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Type: Tese de Doutorado
Title: Mancais aerostáticos porosos fabricados em compósito cimentício reforçado com nanotubos de carbono
Authors: Leandro José da Silva
First Advisor: Juan Carlos Campos Rubio
First Co-advisor: Tulio Hallak Panzera
First Referee: Alexandre Mendes Abrao
Second Referee: Marcelo Araujo Camara
Third Referee: Conrado de Souza Rodrigues
metadata.dc.contributor.referee4: Wander Luiz Vasconcelos
metadata.dc.contributor.referee5: Kurt Strecker
Abstract: Os mancais aerostáticos são aqueles em que um filme fino de ar (gás) a alta pressão é utilizado para reduzir o contato direto entre duas superfícies com movimento relativo. A utilização de um material poroso como restritor de ar em mancais aerostáticos promove uma pressão de ar distribuída uniformemente em toda a superfície. A principal dificuldade no desenvolvimento de materiais porosos para tal finalidade está na adequada resistência e permeabilidade permitindo suportar elevada pressão de ar e escoamento do fluido. Os materiais porosos mais estudados para esta finalidade consistem em cerâmicas sinterizadas avançadas. O objetivo deste trabalho é desenvolver uma bancada de testes para mancais aerostáticos porosos axiais que permita a avaliação do desempenho de materiais cimentícios como restritores de fluxo nestes mancais. Os testes de capacidade de carga do mancal com restritor cimentício reforçado com micropartículas angulares de sílica revelaram um comportamento operacional aceitável do mancal, além deste se tratar de um material de baixíssimo custo e de fácil fabricação em comparação às cerâmicas comumente utilizadas para o mesmo fim. Pastas de cimento Portland reforçadas com nanotubos de carbono foram também desenvolvidas neste trabalho e avaliadas como restritor poroso para mancais aerostáticos axiais. Um planejamento fatorial completo de experimentos e análise de variância foram utilizados na identificação dos efeitos da adição de superplastificante e da adição de nanotubos de carbono nas propriedades físico-mecânicas do material. A interação entre os fatores superplastificante e nanotubos de carbono exibiu efeito significativo sobre as variáreis respostas analisadas, exceto sobre o módulo de elasticidade estático. O aditivo superplastificante mostrou efeito benéfico na dispersão de nanotubos de carbono na matriz cimentícia. Os nanotubos de carbono promoveram aumento significativo na densidade volumétrica, resistência à compressão, módulo de elasticidade e permeabilidade ao axigênio da pasta cimentícia, ao passo que diminuiu sua porosidade aparente. Dentre as composições analisadas, a pasta cimentícia fabricada com 0,05% em peso de nanotubos de carbono e 0,4% em peso de superplastificante foi testada como restritor de ar no mancal aerostático axial desenvolvido neste trabalho. Entretanto, o material não apresentou permeabilidade adequada para mancais porosos de camada única e o ensaio experimental revelou, consequentemente, capacidade de carga nula do mancal com este restritor. Por outro lado, os materiais estudados neste trabalho são promissores para aplicação em mancais porosos de dupla camada.
Abstract: The aerostatic bearings are those in which a thin film of air (gas) at high pressure is used to reduce (or eliminate) the direct contact between two surfaces in relative motion. The use of a porous material for the aerostatic bearing restrictor promotes an uniform air pressure distribution under the bearing surface. The main difficulty in the development of porous materials for this purpose is achieving proper mechanical strength and permeability, in order to make the bearing withstands high pressure air and fluid flow, respectively. This work aims to develop a test bench of aerostatic thrust bearings in order to evaluate the behaviour of cementitiuos materials as porous restrictors for this kind of bearings. The loading capacity tests of the bearing made with cementitious restrictor reinforced with silica microparticles showed an aceptable operational behaviour, besides being a low cost and easy-to-manufacture material, mainly when compared to the advanced sintered ceramics commonly used for the same purpose. Cementitious pastes reinforced with carbon nanotubes were also developed and evaluated as porous restrictors for axial aerostatic bearings. A full factorial design of experiments was used to identify the main and interaction effects of the experimental factors, such as "Superplasticiser" and "Carbon Nanotubes" inclusions on the investigated properties. The interaction between the factors "superplasticizer and carbon nanotubes" significantly affected all responses, except for the static modulus of elasticity. The superplasticizer showed a positive effect for the dispersion of carbon nanotubes in cementitious matrix. The carbon nanotubes promoted significant increasing in bulk density, compression strength, modulus of elasticity and oxygen permeability of the cementitious pastes, as a reducing for the apparent porosity, at the same time. The cementitious pastes made with 0.05%wt of carbon nanotubes and 0.4%wt of superplasticizer revealed promising physical and mechanical properties for such application, being tested as a bearing air restrictor. The cementitious material did not present acceptable permeability for the application as a single layer restrictor, however the material can be considered as a promising alternative for porous thrust bearing made with two or more layers.
Subject: Mancais
Nanotubos de carbono
Engenharia de produção
language: Português
Publisher: Universidade Federal de Minas Gerais
Publisher Initials: UFMG
Rights: Acesso Aberto
URI: http://hdl.handle.net/1843/BUBD-A3QPE7
Issue Date: 28-Mar-2015
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