1. Repositório Institucional - Universidade Federal de Uberlândia
2. Faculdade de Engenharia Mecânica (FEMEC)
3. TCC - Engenharia Mecatrônica

ORCID:	http://orcid.org/0009-0005-6200-2065
Document type:	Trabalho de Conclusão de Curso
Access type:	Acesso Aberto
Title:	Criostato para condicionamento térmico de corpos de prova para ensaios charpy miniaturizados
Author:	Alves, Artur Martins
First Advisor:	Assis, Pedro Augusto de Queiroz
First member of the Committee:	Moura Júnior, José dos Reis Vieira de
Second member of the Committee:	Freitas, Dênis Soares de
Summary:	Os ensaios Charpy miniaturizados tornam-se indispensáveis em situações nas quais a caracterização de materiais é limitada pela impossibilidade de se retirar corpos de prova em dimensões convencionais, devido a restrições físicas ou à quantidade reduzida de material disponível. Contudo, um dos principais desafios associados a esse tipo de ensaio é a ausência de equipamentos capazes de realizar o condicionamento térmico dos corpos de prova em toda a faixa de temperaturas requerida. Neste contexto, esse trabalho envolve o desenvolvimento de um criostato de fluxo contínuo para ensaios em uma amplitude de temperatura de -190 [°C] a 150 [°C]. O equipamento desenvolvido consiste em uma cápsula de alumínio, na qual circula nitrogênio líquido, e controla-se a potência fornecida a aquecedores elétricos. Para a realização do condicionamento térmico, foi implementado um sistema de controle em malha fechada, voltado a levar a temperatura medida da cápsula ao entorno da temperatura de referência definida pelo operador. Devido as exigências impostas pelas normas ASTM E23 e ISO 148, durante o desenvolvimento do equipamento, foi necessária a utilização de técnicas como simulação por elementos finitos e a seleção cuidadosa de materiais como Celeron para suportar a ampla faixa de temperatura. O trabalho também envolveu todo o projeto elétrico e eletrônico para controle da potência fornecida aos aquecedores, medição da temperatura da cápsula, interface com o operador, além do projeto do sistema de controle propriamente dito. Ademais, também é mostrado o software embarcado que foi desenvolvido com capacidade de comunicação via MQTT para funcionamento remoto, além de atender requisitos de tempo real. O sistema todo é controlado por um ESP32 que aplica um controlador Proporcional Integrativo (PI) juntamente com outras técnicas de controle como escalonamento de ganho, feed-forward e clamping. No documento, são apresentadas todas as etapas de desenvolvimento, bem como verificações e análises do comportamento real do sistema. Resultados em simulação e experimentais mostram que a solução concebida é capaz de condicionar termicamente os CPs em torno da temperatura de referência. O maior erro médio após 5 minutos de ensaio em condições criogênicas foi de 0,19 [°C] e uma variância de apenas [0,01 °C]. Esses resultados evidenciam a capacidade do equipamento em materializar quaisquer temperaturas dentro da faixa descrita.
Keywords:	Criostato de fluxo contínuo Escalonamento de ganhos MQTT Ensaio Charpy Controle em malha fechada
Area (s) of CNPq:	CNPQ::OUTROS::ENGENHARIA MECATRONICA
Language:	por
Country:	Brasil
Publisher:	Universidade Federal de Uberlândia
Quote:	ALVES, Artur Martins. Criostato para condicionamento térmico de Corpos de prova para ensaios charpy miniaturizados. 2025. 59 f. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia Mecatrônica) – Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2025.
URI:	https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/46925
Date of defense:	17-Sep-2025
Appears in Collections:	TCC - Engenharia Mecatrônica

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