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FUNDAÇÃO ESCOLA TÉCNICA LIBERATO SALZANO VIEIRA DA CUNHA
CURSO TÉCNICO DE MECÂNICA
MARIANA JÚLIA PEDROSA DE MORAES
METALScope – MICROSCÓPIO METALOGRÁFICO ALTERNATIVO ADAPTADO
PARA SMARTPHONES
Orientador: Prof. Pedro Rafael Naud de Moura
Novo Hamburgo
2016
MARIANA JÚLIA PEDROSA DE MORAES
METALScope – MICROSCÓPIO METALOGRÁFICO ALTERNATIVO ADAPTADO
PARA SMARTPHONES
Projeto de Pesquisa apresentado ao Curso Técnico de Mecânica da Fundação Escola Técnica Liberato Salzano Vieira da Cunha como requisito para aprovação nas disciplinas do curso.
Orientador: Prof. Pedro Rafael Naud de Moura.
Novo Hamburgo, setembro de 2016.
ASSINATURAS
MARIANA JÚLIA PEDROSA DE MORAES
METALScope – MICROSCÓPIO METALOGRÁFICO ALTERNATIVO
ADAPTADO PARA SMARTPHONES
FUNDAÇÃO ESCOLA TÉCNICA LIBERATO SALZANO VIEIRA DA CUNHA
CURSO TÉCNICO DE MECÂNICA
Novo Hamburgo, setembro de 2016.
______________________________________________
Mariana Júlia Pedrosa de Moraes
______________________________________________
Pedro Rafael Naud de Moura
Professor Orientador
AGRADECIMENTOS
Gostaria de agradecer, primeiramente, ao professor orientador Pedro Rafael
Naud de Moura, que concedeu total apoio e estímulo para desenvolver este projeto.
Sou grata pela paciência e dedicação proporcionada, não me deixando desmotivar
em nenhum momento.
Agradeço aos meus familiares e amigos, e principalmente à minha mãe,
Márcia Patrícia de Moraes, por todo o apoio e companheirismo que me ofereceram
nos meses de trabalho com o projeto, sempre me motivando a dar o melhor possível
para obter um resultado positivo e proveitoso do projeto.
“O sucesso nasce do querer, da
determinação e persistência em se chegar a um
objetivo. Mesmo não atingindo o alvo, quem busca
e vence obstáculos, no mínimo fará coisas
admiráveis.”
José de Alencar
RESUMO
A análise da microestrutura dos metais é feita a partir de um instrumento óptico
específico, o microscópio metalográfico. Para visualizar os microconstituintes do
metal e capturar as imagens, o aparelho faz uso de um software técnico científico
licenciado, devido isso, todo o mecanismo se torna dispendioso, acarretando mais
cautela no manuseio e consequentemente um engenheiro qualificado para
manipulá-lo. Como solução, este projeto consiste no desenvolvimento de um método
alternativo para analisar a estrutura metalográfica. O sistema tem por finalidade
desenvolver técnicas acessíveis e dinâmicas para visualizar os grãos que compõem
a microestrutura do metal. A proposta constitui basicamente na utilização de um
celular smartphone, que quando ativada a câmera, a imagem ampliada da superfície
da amostra metalográfica apareça na tela do celular. A ampliação é feita a partir de
uma lente de aumento de 60X associada à configuração de zoom do celular. O
ajuste do foco da imagem é feito através da regulagem de altura do suporte onde o
celular é fixado. Utilizando smartphones para essa função, simplifica o processo de
captura das imagens da microestrutura, tornando a prática metalográfica muito mais
dinâmica e acessível para fins pedagógicos. Foram utilizados como referências
livros, artigos e consultas com profissional da área. Como resultado pode-se obter
um meio alternativo de análise, capaz de visualizar os grãos dos microconstituintes
presentes na microestrutura.
Palavras-chave: Metalografia. Microscópio. Celular.
ABSTRACT
The analysis of the microstructure of metals is made by a specific optical instrument,
the metallographic microscope. To view the metal microconstituents and capture the
images, the device makes use of a licensed technical scientific software, because of
that, the whole mechanism becomes expensive, requiring more caution in handling
and hence a qualified engineer to manipulate it. As a solution, this project is to
develop an alternative method to examine the metallographic structure. The system
aims to develop accessible and dynamic techniques to visualize the grains that make
up the metal microstructure. The proposal is basically the use of a smartphone
mobile, that when activated the camera, the enlarged image of the surface of the
metallographic sample appear on the mobile screen. The magnification is made from
a 60X magnifier associated with cell zoom setting. The image focus adjustment is
done by support height adjustment where the cell is fixed. Using smartphones for this
function simplifies the process of capturing images of the microstructure, making the
metallographic practice much more dynamic and accessible for educational
purposes. They were used as reference books, articles and consultations with
professional. As a result can obtain an alternative means of analysis able to view the
microconstituents grains present in the microstructure.
Keywords: Metallography. Microscope. Smartphone Mobile.
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO ................................................................................................. 9
2 REFERENCIAL TEÓRICO .............................................................................. 11
2.1 Microscopia ................................................................................................. 11
2.2 Microscópio ................................................................................................. 11
2.2.1 Microscópio Metalográfico .......................................................................... 13
2.3 Microscópios existentes ............................................................................ 14
2.4 Lentes .......................................................................................................... 15
2.4.1 Formação da imagem ................................................................................ 15
2.4.2 Aberrações ................................................................................................. 17
2.4.3 Classificação do fator de ampliação ........................................................... 17
2.5 Foco .............................................................................................................. 18
2.6 Metalografia ................................................................................................. 18
2.6.1 Tipos de observação .................................................................................. 19
2.6.2 Preparo da amostra metalográfica ............................................................. 19
2.7 MDF .............................................................................................................. 20
3 METODOLOGIA ............................................................................................... 21
3.1 Projeção da estrutura .................................................................................. 21
3.2 Definição do sistema de regulagem de altura .......................................... 22
3.3 Escolha do meio de iluminação ................................................................. 23
3.4 Construção do protótipo ............................................................................ 24
3.5 Preparo da amostra .................................................................................... 27
4 RESULTADOS E DISCUSSÕES ................................................................... 30
4.1 Análise com Microscópio Metalográfico .................................................. 30
4.2 Primeiro teste com METALScope ............................................................ 31
4.3 Segundo teste com METALScope ............................................................ 32
4.4 Terceiro teste com METALScope ............................................................ 33
4.5 Teste com Microscópio Digital ................................................................. 34
5 CONCLUSÃO .................................................................................................... 36
REFERÊNCIAS ................................................................................................... 37
9
1 INTRODUÇÃO
A metalografia consiste no estudo dos produtos metalúrgicos, com o auxílio
de um microscópio, que permite a observação e análise das características
estruturais, granulação do material, constituição dos metais e suas ligas, para
relacioná-los com suas propriedades físicas, químicas e mecânicas. Devido isso, a
metalografia é muito utilizada na área de controle de qualidade e em laboratórios
acadêmicos.
Para a realização do ensaio metalográfico é fundamental a utilização de um
microscópio específico, o microscópio metalográfico. Esse microscópio caracteriza-
se por possuir baixo campo focal, por isso é indicado para analisar apenas
superfícies perfeitamente planas e polidas (COLPAERT, 2008).
Esse aparelho possui um custo relativamente elevado, devido à utilização de
um software licenciado no momento da análise. Por isso, para ambientes
pedagógicos, não há necessidade de investir grande demanda de dinheiro para
utilizar um microscópio tecnológico científico. Além de que, devido a essas
circunstâncias, é necessário que se tenha cuidado demasiado ao manusear o
equipamento e por ser um mecanismo grande e pesado, muitas vezes não é
possível usufruir de suas funcionalidades em qualquer ambiente, tornando essa
prática mais restrita, principalmente aos alunos.
A falta de um método mais dinâmico para a realização da análise ocasiona,
principalmente, um distanciamento do aluno com procedimento da análise, pois
como a manipulação do instrumento requer grandes cuidados, normalmente este é
feito por um professor ou engenheiro. Logo, o projeto consiste no desenvolvimento
de uma forma alternativa que proporcione a análise da metalografia através da
comparação das imagens obtidas pelo dispositivo, com as imagens presentes em
bibliografias ou proporcionadas pelo microscópio e software metalográfico utilizado
atualmente.
As imagens são obtidas e arquivadas através da câmera de um celular
smartphone que quando posicionado corretamente no dispositivo, feito de material
leve e resistente, visualizará a imagem da amostra metalográfica ampliada, podendo
analisar sua estrutura.
O METALScope então, possui o intuito de auxiliar as práticas metalográficas
acadêmicas, tornando-as mais dinâmicas e acessíveis. Além disso, busca viabilizar
10
a possibilidade de uso também em ambientes externos, ou seja, fora do laboratório
de análise.
Através do uso de pesquisas e comparações, pode-se avaliar a viabilidade e
a eficiência do microscópio metalográfico alternativo apresentado, bem como se a
diferença entre as imagens será suficiente para que possibilite a análise estrutural
do metal.
11
2 REFERENCIAL TEÓRICO
O referencial teórico desenvolvido para este projeto de pesquisa teve como
enfoque a microscopia e a funcionalidade do microscópio, os equipamentos e
fundamentos utilizados para o desenvolvimento do projeto.
2.1 Microscopia
A microscopia é a ciência que explora a metodologia e as técnicas de
observação de objetos com dimensões reduzidas ou com dimensões inferiores ao
limite de resolução do olho humano (0,1mm). Desta forma, segundo Fazano (1980),
o único método capaz de tornar visível um objeto abaixo do limite fisiológico do olho
humano é aumentando o ângulo através de instrumentos ópticos.
Existem diversas técnicas para conseguir enxergar uma imagem
microscópica, mas a mais usual é com a utilização do microscópio. Há várias
classificações de microscópios, variando de acordo com o número de lentes
objetivas, oculares, fonte de iluminação, entre outros (MARQUES, s.d.).
De acordo com Freitas (2014, apud ANELLI, 2015), das várias classificações
de microscópios, as principais são o microscópio simples, microscópio composto e o
microscópio eletrônico, sendo os mais comuns desse tipo, o microscópio eletrônico
de varredura e o de transmissão.
2.2 Microscópio
A criação do microscópio pode ser considerada como o marco inicial para a
biologia celular e, posteriormente, para toda a área da mecânica industrial que
abrange a análise e descobrimento da estrutura e composições de objetos pequenos
formados por aço ou ferro fundido.
De acordo com Portal da Educação (2013), o microscópio foi inventado no
final do século XVI pelos holandeses Hans Janssen e Zacharias Janssen. A partir de
observações realizadas, constatou-se que a montagem de duas lentes em um
cilindro, proporcionava o aumento do tamanho das imagens, permitindo, assim, a
visualização de objetos muito pequenos, ou até invisíveis a olho nu.
12
No decorrer do tempo, o microscópio passou por aperfeiçoamento, mas
nunca perdendo a sua essência. Segundo Toffoli (2012), atualmente, o microscópio
composto é um dos instrumentos ópticos mais utilizados, integrado essencialmente
por um tubo delimitado em suas extremidades por lentes convergentes associadas,
ou seja, formando uma combinação de lentes separadas que produzem uma
imagem ampliada.
A lente mais próxima do observador é chamada de lente ocular e a mais
próxima do objeto a ser analisado é denominada de objetiva.
Além das partes ópticas responsáveis pela ampliação, o microscópio
constitui-se por partes mecânicas que permitem o seu controle. As nomenclaturas e
funcionalidades são indicadas através da figura (1).
Figura 1 – Constituição de partes mecânicas do microscópio óptico
Fonte: Agrupamento Fajões (s.d.)
1. Tubo – Cilindro que comporta a associação de lentes, localizando-se na
extremidade superior a ocular e na inferior o revólver com as lentes
objetivas.
13
2. Braço – Peça fixa à base, na qual estão aplicadas todas as outras partes
que constitui o microscópio.
3. Macrométrico – Movimenta com maior amplitude a platina das objetivas
através de uma engrenagem. É indispensável para fazer a focagem.
4. Micrométrico – Movimenta a platina das objetivas, porém com amplitude
reduzida, completando a focagem.
5. Base – Suporta o microscópio, dando estabilidade.
6. Interruptor – Tem a função de ligar e desligar o microscópio.
7. Platina – Podendo variar de formato, local onde se posiciona a amostra a se
observar. Possui furo no centro que permite a passagem de raios luminosos
concentrados pelo condensador.
8. Revólver – Tambor rotativo onde aloja as lentes objetivas.
9. Condensador – Distribui a luz que atravessa o diafragma uniformemente.
10. Fonte luminosa – Responsável por iluminar a amostra analisada.
Toda essa estrutura em conjunto é responsável pela ampliação e resolução
da imagem do objeto observado. A ampliação é a capacidade de fazer um objeto
parecer maior do que ele realmente é. Já a resolução é a capacidade de diferenciar
duas estruturas diferentes que estejam juntas, ou seja, nitidez.
Há dois conceitos na óptica que precisam ser diferenciados, como poder de
resolução e limite de resolução. O poder de resolução é a capacidade que a lente
tem em captar detalhes mínimos. Já o limite de resolução é a menor distância entre
dois pontos diferentes do objeto que poderão ser individualizados e visualizados na
imagem final da análise, ou seja, quanto menor o limite de resolução, maior será o
poder de resolução.
Devido a esses componentes serem de alta precisão e o microscópio ser um
instrumento caro, é necessário cuidado demasiado no momento do transporte,
manuseio e manutenção do mesmo.
2.2.1 Microscópio Metalográfico
A partir do microscópio comum desenvolveu-se o microscópio metalográfico.
Segundo Carlos Alberto T.V. Fazano (1980), as dimensões e características comuns
da superfície das amostras metalográficas, atribuiu ao microscópio metalográfico
formas específicas, técnicas e dispositivos, que possibilitam a execução da análise,
14
como, por exemplo, o posicionamento das amostras, iluminação apropriada e
técnicas fotográficas.
Esse equipamento é um aparelho ergonômico, cujo funcionamento visa não
somente o conforto de quem o utiliza, mas também facilitar e tornar mais nítida a
imagem da microestrutura em observação.
2.3 Microscópios existentes
O microscópio digital é utilizado, na maioria das vezes, em manutenção e
inspeção de peças e placas de circuito de computadores, no qual é necessário um
meio de ampliação para que seja possível visualizar os componentes da placa, mas
que não necessariamente precise de nitidez, pois a imagem obtida possui 2 mega
pixels. A ampliação do dispositivo varia de 10X a 500X (PENNA, 2010).
Figura 2 - Microscópio Digital
Fonte: USB Microscópio Digital (2015).
Esse equipamento acompanha um CD que contém o software AMCap para
ser instalado no notebook, possibilitando a visualização e análise da imagem obtida.
O software opera no sistema Windows e proporciona configurações diversas, como
por exemplo, o ajuste do zoom, captura de foto ou vídeo e contraste da imagem.
Existem outros tipos de microscópios com uma tecnologia não tão
desenvolvida quanto o microscópio digital, como por exemplo, o microscópio que
utiliza lentes de leitor de CD para ampliação de imagens. Esse tipo de microscópio
não possui atualmente uma estrutura científica, apenas protótipos diversos, devido a
a lente empregada não possui muitas informações a seu respeito.
15
De acordo com Pereira (2015), sistema consiste basicamente pela fixação
da lente junto a câmera do celular. Essa fixação pode ser feita de diversas maneiras,
desde utilizando fitas adesivas até grampos. O sistema de regulagem de altura pode
ser feito com a própria mão ou então com uma estrutura projetada para essa função,
como mostra a figura a seguir:
Figura 3 - Microscópio com lente de leitor de CD
Fonte: Pereira (2015).
Esse dispositivo funciona bem para análise, por exemplo, em telas de
celulares, folhas de árvores, tecidos da mão.
2.4 Lentes
Uma lente é um disco, normalmente de vidro, que possui uma ou ambas as
superfícies encurvadas segundo o arco de um círculo (STANIER, 1969). O
microscópio e as lentes de aumento têm como finalidade aumentar a imagem de um
objeto e fazer com que seja possível enxergar elementos não visíveis a olho nu.
2.4.1 Formação da imagem
As lentes são subdivididas em dois tipos, convergentes e divergentes. As
lentes convergentes são as utilizadas em microscópios ópticos. Essas lentes
possuem a característica de convergir em um ponto em comum, os raios de luz que
passam por ela.
A objetiva é a lente mais próxima do objeto a ser analisado, como mostra a
figura (4) a seguir, quando o objeto, representado pela letra A, é posicionado na
16
frente da lente objetiva e os raios de luz passam por ela no ponto focal (F’), é
produzido uma imagem invertida e ampliada, representada por A1. (FÍSICA E
VESTIBULAR, 2014)
Figura 4 – Característica da imagem
Fonte: A autora (2016).
Com isso, a imagem produzida A1, se torna objeto para a lente ocular, que
possui o trabalho de ampliar a imagem captada pela objetiva, como mostra a figura
(5).
Figura 5 – Característica da imagem final
Fonte: A autora (2016).
Mas como os raios de luz, na lente ocular, o ponto em comum dos raios de
luz é encontrado através de prolongamento das linhas, a imagem obtida é dita como
17
virtual. Portanto, a imagem final obtida é real, pois é vista de forma invertida da sua
orientação inicial, virtual e ampliada, representada por A2.
Por isso, a associação de duas lentes convergentes é utilizada em
microscópios, pois aumenta ainda mais o tamanho da imagem do objeto em análise
(TEODORO, 2012).
2.4.2 Aberrações
As aberrações acontecem quando raios de luz provenientes de um mesmo
objeto, não focam exatamente em um mesmo ponto e a ausência de nitidez da
imagem é, então, chamada de aberração.
Não são consequência de algum defeito da lente, mas o resultado da
aplicação das leis de refração e reflexão às superfícies esféricas. Algumas
aberrações podem ser eliminadas ou diminuídas de acordo com o formato da lente
ou ajuste do ponto focal (GALLAS, s.d.).
2.4.3 Classificação do fator de ampliação
No microscópio óptico o elemento mais importante do equipamento são as
lentes objetivas, que ampliam a imagem em diversos graus, dependendo de sua
classificação, como ilustra a figura (6) a seguir:
Figura 6 – Lentes objetivas
Fonte: Mcientifica (2014).
18
De acordo com Coltinho (1980), o microscópio possui lentes objetivas de 4,
10, 40 e 100, que permitem uma visão panorâmica e que quando utilizadas com a
lente ocular, cuja normalmente tem fator de ampliação de 10 vezes, proporciona um
aumento aproximado de 40x, 100x, 400x e 1000x, respectivamente.
Então o poder de ampliação de um microscópio se dá pela multiplicação do
fator de ampliação da lente objetiva com o da lente ocular utilizada.
Para a visualização de estruturas com lentes que possuem fator de
ampliação de 100 vezes é necessário utilização de óleo de imersão para que a
lâmina não seja danificada e também para que não haja refração (FAZANO, 1980).
2.5 Foco
Em uma análise metalográfica o foco é um fator muito importante para
observar a amostra, pois permite que o material seja examinado com mais nitidez,
proporcionando assim, mais facilidade na análise.
Para proceder à focagem, no microscópio, o parafuso macrométrico deve
afastar progressivamente a platina da objetiva, observando através da ocular,
corrige-se o foco utilizando o parafuso micrométrico, lentamente (PROLAB, 2014).
A distância focal varia de acordo com o fator de ampliação de cada lente.
Quanto maior for o fator de ampliação, menor será a distância focal da lente.
2.6 Metalografia
A metalografia é um dos principais ramos da metalurgia física que consiste
no estudo da constituição, estrutura, ligas e sua relação com as propriedades
mecânicas, físicas, químicas e processos de fabricação (COLPAERT, 2008).
Conforme Fazano (1980) existem diversos métodos para determinar a
estrutura interna dos metais, porém um dos mais utilizados atualmente é por meio
do microscópio óptico. A observação das microestruturas metálicas sob aumentos
adequados é fundamental tanto para estudantes, engenheiros, como para
pesquisadores.
Com tudo, a metalografia é, atualmente, uma arte tecnocientífica de suma
importância na resolução dos problemas e a durabilidade de componentes metálicos
quando submetidos à esforços mecânicos, que a cada dia tornam-se mais severos,
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informando a causa dos defeitos e objetivando uma melhoria tecnológica ou de
desenvolvimento científico (COLTINHO, 1980).
2.6.1 Tipos de observação
De acordo com Colpaert (2008), na metalografia há uma subdivisão quanto
ao tipo de observação da amostra metalográfica. Basicamente, se subdivide em
duas classes, macroscopia e microscopia.
Macroscopia: analisa a amostra a olho nu, utilizando lupa ou microscópios
estéreos, com aumentos que variam de 5x até 64x.
Microscopia: realiza a análise através de um microscópio com aumentos que
normalmente são de 50X, 100X, 200X, 500X, 1500X e 2500X (WELDNDT,
2013).
Através da análise desses dois tipos de observação é possível determinar
diversas características do material em estudo. Em ambas as subdivisões, são
necessárias preparações adequadas da amostra metalográfica, para que a mesma
possa ser analisada com eficácia.
2.6.2 Preparo da amostra metalográfica
De acordo com Baptísta et. al. (2011), para realizar o ensaio metalográfico, a
amostra deve passar por procedimentos técnicos para poder analisar a sua estrutura
em um microscópio óptico. Esse se caracteriza por ter baixo campo focal, permitindo
apenas a observação de superfícies planas e polidas. As etapas do preparo da
amostra são divididas da seguinte maneira, segundo o autor:
Escolha da localização da seção a ser estudada;
Obtenção de uma superfície plana através do lixamento, com lixas de
variadas granulações;
Polimento utilizando um composto químico, como óxido de alumínio;
Exame no microscópio para verificar as ocorrências visíveis, sem ataque;
Ataque da superfície com um reagente químico adequado;
Exame com o microscópio para observar a microestrutura;
Registro do aspecto observado através de fotografia;
20
Deste modo, é feita a revelação da composição do metal por diferentes
constituintes.
2.7 MDF
Segundo a revista eletrônica Eco Gold (s.d.) A Fibra de Média Densidade,
mais conhecida como MDF, é um produto ecologicamente correto, feito a partir de
fibras de madeira e resinas sintéticas. Esse material é caracterizado por possuir
superfície lisa, uniforme e muito mais densa do que os outros tipos de madeira.
O artigo também informa que a fibra de média densidade se distingue dos
demais materiais devido a variadas possibilidades de trabalho, como ser cortado,
lixado, perfurado, colado, parafusado, entre outras funções. Apesar disso, não deve
ser exposto a ambientes muitos úmidos, mas a sua constituição previne o ataque da
maioria dos insetos furadores.
21
3 METODOLOGIA
A metodologia iniciou-se com uma vasta pesquisa bibliográfica e estudo
sobre microscópios, com foco na aplicação na área da metalografia. Além da leitura
de livros, artigo científico, revistas, realizou-se práticas metalográficas e testes em
microscópios. Conversas com um profissional da área metalográfica também
serviram de base para a formação do dispositivo e maior conhecimento no campo de
atuação.
Com o auxílio do software Inventor, foi projetada a estrutura do dispositivo
para que pudesse ser feito o protótipo. Em seguida, ocorreu a definição do sistema
de regulagem de altura a ser utilizado e o mecanismo de iluminação da amostra
metalográfica.
Logo após foram realizados testes para validar sua eficiência, utilizando o
método de comparação dos resultados obtidos através do projeto com o do
microscópio metalográfico utilizado atualmente.
3.1 Projeção da estrutura
Inicialmente, foram estudadas formas de como seria utilizado o suporte,
levando em consideração o ambiente que o mesmo será inserido e o seu objetivo,
desta forma foi feita a projeção e a escolha do seu material.
A estrutura é formada por uma mesa, onde a amostra metalográfica deve ser
apoiada. Acopladas a ela, duas placas que a elevam, e por fim, para dar
sustentação e apoio, uma base que liga as duas placas de elevação, como mostra a
figura (7) a seguir:
22
Figura 7 – Projeção da estrutura no software Inventor
Fonte: A autora (2016).
Como o projeto tem como objetivo auxiliar nas práticas metalográficas
acadêmicas, tornando-as mais dinâmicas e acessíveis, dar a possibilidade de utiliza-
lo em ambientes externos tornaria a análise mais prática. Para isso, o material da
estrutura do projeto deve ser leve e resistente, então, escolheu-se utilizar MDF, pois
é um material acessível e fácil de trabalhar.
Como o microscópio é um instrumento que deve ser estável, se viu
necessário a utilização de folhas de borracha E.V.A. (Etil Vinil Acetato), para evitar
vibrações e instabilidade no momento de utilização do sistema.
3.2 Definição do sistema de regulagem de altura
O projeto visa a utilização de celulares smartphones para visualizar a
imagem da estrutura metalográfica. Para isso, a posição da lente da câmera do
celular deve ser posicionada de forma que fique paralela à face da amostra
metalográfica em análise.
Outro ponto fundamental é a regulagem da altura do suporte onde o celular
está posicionado. Essa regulagem é necessária devido à distância focal das lentes
utilizadas, pois cada lente possui uma distância diferente da outra, que varia quanto
a sua capacidade de ampliação. Se a lente tiver uma profundidade de foco menor, a
distância que ela ficará da face em análise é pequena, já se a profundidade for
maior, a distância aumentará, por esse motivo, o suporte deve ser regulável.
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Como o projeto busca desenvolver algo acessível, leve e resistente, o
suporte para placa de circuito impresso, com algumas modificações, se adapta muito
bem à proposta. A regulagem de altura é feita através do seu próprio sistema de
fixação, no qual se posiciona calços de MDF no local onde o suporte é fixado, para
aumentar ou diminuir a espessura da base. Girando manualmente a barra
rosqueada para realizar a ajustagem do foco da imagem.
3.3 Escolha do meio de iluminação
Para que a imagem da amostra em análise tenha maior qualidade e nitidez,
a iluminação é muito importante. Neste caso, para fins acadêmicos, a iluminação
proporcionada por LED possui boa eficiência.
O sistema de iluminação é formado por duas pilhas AA, um suporte para
encaixá-las e liga-las aos demais componentes, LED de cor branca, um resistor e
um botão com função liga-desliga, como mostra a figura (8) abaixo:
Figura 8 – Sistema de iluminação
Fonte: A autora (2016).
Esse sistema é posicionado de forma que fique perpendicular à face em
análise, proporcionando uma iluminação direta na amostra. O arame composto pelo
LED é maleável, possibilitando o posicionamento adequado de acordo com a
amostra analisada.
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3.4 Construção do protótipo
Após a definição do sistema de regulagem de altura, baseando-se na
revisão bibliográfica sobre metalografia e o conhecimento técnico, chegou-se a uma
proposta de funcionamento, aprovada e incentivada pelo orientador.
Inicia-se a construção do protótipo, na oficina do Curso Técnico de Mecânica
da Fundação Liberato, com supervisão e os devidos equipamentos de segurança.
Primeiramente, foi adquirido três chapas de MDF de 50x30cm. Cada chapa
foi projetada de uma forma, de maneira que a mesa, placa e base tivessem as
medidas representadas da figura (9) abaixo:
Figura 9 – Cotas da estrutura
Fonte: A autora (2016).
Após isso, foi passado o desenho 2D da estrutura nas devidas medidas
para as chapas, de modo que as linhas a servissem de referência no momento do
corte com serra fita, como mostra a figura (10).
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Figura 10 – Corte com serra fita
Fonte: A autora (2016).
Em seguida, as chapas já cortadas nas devidas medidas, foram unidas com as
lâminas de E.V.A. e montadas a fim de formar a estrutura do suporte. A união do
E.V.A. e das chapas foram feitas utilizando adesivo instantâneo universal Loctite,
devido a pouca espessura das chapas, tornando difícil outro método de fixação,
como utilizando parafusos.
Figura 11 – Estrutura montada
Fonte: A autora (2016).
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O suporte para placa de circuito impresso servirá para sustentar o celular
smartphone. Esse suporte é bem eficiente quanto à proposta do projeto, mas
precisou passar por algumas adaptações. As hastes que servem originalmente para
apoiar as placas, possuem uma saliência, como mostra o número 1 da figura X, e
para a aplicação desejada no projeto, essa elevação no centro das hastes interferiria
na fixação do celular, proporcionando certa instabilidade. Por isso, se viu necessário
lixar as hastes, para que essa saliência fosse eliminada, e surgisse uma superfície
plana, como mostra o número 2 da figura (12).
Figura 12 – Suporte para celular com controle de altura
Fonte: A autora (2016).
Para que o celular smartphone seja fixado com mais segurança, foi
projetado uma base de apoio, feita de MDF, com duas fitas de velcro na parte
inferior da base para proteger o celular, evitando quedas. As medidas da base de
apoio foram feitas levando em consideração o celular disponível para a realização
dos testes que serão feitos posteriormente.
Com as todas as partes prontas, foi possível a montagem final, de todos os
elementos, como mostra a figura a seguir.
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Figura 13 – Montagem final
Fonte: A autora (2016).
Após a montagem, o protótipo está pronto para ser testado e seus
resultados comparados com o microscópio metalográfico da Fundação Liberato.
3.5 Preparo da amostra
Para que seja possível a realização dos testes e a comparação dos
resultados obtidos, é necessário uma amostra metalográfica devidamente plana e
polida. A amostra foi disponibilizada pelo professor Pedro Naud, na qual já havia
sido seccionada e embutida em um tubo de PVC para facilitar o manuseio. O
preparo foi feito no Laboratório de Metalografia da Fundação Liberato.
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Figura 14 – Processo de lixamento
Fonte: A autora (2016).
Foi feito o lixamento da amostra utilizando uma lixa de média granulação
(600), durante um longo período, para eliminar imperfeições da superfície da
amostra, como oxidações ou arranhões profundos, sempre lembrando para manter o
esforço no centro da amostra para evitar planos ou abaulamento. A retirada de
resquícios de materiais foi feita com água corrente.
Após o lixamento, a amostra foi seca com jatos de ar quente utilizando um
secador disponível no laboratório e então, pronta para ser polida. O polimento foi
feito para deixar a superfície da amostra espelhada e sem nenhum arranhão para
posterior análise.
Figura 15 – Polimento da amostra metalográfica
Fonte: A autora (2016).
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Foi realizado no instrumento próprio para essa finalidade, no qual um disco
de feltro gira e a superfície da amostra é forçada contra o disco. A lubrificação foi
feita com água corrente e o abrasivo utilizado foi o óxido de alumínio. Após o
polimento, a amostra foi seca novamente.
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4 RESULTADOS E DISCUSSÕES
Aplicando todos os passos utilizados na metodologia apresentada
anteriormente, pode-se chegar aos resultados do sistema, assim sendo possível a
análise da viabilidade do sistema.
4.1 Análise com Microscópio Metalográfico
Com a amostra devidamente preparada, a estrutura do metal foi analisada
no microscópio metalográfico da Fundação Liberato, utilizando lentes de aumento de
100X e 500X. As imagens obtidas serviram de referência para comparar com as
imagens adquiridas através do sistema desenvolvido.
Primeiramente, analisou a estrutura do aço sem ataque, com uma ampliação
de 100X, como segue na imagem abaixo:
Figura 16 – Estrutura do aço sem ataque (100X)
Fonte: A autora (2016).
É possível visualizar alguns riscos provenientes do processo de lixamento e,
além disso, alguns declínios, denominados de inclusões.
Em seguida, foi feita a análise da amostra metalográfica atacada
quimicamente com Nital. A primeira análise foi feita com uma ampliação de 100X, na
qual é possível enxergar os grãos de Perlita e Ferrita. O resultado obtido é ilustrado
na imagem á esquerda.
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Figura 17 – Análise na superfície atacada 100X e 500X
Fonte: A autora (2016).
Já na imagem á direita, com ampliação de 500X na amostra atacada, é
possível enxergar com nitidez o formato dos grãos de Perlita, Ferrita. A imagem
obtida possui ótima resolução.
4.2 Primeiro teste com METALScope
Em seguida, iniciou-se os testes com o protótipo. O celular utilizado foi o
smartphone Samsung J5 que possui câmera de 13 mega pixels. A primeira análise
utilizando o protótipo foi feita com a lente destinada a microscópios ópticos originais.
A ampliação da lente é de 100X, possui distância focal de 1,25mm e no seu uso é
recomendado aplicar uma gota de óleo de cedro na face em análise. Além da lente,
foi empregado um aumento de 4X utilizando o zoom máximo da câmera do
smartphone.
A visualização da imagem do primeiro teste não foi satisfatória, o campo de
visão mesmo com o zoom da câmera ficou muito distante e a imagem ficou
predominantemente escura, além de não possuir foco, como pode-se observar na
imagem (17) a seguir.
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Imagem 18 – Resultado do teste 1
Fonte: A autora (2016).
A falta de foco se deu devido ao tipo de lente, a qual só obtém bons
resultados se utilizada em um microscópio destinado à ela. Deste modo, não foi
possível enxergar a superfície da amostra metalográfica, nem sua microestrutura
com e sem ataque. O primeiro teste realizado não atingiu um resultado satisfatório.
4.3 Segundo teste com METALScope
No segundo teste realizado, utilizou-se uma lente de longa distância com
capacidade de ampliação de 10X e foi acrescentado o zoom de 4X da câmera do
smartphone. O posicionamento da lente foi feito através de um clip feito
especialmente para o encaixe da lente. O clip foi preso no celular e a lente ajustada
com a câmera do mesmo. Segue abaixo as imagens obtidas:
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Figura 19 – Teste com lentes 10X + Zoom 4X
Fonte: A autora (2016).
A partir da imagem obtida através desse procedimento, pode-se observar
que a ampliação total de 40X possibilita a visualização da superfície da amostra
metalográfica de forma mais próxima, porém, não é suficiente para enxergar a
estrutura do material. Mas na amostra atacada é possível enxergar alguns pontos de
coloração mais clara, classificados como grãos de Ferrita, microconstituinte do
metal. .
4.4 Terceiro teste com METALScope
No segundo teste, foi empregada uma lente de aumento de 60X e
acrescentado o zoom de 4X da câmera do smartphone. Com celular devidamente
posicionado na base de suporte e a câmera ativada, a lente foi posicionada próxima
a superfície da amostra e a partir disso, foi regulada a altura do celular para
ajustagem do foco da imagem. Segue abaixo as imagens obtidas através desse
método:
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Figura 20 – Teste realizado com lente de 60X + zoom 4X
Fonte: A autora (2016).
Teoricamente as imagens obtidas deveriam ter ampliação de 240X, sendo
assim, seria possível enxergar os grãos que compõem o material de forma
aproximada, porém como mostra a imagem no lado esquerdo, é possível visualizar
apenas riscos finos provenientes do processo de lixamento, presentes na superfície
da amostra metalográfica sem ataque químico, que quando expostos à luz se
tornaram mais evidentes.
Já na imagem á direita é possível visualizar pequenos pontos com diferentes
colorações na superfície atacada. Esses pequenos pontos são grãos de Ferrita e
Perlita, que compõem a microestrutura do metal.
O terceiro teste obteve sucesso parcial, pois foi possível visualizar os grãos
somente na amostra atacada quimicamente, mesmo que de maneira distante,
impossibilitando a visualização do formato do grão.
4.5 Teste com Microscópio Digital
O quarto teste foi realizado com o microscópio digital conectado em um
notebook através de cabo USB. Através do software AMCap, ajustou-se a ampliação
do microscópio para 150X e o foco foi regulado diretamente no microscópio, nessas
circunstâncias se chegou a imagem no lado esquerdo, na qual é possível visualizar
mais de perto os grãos, possibilitando a diferenciação dos microconstituintes e em
alguns pontos a identificação do contorno do grão.
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Já na imagem á direita, a ampliação aplicada foi de 500X. Nestas condições,
o formato do grão pode ser visto com clareza, apesar da falta de nitidez mesmo com
o foco ajustado.
Figura 21 – Estrutura analisada pelo microscópio digital
Fonte: A autora (2016).
Em ambas as imagens são possíveis visualizar o grão, seu formato e as
diferentes tonalidades. O resultado obtido com esse equipamento foi considerado
como satisfatório, devido a capacidade de análise que pode ser feita a partir das
imagens obtidas e a semelhança com as imagens capturadas com o microscópio
metalográfico.
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5 CONCLUSÃO
As pesquisas para o desenvolvimento do METALScope juntamente com a
realização dos testes, mostraram que é possível utilizar o recurso para ampliar
imagens, mas, para analisar a microestrutura do metal, o sistema não se mostrou
eficiente devido a falta de ampliação com a nitidez necessária.
A junção da lente com fator de ampliação de 60X mais a função de zoom,
disponível no celular, possibilitou a visualização de alguns grãos da microestrutura,
porém a uma longa distância, incapacitando a verificação do formato do grão e a
detecção dos microconstituintes.
O uso do celular smartphone para fins na área da microscopia é
tecnicamente viável, mas para que seja possível utilizá-lo na área da metalografia e
conseguir resultados satisfatórios e semelhantes aos obtidos com o microscópio
metalográfico atual, deve-se produzir uma lente específica para essa finalidade.
Levando em consideração o objetivo geral de conseguir uma alternativa
mais dinâmica e acessível para analisar a estrutura dos metais nas aulas de
metalografia, o microscópio digital utilizado atualmente para manutenção de placas
de computadores, a partir dos testes realizados, se mostrou parcialmente eficaz.
Esse instrumento dá a ampliação necessária, mas sem a nitidez adequada,
provavelmente por fazer ampliação digital e não analógica.
Para fins pedagógicos e didáticos o microscópio digital pode ser utilizado
como método alternativo, pois possibilita a visualização do formato dos grãos do
metal, porém, de acordo com os resultados obtidos, não é capaz de substituir o uso
do microscópio metalográfico devido a falta de nitidez e resolução na imagem.
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