Além do 10º Seminário de Forjamento, o II Congresso de Conformação Metálica, também sediou os eventos: 5º Seminário Tecnologia de Estampagem, sob a coordenação técnica de João Henrique Correa de Souza; o 2º Seminário de Soldagem com a coordenação técnica de José Castillo Lara e o 2º Encontro Especialistas de Elementos de Fixação (Fastening) sob a coordenação técnica de Roberto Garcia.

O Seminário Forjamento foi criado em 2013 ano em que foi realizado no Hotel Plaza Vinhedo, localizado em Vinhedo, interior de São Paulo. E foi realizado nestes 10 anos em diferentes localidades e instalações, como fábricas, caso da Eaton Valinhos e Prensas Schuler; instituições de ensino como FEI e agora na FSA; instituições de pesquisa, caso do IPT; e também on-line durante os anos de pandemia.

Como já vem acontecendo há alguns anos, o evento teve a coordenação técnica do Prof. Dr. Mauro Moraes de Souza do Centro Universitário FEI. Mauro Moraes, como um dos Key Speakers do Congresso, apresentou na abertura do evento a palestra: Alinhamento de Expectativas para o Congresso, Reflexões Sobre o Setor Produtivo e os Caminhos para Sustentabilidade na Conformação Metálica.

Roberto Garcia – Coordenador Técnico Encontro Fastening, Sergio Milatias – Revista do Parafuso

Palestrantes e funcionários da EATON Valinhos e Udo Fiorini

Após a sequencia de palestras da abertura, já na sala específica do Seminário do Forjamento, foram apresentadas nos dois dias do evento as seguintes palestras:

Alisson Duarte, 6Pro Virtual And Practical Process – Como o QForm UK Contribui para a Eficiência da Indústria do Forjamento

Tiago Chalinski, Viemar Indústria Automotiva – Forjamento a Frio em Aços Tratados Térmicamente

Jose Santaella Redorat Jr., Santec Tecnologia em Soldagem – Aumento de Vida de Matrizes com Soldagem

Ana Paola Villalva Braga, IPT – R$ 15 Milhões para Pesquisa em Matrizes de Forjamento – Conheça o Novo Edital da Linha IV do Rota 2030

Leandro Pasti, Rodolfo Fonseca, Inductotherm Group Brasil – Flexibilidade em Sistemas de Aquecimento por Indução para Conformação de Metais

Guilherme Goulart, MAXIFORJA – Estratégias para Parametrização de Processo de Forjamento Completo em Simulação Numérica – Caso Prático

Oswaldo Ravanini, Transvalor Americas – O Uso da Otimização Automática na Simulação de Conformação com o FORGE NxT 4.0

André Rosiak, UFRGS – Conformação 4.0: A Revolução da Indústria Metalmecânica Através da Inteligência Artificial

Felipe Oliveira, Huender Trajano, Metalúrgica Onix – Aumento da Vida Útil de Matrizes de Forjamento a Quente com o Auxílio do QForm UK

Mário Teixeira Neto, EATON Valinhos – Manutenção Centrada em Confiabilidade (RCM) em Forjaria

Jaderson Melo, EATON Valinhos – Tecnologias Disruptivas em Ambiente de Forjaria

Alliston Oliveira Souza, Matheus Alencar Benevides – CIE Forjas Minas – A Importância da Análise de Elementos Finitos como Ferramenta no Desenvolvimento de Novos Produtos

Udo Fiorini, Oswaldo Ravanini, Don Pham – Transvalor Americas

Leandro da Silva, Udo Fiorini e Alessandro Evers – Metalúrgica Schwarz

Udo Fiorini, Alisson Duarte, Ricardo Viana – SIXPRO

Stand AutoForm

Durante a realização do seminário, a Diretora Geral e filha do Presidente Fundador da VIEMAR Indústria Automotiva, Juliana Toniolo Vieira Salis entregou ao palestrante Tiago Nunes Chalinski, Coordenador da Engenharia de Corte e Conformação da empresa, uma placa de homenagem por representar a empresa no evento.

Udo Fiorini, Tiago Chalinski, Juliana Toniolo Vieira Salis, Mauro Moraes de Souza

A empresa Metaltork, uma das patrocinadoras Ouro do Congresso e participante com palestras Key Speaker e no Seminário Fastening, ofereceu a inscritos no evento a possibilidade de visita técnica às suas instalações. A visita foi realizada no dia 22 de junho, portanto no dia posterior ao final do Congresso. A Metaltork, fabricante de elementos de fixação, possibilitou visita aos seus departamentos de conformação, tratamento térmico, usinagem, entre outros setores.

Grupo participante da visita técnica à Metaltork

Finalizando o Congresso, Mauro Moraes apresentou a palestra Reflexões Finais sobre o 2º Congresso de Conformação Metálica – Aprendizados, Highlights, Contribuições para o Ambiente Brasileiro de Conformação.

O próximo Congresso de Conformação Metálica, que passa a se chamar 3º CCM – Congresso de Conformação Metálica, está previsto para acontecer em 18 e 19 de Junho de 2024 em local a ser divulgado nos próximos meses.

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Linhas de montagem ou células de montagem há muito tempo moldam a ordem clara na fábrica. Mas no mundo digitalizado, as plantas de produção são organizadas de maneira muito mais complexa – e por isso regras claras são necessárias. A interoperabilidade, ou seja, a cooperação contínua de todas as máquinas e sistemas, é necessária para projetar ecossistemas complexos e organizados descentralmente. Padrões permitem a criação de redes e simplificam a comunicação entre os limites da empresa e do setor. E assim como as pessoas concordaram com o inglês como idioma mundial com gramática e vocabulário para simplificar a comunicação, a comunicação máquina a máquina também deve estar sujeita a uma gramática e vocabulário uniforme e padronizada.

Diretrizes da VDMA auxiliam o OPC UA na prática

“A VDMA (Verband Deutscher Maschinen- und Anlagenbau – Associação Alemã de Fabricação de Máquinas e Instalações Industriais) reconheceu desde o início que a definição de uma linguagem global para engenharia de máquinas e instalações é decisiva para o futuro”, diz Hartmut Rauen, vice-gerente geral da VDMA. ”O setor de máquinas e instalações concordou com o padrão de comunicação OPC UA.”

O OPC UA é um padrão de interface IoT aberto para a produção digital de amanhã. Isso permite uma comunicação escalável, independente do sistema e segura desde o chão de fábrica até a nuvem. O OPC UA define a gramática do idioma mundial de máquinas e instalações.

Em conjunto com o Fraunhofer – Anwendungszentrum Industrial Automation (IOSB-INA), a VDMA desenvolveu a diretriz “Comunicação da Indústria 4.0 com o OPC UA”. Como ferramenta prática, mostra medidas muito específicas que ajudam as empresas a introduzir com sucesso a comunicação da Indústria 4.0 em seus próprios processos de produção.

As Especificações Complementares do OPC UA definem a estrutura

Com o estabelecimento do OPC UA, foi alcançado um primeiro passo em direção à produção digital em rede e interoperável. No entanto, o OPC UA “apenas” define a gramática do idioma para a comunicação máquina a máquina. Agora o vocabulário deve ser definido. O trabalho principal da VDMA no mundo OPC-UA é padronizar o vocabulário da descrição funcional dos mundos das máquinas. Esses padrões são chamados de Especificações Complementares do OPC UA no jargão técnico, que a VDMA desenvolve junto com mais de 400 empresas de todo o mundo. A abertura da abordagem – código aberto – oferece a todas as empresas interessadas a oportunidade de participar. Com o site opcua.vdma.org, a VDMA fornece uma visão geral de suas atividades de padronização. Aqui você também encontrará as Especificações Complementares do OPC UA que já foram concluídas e estão sendo elaboradas – combinadas em um banco de dados

O desenvolvimento desses padrões é uma meta ambiciosa – e para a qual a VDMA desempenha um papel crucial. “Atualmente, estamos definindo o idioma mundial da produção”, diz Andreas Faath, gerente de projetos da VDMA para comunicação de máquinas.

Juntamente com uma pequena equipe de especialistas, Faath está trabalhando no desenvolvimento de padrões OPC UA para tipos de máquinas individuais, sobre como eles podem “conversar” entre si.

Eles garantem que duas máquinas que estão em rede trocam as informações indispensáveis de maneira uniforme: Que tipo de máquina é essa? Quem é o fabricante? Quais configurações de dispositivo existem? E quais dados do processo precisam ser trocados? Essa comunicação pode não apenas ocorrer horizontalmente entre as máquinas, mas também verticalmente, ou seja, com sistemas de nível superior ou com um sistema até a nuvem. “Esta é a única maneira de tornar possível o plugue e o trabalho na fábrica”, explica Faath. “Criamos o controle remoto universal, por assim dizer – e isso funciona teoricamente para todos os tipos de máquinas.” No entanto, o desenvolvimento de um padrão desse tipo, que deve ser estabelecido em todo o mundo, leva tempo: cerca de 2 anos para ser desenvolvido.

Porém OPC UA não é apenas sobre interfaces entre duas máquinas, mas também sobre cadeias de processo inteiras. Nas operações do dia-a-dia, não se trata apenas de desenvolver a comunicação, por exemplo, entre duas máquinas de moldagem por injeção, mas também de conectá-la aos sistemas de robôs, por exemplo. Portanto, é crucial que as indústrias de máquinas trabalhem juntas de maneira abrangente. O vocabulário específico do setor deve se encaixar e ser coordenado.

VDMA é um participante chave

Os especialistas concordam que a VDMA é a única organização atualmente capaz de criar esses padrões importantes. 3200 empresas membros da VDMA com subsidiárias e empresas parceiras em todo o mundo não apenas trazem conhecimento para o processo em uma extensão que não está disponível em nenhum outro lugar. Ao mesmo tempo, o processo de desenvolvimento ocorre na plataforma neutra VDMA – portanto, não há suspeita de que empresas individuais possam afirmar seus interesses particulares. A VDMA, portanto, estabelece as bases para o Plug & Produce, a base para o desenvolvimento mais fácil e rápido de modelos de negócios baseados em dados relacionados à produção em rede inteligente.

As associações comerciais da VDMA estão, portanto, trabalhando com um nível de comprometimento correspondentemente alto. Atualmente, a VDMA está coordenando as atividades de cerca de 30 grupos de trabalho que definem uma linguagem comum entre indústrias entre máquinas e sistemas. As especificações complementares do OPC UA já foram publicadas para alguns tipos de máquinas, incluindo máquinas-ferramenta, máquinas de moldagem por injeção, sistemas para processamento de imagens industriais e robôs. Mais de 20 outras normas estão em andamento, por exemplo, para máquinas de fundição, máquinas para trabalhar madeira ou acionamentos elétricos. Está planejada a criação de cerca de 15 novos grupos de trabalho do OPC UA a cada ano. “A massa crítica de empresas que estão na retaguarda do OPC UA já foi ultrapassada, o OPC UA serve de base para a fábrica do futuro”, diz Andreas Faath

Fonte: VDMA

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Mazak abre no Japão museu dedicado a máquinas-ferramenta

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Não é novidade para os nossos leitores que estamos vivendo a era do conhecimento, da informação e dos dados. Existem diversos especialistas que mostram que neste século nós vamos experimentar 20.000 anos de progresso no ritmo e velocidade que a inovação está acontecendo. A aceleração do conhecimento já é em escala exponencial e com uma taxa nunca vista pela humanidade, isso ocorre em todos os setores da sociedade.

Grande parte desta explosão vem da conectividade. Estima-se que no ano de 2025 (isso mesmo, daqui menos de 5 anos) teremos cerca de 100 bilhões de dispositivos conectados, cada um com dezenas de sensores coletando dados em tempo real. São os dispositivos “smart”, como eletrodomésticos, itens de vestuário, relógios, smarphones, veículos, máquinas na linha de produção etc., todos gerando dados em tempo real. Com mais dados, naturalmente vem mais complexidade. Como lidar com esta enorme quantidade de dados e com a complexidade envolvida nesta informação?

Alguns dizem que a resposta é limitar ou tentar gerenciar essa complexidade. Particularmente, não creio que consigamos gerenciar essa complexidade e quem tentar limitar a sua geração, seguramente não estará mais no mercado em alguns anos. Não é possível limitá-la.

A inteligência artificial é, sem dúvidas, uma das respostas mais consistentes para esta pergunta. Estima-se que por volta de 2029 os computadores vão atingir o nível de inteligência dos seres humanos. E indo mais além, em 2042 vamos atingir a chamada Singularidade, ou seja, o evento ou sequência de eventos responsáveis pela intersecção entre a inteligência humana e da máquina. É essa união entre a inteligência humana e a inteligência artificial evoluída que permitirá que possamos lidar com a enorme quantidade de dados e informação, gerando conhecimento verdadeiro e útil para a sociedade.

Estima-se que no ano de 2025 (isso mesmo, daqui menos de 5 anos) teremos cerca de 100 bilhões de dispositivos conectados, cada um com dezenas de sensores coletando dados em tempo real.

Algumas das tecnologias necessárias para a evolução da inteligência artificial já são nossas conhecidas de hoje, tais como internet 5G, computação quântica, biologia sintética, entre outras.

Enfatiza Regis, “O segredo aqui é atingir um alto nível de maturidade da inteligência artificial e as grandes nações do mundo já perceberam isso. O que estamos vivenciando atualmente é a chamada nova “Corrida do Ouro” ou “Nova Corrida Espacial”.

Essa corrida já começou há alguns anos e os dois líderes atuais são Estados Unidos e China. Estima-se que atualmente existem aproximadamente 1,9 milhões de profissionais trabalhando com desenvolvimento de Inteligência Artificial no mundo. Aproximadamente 850.000 estão nos Estados Unidos e outros 100.000 na China. Somente a DARPA (Departamento de Defesa dos Estudos Unidos) anunciou recentemente investimentos da ordem de US$ 2 bilhões para desenvolver a próxima geração de inteligência artificial. Esta iniciativa é chamada de “AI Next.” Sem dúvida que este tema já é e será uma grande fonte de empregos e oportunidades no mundo, não somente para as grandes corporações, mas também para os profissionais, start-ups e pesquisadores.

E o Brasil? Como sempre estamos um pouco (ou bastante) atrás nesta corrida. Há apenas alguns anos atrás, o Ministério da Indústria, Comércio e Serviços brasileiro criou as diretrizes macro para a inserção do nosso país na chamada Indústria 4.0. Um portal foi criado pelo Ministério (http://www.industria40.gov.br/), pelo qual pode se perceber quais são os 5 temas apontados como os de maiores relevâncias. São eles: Manufatura Aditiva, Inteligência Artificial, Internet das Coisas, Biologia Sintética e Sistemas Ciber-físicos. Mesmo citando abertamente a Inteligência Artificial como sendo um dos temas importantes, percebe-se que o país ainda tem problemas mais complexos para atacar antes, como redução de custos de produção, aumento da produtividade etc.

De qualquer forma, percebemos somente algumas ações isoladas de start-ups e universidades brasileiras com foco em desenvolver inteligência artificial. Softwares de veículos autônomos estão sendo desenvolvidos por grandes Universidades, como USP, UFES, Unicamp etc. O fato é que ainda estamos muito tímidos no tema que definirá os novos líderes mundiais na tecnologia mais inovadora das próximas décadas, e por isso convido-os para esta nova era espacial. Muito obrigado e até próxima coluna de IH.

Autor: Marco A. Colosio

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“A demanda por máquinas-ferramenta foi decepcionante no ano passado”, comenta o Dr. Wilfried Schäfer, diretor executivo da VDW, a Associação Alemã de Fabricantes de Máquinas-Ferramenta.

Sofrendo com um queda de mais de um quinto, significando uma diminuição nos pedidos em fabricação, e as capacidades estão ficaram com menos de 82% de utilização. Mesmo com o número final mais favorável em dezembro, que mostrou um acréscimo de 2%, não pode mudar essa avaliação.

“Foi predominantemente a zona não pertencente ao euro, que registrou um acréscimo de 23%”, diz o Dr. Schäfer. Isso, deve ser atribuído principalmente aos negócios de projetos na Ásia e na Europa Oriental, e não deve ser interpretado como um sinal para uma recuperação iminente.

O declínio nas encomendas estão ocorrendo com severidade semelhante em todos os mercados. Os conflitos comerciais motivados estrategicamente por causas política e a reestruturação do setor industrial devido as metas climatológicas, são indicações do complicado problema da fraqueza cíclica da demanda e dos que ainda não foram resolvidos.

“Para 2020, a VDW está prevendo um declínio de 18% na produção, e não estamos prevendo nenhuma recuperação rápida”, diz o Dr. Schäfer.

Em vez disso, a indústria de máquinas-ferramenta espera que as encomendas cheguem a fundo até um certo ponto durante o curso do ano, embora isso presumivelmente não seja suficiente para uma recuperação. Consequentemente, a produção será lenta na recuperação.

Pano de fundo
A indústria alemã de máquinas-ferramenta está entre os cinco maiores grupos de especialistas no setor de engenharia mecânica. Ela fornece tecnologia de produção para aplicações de metalworking em todos os ramos da indústria e faz uma contribuição crucial para a inovação e o aumento da produtividade no setor industrial como um todo. Devido ao seu papel absolutamente essencial para a produção industrial, seu desenvolvimento é um importante indicador do dinamismo econômico do setor industrial. Em 2019, com uma média de 73.700 funcionários (empresas com mais de 50 funcionários), o setor produziu máquinas e serviços no valor de 16,9 bilhões de euros.

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Inicio esta discussão dizendo que este tipo de produto já passou da época de adolescência, mas ainda desperta muito interesse para P&D, principalmente no Brasil, que tem exigido mais desempenho de seus veículos nos quesitos de segurança veicular. Mesmo tendo notado que as montadoras estão aplicando este tipo de peça já em escala crescente, ainda fica uma dúvida quanto ao custo do processo, aço e produto para realidade de nossos veículos.

A busca por reduções de custo coloca em cheque esta tecnologia que tem permeado os fóruns de discussões técnicas, isto é, a forma mais fácil de se atingir melhores índices em condições de crash ainda é pela utilização de produtos PHS, por isto o aumento de custo no veículo é inevitável.

Trazendo dois pontos de discussão para esta coluna, inicio pensando na falta de conhecimento de detalhes metalúrgicos do produto, como a possibilidade real de problemas de qualidade na estampagem até a montagem em veículo e em segundo, a busca contínua de redução custo para esta tecnologia, seja alterando ou eliminando revestimentos protetivos ou mudanças de processos com rotas de aquecimento e ou estampagem mais baratas.

Dando detalhes técnicos ao tema, para evitar problemas de corrosão nestes produtos durante aquecimento e em uso no veículo é utilizado o revestimento protetivo de AlSi, sendo o mais comum e patenteado pela ArcelorMittal [1], e por isto tem abastecido o mercado automotivo global, outros revestimentos têm sido experimentados como uma fonte alternativa, mas com pouco sucesso por apresentarem enormes barreiras técnicas, como por exemplo: a fragilização da superfície do aço durante processo de aquecimento do blank e outras questões comerciais, como as batalhas jurídicas incessantes para quebrar a barreira de patentes da ArcelorMittal, que diga-se de passagem, para cada região global tem uma interpretação do tema e aqui no Brasil é um ponto de muita controvérsia. Enquanto esta situação jurídica ocorre, estudos acadêmicos e industriais têm avançados para aplicação do revestimento ZnFe como substituto do AlSi; porém, alterando o processo de aquecimento do blank para o tipo de efeito Joule, diferente do tradicional ocorrido em fornos.

Esta é uma discussão interessante, porque na última década, a proposta de usar o revestimento ZnFe e ou zinco puro foi evitado no mundo pela comprovação de não funcionar, mas estudos brasileiros inovativos mostraram que, quando o aquecimento do aço é super rápido, como por exemplo os aquecidos pelo efeito joule, não existe tempo suficiente para fragilização do aço. Esta é ainda uma proposta que exige mais estudos para validar este novo universo de PHS, sendo estes a homogeneidade de aquecimento do blank, temperabilidade, operacionalização deste processo para uma escala industrial, questões de soldagem, adesivagem e corrosão e por fim, o business case do produto final, considerando o aço, revestimento e processos.

Somados a este cenário, ainda tem a questão comercial, isto é, os fornecedores atuais destas peças em PHS monopolizam o mercado e dificilmente mudarão a sua rota de processamento de aquecimento em fornos para o Efeito Joule e ou a alteração do revestimento do AlSi para o ZnFe, pelo fato de já terem investidos muito em suas fábricas e também pelos riscos de problemas de contaminação de seus fornos e também a conhecida fragilização do aço; portanto, em vista deste cenário, se a aplicação deste revestimento ZnFe e ou o aquecimento por Efeito Joule vingar no Brasil, será necessário novas empresas para atender a demanda e concorrer com as gigantes atuais, que não parece ser uma tarefa fácil.

Enquanto tudo isto acontece, impulsionados pela necessidade de redução de custos das montadoras e a determinação para entrar na cadeia de fornecimento de aço e peças, as tecnologias associadas com os aços PHS têm crescido com as novas soluções para os projetos veiculares, como as associadas à estampagem de Taylor Blank, aplicação de Patch work e peças com soft-zones e por final, para complicar o cenário atual, uma nova classe de aço na faixa de 2000 MPa de resistência está desembarcando por aqui e certamente, tudo que se estudou no campo de PHS tem que ser novamente revisitado, isto significa que ainda teremos muito para andar neste campo tecnológico.

O melhor caminho para alcançarmos uma posição global no domínio deste produto é a parceria de centros de pesquisas e empresas, para um avanço de forma precisa e eficaz dentro desta tecnologia e é isto que tem ocorrido em um time daqui de São Paulo, no IPEN-Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares [3], onde diversas empresas estão participando de forma de convênios, sendo orientadas pelas necessidades das montadoras; vale a pena dar uma olhada para este grupo, talvez, alguns dos leitores farão parte desta emocionante empreitada científica e tecnológica.

Obrigado e até a próxima coluna.

Referências

[1] http://blog.arcelormittal.com.br/audi-a8-o-retorno-do-aco/
[2] A REVIEW ON HOT STAMPING; Journal of Materials Processing Technology; H. Karbasian*, A.E. Tekkaya; www.elsevier.com/locate/jmatprotec; pg 210 (2010) 2103–2118.
[3] 1°Seminário de Conformação e Aplicação de Aços de Alto Desempenho CA3D 2018; http://www.grupoaprenda.com.br/events/seminario-de-conformacao-e-aplicaco-de-acos-de-alto-desempenho/

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No ano de 1982, a turma de recém-contratados pela Cosipa, incluindo eu, visitou gasômetros da empresa dentro do programa de integração engenheiros. O clímax do evento foi a subida ao topo do maior deles, o que continha gás de alto-forno. Os veteranos se divertiam com o ar pouco confortável dos calouros. Até que um dos novatos perguntou: “Isto aqui não pode explodir não?”. Resposta: “Nunca houve explosão de gasômetro em siderúrgica, mesmo quando alguns deles foram metralhados na II Guerra”.

Eu poderia ter retrucado que, exatamente quinze anos antes, a poucos quilômetros de onde estávamos, o gasômetro de Santos havia explodido, causando enorme destruição material – ainda que, felizmente, sem feridos graves, nem mortes. Mas deixei pra lá – eu era novo de empresa e não ia iniciar minha carreira siderúrgica criando polêmica com veteranos…

Certo dia, mais de 36 anos depois, quase caí da cadeira quando vi a mensagem urgente da Folha de SP no celular informando sobre a explosão do gasômetro de uma grande siderúrgica mineira. Afinal, a quantidade de energia encerrada num gasômetro é imensa, constituindo um enorme potencial de destruição em caso de descontrole. Felizmente, mais uma vez, não houve feridos graves, e os danos materiais foram bem menores do que os verificados em Santos, apesar da quantidade de gás envolvida ser bem maior.

Ao que parece, a exemplo do que ocorre com paióis de explosivos, gasômetros siderúrgicos são concebidos de forma a possuir um teto mais fraco do que o resto de sua estrutura, direcionando a força de uma eventual explosão para o céu vazio e poupando seus arredores – como, aliás, ocorreu no Rio de Janeiro quando paióis da Marinha explodiram em julho de 1995.

De toda forma, foi uma ocorrência potencialmente séria, ainda que muito rara, o que criou uma grande expectativa sobre a apuração de suas causas. Os primeiros comunicados dão conta de que ela foi causada por uma falha num controlador lógico programável, que acabou permitindo a introdução de uma grande quantidade de ar atmosférico no gasômetro, onde se misturou com o monóxido de carbono normalmente presente em seu interior, criando uma mistura explosiva que acabou sendo detonada por uma faísca ao passar pelo limpador eletrostático de gás.

Uma vez que a falha foi identificada num dispositivo digital, ficou cristalinamente óbvio que somente o uso desse moderno recurso não é condição suficiente para garantir uma operação segura. E, na verdade, as coisas podem ficar ainda piores no futuro. Em abril de 2015 discutimos neste espaço a ocorrência de um inédito ataque digital via internet a uma siderúrgica alemã, o qual teria afetado a operação de um alto-forno, impedindo que ele fosse corretamente desligado.
E justamente agora se discute a implantação da assim chamada Indústria 4.0 à siderurgia – aliás, tema da edição de janeiro de 2018 desta coluna. Ela propõe o aumento da eficiência operacional de uma planta através da análise massiva contínua de todos os seus dados, visando descentralizar, agilizar e orientar a tomada de decisões para maximizar sua eficiência e minimizar seus custos.

Analise:

Essa análise geralmente requer que uma grande massa de dados sejam armazenada na chamada “nuvem”, cujas instalações físicas são externas à usina. A nuvem permite que esses dados sejam diretamente acessados por todas as partes, como filiais, clientes, fornecedores e empresas de assessoria técnica, eventualmente dispersas pelo planeta todo. Uma consequência dessa abordagem é a exposição do fluxo de informações da empresa ao meio externo o que, em tese, facilita invasões digitais por parte de indivíduos mal-intencionados, caso não forem adotadas medidas eficazes de ciberproteção.

Para quem acha ataque a gasômetros algo mirabolante demais, basta lembrar o caso Para-Sar, ocorrido aqui mesmo no Brasil há meio século atrás, quando militares da direita radical chegaram a planejar um atentado ao gasômetro situado em pleno centro do Rio de Janeiro, na hora do rush, com a intenção explícita de causar o maior número de vítimas. O objetivo erar atribuir o ataque aos comunistas e usar o choque na opinião pública para justificar o assassinato de inúmeros líderes políticos.

Felizmente, alguns corajosos integrantes do Para – Sar – na verdade, um esquadrão criado para missões humanitárias e de resgate, e que ironicamente havia sido convocado para executar o plano – impediu esse desastre, denunciando-o a seus superiores hierárquicos. No futuro, não será mais necessário empregar um comando militar para sabotar um gasômetro ou qualquer outra instalação industrial ou de infraestrutura.

O ataque pode ser feito à distância, caso a facilidade esteja interligada em rede digital e não conte com proteção eficiente. É um sério alerta tendo em vista toda a hype deflagrada pela moda da Indústria 4.0.

Nome do autor: Antonio Augusto Gorni

Engenheiro de Materiais pela Universidade Federal de São Carlos (1981); Mestre em Engenharia Metalúrgica pela Escola Politécnica da USP (1990); Doutor em Engenharia Mecânica pela Universidade Estadual de Campinas (2001); Especialista em Laminação a Quente.

• Autor de mais de 200 trabalhos técnicos nas áreas de laminação a quente
• Desenvolvimento de produtos planos de aço
• Simulação matemática
• Tratamento térmico e aciaria.

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As vantagens da utilização das simulações baseadas no MEF se devem aos elevados custos e dificuldades técnicas envolvidas nos tratamentos térmicos.

Os tratamentos térmicos demandam mão de obra qualificada para operação, grandes quantidades de energia para aquecimento, utilização de matéria prima e uma grande quantidade de horas de trabalho o que em conjunto elevam o custo do processo.

Esses custos são ainda mais elevados todavia que seja necessária a implementação de um novo processo, peça ou para a solução de um problema.

As simulações computacionais diminuem os custos à medida que diminuem a quantidade de “tryouts” necessários para definição do novo processo ou solução do problema.

Vale ressaltar que a simulação computacional não é uma substituta definitiva do “tryout”, mas atua efetivamente nas tomadas de decisão.

A qualidade dos resultados obtidos a partir das simulações computacionais está diretamente relacionada a representatividade do comportamento do material inserido no software.

Para as simulações de tratamentos térmicos são necessárias as propriedades termo físicas e os comportamentos mecânicos de cada uma das fases presentes em função da temperatura. Além, das constantes das equações cinéticas utilizadas para descrição das transformações de fase.

Essas propriedades são muito escassas na literatura e de difícil obtenção experimental além de serem influenciadas pela composição química da matéria prima.

No caso da utilização do software DEFORM para simulações de conformação massiva ou de tratamento pode-se utilizar o software JMatPro para o cálculo dessas propriedades.

Como exemplo, demonstra-se a simulação de um processo de tratamento térmico utilizando o JMatPro e o DEFORM, apresentando-se os resultados de simulações de têmpera superficial por indução de um eixo. O objetivo das simulações foi prever o problema encontrado e propor uma solução.

Processo de têmpera:

A saber, o processo de têmpera superficial por indução consiste na utilização de bobinas indutoras para gerar um aquecimento da superfície do material até uma temperatura suficiente para a formação de austenita, seguido pelo resfriamento com jatos para obter a formação de martensita.

O processo de têmpera superficial por indução do eixo. O indutor utilizado no processo e a região onde ocorre o resfriamento, estão demonstrados graficamente. Além, da fração volumétrica de martensita.

É possível perceber a previsão da não formação da camada de martensita nas regiões indicadas através da seta preta cheia como também é comumente observado em processos industriais reais.

Para a solução do problema, foram modificadas a velocidade de movimentação da bobina, a frequência da corrente e a potência elétrica, sempre considerando a tempo de duração do processo.

Após algumas iterações, utilizando-se dos resultados obtidos em cada simulação, foi possível a obtenção de uma camada de martensita homogênea. Observe na Figura 2.

A partir das previsões observadas, fica evidente que a simulação computacional foi uma importante ferramenta na previsão e resolução do problema encontrado. No caso de tratamentos térmicos, as simulações computacionais via Método dos Elementos finitos desempenham papel fundamental na redução de custos e na garantia de qualidade dos produtos tratados. Nesse sentido, fica cada vez mais claro que para a indústria, a simulação computacional deve ser vista como um investimento e não como um gasto.

Nome do autor: Eng. Pedro Stemler

Assistente Técnico da SIXPRO Virtual&Practical Process, empresa especializada em simulação computacional. Mestrando em Metalurgia Física e graduado em Engenharia Metalúrgica pela UFMG.

Nome do autor: Dr. Alisson Duarte

Consultor Técnico da SIXPRO Virtual&Practical Process, empresa especializada em simulação computacional. Professor do Dep. de Eng. de Materiais da UFMG e do Dep. de Eng. Metalúrgica da PUC. Possui Pós-Doutorado em Metalurgia da Transformação.

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Este gás é produzido como subproduto no processo da transformação do carvão mineral em coque siderúrgico, processado em retortas, cujo objetivo é a retirada das frações voláteis do carvão de forma a obter o coque. Assim, com elevado teor de carbono, o coque será usado como elemento redutor do minério de ferro nos altos fornos. Este gás tem um poder calorífico inferior na faixa de 18.000 kJ/m³ ou 4.300 kcal/m³. Sua composição volumétrica média é [1] [4]:

•  Hidrogênio 52,0 – 63,0%
•  Metano 24,0 – 29,0%
•  Monóxido de carbono 6,0 – 7,8 %
• Hidrocarbonetos 2,2 – 3,8%
•  Dióxido de carbono 1,3 – 5,6%
• Oxigênio 0,1 – 0,5%
•  Nitrogênio 2,0 – 4,5%
•  Gás sulfídrico ~ 0,09%

“Suas principais aplicações são aquecimento de fornos de reaquecimento para laminação, panelas e “tundish” na própria siderúrgica, além da geração própria de energia elétrica.”

Apesar de ser um gás de poder calorífico médio, como o antigo gás de rua ou gás manufaturado reformado distribuído pela Comgás e pela CEG, o uso do gás de coqueria está geograficamente limitado à própria planta siderúrgica e sua vizinhança. Suas principais aplicações são aquecimento de fornos de reaquecimento para laminação, panelas e “tundish” na própria siderúrgica, além da geração própria de energia elétrica.

O gás de coqueria também costuma ser misturado aos outros gases siderúrgicos de poderes caloríficos inferiores de forma a enriquecê-los, possibilitando sua aplicação em processos que não aceitem um gás muito pobre.
Já o gás de alto forno (“blast furnace gas” ou “BFG” em inglês) é o gás siderúrgico que apresenta o poder calorífico inferior mais baixo, da ordem de 3.300 kJ/m³ ou 800 kcal/m³. Sua composição típica varia significativamente nas seguintes faixas [1] [3] [4]:

•  Monóxido de carbono 21 – 33%
• Hidrogênio 1,5 – 3,5%
• Nitrogênio 50 – 60%
•  Dióxido de carbono 8 – 23%
•  Gás sulfídrico ~ 2,7%

Como visto na sua composição, é um gás que possui um elevado teor de gases inertes, de 58 a 75%, o que justifica seu baixo poder calorífico. Além disso, o teor de monóxido de carbono é elevado o que o torna muito perigoso em caso de vazamento. Seu excedente deve, portanto, ser sempre queimado no “flare”.

A aplicação principal deste gás é a queima em “cowpers” e “glendons”, preaquecendo o ar de sopro do próprio alto forno. Os artifícios aplicados para se usar um gás de poder calorífico tão baixo são:

•  Misturar o gás de alto forno com gases de poderes caloríficos mais elevados como gás de coqueria, gás natural, GLP ou até mesmo biometano se disponível.
•  Enriquecer o ar de combustão com oxigênio (23 a 30%) ou até mesmo queimar o gás com elevado teor de oxigênio (acima de 92%), em um processo conhecido como oxi-queima.

E o último gás combustível siderúrgico a ser descrito é o gás de aciaria, também chamado de gás de conversor, BOFG (“bottom oxygen furnace gas”) ou “LD gas” (“Linz-Donawitz gas”). Seu poder calorífico inferior está por volta de 8.000 kJ/Nm³ ou 1.900 kcal/Nm³ [2]. Sua composição volumétrica média é [3] [4]:

•  Monóxido de carbono 55 – 60%
•  Gás carbônico: 12 – 18%
•  Nitrogênio: 15 – 21%
•  Hidrogênio: 0 – 3%
•  Oxigênio: 0,1 – 0,3%

Concluindo, fica clara a importância desses gases combustíveis no âmbito siderúrgico por suas múltiplas aplicações, muito embora sua distribuição por gasoduto fora das vizinhas da planta seja pouco viável economicamente, embora seu excedente seja queimado em “flares”.

Suas variações de composição e de poderes caloríficos, típicas desses gases, dependendo do processo, podem exigir misturas entre eles ou com gases externos como GN ou GLP, e equipamentos de análise contínua como calorímetros e Wobbímetros.

Referências

[1] Costa, F.C., Handbook of Combustion, volume 3, chapter 9, Fuel Gas Application in Industry, edited by Lackner, Winter and Agarwal, WILEY-VCH, Germany, 2010.
[2] Fonseca, M., Steelmaking Process Gases Utilization, ILVA – Roma 25.10.2017.
[3] Hou, Chen et alli, Firing blast furnace gas without support fuel in steel mill boilers, Energy Conversion and Management, Elsevier, 2011
[4] Turetta, L; Costa, E,; Costa, A., Estudo da influência do excesso de ar na composição de saída de fornalha siderúrgica real empregando conceitos termodinâmicos e modelagem matemática, Engevista, v.19, n.1, p. 109-121, UFF, 2017.

Nome do autor: Fernando Cörner da Costa

Doutor em Energia pela USP, Mestreem Engenharia de ProcessosQuímicos e Bioquímicos pela Mauá,Eng. de Segurança pela UERJe Eng. Mecânico pela PUC-RJ,consultor sênior da ULTRAGAZ.

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Alguns dizem que estamos à beira de outra revolução industrial, a saber, a descentralização da fabricação anunciada pelo crescimento da tecnologia de manufatura aditiva (Additive Manufacturing – AM). O Doutor em Tratamento Térmico concorda.

Então, o que é manufatura aditiva, como ela difere de outras tecnologias de fabricação convencionais e como isso afetará a comunidade de tratamento térmico?

Vamos aprender mais?

A metalurgia do pó sempre foi uma alternativa atraente à fabricação tradicional de produtos de materiais forjados, e a sinterização (a união de partículas de pó adjacentes para formar um componente de metal coeso) é o método de tratamento térmico associado a essa tecnologia.

A indústria automotiva, em particular, adotou seu uso. Quando maiores densidades são necessárias, outros métodos de sinterização, como Moldagem por Injeção de Pós Metálicos (Metal Injection Molding – MIM), são usados.

O Que é Manufatura Aditiva?

A manufatura aditiva não é nova, tendo sido introduzida pela primeira vez na década de 1980 e desenvolvida para peças plásticas tridimensionais com um polímero termofixo endurecido por luz ultravioleta.

Inicialmente, a tecnologia era muito lenta para produção em massa e usada principalmente para prototipagem rápida. Hoje, os metais foram adicionados à lista de materiais que podem ser usados, e a velocidade do processo se acelerou até o ponto em que é viável para fabricação em grande volume.

Uma das versões mais promissoras de Manufatura Aditiva com metal atualmente é a tecnologia de jateamento de ligantes (binder jetting technology). A sinterização a laser e os métodos de feixe de elétrons são alternativas. [4]

Processo:

O jateamento de ligantes de metais é um processo no qual um agente aglutinante líquido é depositado seletivamente em um leito de partículas de pó-metal à medida que as camadas da parte componente são construídas.

O objetivo é reduzir a quantidade de aglutinante líquido usado, pois o menor aglomerante permite um acesso mais fácil aos poros e uma remoção mais rápida do aglutinante.

Um cabeçote de impressão móvel (Fig. 1) mistura estrategicamente o aglutinante no pó enquanto ele está sendo depositado no leito de impressão. Após cada passagem, a altura do leito é reduzida pela espessura de uma camada de impressão, 25-100μm, e outra camada de pó e ligante é adicionada em cima da anterior. Quando isso é repetido, as camadas de metal colado são sucessivamente depositadas até que a peça totalmente formada seja criada.

Após a impressão, é necessária a sinterização em um forno a vácuo, o mesmo que com a tecnologia MIM. O jateamento de ligantes é usado para criar peças feitas de Inconel, aço inoxidável, carboneto de tungstênio, titânio, cobre, latão e alumínio, entre outros.

Como as camadas impressas podem ser extremamente finas, a peça resultante pode ser produzida em um nível extremamente alto de detalhes com recursos físicos muito precisos. Tolerâncias e especificações típicas da tecnologia de jateamento de ligantes metálicos incluem: [2]

• Envelope de construção máxima de 4.000 mm x 2.000 mm x 1.000 mm
• Tamanho mínimo de recurso de 0,1 mm
• Tolerância típica de ± 0,13 mm
•  Espessura mínima da camada de 0,09 mm
•  Velocidade de construção rápida (em comparação com outras tecnologias aditivas)

O Binder Jetting é o método de Manufatura Aditiva Metálica mais rápida disponível. A velocidade máxima de construção é atualmente de aproximadamente 2.500 cm3 / hora, e um fabricante planeja introduzir uma máquina de 8.200 cm3 / hora em 2019.

Carrocerias de carros e outras peças de compósito plástica de grande porte foram impressas usando a tecnologia AM, e é apenas uma questão de tempo antes que isso se expande para a impressão de metal. A AM é considerada pela maioria na indústria como uma tecnologia “disruptiva”; em que revolucionará muitos setores industriais à medida que se torna mais rápido e mais barato. Ela também afetará fundamentalmente como, quando e onde o tratamento térmico é realizado, uma vez que a sinterização se tornará parte de uma célula de fabricação de AM.

Binder Jetting

1. À medida que a AM se torna mais sofisticada e a compreensão e a conscientização crescerem entre os fabricantes, as usinagens, como as conhecemos atualmente, serão fundamentalmente alteradas. AM oferece claras vantagens nisso:
2.  Pequenas tiragens de peças únicas ou complexas podem ser produzidas rapidamente e com baixo custo. Ao contrário do MIM, fundição ou forjamento, não são necessários moldes caros. Isso reduz o tempo de comercialização, uma mercadoria muito valiosa hoje.O encolhimento é significativamente menor que o das peças produzidas pelo MIM, aumentando a precisão e a repetibilidade. Uma descrição da AM é que é um processo MIM sem a distorção.
3. A AM tem a capacidade de buscar novas inovações sem estender o ciclo de design. Isso permite muitas gerações de alterações de design no tempo que normalmente levaria para fazer uma única alteração usando tecnologias convencionais. Esse pode ser o aspecto mais revolucionário da tecnologia.
4. Projetos de favo de mel são possíveis, reduzindo o peso da peça enquanto mantém ou até aumenta a resistência.
5. AM oferece a capacidade de fazer alterações dinâmicas. Se há uma coisa com a qual os engenheiros de projeto podem contar, são as revisões do cliente e as mudanças no projeto. Com a tecnologia AM, o designer simplesmente faz uma alteração no modelo digital 3D e é baixado para a impressora para fabricação.
6. Peças altamente complexas podem ser produzidas (Fig. 2) o que seria literalmente impossível com qualquer outra tecnologia. Existem algumas formas e recursos intrincados que não podem ser moldados, moldados ou usinados, mas podem ser impressos. Isso abre novas possibilidades para os designers.
7. Um alto grau de personalização é possível sem adição de custo. A tecnologia AM permite a fabricação de projetos únicos, como implantes médicos feitos sob medida para um indivíduo específico.
8. AM não gera desperdício. Como é uma tecnologia aditiva, somente o material necessário é realmente usado. Ao imprimir metais muito caros, como o titânio, isso faz uma enorme diferença no preço do produto acabado e na viabilidade do projeto.

Conclusão:

AM sempre foi uma opção atraente quando os volumes de produção são baixos, as mudanças são frequentes e a complexidade é alta. À medida que a velocidade de impressão aumenta e os custos diminuem, as aplicações em AM se expandem para incluir mais componentes de componentes principais.

As oficinas mecânicas e os departamentos internos de fabricação serão capazes de escolher a tecnologia com melhor custo-benefício, com a sinterização sendo realizada como parte da célula de fabricação de AM, em oposição a um departamento de tratamento térmico ou um local terceirizado. Isso levará a novas oportunidades e desafios para os tratadores térmicos, porque mais peças exigirão extração secundária dos ligantes e sinterização sob vácuo.

Por exemplo, um dos principais desafios para fornos a vácuo (Fig. 3) usado para sinterização é lidar com o aglomerante liberado do material durante o processo de extração secundária dos ligantes. Bombas secas são preferidas, pois o aglutinante pode contaminar o óleo usado em bombas rotativas vedadas a óleo, exigindo mudanças frequentes de óleo.

Também deve haver provisões para remover o ligante Uma abordagem é instalar uma “armadilha” de ligantes antes da bomba, que coleta o aglutinante e requer a remoção e limpeza periódicas.

Armadilhas manuais ou automatizadas estão disponíveis – o último aquece para liquefazer o resíduo aglutinante, que então flui para o fundo da armadilha. Uma válvula é aberta para permitir a coleta de resíduos. Um terceiro método envolve o uso de um filtro de condensação.

Resumindo

A revolução na manufatura aditiva começou! Em breve terá um impacto em todos os tipos de indústrias e suas estratégias de fabricação, representando uma mudança de paradigma no design e engenharia que afetará todos os processos da fábrica, incluindo o tratamento térmico.

Observação: A coluna Software de Simulação III virá na próxima edição.

Referências

[1] Centorr Vacuum Industries (www.vacuum-furnaces.com), correspondência privada
[2] Additively – Additive Manufacturing for Innovative Design and Production, MIT, (https://additivemanufacturing.mit.edu)
[3] Rapid Ready Technology (www.rapidreadytech.com)
[4] Herring, Daniel H., Vacuum Heat Treatment, Volume II, BNP Media, 2016

Nome do Autor: Daniel H. Herring

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Caros leitores, devo dedicar esta coluna ao assunto grafeno, que parecia algo para um futuro muito distante e muito além de nossas prioridades, mas já de início relato que estamos muito desatualizados e desinformados; a grande maioria das empresas e especialistas não tem uma noção razoável de quanto este tema é importante e está próximo da nossa realidade.

O setor automotivo é carente em aplicação de materiais de alto desempenho, como a fibra de carbono, Kevlar®, titânio e alguns outros que passam longe de qualquer discussão, mas no caso do grafeno a história está mudando. O grafeno parece ser um remédio para tudo; como ironiza um grande amigo, “está com dor de cabeça, toma Grafeno”.

Os materiais compósitos podem se beneficiar fortemente do grafeno como carga em suas aplicações, com propriedades dezenas de vezes superiores nas peças tradicionais e boa viabilidade técnica no processamento, diferentemente dos primeiros materiais da nanotecnologia, como por exemplo, as nano argilas.

O Grafeno:

Desde que o grafeno foi descoberto, multiplicaram-se aplicações e muitas delas convergem para os nossos interesses automobilísticos e é neste ponto que devo dedicar esta discussão [1]. Os veículos eletrificados carecem de materiais mais leves e o grafeno tem inúmeras aplicações nos compósitos e materiais injetados, por outro lado, a alta condutividade elétrica do reticulado de carbono abre um enorme espaço para baterias, capacitores e materiais para motores elétricos.

Propriedades de vidrificação dão oportunidades para peças transparentes no lugar de vidros e policarbonatos, as quais já têm sido estudadas para telas de equipamentos eletrônicos, imunes ao risco e por fim, a sua classificação como um nano material acrescenta outras propriedades exclusivas para este material, com as de repelente em superfícies pintadas e vidros e a possibilidade de aplicação na micro manufatura aditiva.

A literatura moderna tem mostrado um grande universo de informações que podemos consultar e explorar dentro do campo de aplicação em grafeno [2], mas o importante neste tema e que todos procuram a viabilidade econômica e demanda de fornecimento, por isto estou abordando um tema sensível estrategicamente em nosso meio.

O grafeno se origina a partir da grafita, que é um minério encontrado na natureza em minas ou em céu aberto, levando alguns países a uma tremenda vantagem e neste ponto o Brasil está entre os mais favorecidos, sem contar da importância da pureza da grafita na geração do grafeno, que neste caso, somos os primeiros em qualidade.

Importância:

Estes fatos têm levado as reservas brasileiras a despertarem grande interesse global e ao mesmo tempo a muitas especulações comerciais e ainda, o aparecimento do fator segurança para proteção de furto e grilagem destas terras e minérios.

As técnicas de conversão da grafita para grafeno são diversas e a maioria protegida por patentes e outras ainda mantidas em segredos, mas o que mais impressiona é que algumas técnicas estão levando a produção industrial a valores na ordem de centenas de quilos por mês, fato ainda desconhecido em muitas comunidades.

Para a discussão final deste tema e ainda diria a mais importante para o setor automotivo é o custo, que impressionantemente tem sido reduzido na casa de mil vezes nestes últimos 10 anos e provavelmente tem espaço para melhorias, tornando este material a “menina dos olhos” nas comunidades científicas daqui para frente.

A ignorância existente neste campo é muito presente em nosso meio e causam muitas controvérsias nas informações discutidas acima, algumas sendo frutos do desconhecimento do assunto, outras vezes como proteção dos investimentos e por fim à distância e o desacoplamentos de interesses nacionais públicos com os investidores internacionais privados, sendo este último, outra parte deste assunto que atualmente permeia as discussões comerciais fechadas e as distanciam dos interesses públicos.

Conlusão

De tudo que foi apresentado anteriormente, não há dúvida que este assunto merece muita dedicação e imersão e prevejo que abrirão muitas linhas de pesquisas e desenvolvimento nos mais diversos setores; mas o setor automotivo promete investir muito nisto nos próximos anos, porque o custo benefício está entrando na realidade de nosso mundo.

Também, como uma vantagem brasileira, a rede de laboratórios nacionais é muito grande e bem equipada para os avanços necessários em P&D [3], somados a ocorrência e multiplicação de pequenas e médias empresas investindo pesadamente neste meio dentro do Brasil.

Finalizando este tema, basta um mínimo de conhecimento em grafeno para se encantar com as oportunidades, por isto convido-os para olhar com atenção esta novidade e realidade deste meio. Um abraço e até a próxima coluna da IH.

Assista um vídeo sobre curiosidades:

Referências

[1] https://www.graphene-info.com/

[2] http://www.nanomercosur.org.ar/wp-content/PPT/ANTUNES.pdf

[3] http://www.mctic.gov.br/mctic/opencms/tecnologia/incentivo_desenvolvimento/

sisnano/laboratorios.html

Nome do autor: Marco Colósio

Diretor da Regional São Paulo da SAE BRASIL. Engenheiro Metalurgista e Doutor em Materiais pelo Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares-USP, pós doutorado pela EESC-USP. Professor titular do curso de Engenharia de Materiais da Fundação Santo André e professor da pós graduação em Engenharia Automotiva do Instituto de Tecnologia Mauá. Colaborador e associado da SAE BRASIL com mais de 30 anos de experiência no setor automotivo nos campos de especificações de materiais,análise de falhas, P&D e inovações tecnológicas.

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