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Estimação do aporte de calor em processo de soldagem por descarga capacitiva usando técnica de problema inverso

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dc.creator FARIA, Fábio Silva
dc.date.issued 2022-02-16
dc.identifier.uri https://repositorio.unifei.edu.br/jspui/handle/123456789/3163
dc.description.abstract This work presents an experimental and numerical procedure for estimating the thermal input in the capacitive discharge welding process of K-type thermocouples wire. The ob jective of the work is to promote improvements in a device at the important temperature, the thermocouple. The work of proposed improvement in the solution of this in metals and also of possible energy solution of risk solution. The thermal model used is based on the equation of transient three-dimensional heat diffusion with phase change, modeled as a function of enthalpy. The thermal properties of chromel and alumel, materials that make up the two wires of k-type thermocouples, were considered temperature-dependent. The model was solved using the program COMSOL Multiphysics. The equation of the power curve in relation to time was defined from theoretical concepts of capacitor discharge. The nonlinear inverse problem technique used to solve the heat conduction problem was the iterative Function Specification Method. This technique estimates the heat rate that minimizes an objective function, defined as the square of the experimental and numerical temperature difference for each time interval. A numerical code was used in MATLAB together with software COMSOL Multiphysics to applied the inverse problem technique. The experimental method was used to obtain temperatures close to the welding region, which were used to apply the inverse problem technique. To calculate the efficiency of the process, the integral of the power estimated by time was used, and the energy stored in the capacitors bank of the equipment, defined by concepts of electricity. The proposed methodology was able for estimating the thermal input and efficiency for the capacitive discharge welding process.The heat rate was estimated from experimental temperature data, the temperatures calculated computationally, from the estimated heat rate, showed low divergence in relation to the experimental data. In addition, the development of a ca pacitive discharge welding equipment is presented. The equipment consists of a capacitors bank that stores the energy supplied by a switched source. The amount of energy stored in capacitors bank is controlled by an Arduino microcontroller. The equipment interface has a liquid crystal display and a button, which allow the operator to select the type of thermocouple he wants to weld. This equipment was able to weld thermocouples wire thicker than 24 AWG. pt_BR
dc.language por pt_BR
dc.publisher Universidade Federal de Itajubá pt_BR
dc.rights Acesso Aberto pt_BR
dc.subject Transferência de Calor pt_BR
dc.subject Problemas Inversos pt_BR
dc.subject Técnica da função especificada pt_BR
dc.subject Descarga capacitiva pt_BR
dc.subject Termopares pt_BR
dc.subject Comsol pt_BR
dc.title Estimação do aporte de calor em processo de soldagem por descarga capacitiva usando técnica de problema inverso pt_BR
dc.type Dissertação pt_BR
dc.date.available 2022-02-25
dc.date.available 2022-02-25T11:44:32Z
dc.date.accessioned 2022-02-25T11:44:32Z
dc.creator.Lattes http://lattes.cnpq.br/9475887759480597 pt_BR
dc.contributor.advisor1 SILVA, Sandro Metrevelle Marcondes Lima e
dc.contributor.advisor1Lattes http://lattes.cnpq.br/9221494854759414 pt_BR
dc.contributor.advisor-co1 ANSELMO, Bruno de Campos Salles
dc.contributor.advisor-co1Lattes http://lattes.cnpq.br/4986495348974387 pt_BR
dc.description.resumo Apresenta-se neste trabalho um procedimento experimental e numérico para estimação do aporte térmico no processo de soldagem por descarga capacitiva de termopares. O objetivo do trabalho é promover melhorias em um dispositivo importante na medição de temperaturas, o termopar. O trabalho propõe melhoria na fixação desse dispositivo em metais e propõe também a estimação da energia necessária para soldá-lo com eficácia. O modelo térmico utilizado é baseado na equação da difusão de calor tridimensional tran siente com mudança de fase, modelada em função da entalpia. As propriedades térmicas do cromel e alumel, materiais que compõem os dois fios dos termopares tipo K, foram consideradas dependentes da temperatura. O modelo foi resolvido usando o programa COMSOL Multiphisics. A equação da curva de potência em relação ao tempo foi definida a partir de conceitos teóricos de descarga de capacitores. A técnica de problema inverso não linear usada para resolver o problema de condução de calor foi o Método da Função Especificada iterativa. Esta técnica estima o fluxo de calor que minimiza uma função ob jetivo, definida como o quadrado da diferença da temperatura experimental e numérica para cada intervalo de tempo. Um código numérico foi usado no MATLAB em conjunto com o software COMSOL Multiphisics para a aplicação da técnica de problema inverso. O método experimental foi utilizado para obter temperaturas próximas da região de solda gem, as quais foram utilizadas na execução da técnica de problema inverso. Para calcular a eficiência do processo foram utilizados a integral da potência estimada pelo tempo, a qual define a energia em forma de calor utilizada na fusão dos fios dos termopares, e a energia armazenada no BC (Banco de Capacitores) do equipamento, definido por conceitos de eletricidade. A metodologia proposta foi viável para a estimação do aporte térmico e efi ciência para o processo de soldagem por descarga capacitiva. A taxa de calor foi estimada a partir de dados experimentais de temperaturas, as temperaturas calculadas computaci onalmente, a partir da taxa de calor estimada, apresentaram baixa diverência em relação aos dados experimentais. Além disso, apresenta-se o desenvolvimento de um equipamento de soldagem por descarga capacitiva. O equipamento consiste em um BC que armazena a energia fornecida por uma fonte chaveada. A quantidade de energia armazenada no BC é controlada por um microcontrolador Arduíno. A interface do equipamento conta com um display de cristal líquido e uma botoeira, os quais possibilitam que o operador selecione o tipo de termopar que deseja soldar. Este equipamento foi capaz de soldar termopares com bitolas de até 24 AWG, correspondente ao diâmetro de 0,511 mm. pt_BR
dc.publisher.country Brasil pt_BR
dc.publisher.department IEM - Instituto de Engenharia Mecânica pt_BR
dc.publisher.program Programa de Pós-Graduação: Mestrado - Engenharia Mecânica pt_BR
dc.publisher.initials UNIFEI pt_BR
dc.subject.cnpq CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECÂNICA pt_BR
dc.relation.references FARIA, Fábio Silva. Estimação do aporte de calor em processo de soldagem por descarga capacitiva usando técnica de problema inverso. 2022. 75 f. Dissertação. (Mestrado em Engenharia Mecânica) – Universidade Federal de Itajubá, Itajubá, 2022. pt_BR


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