4. Results
4.2 Part II: Comparison of day 0 and 365 networks
O mancal aerostático com restritor cimentício reforçado com nanotubos de carbono (condição experimental C05) foi testado experimentalmente em diferentes pressões de ar (3bar a 6bar). Este restritor não apresentou desempenho satisfatório em nenhuma das
0 50 100 150 200 250 300 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50 52 Capacidad e d e c ar g a (N) Filme de ar (μm) Mancal com restritor cimentício (6bar)
pressões de alimentação do ar, isto é, o escoamento de ar pela pastilha cimentícia não foi suficiente para criar um filme de ar capaz de suportar o peso próprio do mancal. Dessa forma, não foi possível medir a espessura do filme de ar sob o mancal, resultando em capacidade de carga nula. Uma vez que o material não apresentou o coeficiente de permeabilidade adequado para esta aplicação, um desempenho não satisfatório do mancal já era esperado. Ressalta-se que os processos de usinagem e retificação da pastilha cimentícia pode ter afetado os poros superficiais, acarretando em um possível entupimento dos poros, e consequentemente, impedindo o escoamento de fluido.
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CONCLUSÕES
Este trabalho visou a montagem de um sistema de testes de mancais aerostáticos porosos axiais que permitisse a avaliação do desempenho de materiais cimentícios para esta aplicação. O sistema, construído com três unidades de mancais axiais operando sobre uma mesa de precisão de granito e utilizando um sistema de transdução eletropneumática para medição da espessura do filme de ar do mancal, mostrou-se adequado para a realização do teste de capacidade de carga para mancais fabricados com restritores cimentícios.
O compósito de matriz cimentícia reforçado com micropartículas angulares de sílica e compactado com 10 MPa de prensagem uniaxial foi avaliado como o restritor poroso para o sistema de mancais. O teste experimental de capacidade de carga revelou o comportamento promissor deste mancal, mostrando-se ser uma alternativa de baixo custo e de fácil fabricação, em relação aos restritores porosos mais estudados para esta finalidade.
O trabalho também avaliou a fabricação e teste de pastas de cimento Portland de alta resistência inicial (pura ou reforçadas com nanotubos de carbono) que atendam às exigências da aplicação como restritor poroso em mancais aerostáticos axiais. O planejamento de experimentos e análise de variância permitiram a identificação e investigação dos efeitos dos fatores principais e de interações sobre as propriedades investigadas. As conclusões obtidas foram:
O fator principal “superplastificante” apresentou efeito significativo sobre as seguintes variáveis resposta: densidade volumétrica, porosidade aparente, absorção de água, resistência à compressão e módulo de elasticidade dinâmico. Dentre as pastas fabricadas com o aditivo, aquela com 0,6% de superplastificante, exibiu maior densidade volumétrica, maior resistência à compressão, maior módulo de elasticidade dinâmico e menor porosidade aparente.
O fator principal “nanotubos de carbono” apresentou efeito significativo sobre todas as variáveis resposta analisadas. A pasta reforçada com 0,05% de nanotubos de carbono apresentou maior densidade volumétrica, menor porosidade aparente, maior permeabilidade ao oxigênio, maior resistência à compressão e maior módulo de elasticidade dinâmico, sendo, portanto, o material mais indicado para a aplicação pretendida. As pastas reforçadas com 0,1% de nanotubos de carbono, exibiram maior rigidez estática (módulo de elasticidade estático).
A interação entre os fatores “superplastificante e nanotubos de carbono” exibiu efeito significativo sobre as seguintes variáveis resposta: densidade volumétrica, porosidade aparente, absorção de água, permeabilidade ao oxigênio, resistência à compressão e módulo de elasticidade dinâmico. A interação dos fatores mostrou que o superplastificante tem efeito benéfico na dispersão dos nanotubos de carbono. Em baixos teores de nanotubos de carbono, uma pequena quantidade de superplastificante melhora a dispersão das partículas. Em maiores concentrações de nanopartículas, o percentual de aditivo deve ser aumentado. Além disso, as pastas com reforço nanométrico compactadas por vibração, principalmente para as concentrações de superplastificante de 0,6% e 1,0%, exibiram aglomeração de nanotubos de carbono na parte superior das amostras, reduzindo o efeito reforçador dos nanotubos de carbono. As pastas reforçadas, fabricadas com 0,4% de superplastificante apresentaram, portanto, melhor desempenho físico e mecânico.
A porosimetria por intrusão de mércúrio realizada nas pastas com e sem reforço com nanotubos de carbono mostrou uma distribuição uniforme de tamanho de poros, predominantemente abaixo de 1 µm. O aditivo superplastificante promove o refinamento da estrutura de poros, diminuindo o diâmetro característico da rede porosa interconectada.
A análise microestrutural das pastas cimentícias reforçadas com nanotubos de carbono mostrou o refinamento da microestrutura com a adição de superplastificante. Além disso, observou-se que os nanotubos de carbono se distribuem entre as microfissuras do material, revelando o seu efeito reforçador sobre as propriedades mecânicas.
Em relação aos requisitos de porosidade e resistência mecânica, todos as pastas cimentícias (com e sem reforço) estudadas neste trabalho atenderam às exigências do material para utilização em mancais aerostáticos. Entretanto, os materiais não atenderam ao requisito de permeabilidade para uso em restritor de única camada. A pasta reforçada C5, fabricada com 0,05% de nanotubos de carbono dispersos em meio aquoso com a concentração de 0,4% de superplastificante (em relação à massa de cimento Portland), mostrou ser a alternativa mais promissora para a aplicação em mancais porosos. Este material apresentou o maior coeficiente de permeabilidade e a maior resistência mecânica, entre as pastas cimentícias analisadas. Um restritor fabricado com esta pasta cimentícia foi testado no sistema de mancais desenvolvido neste trabalho. Entretanto, o mancal aerostático não apresentou desempenho satisfatório, exibindo capacidade de carga nula. De um modo geral, pode-se concluir que os materiais estudados neste trabalho atendem parcialmente às exigências estruturais para a aplicação em mancais porosos. As pastas de cimento Portland reforçada com nanotubos de carbono apresentam volume de porosabertos e distribuição de tamanho de poros adequados. Entretanto, a permeabilidade dos materiais não é adequada para a aplicação como restritor de uma única camada. Por outro lado, esse material deve ser testado em mancais aerostáticos fabricados com retritor cerâmico de duas camadas, em que a permeabilidade da camada superficial deve ser inferior às demais.