a three-electrode electrochemical cell con-</p><p>trolled by an Autolab PGSTAT101 potentiostat. The reference electrode was Ag/AgCl, the</p><p>working electrode was the glass/gold slide modified with the ormosil film and the counter</p><p>electrode was a platinum plate of 1 cm2. The supporting electrolyte used was an aqueous</p><p>solution of sulfuric acid at pH 0.8. This solution was previously purged using nitrogen gas</p><p>for 10 minutes, and a nitrogen environment was then kept in the cell during the measure-</p><p>ments. The acidic medium used here was necessary to avoid decomposition of the HPW</p><p>(MCGARVEY; MOFFAT, 1991)⁠. All modified glass/gold slides were cycled 100 times in the</p><p>potential window used (− 0.35 to + 0.30 V vs. Ag/AgCl) before the electrochemical studies.</p><p>This step was necessary to ensure the stability of the current densities for the hybrid films.</p><p>The solution of hexazinone was freshly prepared in an aqueous solution of sulfuric acid at</p><p>pH 0.8 and used immediately.</p><p>Ciência e Engenharia de Materiais: conceitos, fundamentos e aplicação</p><p>20</p><p>RESULTS AND DISCUSSION</p><p>Surface Characterization</p><p>Figures 2A, 2B and 2C show atomic force microscopy coupled with infrared absorption</p><p>spectroscopy (AFM-IR) images related to the topology, the chemical map acquired at 1625</p><p>cm–1, and the IR spectra obtained at two regions on the surface with spatial resolution ≤ 50 nm,</p><p>respectively. The topography image (Figure 2A) reveals micro- and nanopores dispersed on a</p><p>flat surface, with an average value and root mean squared roughness (rms) of 72.63 nm and</p><p>4.02 nm, respectively. The resulting chemical image (Figure 2B) suggests a homogeneous</p><p>covering surface parallel to the surface, in which amine groups are exposed to air. Figure 2C</p><p>shows the IR spectra with a laser wavelength range of 1530 –1850 cm–1 in different positions</p><p>on the film surface, regions near to (red line) and far from (black line) a pore, respectively.</p><p>The strong absorption around 1610 cm–1 (region near to a pore) and 1625 cm–1 (area</p><p>far from a pore) is assigned to the asymmetric deformation of -NH3</p><p>+ groups. The shift in the</p><p>amine bands to a lower wavenumber in areas near the pores can be related to interactions</p><p>between the amine groups and HPW due to hydrogen bonding as well as electrostatic forces,</p><p>as already found in the surfaces of similar hybrid systems with POMs and amine functionality</p><p>(OLÍVIO et al., 2018; SOUZA et al., 2012, 2014). Furthermore, the shoulder at 1550 cm–1</p><p>observed for the region further from the pores is assigned to the symmetric deformation of</p><p>-NH3</p><p>+ groups. Additionally, the absorption around 1700 cm–1 characteristic of carbonyl groups</p><p>is probably due to residues of acetone, used as a solvent, present on the film surface.</p><p>Ciência e Engenharia de Materiais: conceitos, fundamentos e aplicação</p><p>20 21</p><p>Figure 2. AFM-IR images for hybrid ormosil film: A) AFM-IR topography image, B) AFM-IR chemical mapping at 1625 cm–1,</p><p>C) IR spectrum of regions near (red line) and for (black line) from a porous.</p><p>Source: The authors.</p><p>Electrochemical Investigation</p><p>Graphic 3 shows a cyclic voltammogram for the hybrid ormosil film containing HPW</p><p>and APTS at a scan rate of 20 mV s–1. There are two redox processes in the potential win-</p><p>dow used, with formal potentials (E0´) + 0.032 ± 0.0042 V and −0.18 ± 0.0075 V vs. Ag/</p><p>AgCl. The E0´ values were obtained using the equation (Epa + Epc)/2, where Epa is the</p><p>potential of the anodic peak and Epc is the potential of the cathodic peak. According to</p><p>Ciência e Engenharia de Materiais: conceitos, fundamentos e aplicação</p><p>22</p><p>Keita and Nadjo (KEITA; NADJO, 1987)⁠, HPW in solution shows five reduction waves at</p><p>−0.0200 V, −0.275 V, −0.580 V, −0.775 V and −0.850 V, using a saturated calomelane elec-</p><p>trode (SCE) as the reference electrode and an aqueous solution of 1 mol L–1 perchloric acid</p><p>as the supporting electrolyte. The first two waves are monoelectronic and the third involves</p><p>two electrons. The number of electrons in the last two waves has not been obtained. Thus,</p><p>the redox processes shown in graphic 3 are ascribed to monoelectronic reactions.</p><p>This potential window has been used to avoid the appearance of the hydrogen evolution</p><p>reaction that started at potentials lower than 0.35 V vs. Ag/AgCl in the study reported here</p><p>(data not shown). Keita and Nadjo (KEITA; NADJO, 1988) observed the hydrogen evolution</p><p>reaction around −0.2 V vs. SCE in cyclic voltammograms recorded in 0.5 mol L–1 sulfuric</p><p>acid solution for α1-P2W17Mo immobilized on a glassy carbon electrode. (SUN; CA; COX,</p><p>2005) also identified the hydrogen evolution reaction at − 0.4 V vs. Ag/AgCl for HPW and</p><p>poly(amidoamine) dendrimer film with platinum nanoparticles on indium tin oxide electrodes</p><p>by cyclic voltammetry analyses in sulfuric acid 0.5 mol L–1.</p><p>The E0´ values found here are slightly higher than those found by (KASEM; SCHULTZ,</p><p>1995) for HPW entrapped in a polymeric film of ruthenium (II) (vinyl)bipyridine, where the</p><p>E0´values were −0.20 V and −0.42 V vs. Ag/AgCl. (LIU et al., 2011) found E0´ values of</p><p>0.062 V and −0.20 V vs. Ag/AgCl for HPW immobilized in carbon nanotubes grafted with</p><p>poly(4-vinylpyridine) using a glassy carbon electrode as the working electrode. The inset in</p><p>graphic 3 shows that the current density (J) increases linearly with the scan rate. This aspect</p><p>indicates that the HPW is confined to the electrode surface (ROHLFING et al., 2005).</p><p>Graphic 3. Cyclic Voltammograms at different scan rates for hybrid ormosil film with HPW on gold electrodes performed</p><p>com maior valor no progresso da sociedade: a classe dos materiais</p><p>metálicos. Para defender este ponto de vista basta entrar um pouco no âmbito histórico do</p><p>surgimento da sociedade, mais especificamente na pré-história – período anterior ao apa-</p><p>recimento da escrita – o qual pode ser dividido em dois momentos: Idade da Pedra e Idade</p><p>dos Metais. Pois é na Idade dos Metais, mais precisamente na Idade do Ferro, onde há uma</p><p>revolução cultural na humanidade devido ao desenvolvimento da habilidade em manipular</p><p>os metais (MARQUES et al., 2019) ou seja, a base para toda evolução vista hoje parte da</p><p>manipulação dos Metais (não da manipulação dos polímeros e/ou cerâmicas). Além disso,</p><p>muitos foram os avanços na Ciência dos Materiais e Metalurgia até a década de 1850 onde</p><p>se estabeleceu a produção de aço em larga escala pelo processo de conversão desenvol-</p><p>vido por Henry Bessemer (SPEER, 2018). Portanto, a partir dessa breve retomada de fatos</p><p>históricos, fica evidente que o patamar tecnológico onde se encontra a atual sociedade foi</p><p>alcançado em conjunto com a evolução dos materiais e dos processos para produzi-los, em</p><p>especial as ligas metálicas.</p><p>O aço tem sido uma das principais ligas utilizadas e é considerado um dos pilares da</p><p>economia mundial há mais de 2000 anos (DONG, 2011), e muitos são os fatores que levam</p><p>esta liga a sustentar uma posição de destaque em relação a outras. Dentre estes fatores</p><p>pode-se citar o polimorfismo ocorrente nestes materiais e a grande quantidade de minério</p><p>de ferro existente no mundo – matéria-prima básica para produção de aço. Na Figura 7 é</p><p>mostrado um gráfico da produção mundial de aço bruto. Pode ser observado que desde</p><p>a década de 50 a produção desta liga tem aumentado consideravelmente, chegando a</p><p>Ciência e Engenharia de Materiais: conceitos, fundamentos e aplicação</p><p>204 205</p><p>uma produção de aproximadamente 1808 milhões de toneladas em 2018, demostrando</p><p>a importância desta liga para o desenvolvimento tecnológico do mundo. (WORLD STEEL</p><p>ASSOCIATION, 2019).</p><p>Figura 7. Gráfico da produção mundial de aço bruto em milhões de toneladas.</p><p>Fonte: (WORLD STEEL ASSOCIATION, 2019).</p><p>Outros fatores que colocam o aço como um dos pilares da economia da sociedade são</p><p>a criação direta e indireta de empregos – 40 milhões de postos de trabalho em todo o mun-</p><p>do – e geração de mais de 1,2 trilhão de dólares em valor (WORLD STEEL ASSOCIATION,</p><p>2019). Além disso, as técnicas metalúrgicas hoje encontram-se em um patamar avançado</p><p>de tecnologia, conseguindo-se obter ligas com excelentes propriedades a partir de modernos</p><p>tipos e rotas de processamentos.</p><p>• Atualmente, o aço é uma liga que pode ser caracterizada por (DONG et al., 2011;</p><p>FUKUGAUCHI, 2016; WORLDAUTOSTEEL, 2019):</p><p>• Ductilidade aliada a uma alta resistência mecânica - resistência à tração variando</p><p>de 100 a 5000 MPa;</p><p>• Vasto campo de aplicação - setor de construção civil, setor de transportes, máqui-</p><p>nas e equipamentos;</p><p>• Ampla faixa de temperaturas de utilização;</p><p>• Reciclabilidade;</p><p>• Aplicabilidade em diversos tipos de atmosfera – resistentes à corrosão;</p><p>• Baixo custo de produção.</p><p>Além do aço carbono, vem ganhando notoriedade no setor de engenharia, principal-</p><p>mente a partir da revolução industrial, devido a suas propriedades, as ligas de alumínio,</p><p>que apresentam como destaque a resistência mecânica aliada ao baixo peso específico e a</p><p>resistência à corrosão. Assim como o ferro, o alumínio também é encontrado em abundância</p><p>na crosta terrestre, tendo como matéria-prima principal a bauxita. A Figura 8 mostra que</p><p>Ciência e Engenharia de Materiais: conceitos, fundamentos e aplicação</p><p>206</p><p>desde a década de 70 a produção de alumínio primário mais que quintuplicou, tornando-se</p><p>a liga não ferrosa mais utilizada (TAŃSKI; NOPIŃSKI, 2017).</p><p>Figura 8. Gráfico da produção mundial de alumínio primário em mil toneladas.</p><p>Fonte: (WORLD ALUMINIUM, 2020).</p><p>Devido as propriedades, as ligas de alumínio são amplamente utilizadas no setor</p><p>de transporte, desde a indústria automobilística até as indústrias ferroviária e marítima.</p><p>Porém, este crescimento exponencial da produção e do interesse nestas ligas deve-se às</p><p>indústrias aeronáutica e aeroespacial. Ademais, outros setores também contribuíram para o</p><p>avanço do alumínio, como por exemplo, o setor de eletrônicos (RUNGE, 2017; WANH et al.,</p><p>2016; YE et al.; 2017; KIMURA et al., 2017).</p><p>Como pode ser visto até aqui, as ligas de ferro carbono e alumínio são amplamente</p><p>empregadas nos setores de engenharia e, por consequência, ambas as ligas possuem in-</p><p>tersecções de aplicações, muitas vezes sendo concorrentes em determinados setores da</p><p>indústria, sendo que um desses setores é o automotivo. Os novos anseios da sociedade e</p><p>do próprio setor – maior eficiência, menor custo de produção e compromisso com o meio-</p><p>-ambiente – vêm colocando estes materiais como concorrentes nos novos projetos de carros</p><p>e componentes. Até aqui, o aço carbono sempre apareceu e aparece como protagonista</p><p>nos projetos, porém a indústria automobilística tem trabalhado com um novo conceito para</p><p>alcançar seus objetivos, o conceito de “Lightweighting”, que são projetos de carrocerias mais</p><p>leves. Uma das propostas desse novo conceito é o intercâmbio do aço carbono por materiais</p><p>mais leves como compósitos, magnésio, plásticos e/ou ligas de alumínio (AROWOSOLA;</p><p>GAUSTAD, 2019; TISZA; CZINEGE, 2018).</p><p>Atualmente estes materiais possuem papel crucial na fabricação dos componentes</p><p>estruturais de um veículo – colunas, motor, para-choque, teto, assoalho, capô, porta, etc.</p><p>– como pode ser visto na Figura 9, e são, sem dúvidas, a base para os veículos terem alto</p><p>desempenho, menor peso e mais segurança. Os aços são usados na produção da carroceria</p><p>do carro e carcaça do motor (enclosure), sistema de transmissão, chassis, partes da sus-</p><p>pensão, etc. (BELLO, 2014; DE COOMAN; CHIN; KIM, 2011; GAN, 2011; KIM et al., 2009),</p><p>Ciência e Engenharia de Materiais: conceitos, fundamentos e aplicação</p><p>206 207</p><p>enquanto o alumínio já possui aplicação em pistões, caixas de transmissão, cabeçotes,</p><p>rodas, blocos de motor e eixos. As aplicações nas partes internas e externas da carroceria</p><p>são feitas com alumínio da série 6000 e as peças estruturais com a série 5000 (FILLETI,</p><p>2010; NOVELIS, 2017).</p><p>Figura 9. Composição média da distribuição de materiais utilizados na carroceria e componentes de um veículo nos dias</p><p>atuais.</p><p>Fonte: Adaptado de Huetter (2017).</p><p>A utilização de ligas de alumínio em aplicações automotivas aumentou mais de 80%</p><p>nos últimos 7 anos. Enquanto que na década de 90 um carro produzido na Europa conti-</p><p>nha cerca de 50 kg de alumínio, hoje é esperado que a massa desse metal aumente para</p><p>aproximadamente 250 kg (TAŃSKI; SNOPIŃSKI, 2017). Em contrapartida, as aciarias e</p><p>pesquisadores vêm trabalhando para que o aço não perca seu espaço no setor automoti-</p><p>vo. Dentre as concepções, o desenvolvimento da 3ª geração dos Aços Avançados de Alta</p><p>Resistência e, também, os “Nanosteel” (REISMAN; BEREZOWSKY, 2014) parecem ganhar</p><p>destaque na indústria automobilística. Outrossim, o aprimoramento de processos de manu-</p><p>fatura como a hidroconformação, Tailor Welded Tubes e Tailor Welded Blanks (FURTADO,</p><p>2006) também aparecem como alternativa para diminuição do peso dos veículos sem a troca</p><p>da matéria-prima base, o aço.</p><p>AÇO E ALUMINÍNIO: CONSONÂNCIA</p><p>Nos últimos anos com a investida do alumínio no mercado automotivo e com o desen-</p><p>volvimento de novos processos e aprimoramento das propriedades dos aços, a indústria au-</p><p>tomobilística parece ter encontrado um ponto de convergência para as ligas. Uma alternativa</p><p>promitente parece ser a união de aço e alumínio através de soldagem a laser – processo</p><p>aprimorado e utilizado em Tailor Welded Blanks. A união de materiais dissimilares parece ser</p><p>Ciência e Engenharia de Materiais: conceitos, fundamentos e aplicação</p><p>208</p><p>uma tendência neste setor industrial, o que demanda grande esforço da comunidade científica</p><p>para estudar e propor soluções para o desafio de unir</p><p>in sulfuric acid pH 0.80. Inset: J values for the first redox process in function of scan rates.</p><p>Source: The authors.</p><p>Ciência e Engenharia de Materiais: conceitos, fundamentos e aplicação</p><p>22 23</p><p>Graphic 4 shows cyclic voltammograms for a bare gold electrode and the hybrid or-</p><p>mosil film with HPW using 6.0 mmol L–1 K4[Fe(CN)6] and 0.1 mol L–1 KCl as the supporting</p><p>electrolyte. It can be seen that the permeability of the hybrid ormosil film to Fe(CN)6</p><p>4– ions</p><p>is maintained, as the shape of the cyclic voltammogram for the modified electrode has not</p><p>been significantly changed. This behavior is evidence that the diffusion of [Fe(CN)6]4– ions</p><p>through the film was not blocked (ROHLFING et al., 2005)⁠. This finding could be related to the</p><p>existence of pores in the surface of the hybrid film with HPW, as seen by AFM-IR analyses.</p><p>Graphic 5 shows cyclic voltammograms performed in sulfuric acid solution (pH 0.8) for</p><p>a bare gold electrode and for the hybrid ormosil film with HPW on gold with and without 3.8 ×</p><p>10–5 mol L–1 hexazinone at a scan rate of 20 mV s–1. It is illustrated that for the hybrid ormosil</p><p>film, the anodic current density decreased while the cathodic current density increased in</p><p>the presence of hexazinone. This behavior is assigned to the electroreduction of hexazinone</p><p>showing a higher current density at −0.20 V vs. Ag/AgCl. Recently, hexazinone has been</p><p>electrochemically detected at pH 2.5 and −0.5 V vs. Ag/AgCl using molecularly imprinted</p><p>polymers with carbon pastes as working electrodes by differential pulse adsorptive catho-</p><p>dic stripping voltammetry (TORO; MARESTONI; DEL PILAR TABOADA SOTOMAYOR,</p><p>2015). In that study, the potential found is much higher than in our result, indicating that the</p><p>system studied here is thermodynamically more efficient. A mechanism of electroreduction</p><p>of hexazinone has been proposed by Privman and Zuman (PRIVMAN; ZUMAN, 1998) over</p><p>a broad pH range using polarography and cyclic voltammetry analyses combined with con-</p><p>trolled potential electrolysis and UV-visible spectroscopy. In an acidic medium, the proposed</p><p>mechanism involved the reduction of the protonated azomethine bond followed by the elimi-</p><p>nation of an amine. The protonated product of this reaction is further reduced, resulting in a</p><p>compound free from the double bonds in the ring.</p><p>Ciência e Engenharia de Materiais: conceitos, fundamentos e aplicação</p><p>24</p><p>Graphic 4. Cyclic Voltammograms performed in aqueous solution of KCl 0.10 mol L–1 and K4[Fe(CN)6] 6.0 × 10–3 mol L–1 at</p><p>scan rate of 20 mV s–1 for bare gold electrode and for hybrid ormosil film with HPW.</p><p>Source: The authors.</p><p>Graphic 5. Cyclic Voltammograms performed in sulfuric acid pH 0.80 at scan rate of 20 mV s–1 in the absence and in the</p><p>presence of hexazinone solution 3.8 × 10–5 mol L–1 for bare gold electrode and for hybrid ormosil film with HPW.</p><p>Source: The authors.</p><p>Structural Characterization</p><p>Graphic 6A shows the FTIR spectrum, obtained in a KBr pellet, for the hybrid ormosil</p><p>with HPW in the powder form. The band located at 843 cm–1 is attributed to an asymmetric</p><p>stretch from the W-O-W bonds of the M3O13 groups. The vibrations located at 941 cm–1 and</p><p>1078 cm–1 are ascribed respectively to the asymmetric stretches of the W-Ot bond, where Ot is</p><p>Ciência e Engenharia de Materiais: conceitos, fundamentos e aplicação</p><p>24 25</p><p>the terminal oxygen atom, and of the P-O bond. The signal at 1127 cm–1 is assigned to the</p><p>asymmetric vibrations of the Si-O-C and Si-O-Si bonds. The symmetric and asymmetric de-</p><p>formations of the –NH3</p><p>+ groups appear at 1500 cm–1 and 1620 cm–1, respectively (FERREIRA-</p><p>NETO et al., 2015; ROCCHICCIOLI-DELTCHEFF et al., 1983)⁠. This finding shows that the</p><p>interaction between the HPW and the ormosil network is electrostatic as shown by AFM-IR</p><p>experiments. Graphic 6B presents the 29Si NMR spectrum for the hybrid ormosil with HPW</p><p>in the powder form. Information about tetrahedral silicate species (Qn) can be extracted from</p><p>this, where n is the number of Si-O-Si bonds per tetrahedron. There is a broad signal between</p><p>−100 ppm to −125 ppm, which could be attributed to the presence of Q3 and Q4 species in</p><p>the ormosil because these species typically appear at −101.5 ppm and −110.5 ppm, respec-</p><p>tively (OLÍVIO et al., 2018). In addition, siloxane species containing Si-C bonds were also</p><p>identified. (SiO)3Si*R and (SiO)2Si*OHR, named as T3 and T2 species, were found at −67</p><p>ppm and −58 ppm, respectively.</p><p>Graphic 6. Spectroscopic analyses of hybrid ormosil with HPW. A) FTIR spectrum, B) High resolution 29Si spectrum.</p><p>Source: The authors.</p><p>Ciência e Engenharia de Materiais: conceitos, fundamentos e aplicação</p><p>26</p><p>In summary, our experiments demonstrate that this hybrid ormosil film containing HPW</p><p>and APTS has a porous morphology as indicated through AFM-IR and cyclic voltammetry ex-</p><p>periments. With regard to electrocatalytic property in acidic medium, a triazinic herbicide was</p><p>reduced by this film on gold electrodes. Additionally, electrostatic interactions and hydrogen</p><p>bonding have also been identified between HPW clusters and ormosil matrix. These findings</p><p>obtained here are beneficial in materials science because can stimulate the advancement of</p><p>this promising area as well as to improve the knowledge of the researchers.</p><p>CONCLUSION</p><p>In this study, the hexazinone herbicide was electroreduced at −0.20 V vs. Ag/AgCl</p><p>using a hybrid ormosil film containing HPW, a Keggin POM cluster, deposited on gold elec-</p><p>trodes. It is the first work reported on the electrocatalysis of this herbicide using a hybrid film</p><p>obtained by the sol gel method and this process occurred at lower potential value than that</p><p>found in the literature. AFM-IR study was capable of identifying the presence of nanopores</p><p>distributed on the surface of the hybrid ormosil film, corroborating with cyclic voltammograms</p><p>using [Fe(CN)6]4– ions, while also confirming that HPW clusters interact with amine groups</p><p>through electrostatic forces. A 29Si NMR spectrum showed the presence of Si-O-Si and Si-C</p><p>bonds while the FTIR spectrum showed specific vibration stretches for the HPW cluster</p><p>in addition to the electrostatic forces and hydrogen bonding between the HPW and amine</p><p>groups from the ormosil. Taken together, these results showed that the hybrid ormosil film</p><p>with HPW is effective in the electroreduction of hexazinone, and that it could be improved to</p><p>develop applications related to the environmental field and materials science.</p><p>ACKNOWLEDGEMENTS</p><p>This work was supported by the Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São</p><p>Paulo (FAPESP) (Grants Numbers: 2015/24136-4 and 2017/20006-4) and the Conselho</p><p>Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) (Grant Number: 427253/2016-</p><p>0). L.A.C. thanks FAPESP for his scientific initiation fellowship (2016/21603-3), J.H.P. thanks</p><p>FAPESP for her scientific initiation fellowship (2016/21616-8) and P.H.P.O. thanks ICT sem</p><p>remuneração and CNPq for his scientific initiation fellowship PIBIC/CNPq/UFSCar. The</p><p>authors thank the Microfabrication Laboratory (LMF) from the Brazilian Nanotechnology</p><p>National Laboratory (LNNano) for the production of gold electrodes. We also thank Evandro</p><p>Martin Lanzoni from LNNano for assistance and helpful discussions with AFM-IR analyses.</p><p>Ciência e Engenharia de Materiais: conceitos, fundamentos e aplicação</p><p>26 27</p><p>REFERENCES</p><p>1. BAILLIE, B. R. et al. Aquatic Fate of Aerially Applied Hexazinone and Terbuthyla - zine in a</p><p>New Zealand Planted Forest. Journal of Sustainable Watershed Science and Management,</p><p>v. 2, n. 1, p. 118–129, 2015.</p><p>2. CALDARA, M. et al. Optical monitoring of sweat pH by a textile fabric wearable sensor based on</p><p>covalently bonded litmus-3-glycidoxypropyltrimethoxysilane coating. Sensors and Actuators,</p><p>B: Chemical, v. 222, p. 213–220, 2016.</p><p>3. CATAURO, M.; CIPRIOTI, S. V. Characterization of hybrid materials prepared by sol-gel method</p><p>for biomedical implementations. A critical review. Materials, v. 14, n. 7, 2021.</p><p>4.</p><p>FERREIRA-NETO, E. P. et al. Preparation, characterization and photochromic behavior of</p><p>phosphotungstic acid-ormosil nanocomposites. Materials Chemistry and Physics, 2015.</p><p>5. HISKIA, A.; MYLONAS, A.; PAPACONSTANTINOU, E. Comparison of the photoredox proper-</p><p>ties of polyoxometallates and semiconducting particles. Chemical Society Reviews, v. 30, n.</p><p>1, p. 62–69, 2001.</p><p>6. HORN, M. R. et al. Polyoxometalates (POMs): From electroactive clusters to energy materials.</p><p>Energy and Environmental Science, v. 14, n. 4, p. 1652–1700, 2021.</p><p>7. KASEM, K. K.; SCHULTZ, F. A. Electrochemistry of polyoxometalates immobilized in ion ex-</p><p>change polymer films. Canadian Journal of Chemistry, v. 73, p. 858–864, 1995.</p><p>8. KEITA, B.; NADJO, L. New aspects of the electrochemistry of heteropolyacids. Journal of</p><p>Electroanalytical Chemistry and Interfacial Electrochemistry, v. 227, n. 1–2, p. 77–98, 1987.</p><p>9. KEITA, B.; NADJO, L. Surface modifications with heteropoly and isopoly oxometalates. Part</p><p>I. Qualitative aspects of the activation of electrode surfaces towards the hydrogen evolution</p><p>reaction. Journal of Electroanalytical Chemistry, v. 243, n. 1, p. 87–103, 1988.</p><p>10. LIU, Y. T. et al. Electrochemical sensor based on a poly(para-aminobenzoic acid) film modified</p><p>glassy carbon electrode for the determination of melamine in milk. Electrochimica Acta, v.</p><p>56, n. 12, p. 4595–4602, 2011.</p><p>11. MA, D. et al. Critical review of advanced oxidation processes in organic wastewater treatment.</p><p>Chemosphere, v. 275, p. 130104, 2021.</p><p>12. MCGARVEY, G. B.; MOFFAT, J. B. A study of solution species generated during the forma-</p><p>tion of 12-heteropoly oxometalate catalysts. Journal of Molecular Catalysis, v. 69, n. 1, p.</p><p>137–155, 1991.</p><p>13. OLÍVIO, P. H. P. et al. Exploring electrochemical reactivity toward ametryn of hybrid silicate films</p><p>with phosphomolybdic acid. Materials Science and Engineering B: Solid-State Materials</p><p>for Advanced Technology, v. 229, n. November 2017, p. 13–19, 2018.</p><p>14. PARDO, R.; ZAYAT, M.; LEVY, D. Photochromic organic–inorganic hybrid materials. Chemical</p><p>Society Reviews, v. 40, n. 2, p. 672, 2011.</p><p>15. PRIVMAN, M.; ZUMAN, P. The role of protonation, hydration, elimination, and ring opening in</p><p>the electroreduction of hexazinone. Journal of Electroanalytical Chemistry, v. 455, n. 1–2,</p><p>p. 235–246, 1998.</p><p>Ciência e Engenharia de Materiais: conceitos, fundamentos e aplicação</p><p>28</p><p>16. ROCCHICCIOLI-DELTCHEFF, C. et al. Vibrational Investigations of Polyoxometalates. 2. Evi-</p><p>dence for Anion-Anion Interactions in Molybdenum(VI) and Tungsten(VI) Compounds Related</p><p>to the Keggin Structure. Inorganic Chemistry, v. 22, n. 2, p. 207–216, 1983.</p><p>17. ROHLFING, D. F. et al. Functionalized mesoporous silica films as a matrix for anchoring elec-</p><p>trochemically active guests. Langmuir, v. 21, n. 24, p. 11320–11329, 2005.</p><p>18. SANCHEZ, C. et al. Molecular Engineering of Functional Inorganic and Hybrid Materials. Che-</p><p>mistry of Materials, v. 26, n. 1, p. 221–238, 2013.</p><p>19. SCHEEL, G. L.; TARLEY, C. R. T. Feasibility of supramolecular solvent-based microextraction</p><p>for simultaneous preconcentration of herbicides from natural waters with posterior determination</p><p>by HPLC-DAD. Microchemical Journal, v. 133, p. 650–657, 2017.</p><p>20. SONG, Y.-F.; TSUNASHIMA, R. Recent advances on polyoxometalate-based molecular and</p><p>composite materials. Chemical Society Reviews, v. 41, n. 22, p. 7384–7402, 2012.</p><p>21. SOUZA, A. L. et al. Self-assembled hybrid films of phosphotungstic acid and aminoalkoxysilanes</p><p>on SiO 2/Si surfaces. Thin Solid Films, v. 520, n. 9, p. 3574–3580, 2012.</p><p>22. SOUZA, A. L. et al. Poly(dimethylsiloxane) as a pre-coating in layer-by-layer films containing</p><p>phosphotungstate nanoclusters electrochemically sensitive toward s-triazines. RSC Advances,</p><p>v. 4, n. 56, p. 29612, 2014.</p><p>23. SUN, L.; CA, D. V.; COX, J. A. Electrocatalysis of the hydrogen evolution reaction by nanocom-</p><p>posites of poly(amidoamine)-encapsulated platinum nanoparticles and phosphotungstic acid.</p><p>Journal of Solid State Electrochemistry, v. 9, n. 12, p. 816–822, 2005.</p><p>24. TORO, M. J. U.; MARESTONI, L. D.; DEL PILAR TABOADA SOTOMAYOR, M. A new bio-</p><p>mimetic sensor based on molecularly imprinted polymers for highly sensitive and selective</p><p>determination of hexazinone herbicide. Sensors and Actuators, B: Chemical, v. 208, p.</p><p>299–306, 2015.</p><p>25. WALSH, J. J. et al. Hybrid polyoxometalate materials for photo(electro-) chemical applications.</p><p>Coordination Chemistry Reviews, v. 306, n. P1, p. 217–234, 2016.</p><p>26. WANG, D. et al. Polyoxometalate-based composite materials in electrochemistry: State-of-the-</p><p>-art progress and future outlook. Nanoscale, v. 12, n. 10, p. 5705–5718, 2020.</p><p>27. YUAN, Y. et al. Preparation of hydrophobic SiO2/PMHS sol and ORMOSIL antireflective films</p><p>for solar glass cover. Solar Energy, v. 130, p. 1–9, 2016.</p><p>28. ZHOU, T. et al. Determination of triazine herbicides from honey samples based on hydrophilic</p><p>molecularly imprinted resins followed by high performance liquid chromatography-tandem mass</p><p>spectrometry. RSC Adv., v. 6, n. 101, p. 98663–98673, 2016.</p><p>29. ZULKIFLI, S. N.; RAHIM, H. A.; LAU, W. J. Detection of contaminants in water supply: A review</p><p>on state-of-the-art monitoring technologies and their applications. Sensors and Actuators, B:</p><p>Chemical, v. 255, p. 2657–2689, 2018.</p><p>02</p><p>Análise comparativa do desempenho</p><p>acústico de esquadrias em alumínio</p><p>e PVC</p><p>André Luiz de Oliveira Júnior</p><p>UVV</p><p>Maycon Subtil</p><p>UVV</p><p>Francisco Assis Almeida Júnior</p><p>UVV</p><p>10.37885/210605057</p><p>Ciência e Engenharia de Materiais: conceitos, fundamentos e aplicação</p><p>30</p><p>Palavras-chave: Desempenho Acústico, PVC, Alumínio, Vidros.</p><p>RESUMO</p><p>O crescimento dos centros urbanos resultou em exposição da população a níveis elevados</p><p>de poluição sonora. A fim de minimizar os danos neurológicos gerados pelo excesso de</p><p>ruído, buscou-se por materiais de qualidade e eficiência que estejam de acordo com as</p><p>normas regulamentadoras. A norma de desempenho aborda as características indispen-</p><p>sáveis para edificações habitacionais e tem com objetivo estabelecer critérios mínimos</p><p>da vida útil da construção, acessibilidade, segurança estrutural, conforto etc. Os níveis</p><p>máximos de pressão sonora variam com o período do dia, tipo de ocupação do solo da</p><p>edificação e ambiente da área habitada. As esquadrias são especificadas consideran-</p><p>do sua finalidade, utilização e seu movimento. Através de etiqueta, deve-se informar a</p><p>eficiência acústica alcançada nos resultados de ensaios laboratoriais. A especificação</p><p>dos vidros na esquadria contribui no resultado de eficiência acústica final. O estudo tem</p><p>como objetivo realizar uma análise comparativa de desempenho acústico de esquadrias</p><p>em alumínio e policloreto de vinila (PVC). Os resultados obtidos servirão como embasa-</p><p>mento técnico para especificação de projetos de esquadrias que visam conforto acústico.</p><p>A metodologia da pesquisa foi realizada através dos dados obtidos em ensaios de de-</p><p>sempenho acústico por transmissão aérea onde foi analisado os relatórios de ensaios de</p><p>esquadrias de alumínio das empresas Archicentro, Perfil Alumínio e Hydro. O levanta-</p><p>mento bibliográfico se desenvolveu por via de artigos, livros, manuais técnicos e normas</p><p>regulamentadoras. A eficiência acústica da esquadria com vidro laminado, combinado a</p><p>esquadria de PVC com persiana fechada, apresentaram resultados de eficiência superior</p><p>a esquadria de alumínio.</p><p>Ciência e Engenharia de Materiais: conceitos, fundamentos e aplicação</p><p>30 31</p><p>INTRODUÇÃO</p><p>A Organização Mundial da Saúde (OMS) estima que entorno de 10% da população</p><p>mundial está exposto a emissão de ruídos que podem ocasionar confusão mental, desconforto</p><p>auditivo, prejuízo cognitivo, distúrbio do sono e doenças cardiovasculares (JARDIM, 2014).</p><p>A partir de 2013, a norma de desempenho nos projetos de edificações habitacionais</p><p>causou mudanças nas especificações de materiais para atender as condições mínimas</p><p>estabelecidas pela ABNT NBR 15575 (Associação Brasileira de Normas Técnicas Norma</p><p>Brasileira Regulamentadora, 2013).</p><p>O ouvido humano percebe a propagação do som de menor comprimento de onda</p><p>- os mais agudos – que se propagam no fechamento dos ambientes através de frestas,</p><p>orifícios e outras aberturas pelas quais o ar ou a luz pode penetrar. Os sons com maior</p><p>comprimento de onda - os de baixa frequência - que são percebidos como graves, apre-</p><p>sentam o fenômeno da difração em sua propagação e tendem a contornar obstáculos e</p><p>incidir em fechamentos externos, o que ocasiona a transmissão para o interior dos edifícios</p><p>(SCHVARSTZHAUPT; et. al., 2014).</p><p>A transmissão de som entre unidades habitacionais depende da forma construtiva,</p><p>geometria do ambiente e fonte do ruído, podendo ocorrer através de pisos, paredes, sistemas</p><p>de vedações internas, externas e coberturas (PIERRRARD; AKKERMAN, 2017).</p><p>A esquadria na edificação tem função de vedar o vão contra entrada de fluidos, pro-</p><p>mover aproveitamento da luz natural, ventilação, integrar, proteger e conserva os espaços.</p><p>Assim, beneficiam o ambiente reduzindo a troca de calor e a transmissão de ruídos entre o</p><p>ambiente interno e externo.</p><p>Existem dois princípios que interferem diretamente na atenuação sonora na utilização</p><p>de vidros: a lei da massa e lei da massa-mola-massa, quanto mais espesso e denso for o</p><p>vidro, maior será a redução sonora, pois irá minimizar os efeitos vibratórios de propagação</p><p>do som. Contudo, para a lei da massa-mola-massa, a combinação de vidros laminados e</p><p>multilaminados, aumentam sua eficiência devido a existência do PVB entre os vidros. O vi-</p><p>dro insulado é um sistema isolante formado de duas placas de vidro com uma câmara de</p><p>ar ou gás entre elas, que atua como uma mola, dificultando a transferência de vibrações e</p><p>faz com que as ondas sonoras pecam poder de transmissão.</p><p>A escolha da esquadria depende do tipo de ruido e sua intensidade, desse modo, ca-</p><p>racterizar a volumetria, layout dos mobiliários, material das paredes, janelas, pisos e forros,</p><p>são variáveis importantes a serem estudado em um projeto acústico. Da mesma forma, a</p><p>quantidade de camadas de vidro e espessuras são fatores determinantes para se obter</p><p>resultados significativos de atenuação sonora. Visto isso, o objetivo deste artigo é discutir</p><p>Ciência e Engenharia de Materiais: conceitos, fundamentos e aplicação</p><p>32</p><p>e analisar o desempenho acústico de janelas de alumínio e policloreto de vinila (PVC) no</p><p>tocante a suas eficiências ao isolamento acústico por via de transmissão aérea.</p><p>POLUIÇÃO SONORA</p><p>Em uma pesquisa feita com 48 pessoas da cidade de Governador Valadares/MG,</p><p>mais de 85% dos pesquisados classificaram o centro da cidade como barulhento/ruidoso.</p><p>Dentre as fontes de ruído, as que mais apareceram como incômodo, foram as buzinas de</p><p>veículos, anúncios realizados por carros de som, sistema de sonorização em lojas e baru-</p><p>lhos de ônibus. O sintoma mais relatado entre os entrevistados foi cefaleia (FILHO, C. C.</p><p>G.; CUNHA, M. D.; TAVEIRA, J., 2021).</p><p>O aumento da quantidade de veículos nas vias públicas das cidades, somado ao</p><p>crescimento exponencial nos centros urbanos, resultou em ruídos excessivos e tem afetado</p><p>negativamente a qualidade de vida das pessoas (ZANNIN et. al., 2001).</p><p>Segundo Estevam (2013), a poluição sonora é o excesso de ruido que traz prejuízos</p><p>a saúde física e mental da população. Para Lacerda et. al. (2005), os seres humanos são</p><p>sensíveis a ondas sonoras elevadas, quanto maior a onda sonora, maior a intensidade do</p><p>som, portanto, o tipo de ruído, sua frequência e variação no tempo, faz o corpo humano</p><p>liberar hormônios ao perceber o som. Com isso, as reações neurológicas geradas, podem</p><p>desencadear estresse, agressividade, nervosismo, além de reduzir a capacidade de con-</p><p>centração, e assim, aumentar a probabilidade de ocorrência de acidentes, principalmente</p><p>em ambientes laborais.</p><p>“Para fins práticos, o som é medido pela pressão que ele exerce no sistema</p><p>auditivo humano. Na medida em que essa pressão provoca danos à saúde,</p><p>comportamentais ou físicos, ela deve ser tratada como poluição” (BRAGA,</p><p>2005, p.208).</p><p>A fim de reduzir os danos causados, a norma de desempenho 15575:2013, especí-</p><p>fica os requisitos mínimos a serem seguidos em cada parte da edificação (PIERRRARD;</p><p>AKKERMAN, 2017).</p><p>NORMAS REGULAMENTADORAS</p><p>Desempenho de edificações habitacionais - ABNT NBR 15575</p><p>A NBR 15575-1:2013, apresenta requisitos mínimos a serem seguidos em todas as</p><p>fases de planejamento da obra. Em geral, a edificação deve garantir segurança estrutural,</p><p>estanqueidade, segurança contra o fogo, funcionabilidade e acessibilidade, assegurar a</p><p>Ciência e Engenharia de Materiais: conceitos, fundamentos e aplicação</p><p>32 33</p><p>saúde, higiene, qualidade do ar, segurança e uso na operação, desempenho térmico, acús-</p><p>tico, lumínico, conforto tátil e antropodinâmico.</p><p>É estabelecido as características detalhadas quanto a exigibilidade na etapa projetual</p><p>para os elementos construtivos a serem especificados de forma a garantir o desempenho</p><p>adequado a sua aplicabilidade (NBR 15575-1, 2013).</p><p>Desempenho acústico</p><p>A ABNT NBR 15575-4:2013 e 15575-5:2013, especifica as exigências mínimas de</p><p>isolamento acústico entre as unidades habitacionais – nas alvenarias externas e internas,</p><p>pisos e divisórias – para propiciar melhor conforto acústico e reduzir a poluição sonora oca-</p><p>sionados pelas fontes geradoras de ruído.</p><p>A NBR 15575-1:2013 e NBR 15575-6:2013 classifica, em caráter informativo, o ruído</p><p>em três níveis de desempenho: mínimo, intermediário e superior, conforme tabela 1.</p><p>Tabela 1. Nível de desempenho.</p><p>Descrição Parâmetro dB Nível de desempenho</p><p>Nível de pressão sonora equiva-</p><p>lente padronizado LAeq, nT</p><p>≤ 37 Mínimo</p><p>≤ 34 Intermediário</p><p>≤ 30 Superior</p><p>Nível de pressão sonora máximo</p><p>padronizado LASmax, nT</p><p>≤ 42 Mínimo</p><p>≤ 39 Intermediário</p><p>≤ 36 Superior</p><p>Fonte: ProAcustica, 2017.</p><p>Segundo Serrano (2016), os ruídos causados por instalações como: exaustores, ven-</p><p>tiladores; por equipamentos prediais: elevadores, bombas; por sistemas hidrossanitários de</p><p>uso coletivo: descargas hidráulicas, tubulações, esgotos, são as maiores reclamações dos</p><p>moradores de edifícios residenciais.</p><p>Sistemas de pisos</p><p>A ABNT 15575-3:2013 informa quanto aos limites mínimos de isolamento acústico ao</p><p>ruído aéreo de impacto. Segundo Nunes et. al. (2014), o desempenho acústico do sistema</p><p>de pisos é determinado pela sua forma de transmissão. As soluções construtivas para o</p><p>isolamento acústico dependem se o ruído é de impacto ou ruído aéreo.</p><p>A transmissão de ruído pelo impacto é resultante das solicitações aplicadas diretamente</p><p>nos elementos sólidos, exemplos são o impacto de queda de objetos, passos, chuva etc.</p><p>(NUNES; et. al., 2014).</p><p>Ciência e Engenharia de Materiais: conceitos, fundamentos e aplicação</p><p>34</p><p>A tabela 2, informa os limites mínimos de isolamento ao ruído aéreo de impacto. Os va-</p><p>lores em negrito são normativos obrigatórios.</p><p>Tabela 2. Isolamento ao ruído de impacto de sistemas de pisos.</p><p>Fonte: ProAcustica, 2017.</p><p>A fim de reforçar a atenuação acústica global é comum a utilização do teto falso com</p><p>painéis perfurados com preenchimento entre a laje e o forro de material isolante (lã de ro-</p><p>cha, lã de vidro etc.), não abstendo a necessidade dos estudos laboratoriais para a correta</p><p>especificação do material isolante (MATEUS, 2008).</p><p>O isolamento ao ruído aéreo de sistema de pisos, é estabelecido na tabela 3. Os valores</p><p>em negrito são normativos obrigatórios.</p><p>Tabela 3. Isolamento ao ruído aéreo de sistemas de pisos.</p><p>Fonte: ProAcustica, 2017.</p><p>A utilização de pisos de madeira, vinílicos e aglomerados a base de cortiça, são ade-</p><p>quados para maximizar a atenuação acústicas em unidades habitacionais. Dessa forma, é</p><p>importante fazer a aplicação da membrana flexível, antes da aplicação do pavimento flutuante,</p><p>pois irá garantir maior eficiência no isolamento de impactos mecânicos (MATEUS, 2008).</p><p>Ciência e Engenharia de Materiais: conceitos, fundamentos e aplicação</p><p>34 35</p><p>Sistemas de vedações verticais internas (paredes)</p><p>A configuração</p><p>dos elementos massivos como o bloco de concreto e os elementos</p><p>leves como o sistema de drywall, irão definir o nível de atenuação acústica (PIERRRARD;</p><p>AKKERMAN, 2017).</p><p>A tabela 4, indica os parâmetros de desempenho mínimo, intermediário e superior</p><p>ocasionado por ruídos aéreos. Os valores em negrito são normativos obrigatórios da ABNT</p><p>NBR 15575- 4:2013.</p><p>Tabela 4. Isolamento ao ruído aéreo de sistemas de vedações verticais internas (paredes).</p><p>Fonte: ProAcustica, 2017.</p><p>Segundo Mateus (2008), uma forma de reforçar o isolamento acústico em paredes, é</p><p>através do reforço da divisória de alvenaria com mais um pano em gesso acartonado ou a</p><p>técnica do sanduíche que consiste em dois panos de gesso acartonado no entorno da alve-</p><p>naria que pode conferir um índice de redução ponderado de 40 dB. O aumento da massa</p><p>através dessas técnicas, não garante ganhos significativos de atenuação acústica, é preciso</p><p>realizar o estudo de isolamento sonoro adequado ao ruído que deseja atenuar.</p><p>Para que os ruídos aéreos sejam solucionados, é necessária realizar vedação de</p><p>aberturas e frestas por meio de paredes e esquadrias de melhor qualidade e densidade</p><p>(NUNES, et. al., 2014).</p><p>Sistemas de vedações verticais externas (fachadas)</p><p>O estudo da orientação da volumetria do edifício, a distribuição dos espaços internos,</p><p>diante ao entorno do sistema de fechadas, tem como objetivo atenuar ruídos aéreos de</p><p>tráfego, aviões, trens etc. (PIERRARD; AKKERMAN, 2017).</p><p>Ciência e Engenharia de Materiais: conceitos, fundamentos e aplicação</p><p>36</p><p>As simulações computacionais através de softwares, são capazes de caracterizar os</p><p>tipos de fonte de ruídos e estimar os níveis equivalentes de pressão sonora incidente nas</p><p>fachadas, trazendo resultados confiáveis e completos da propagação de ruídos (PIERRARD;</p><p>AKKERMAN, 2017).</p><p>A ABNT NBR 15575-4, estabelece os limites normativos para ruido aéreo de sistemas</p><p>de vedações externas. Os valores em negrito da tabela 5, são requisitos obrigatórios.</p><p>Tabela 5. Isolamento ao ruído aéreo de sistemas de vedações externas (fachadas).</p><p>Fonte: ProAcustica, 2017.</p><p>Segundo Mateus (2008), a fim de prever o isolamento sonoro global no elemento de</p><p>fachada, deve-se considerar toda área superficial e individualmente os elementos que o</p><p>constitui (portas, janelas etc.).</p><p>Sistemas de coberturas</p><p>Segundo o Manual de Acústica (2017), o sistema de cobertura de uso coletivo, devem</p><p>ter maior isolamento ao ruído de impacto. A casa de máquinas não pode ultrapassar de 37</p><p>dB nos dormitórios. A classificação dos ruídos para ensaios realizados em campo, é definido</p><p>pela tabela 6. Os valores mínimos são normativos obrigatórios da ABNT NBR 15575-5:2013.</p><p>Ciência e Engenharia de Materiais: conceitos, fundamentos e aplicação</p><p>36 37</p><p>Tabela 6. Diferença padronizada de nível ponderado da vedação externa para ensaio de campo.</p><p>Fonte: Guia Brasileiro da Industria da Construção, 2013.</p><p>Esquadrias para edificações - ABNT NBR 10821</p><p>A ABNT NBR 10821:2017 é subdividida em 6 partes e aborda aspectos a serem se-</p><p>guidos na instalação, manutenção e ensaios, além de apresentar requisitos mínimos de</p><p>desempenho a ser alcançado. As esquadrias devem seguir a normatização de cada material,</p><p>dessa forma a NBR traz sua classificação para esquadrias de alumínio, aço, PVC, madeira</p><p>e fechamentos com vidro (ABNT NBR 10821-2, 2017).</p><p>A esquadria é um conjunto de perfis que são definidas de acordo com sua finalidade,</p><p>utilização, função e seu movimento. São subdivididas por tipologias de acordo com aplicabi-</p><p>lidade em janelas, portas, esquadrias para claraboia, cobertura, marquises e fachada cortina</p><p>(ABNT NBR 10821-1, 2017).</p><p>Segundo a NBR 10821-2 o tipo de movimentação, determina qual modelo será a</p><p>esquadria mais adequada: de folha fixa, de giro vertical, projetante, de tombar, pivotante,</p><p>basculante, de correr, guilhotina, projetante-deslizante(maxim-ar), esquadria sanfona (ca-</p><p>marão), integrada, reversível e especiais.</p><p>De acordo com número de pavimentos e altura da edificação a NBR 10821-2, pontua</p><p>que as esquadrias instaladas na posição vertical em edifícios residencial ou comercial, são</p><p>catalogadas em 5 classes e cada pavimento representa 3m de altura:</p><p>a) até dois pavimentos;</p><p>b) até cinco pavimentos;</p><p>c) até dez pavimentos;</p><p>d) até vinte pavimentos;</p><p>Ciência e Engenharia de Materiais: conceitos, fundamentos e aplicação</p><p>38</p><p>e) até trinta pavimentos;</p><p>Segundo a NBR 10821-4, a avaliação do desempenho acústico das esquadrias é</p><p>obrigatória. Os níveis de desempenho estão indicados na tabela 7, esses resultados foram</p><p>obtidos nos ensaios de isolamento das esquadrias e indicam o nível de eficiência.</p><p>Tabela 7. Diferença padronizada de nível ponderado da vedação externa para ensaio de campo.</p><p>Fonte: ABNT NBR 10821-4, 2017.</p><p>O nível de desempenho acústico e o índice de redução sonora ponderado Rw (C;Ctr)</p><p>(dB) devem ser exigidos pelo usuário do fabricante de acordo com as condições de ruídos</p><p>da edificação (ABNT NBR 10821-4, 2017).</p><p>Medição e avaliação de níveis de pressão sonora em áreas habitadas ABNT NBR</p><p>10151:2019.</p><p>A ABNT NBR 10151:2019 estabelece procedimentos técnicos de medição, limites para</p><p>avaliação sonora interna e externa de acordo com uso e ocupação do solo, visando a saúde</p><p>humano. Tem como objetivo, servir de apoio para elaboração de projetos, planejamento,</p><p>zoneamento e fiscalização do poder público no tocante a poluição sonora.</p><p>Segundo a NBR 10151:2019, para um ambiente interno de uma edificação, é aceitável</p><p>níveis de pressão sonora de acordo com período, se for menor ou igual aos limites estabe-</p><p>lecidos na tabela 8.</p><p>Tabela 8. Limites de níveis de pressão sonora em função dos tipos de áreas habitadas e do período.</p><p>Fonte: ABNT NBR 10151:2019.</p><p>Ciência e Engenharia de Materiais: conceitos, fundamentos e aplicação</p><p>38 39</p><p>Níveis de ruído para conforto acústico - ABNT NBR 10152:2017</p><p>A ABNT 10152:2017 tem como objetivo fixar níveis de ruídos que sejam compatíveis</p><p>com o conforto acústico em cada ambiente. Dessa forma, os níveis são condensados e</p><p>demonstrados na tabela 9.</p><p>Tabela 9. Valores máximos em dB(A) e NC de acordo com o local.</p><p>Fonte: ABNT NBR 10152:2017.</p><p>VIDRO PARA DESEMPENHO ACÚSTICO</p><p>Lei das massas para vidro laminado</p><p>Segundo Westphal (2016), a composição de dois vidros com uma película de polivinil</p><p>butiral (PVB), transforma o vidro num conjunto monolítico. Este conjunto faz as ondas sonoras</p><p>perderem energia mecânica, onde parte dela será amortecida ao encontrar uma película de</p><p>PVB, assim, evitando a propagação da onda. Adicionalmente, quanto mais espesso o vidro,</p><p>maior será o índice de redução ponderado (Rw).</p><p>Segundo Mateus (2008), para obter ganhos significativos relativo a um elemento sim-</p><p>ples, deve- se usar a lei das massas para constituir várias camadas de material denso, que</p><p>resultará em ganhos significativos de isolamento sonoro.</p><p>Ciência e Engenharia de Materiais: conceitos, fundamentos e aplicação</p><p>40</p><p>Segundo Westphal (2016), cada dobra da massa de chapa de vidro, a atenuação</p><p>aumentar cerca de 6 dB. A utilização de materiais mais pesados, alcançará reduções mais</p><p>significativa, como demonstrado no gráfico 1.</p><p>Gráfico 1. Isolamento acústico teórico de materiais homogêneos pela lei da massa.</p><p>Fonte: ABIVIDROS, 2016.</p><p>O vidro possui uma curva de frequência crítica que reduz a eficiência acústica, en-</p><p>tão, ao associar dois vidros de espessuras diferentes, uma curva compensa a outra e</p><p>gera maior eficiência na atenuação da frequência crítica, como demonstrado no gráfico 2</p><p>(WESTPHAL, 2016).</p><p>Gráfico 2. Curva de isolamento acústico real de duas chapas de vidros de diferentes espessuras.</p><p>Fonte: ABIVIDROS, 2020.</p><p>Segundo Westphal (2016), a utilização de vidros laminados com interlayers, garante</p><p>redução extra de 3 dB em relação ao vidro laminado com PVB tradicional, podendo fazer</p><p>incrementações com diferentes espessuras de vidros conjugado ao PVB acústico, que al-</p><p>cançará resultados superiores de redução acústica como demonstrado no gráfico 3.</p><p>Ciência e Engenharia de Materiais: conceitos,</p>