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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

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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

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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.

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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

[email protected]

______________________________________________

Pedro Rafael Naud de Moura

Professor Orientador

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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.

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“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

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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.

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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.

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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

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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

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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.

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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.

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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.

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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,

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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.

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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

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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

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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).

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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;

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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.

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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:

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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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