UnB | Pós-Graduação em Ciências Mecânicas - Infraestrutura
O PCMEC estabeleceu uma política articulada e programada para criação e modernização de Laboratórios por meio da captação de recursos associados a projetos de pesquisa aprovados nos Fundos Setoriais da área de Gás-Petróleo e Energia (CT-Petro, CT-ENERG), ligados a Eletronorte, CTEEP, CELG, Petrobrás, FINEP, CNPq e CAPES. Os grupos de pesquisa que integram o programa têm atuado nesta política de captação de recursos e, portanto, dispõem de instalações físicas adequadas e laboratórios muito bem equipados, o que tem garantido a uniformidade e o bom funcionamento das atividades de ensino e pesquisa do programa. Dispõe-se também de uma biblioteca atualizada, de recursos de informática acessíveis para professores e alunos com conexões com a Internet e condições de acesso às fontes de informações multimídias como o Portal-CAPES de periódicos, além de um suporte administrativo adequado. Esses fatores somados geram a infraestrutura essencial para o desenvolvimento das atividades de pesquisa de caráter experimental, teórico e computacional, fundamentais para as áreas de Mecânica dos Fluidos, Mecânica dos Sólidos, Engenharia Térmica, Vibrações Mecânicas e Dinâmica de Sistemas.
Linha de Pesquisa: Fadiga, Fratura e Materiais
O laboratório tem o objetivo de investigar o comportamento em fadiga e à fratura de materiais e componentes mecânicos de interesse da engenharia. O laboratório dispõe de infraestrutura que se equipara à dos melhores institutos de pesquisa do mundo nessa área. Realiza diversos tipos de ensaios mecânicos, incluindo testes de alta complexidade no campo da fadiga (mesmo em cenário mundial) como ensaios envolvendo contato em fios de cabos condutores de energia, fadiga por fretting com múltiplos atuadores e ensaios de fadiga axial-torcional, ambos inclusive em alta temperatura.
2 máquinas axial-torcional MTS 809 com capacidade de 100 kN/1100 N·m
2 máquinas axial MTS 810 com capacidade de 100 kN
1 máquina axial MTS Landmark 370 equipada com célula de carga de 5kN
1 máquina de ensaio de fadiga por fretting com 4 atuadores, capaz de aplicar, de forma independente, uma força fadiga de até 250 kN, uma força tangencial de até 100 kN e uma força normal de até 15 kN
1 máquina de ensaio de fadiga por fretting em fios de cabos condutores com capacidade para aplicar, de forma independente, uma força de fadiga de até 25 kN, uma força tangencial de até 15 kN e uma força normal de até 5 kN
1 máquina com capacidade de 100 kN equipada com dispositivo para ensaio de fadiga em correntes sob flexão fora do plano
Forno modelo 653 para ensaio axial-torcional em alta temperatura (até 1400 °C)
Sistema de aquecimento para ensaios de fadiga por fretting em alta temperatura (até 850 °C)
Competência para realização dos seguintes ensaios
Ensaio de fadiga sob controle de deformação (curva e-N)
Ensaio de fadiga sob controle de tensão (curva S-N)
Ensaio de propagação de trinca por fadiga (curva da/dN x ΔK)
Ensaio de fadiga por fretting
Ensaio em alta temperatura
Este laboratório possui como principal objetivo desenvolver pesquisas na área de fadiga e de caracterização dinâmica de cabos condutores de energia. O laboratório conta com um forte financiamento de empresas do setor de transmissão e distribuição de energia. A infraestrutura do laboratório é composta por três vãos de 60 m, com um sofisticado sistema de controle e monitoramento, que permite a realização de ensaios de fadiga e de auto-amortecimento com alto nível de precisão. Trata-se de laboratório único no hemisfério sul e talvez o mais bem instrumentado no mundo. Capaz de realizar ensaios não apenas em alta temperatura, mas também com os mais diversos tipos de cabos e grampos de suspensão existentes. O trabalho neste laboratório é casado com simulações numéricas de alto nível de complexidade envolvendo o acoplamento cabo-grampo e conduzidas em estações de trabalho de última geração.
Laboratório de Microscopia Eletrônica de Varredura e Confocal Laser
Este laboratório é equipado com um microscópio Eletrônico de Varredura JEOL JSM 6610 com voltagem de aceleração de 30 KV, resolução de 3nm, aumento até 300.000 X com sistema de microanálise de raios-X EDS.
O laboratório possui ainda um microscópio confocal a Laser OLIMPUS LEXT OLS 4000 para geração de imagens 3D e medições micro geométricas. Baseia-se no princípio de que a informação fora de foco poderá ser rejeitada pela presença de orifício de dimensões micrométricas à frente do detector. A microscopia de varredura a laser permite a detecção necessária para a imagem confocal. É possível efetuar a varredura da amostra em vários planos x-y em diferentes alturas. O ordenamento dos planos obtidos permite reconstruir imagens tridimensionais do objeto.
O laboratório de materiais e metalurgia ocupa uma área de aproximadamente 100 m2. É composto de sala de preparação metalográfica, microscópio ótico, durômetro universal, microdurômetro, pêndulo de impacto e fornos de tratamentos térmicos até 1100 °C e de sinterização até 1700 °C, com alto vácuo.
O laboratório possui ainda equipamento para ensaios de microabrasão. O desgaste abrasivo vem sendo estudado por meio de uma máquina de desgaste microabrasivo. Através do contato entre uma esfera que se move em rotação, a suspensão liquida abrasiva e um corpo de prova são geradas calotas esféricas (crateras de desgaste). O contato e o movimento relativo entre esses elementos produzem uma força de atrito tangencial. Com essa configuração, é possível controlar, também, a rotação da esfera de ensaio, a distância de deslizamento entre a esfera e o corpo de prova, a concentração da pasta abrasiva, que é introduzida no contato corpo-de-prova/esfera, e a vazão da mesma. Através da análise destas crateras é possível estimar o comportamento ao desgaste abrasivo de um material em condições reais de serviço.
O objetivo deste laboratório é oferecer suporte a pesquisas relacionadas à transformação, caracterização, tratamento e aplicações de biomassa vegetal para o desenvolvimento de novos materiais e combustíveis. Os materiais provenientes de fontes renováveis podem dar origem a polímeros biodegradáveis, compósitos reforçados com fibras naturais e combustíveis renováveis.
O laboratório conta com dois ambientes: o primeiro, com 15 m2 onde estão alocados os equipamentos de análise instrumental para as caracterizações térmicas e químicas, e o segundo, com 30 m2 comporta todas as atividades relacionadas ao tratamento de biomassa vegetal e preparação dos polímeros, compósitos e biocombustíveis. O laboratório dispõe dos seguintes equipamentos: analisador térmico simultâneo (TGA, DTA e DSC), espectroscópio de infravermelho com transformada de Fourier, cromatógrafo gasoso, mantas de aquecimento, banho ultrassom, banho-maria, pHmetro, placas para casting, centrífuga, rota-evaporador, forno mufla, estufa, vidrarias básicas de laboratório, e algumas peculiares como extrator Sohxlet e viscosímetro.
Linha de Pesquisa: Energia e Ambiente
Laboratório de Máquinas Térmicas e Combustão
Este laboratório dispõe de dois dinamômetros com instrumentação completa para ensaios de motores de até 300 cv. Tradicionalmente trabalha com ensaio de motores operando nos ciclos Otto e Diesel, alimentados com combustível líquido e gasoso (gasolina, óleo diesel, álcool e gás). Atualmente este laboratório está investindo em trabalhos em duas outras frentes, quais sejam, ensaiando motores que são alimentados com gases provenientes de gaseificadores e com biodiesel. Esse laboratório conta também com duas bancadas de micro turbinas a gás para operação com diferentes combustíveis e estudo do processo de combustão. Um dos conjuntos é turbo-compressor, com câmara de combustão equipada com sistema de geração de vorticidade de geometria fixa (swiller). A segunda bancada conta com câmara de combustão transparente do tipo Lean Premixed and Pressurized Combustor. Esta unidade tem um swiller de pás móveis, tal que a intensidade de vorticidade na câmara de combustão pode ser controlada.
O Laboratório de Transferência de Calor dispõe de equipamentos e sensores diversos para realização de pesquisa aplicada e fundamental em transferência de calor, tais como sistemas de aquisição de dados de temperatura e pressão, uma câmera térmica, banhos térmicos, calorímetros, fontes reguláveis de tensão e corrente, conjuntos diversos de sensores de pressão e temperatura, medidores de vazão em líquidos e gases, vidrarias diversas entre outros. Neste laboratório são desenvolvidos experimentos em convecção natural, convecção mista, e acumulação térmica em BioPCM's. Além disso, sua estrutura dá suporte a outras instalações do LEA, como a montagem de sondas de anemometria de fio quente.
Plataforma de Ensaio de Modelos de Dispositivos Hidrocinéticos (Túnel de Vento)
O Laboratório LEA conta com a plataforma de ensaios experimentais de túnel de vento para realizar pesquisas sobre modelos de turbinas livres de eixo horizontal, isoladas ou em conjunto, e suportando outros experimentos como os de convecção mista e forçada. A seção de testes tem dimensões de 1,2 m de altura, 1,2 m de largura e 2 m de comprimento. O ventilador está situado na saída do túnel e é acionado por um motor elétrico modelo de 10 HP, aspirando o ar desde a entrada do túnel até a saída, com velocidade é controlada por meio de inversor de 10A 3CV. O fator de redução da área do bocal para a secção de testes é de 3,4:1,2. A velocidade do fluxo ar no interior do túnel pode variar entre 0 e 20 m/s. A intensidade de turbulência está em volta de 1% e a camada limite no interior da seção de testes, onde a turbina é posicionada, é de 8 x10-3 m. O túnel conta com instrumentação e recursos de pitometria para aferir a velocidade média de referência do escoamento, um sistema de deslocador de sonda tridimensional e programável, anemometria para a medição de velocidade instantânea, um sistema de visualização de escoamento com câmeras de alta velocidade de captura associadas a um gerador de partículas e dinamômetros nos modelos de turbina com acionamento automático.
O Laboratório visa estabelecer relações entre o recurso solar e as tecnologias de conversão disponíveis, através de medições do recurso solar, protótipos experimentais e modelagem de sistema de conversão.
O Laboratório conta com uma estação solarimétrica completa instalada no Bloco G da Faculdade de Tecnologia com medição independente das três componentes da irradiância solar, a saber, irradiância global horizontal, irradiância direta normal e irradiância difusa. Trata-se de uma estação com instrumentação da empresa Kipp & Zonnen, dotada de um rastreador solar SOLYS 2, com sombreamento por esfera. Dois piranômetros modelo Kipp & Zonnen CMP6 (classe B ISO-9060) estão instalados, um para medição de irradiância global e outro para irradiância difusa. Um pireliômetro modelo Kipp & Zonnen CHP1 (classe B ISO-9060) para medição de irradiância direta normal. Os dados são coletados através de um datalogger Campbell Scientific CR1000 conectado diretamente a um computador onde os dados são armazenados. Além da estação solarimétrica, existe uma estação meteorológica completa para aquisição de dados ambientais auxiliares para determinação do recurso solar disponível. Adicionalmente, uma câmera de imagens do céu está instalada para capturar a presença de nuvens, a sua formação e movimentação para estudos de previsão solar de curta duração.
Além de componente de medição de recursos, protótipos de sistemas de aproveitamento de energia solar são elaborados com o intuito de validação de modelos de simulação numérica também desenvolvidos no Laboratório.
Plataforma Medição de Fluxos Biosfera – Atmosfera
A plataforma de medição de fluxos entre biosfera e atmosfera está instalada na Fazenda Água Limpa (FAL) da Universidade de Brasília, localizada Núcleo Rural Vargem Bonita no Distrito Federal. A plataforma é constituída por duas torres de fluxo, uma em Cerrado nativo e outra em uma plantação de Eucalipto cultivada especificamente para o propósito. As torres de fluxos são dotadas de sistemas de medição de fluxo de calor sensível e latente (evapotranspiração) e fluxo de dióxido de carbono pelo método de correlação de vórtices. Os instrumentos principais, na sua maioria da marca Campbell Scientific, do sistema são um anemômetro sônico tridimensional e um analisador de gases de resposta rápida para medição de concentração de CO2 e vapor d´água. Além desses instrumentos, medições auxiliares são realizadas, a saber, temperatura e umidade relativa do ar, trocas de radiação líquida (radiação solar e térmica) entre vegetação e atmosfera, fluxo de calor para o solo, perfil de umidade e temperatura do solo. As medições são replicadas em ambas as torres. As medidas têm por objetivo promover o melhor entendimento das dinâmicas das trocas de massa e energia entre a vegetação e a atmosfera e assim estabelecer possíveis consequências meteorológicas/climatológicas de alterações do uso da terra com o deslocamento de vegetação nativa por substituição por outras culturas, sejam elas para geração de energia ou para produção de alimentos. Esses estudos podem subsidiar a elaboração de políticas públicas que permitam o aproveitamento da terra com menor impacto ambiental.
O laboratório de computação cientifica é voltado para realizar pesquisas sobre a Dinâmica dos Fluidos Computacional, conhecida como CFD (abreviação de Computational Fluid Dynamics), em turbinas eólicas e hidrocinéticas. Esse conjunto de metodologias numéricas permitem ao computador resolver as equações governantes do problema e fornecer uma simulação computacional em relação aos escoamentos de fluidos. Os computadores presentes no laboratório são divididos de duas formas computadores regulares, suficiente apenas para escrita de projetos e simulação de casos simplificados, e estações de cálculo para realizar os cálculos e simulações mais complexos de turbinas. As plataformas para a realização de cálculos mais pesados denominadas como estações de trabalho (WorkStation) são configuradas cada um com dois CPU's Intel Xeon totalizando 24 unidades de processamento, 64 GB de memoria RAM e 16 TB de disco rígido.
Linha de Pesquisa: Dinâmica de Sistemas Mecânicos
O Laboratório de Vibrações, constituído em 1982, destina-se às atividades de ensino, pesquisa e extensão. Passou por uma recente modernização e readequação do espaço físico com recursos do INCT de Estruturas Inteligentes em Engenharia entre 2009 e 2016 e vendo sendo constantemente atualizado com recursos oriundos principalmente do CNPq, FAP-DF, FINEP e Petrobrás.
O Laboratório conta com um espaço de estações de trabalho para alunos de graduação e pós-graduação com uma rede interna de desktops e estações flutuantes. Ademais, o Laboratório de Vibrações possui um conjunto variado de acelerômetros de propósito geral e específicos, mini acelerômetros PCB e sensores laser de posição Baumer e vibrômetro doppler laser Polytec PDV-100 e microfones B&K. Também possui martelos de impacto modal com diferentes sensibilidade, um mini martelo para estruturas leves além de shakers LDS, B&K e Tira de grande, médio e pequeno porte. Também estão disponíveis um grande número de sistemas de aquisição NI com entradas e saída, software de tratamento de sinais e análise modal operacional, amplificadores e um forno metalúrgico para tratamento de ligas de memória de forma. Ao longo dos últimos anos, a infraestrutura disponível no Laboratório de Vibrações tem viabilizado o ensaio de vibrações, análise modal e caracterização de ondas mecânicas de estruturas leves feitas de materiais compósitos, metamateriais e cristais fonônicos produzidos a partir de manufatura aditiva e materiais inteligentes, caracterização de absorvedores mecânicos de vibração em regime elástico e pseudoelástico, produzidos a partir de ligas de memória de forma, ensaios para caracterização de colheita de energia em estruturas inteligentes. Os temas estudados experimentalmente no Laboratório de Vibrações têm aplicações principalmente na indústria de produção e transmissão de energia elétrica, óleo e gás e aeroespacial. A equipe do Laboratório de Vibrações tem produzido resultados cientificamente relevantes com o intuito de fomentar a produção de soluções inovadoras na indústria e sociedade.
Linha de Pesquisa: Mecânica dos Fluidos de Escoamentos Complexos
Laboratório de Microhidrodinâmica e Reologia – LMR
Equipado com um Reômetro acoplado a célula magnética e Microscopia com câmera CCD – MCR 301 Anton Paar, com um Tensiômetro TVT2 do tipo gota-pendente, densímetro de para amostras de 2ml, microscópio ótico de última geração com visualização e análise de imagem, laboratório de preparação de amostras com estufas, balanças de precisão, misturadores entre outros acessórios como gaussmeter, vidrarias, pipetas micrométricas. O reômetro MCR 301 apresenta uma série de funções para uma precisa caracterização reológica de ampla gama de fluidos complexos, variando desde fluidos não-newtonianos viscosos sem memória a materiais com propriedades viscoelásticas. O Laboratório desenvolve pesquisas na área de caracterização de fluidos complexos (i.e. suspensões ativas e passivas, fluidos magnéticos, emulsões) tanto no nível microestrutural como reológico. Os sistemas ensaiados são em geral fluidos particulados cujas partículas dispersas no fluido podem ser: esferas rígidas, gotas, bolhas, cápsulas flexíveis, o que confere ao fluido um comportamento não linear quando sujeito a escoamentos como cisalhamento simples ou parabólico. O LMR contribui com a formação de recursos humanos tanto em nível de graduação (i.e. iniciação científica, projetos finais, experimentos da disciplina Mecânica dos Fluidos 2) como em nível de pós-graduação (mestrado e doutorado). Em adição, o LMR atende demandas científicas e alunos de pós-graduação de outros Departamentos da Universidade de Brasília como a Farmácia, Química, Biologia e Física.