Papers by Fernando dos Santos Ortega
This work evaluates the microstructure and the yield strength under compression at room temperatu... more This work evaluates the microstructure and the yield strength under compression at room temperature and at 800°C of specimens prepared with AISI 310 stainless steel powder (D50 = 10 µm), manufactured by gelcasting. Parts were vacuum sintered in a single batch at 1280°C. At room temperature, specimens presented average yield strength of 270 MPa, and at 800°C, 105 MPa. Microstructure analysis involved the measurement of grain size along the vertical axis of cylindrical specimens, with special attention to the effect of particles settling, and was conducted using scanning electron and optical microscopy, and X-ray diffraction. Settling effect was assessed considering the position where the specimen was taken and was negligible: both density and yield strength did not vary significantly along the vertical axis.
Revista processos químicos, Dec 4, 2023
Vidros bioativos como BG-58S (58 SiO2, 33 CaO, 9 P2O5, % em massa), uma vez transplantados, promo... more Vidros bioativos como BG-58S (58 SiO2, 33 CaO, 9 P2O5, % em massa), uma vez transplantados, promovem uma reação biológica na interface do material, que estimula a proliferação celular, a resposta gênica e a formação de uma ligação com os tecidos vivos, inibindo o crescimento de bactérias devido a mudança do pH do meio. Estes, por sua vez, auxiliam na formação de uma camada biologicamente ativa de hidroxiapatita na superfície do BG. Rotas de produção do BG pelo método sol-gel tem avaliado a influência de diferentes reagentes usados na síntese nas características do pó obtido. Nesse contexto, o objetivo deste estudo foi avaliar a influência de reagentes na síntese de BG-58S a fim de obter melhores propriedades visando aplicação na regeneração óssea. Oito diferentes composições foram preparadas e variadas a fonte de fósforo (TEP ou AF), a adição ou não de solvente (etanol) e de agente porogênico (Pluronic F-127). As composições foram caracterizadas quanto à temperatura de calcinação por análise termogravimétrica, fases por difração de raios X, composição química por espectroscopia de infravermelho por transformada de Fourier, porosidade e área específica por volumetria de nitrogênio (BET). O uso do agente porogênico nas condições usadas neste trabalho não foi efetiva para a obtenção de estruturas micelares como formadoras de poros, necessitando ajustar as demais condições de processamento, permitindo a obtenção de composições mesoporosas.
Ceramica (Sao Paulo), 1997
Esta terceira e última parte da revisão sobre os aspectos reológicos e de estabilização de suspen... more Esta terceira e última parte da revisão sobre os aspectos reológicos e de estabilização de suspensões com pós cerâmicos vem reunir a aplicação dos conhecimentos adquiridos nas primeiras duas partes publicadas anteriormente. Aqui, os fenômenos eletrostático devido à dupla camada elétrica, e estérico, relacionado à adsorção de moléculas poliméricas, são combinados para explicar o mecanismo eletroestérico de estabilização de suspensões cerâmicas. Os defloculantes que atuam através desse mecanismo abrangem uma classe específica de polímero denominada polieletrólitos, a qual é constituída por macromoléculas ionizáveis quando em solução. O estudo da forma com que os polieletrólitos atuam justifica-se devido à larga utilização desta classe de polímeros na indústria cerâmica. Os ácidos poliacrílico (PAA) e polimetacrílico (PMAA) são exemplos de polieletrólitos amplamente utilizados no processo de materiais à base de alumina. Dá-se destaque à influência do pH do meio e da presença de íons, sendo novamente aqui importante o conceito de força iônica da suspensão. Como aplicação prática, apresenta-se a estabilidade do sistema alumina-PMAA, reportando-se sobre o comportamento da viscosidade e da efetiva defloculação da suspensão. Este estudo é concluído apresentando resultados do efeito do peso molecular sobre a viscosidade, chamando atenção para o fato de que não basta definir apenas a classe de polímero a ser usada, sendo também fundamental especificar o peso molecular médio do polímero selecionado.
Many researchers have considered externally fired gas turbines (EFGT) as an option for the implem... more Many researchers have considered externally fired gas turbines (EFGT) as an option for the implementation of biomass-fueled power plants. The EFGT cycle with regeneration or the gas-vapor combined cycle using one EFGT, also known as externally fired combined cycle (EFCC), could lead to significant efficiency improvements if compared to current technology used for power generation from biomass. This work presents one improved numerical model used for the simulation of EFGT cycle. The results were obtained with a numerical model for the EFGT cycle coupled with a model for the high temperature heat exchanger (HTHE) that is necessary for the cycle implementation. The model of the heat exchanger is based in correlations for the Colburn and friction factors, obtained with CFD simulations. In previous work, the model included only laminar regime for the heat exchanger. The present work extends the correlations that describe the behavior of the heat exchanger to turbulent and transitional regimes. The updated model of the EFGT cycle is used to investigate the influence of the turbine inlet temperature over the cycle efficiency. The results obtained confirm that the pressure drop caused by the heat exchanger is one important parameter that influences the cycle efficiency. The feasibility of the EFGT cycle is discussed taking into consideration that the highest temperature in EFGT cycle is not in the turbine inlet, but in the high temperature heat exchanger.
Cerâmica, May 1, 1999
O crescente interesse em ampliar a previsibilidade dos fenômenos que ocorrem durante a fabricação... more O crescente interesse em ampliar a previsibilidade dos fenômenos que ocorrem durante a fabricação de materiais cerâmicos por processos coloidais, como a variação da viscosidade de suspensões, tem estimulado a implantação de vários modelos teóricos com tal finalidade. Considerando a concentração de sólidos na suspensão e a distribuição de tamanho de partícula do pó, a hipótese de que uma maior distância de separação entre partículas (IPS) favorece uma menor viscosidade tem sido empregada com relativo sucesso, principalmente em cerâmicas tradicionais. No entanto, uma análise criteriosa de tal conceito revela pontos controversos. Neste trabalho, tais pontos são discutidos, bem como as condições em que os conceitos físicos desta abordagem são válidos para prever a viscosidade de suspensões cerâmicas. Complementam-se as análises com a caracterização reológica de suspensões de alumina. Os resultados comprovam que o conceito de distância de separação entre partículas pode ser empregado somente em condições específicas para que possua uma relação satisfatória com a viscosidade.
Cerâmica, Jun 1, 2001
A associação da aeração de suspensões cerâmicas contendo um agente espumante ao processo &amp... more A associação da aeração de suspensões cerâmicas contendo um agente espumante ao processo "gelcasting" possibilitou o desenvolvimento de uma nova classe de cerâmicas porosas com propriedades sem precedentes. Um dos pontos mais importantes deste processo é a polimerização de precursores orgânicos dissolvidos na fase líquida, resultando na formação in situ de um gel, o qual enrijece a suspensão imediatamente após a formação da espuma, impedindo o colapso desta. Recentemente, alguns sistemas de monômeros tais como acrilato de amônio, hidroximetilacrilamida, ácido metacrílico, metacrilamida e metileno-bisacrilamida foram descritos como agentes gelificantes adequados para a produção de corpos densos. Entretanto, estudos sobre sistemas gelificantes visando a produção de espumas cerâmicas não são conhecidos, apesar da enorme importância desta etapa no processo, e do maior número de restrições existentes na produção de corpos porosos. Neste trabalho, os sistemas supracitados foram avaliados considerando critérios exigidos no processamento de espumas cerâmicas, tais como tempo de reação para a solidificação da espuma, interferência sobre a dispersão e comportamento reológico da suspensão, resistência mecânica a verde antes e após a secagem. Combinações de diferentes tipos de monômeros foram também investigadas com relação aos parâmetros acima citados. Os resultados obtidos permitem uma maior compreensão dos fenômenos observados no processo, além de fornecer subsídios para a seleção de sistemas gelificantes adequados à produção de cerâmicas porosas através desta nova técnica.
O processo de gelcasting, associado à aeração de suspensões cerâmicas, permite a produção de espu... more O processo de gelcasting, associado à aeração de suspensões cerâmicas, permite a produção de espumas cerâmicas com uma ampla faixa de porosidade (50-90vol.%). Uma das etapas críticas do processo é o enrijecimento da espuma, o qual se baseia na gelificação por meio da polimerização in situ de monômeros previamente adicionados à suspensão cerâmica. Sabidamente, tal reação é inibida pela presença de oxigênio, o que tornou usual o controle atmosférico durante a produção e gelificação da espuma. Neste trabalho, estudou-se a viabilidade de produzir espumas de alumina pelo processo de gelcasting sem controle atmosférico. Para a produção das espumas, dois diferentes agentes espumantes foram testados. As propriedades físicas e mecânicas das espumas cerâmicas, bem como a microestrutura, foram avaliadas e comparadas com resultados obtidos em condições idênticas, porém com controle atmosférico. Os resultados mostraram que ambos os processos proporcionam características semelhantes e com potencial de aplicação tecnológica.
American Ceramic Society Bulletin, 2002
Several restrictions must be considered when using interparticle spacing (IPS) as a tool to predi... more Several restrictions must be considered when using interparticle spacing (IPS) as a tool to predict the viscosity of suspensions.
Materials Science Forum, Oct 1, 2010
The gelcasting process is a forming technique originally developed for the shaping of advanced ce... more The gelcasting process is a forming technique originally developed for the shaping of advanced ceramics into final products in attempts to overcome some of the limitations of conventional forming techniques used in powder metallurgy. It is based on preparing a high solids loading suspension of powder dispersed in an aqueous organic monomers solution, which is poured into a mold and gelled through a chemically initiated polymerization. This work describes the gelcasting of HK-30 stainless steel, a type of powder commonly processed by injection molding. Large (70 x 30 mm) and geometrically complex green compacts with outstanding form retention and stability were obtained. Sintered parts showed good surface finishing and reached 96% of theoretical density, yield strength of 418.5 MPa, and ultimate strength of 701.5 MPa. These results compare favorably with those typically obtained through conventional powder injection molding of HK-30 feedstocks. They support the growing view that gelcasting may soon become an industrial, low cost alternative for near net shaping metallic powders into small or large parts with complex geometries
Journal of The European Ceramic Society, Sep 1, 2002
The association of the gelcasting process with the aeration of ceramic suspensions allowed the de... more The association of the gelcasting process with the aeration of ceramic suspensions allowed the development of a novel category of porous ceramics with unprecedented mechanical properties. One of the critical points in the processing of porous ceramics by this route involves the setting of the foams, which is based on a gelling reaction by the in situ polymerization of organic monomers dissolved in the liquid phase. A variety of monomeric systems that are known to be suitable gelling agents for setting ceramic suspensions into dense forms were investigated in this work, with a view to the production of ceramic foams. These systems, namely ammonium acrylate, N-hydroxymethylacrylamide, methacrylic acid, methacrylamide and methylene-bysacrylamide, were studied considering the main requirements to produce ceramic foams, which include short setting time and high wet green strength. The effects of monomer type on powder dispersion, reaction kinetics, and green strength of wet and dried gelled bodies were investigated. The results revealed that the chemical characteristics of each system can affect the dispersion and rheological properties of suspensions. Polymerization kinetics and wet and dry mechanical strength varied markedly, depending on the type of monomer used.
Ceramica (Sao Paulo), 2003
Iranian Polymer Journal, Jul 29, 2019
The synthesis of an alkyd resin through an enzymatic alcoholysis provided by Novozym 435 was anal... more The synthesis of an alkyd resin through an enzymatic alcoholysis provided by Novozym 435 was analyzed in this study. The alcoholyses were performed in different enzyme concentrations (2.63, 4.00, 6.00, 8.00, and 9.36%, based on oil's mass), oil/glycerin ratios (1. 68, 2.50, 3.50, 4.50, and 5.18 oil mol/glycerin mol), at temperatures (33.18, 40.00, 50.00, 60.00, and 66.82 °C) to determine the best reaction conditions for obtaining the highest percentage of monoacylglycerides and diacylglycerides [glycerin/vegetal oil ratio of 1:3.5 (mol/mol), at temperature of 56.73 °C, and 9.36% enzyme concentration based on oil's mass (w/w)]. It was verified that 2 h was the ideal reaction time. Under the best alcoholysis condition, the alkyd resin was produced using phthalic anhydride and the product presented similar characteristics as the current resin produced by a chemical catalyst in the industrial process (final viscosity = Y2, solid content = 44.00%, and IA ≤ 12). 1 H NMR and FTIR analyses confirmed the formation of an alkyd resin as they showed the presence of characteristic signals of the final product. The re-usability of the enzyme was investigated, and significant results were observed in the reaction after five cycles (by activity reduction of 6%) showing the viability of applying enzymatic steps in industrial procedures to produce resins in the future, once the application of enzymes also reduced the level of toxicity in the processes.
Materials Science Forum, Feb 1, 2003
Energy, Feb 1, 2017
High temperature heat exchangers (HTHE) constructed with ceramics can achieve higher temperatures... more High temperature heat exchangers (HTHE) constructed with ceramics can achieve higher temperatures of operation. Resistance to oxidation is the great advantage of using ceramics for this application. This paper presents experimental characterization of one ceramic heat exchanger composed of finned plates operating at temperatures as high as 800 C and Reynolds number between 170 and 2000. The heat exchanger operates in counter-flow with air in both sides. The plates were constructed using alumina ðAl 2 O 3 Þ with the Gelcasting technique. Thermal performance was obtained in the form of Colburn and friction factors as a function of Reynolds number. The heat exchanger effectiveness varied between 0.620 and 0.901. Progressively higher temperature was imposed to the heat exchanger prototype to cause structural failure. In addition, the design and structural integrity assessments were carried out using refined finite element computations based on real experiments regarding fracture resistance of the employed ceramic. Thermal performance of the ceramic heat exchanger is adequate and predictable using CFD simulations, but guarantee structural integrity remains challenging.
Cerâmica, Aug 1, 1997
Esta terceira e última parte da revisão sobre os aspectos reológicos e de estabilização de suspen... more Esta terceira e última parte da revisão sobre os aspectos reológicos e de estabilização de suspensões com pós cerâmicos vem reunir a aplicação dos conhecimentos adquiridos nas primeiras duas partes publicadas anteriormente. Aqui, os fenômenos eletrostático devido à dupla camada elétrica, e estérico, relacionado à adsorção de moléculas poliméricas, são combinados para explicar o mecanismo eletroestérico de estabilização de suspensões cerâmicas. Os defloculantes que atuam através desse mecanismo abrangem uma classe específica de polímero denominada polieletrólitos, a qual é constituída por macromoléculas ionizáveis quando em solução. O estudo da forma com que os polieletrólitos atuam justifica-se devido à larga utilização desta classe de polímeros na indústria cerâmica. Os ácidos poliacrílico (PAA) e polimetacrílico (PMAA) são exemplos de polieletrólitos amplamente utilizados no processo de materiais à base de alumina. Dá-se destaque à influência do pH do meio e da presença de íons, sendo novamente aqui importante o conceito de força iônica da suspensão. Como aplicação prática, apresenta-se a estabilidade do sistema alumina-PMAA, reportando-se sobre o comportamento da viscosidade e da efetiva defloculação da suspensão. Este estudo é concluído apresentando resultados do efeito do peso molecular sobre a viscosidade, chamando atenção para o fato de que não basta definir apenas a classe de polímero a ser usada, sendo também fundamental especificar o peso molecular médio do polímero selecionado.
Journal of The European Ceramic Society, 2003
In recent years, a new class of ceramic foams with porosity levels up to 90% was developed as a r... more In recent years, a new class of ceramic foams with porosity levels up to 90% was developed as a result of the association of the gelcasting process to the aeration of a suspension containing foaming agents. The gelation of foamed suspensions results from the in situ polymerization of water-soluble monomers. Nearly spherical pores and highly dense struts characterize the structure
Cerâmica, Dec 1, 2001
O processo de tratamento anaeróbio de esgotos encontra-se atualmente bastante desenvolvido, permi... more O processo de tratamento anaeróbio de esgotos encontra-se atualmente bastante desenvolvido, permitindo o tratamento de uma larga variedade de efluentes industriais e domésticos. Uma das maiores contribuições para essa evolução foi o desenvolvimento da imobilização celular [1], a qual foi decorrente de um melhor entendimento do processo biológico dentro dos reatores, e particularmente dos mecanismos que permitem a retenção de biomassa ativa dentro das unidades de tratamento. Assim, a existência de condições favoráveis para a imobilização de biomassa ativa no interior do reator tem recebido grande atenção no projeto de biorreatores O desenvolvimento da biotecnologia anaeróbia de tratamento de águas residuárias, resultou em novas configurações de biorreatores, nas quais uma importante característica é a existência de condições favoráveis à imobilização de biomassa ativa responsável pela degradação biológica de resíduos poluentes. Características como a resistência à degradação biológica e boa resistência mecânica associadas a uma estrutura celular fazem das espumas cerâmicas excelentes candidatas à fabricação de suportes para imobilização da biomassa. Neste trabalho, utilizou-se o processo "gelcasting" associado à aeração de uma suspensão para produzir suportes de espuma cerâmica. Foram utilizadas alumina e caulinita, materiais estes em que predominam cargas superficiais positiva e negativa, respectivamente, na faixa de pH 7, em que operam os reatores. Após a queima, as espumas foram caracterizadas quanto à densidade aparente e à permeabilidade, e em seguida submetidas a um ciclo de 35 dias em reator diferencial alimentado com esgoto sanitário sintético. Materiais como argila expandida e borracha de etileno-propileno (EPR) foram submetidos a ciclo similar e comparados aos materiais cerâmicos. Os resultados permitem avaliar as vantagens e desvantagens das espumas cerâmicas como suporte para a imobilização de microorganismos frente a outros materiais. Palavras-chave: espuma cerâmica, gelcasting, tratamento, águas residuárias, reator anaeróbio, biofilme.
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