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Ativ. P&D IEAv, v.7, mai/2013-jun/2014 i

ISSN 1983-1544 (impresso)

Atividades de Pesquisa e Desenvolvimento

Instituto de Estudos Avançados – IEAv

São José dos Campos – SP

2014

Volume 7 – mai/2013-jun/2014

ii Ativ. P&D IEAv, v.7, mai/2013-jun/2014

© 2014 Instituto de Estudos Avançados – IEAv

Qualquer parte desta publicação pode ser reproduzida, desde que citada a fonte.

A publicação inclui os trabalhos apresentados no XIV Workshop Anual de Pesquisa e

Desenvolvimento do IEAv

Publicado por:

Instituto de Estudos Avançados

Endereço:

Trevo Coronel Aviador José Alberto Albano do Amarante, no 1, Putim

CEP - 12.228-001, São José dos Campos, São Paulo, Brasil

Tel. (12) 3947-5360

Fax. (12) 3944-1177

www.ieav.cta.br

Informações adicionais sobre o IEAv podem ser obtidas com a Coordenadoria de Comunicação Social –

CCS. Tel. (12) 3947-5360. [email protected]

Editores:

Giannino Ponchio Camillo Dermeval Carinhana Junior Angelo Passaro João Marcos Salvi Sakamoto

Todas as imagens utilizadas na ilustração desta publicação foram gentilmente cedidas pelos seus autores.

Atividades de Pesquisa e Desenvolvimento – Instituto de Estudos Avançados – IEAv.

-- vol.7 (mai/2013-jun/2014). -- São José dos Campos : IEAv, 2008-

Anual

ISSN 1983-1544

Inclui: Anais do XIV Workshop Anual de Pesquisa e Desenvolvimento do IEAv

1. Pesquisa, Desenvolvimento e Inovação. 2. Aerotermodinâmica e Hipersônica. 3. Geointeligência.

4. Lasers, Óptica e Aplicações. 5. Sensores e Atuadores. 6. Tecnologia Nuclear Aplicada. 7. Física Aplicada

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Direção

Cel Av Maurício Pozzobon Martins Diretor

Ten Cel Av Roberto da Cunha Follador Vice-Diretor

Ten Cel Av Marcelo José Perez Monteiro Subdiretoria de Administração

Dr. Osvaldo Catsumi Imamura Subdiretoria Técnica

Comissão Assessora de Pesquisa e Desenvolvimento – CAPD

Dr. João Marcos Salvi Sakamoto (EFO) - Presidente Dr. Orlando Roberto Neto (EAH) - Relator Me. Camila Souza dos Anjos (EGI) Dr. Francisco Eduardo de Carvalho (EFA) Giannino Ponchio Camillo, 1º Ten Eng (EAH) Dr. Gustavo Soares Vieira (EFA) Dr. Hugo Leonardo Rocha de Lira, Cap Eng (EFO) Dr. Jaime Anaf (ENU) Dr. João José de Farias Neto (EGI) Dra. Raquel Martins Villela Nunes (ENU)

Comissão Organizadora do WAI Giannino Ponchio Camillo - Coordenador Dr. Orlando Roberto Neto Dra. Raquel Martins Villela Nunes Dr. Luis Carlos Ogando Dacal

Revisores Científicos Dr. Alexandre David Caldeira Dr. Dermeval Carinhana Junior Dr. Luiz Gilberto Barreta Dr. Marcelo Geraldo Destro Dra. Maria Esther Sbampato Dra. Maria José Pinto Lamosa Dra. Mônica Maria De Marchi Dra. Nancy Mieko Abe Dra. Vera Lúcia Othero de Brito

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Atividades de Pesquisa e Desenvolvimento


Sumário

Volume 7 – mai/2013 - jun/2014

Apresentação 9

Instituto de Estudos Avançados 11

Missão, Visão 12

Palavras do diretor 13

Organograma 14

Linhas de pesquisa do IEAv 15

Infraestrutura laboratorial 19

Divisão de Aerotermodinâmica e Hipersônica 20

Divisão de Física Aplicada 21

Divisão de Fotônica 23

Divisão de Geointeligência 26

Divisão de Energia Nuclear 28

Recursos Humanos 30

Quadro de funcionários 31

Grupos de Pesquisa certificados pelo IEAv junto ao CNPq 33

Aerotermodinâmica e Hipersônica 34

Apoio à Decisão 36

Efeitos da Radiação Ionizante em Dispositivos e Materiais de Uso Aeroespacial 38

Engenharia Virtual 40

Fotônica em Silício 42

Lasers e Aplicações 44

Óptica Aplicada 46

Sensores a Fibra Óptica 48

Sensoriamento Remoto 50

Sistemas Eletromagnéticos 52

Tecnologia Nuclear Espacial 54

Teoria de Transporte de Partículas 56

Termo-Hidráulica 58

Projetos do IEAv 61

Projetos estratégicos orçamentários do IEAv 62

Projetos estratégicos extra-orçamentários do IEAv 62

Projetos das Divisões do IEAv 62

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Pós-graduação, Iniciação Científica e Tecnológica e Atividades de Extensão 65

Pós-Graduação no IEAv 66

Programas de Iniciação Científica e Tecnológica - PIBIC e PIBITI 69

Laboratório Interativo de Ciências (LIC) 70

Indicadores de Pesquisa, Desenvolvimento e Inovação 73

Introdução 74

Indicadores do WAI 75

Indicadores de Pesquisa, Desenvolvimento e Inovação 79

Artigos completos publicados em periódicos (janeiro a dezembro de 2013) 80

Artigos completos publicados em periódicos (janeiro a junho de 2014) 83

Patentes do IEAv 85

Anais do XIV WAI 87

Pesquisa em “scramjet” no Instituto de Estudos Avançados 88

Projeto de Demonstradores Tecnológicos “scramjet” no IEAv 89

Método para obter soluções ópticas não lineares com simetria PT 90

Modelando redes de spins e agregados de alumínio 91

Análise computacional do escoamento na região de admissão de ar do motor scramjet do veículo hipersônico aeroespacial 14-X 92

Estudo computacional de deposição de um pulso de energia em fluido estagnado e em escoamentos de altas velocidades 93

Projeto HIPERVEL: medida de velocidade em escoamentos hipersônicos 94

Um estudo numérico de injeção de gás perpendicular a um escoamento supersônico de ar para aplicação em motores SCRAMJET 95

Desenvolvimento de sensores de infravermelho nanoestruturados 96

Processamento e caracterização de compósitos cerâmicos e metal-cerâmicos à base de ferritas 97

Caracterização de materiais e avaliação de sensores e filtros na faixa de frequência Terahertz 98

Microscopia de Força Magnética de Amostra “Bulk” de Hexaferrita Co2Z 99

Capacitação em simulação de dispositivos e objetos em ambiente eletromagnético 100

Caracterização de microestrutura e propriedades locais de materiais por técnicas de microscopia de sonda de varredura 101

Desenvolvimento de programa computacional para simulação de nanoestruturas semicondutoras 102

Framework de otimização do Laboratório de Engenharia Virtual baseada em meta-heurísticas 103

Desenvolvimentos recentes em técnicas de caracterização eletromagnética de materiais para RADOME 104

Medida da variação de parâmetros elétricos de componentes analógicos irradiados 105

Avaliação dos efeitos da radiação cósmica em sistemas embarcados 106

Desenvolvimento de técnicas e dispositivos dosimétricos passivos para aplicação aeroespacial 107

Referências de Tensão Bandgap Resistentes à Radiação Ionizante em Tecnologia CMOS Convencional 108

Testes paramétricos e funcionais para sistemas e componentes digitais submetidos à radiação ionizante 109

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Estudo das propriedades eletrônicas do GaAs biaxialmente tensionado empregando a aproximação de quase-partícula LDA-1/2 110

Cerâmicas eletrônicas para encapsulamento de sensores e RADOME na faixa de RF e Micro-ondas 111

Simulação computacional de ambientes radioativos de interesse aeroespacial 112

Contribuição das falhas de empilhamento para as propriedades ópticas de nanofios de InP na fase wurtzita 113

PASIL – Processo atômico de separação isotópica via laser 114

Calibrações intermediárias: garantia da qualidade das medições do LMSO 115

Linhas de trabalho em óptica e eletromecânica integrada no IEAv 116

Estudo e produção de Carbono Vítreo 117

Desenvolvimentos recentes de sensores a fibra óptica 118

Espectrometria de Emissão Óptica em Descarga Luminescente – GDOES: Resultados Preliminares 119

Desenvolvimento de um VANT do tipo asa fixa com sistema de navegação autônoma: montagem 120

Robô para testes de algoritmos de planejamento automático de trajetórias e de navegação autônoma 121

Estudo de modelo de avaliação de cobertura de sinal de um sistema de computação, navegação e posicionamento por satélites 122

Análise de cobertura considerando a proteção de áreas sensíveis: novas abordagens de resolução 123

Plataforma AEROGRAF – Um ambiente de integração 124

Sistemas de apoio à decisão para alocação de recursos de defesa baseados em análises de risco inteligente 125

Avanços recentes em teoria dos jogos e árvores decisórias no IEAv 126

Alguns cálculos de criticalidade em geometria esférica 127

Determinação do equivalente de dose ambiente simulando a esfera ICRU com as sugestões da ICRP 103 para cálculo do fator de ponderação para a radiação 128

Estudo de anomalias observadas no decaimento de alguns nuclídeos e possível relação com solar radiações 129

Soluções aproximadas para o problema de transporte de partículas em dutos 130

Índice de Autores 131

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APRESENTAÇÃO

O Caderno de Atividades de Pesquisa e Desenvolvimento do IEAv é editado anualmente

e está associado às atividades realizadas no Workshop Anual de Pesquisa e Desenvolvimento

do IEAv (WAI), que neste ano encontra-se em sua 14a edição. De maneira geral, o WAI possui

dois objetivos principais: o primeiro, de caráter técnico, é a apresentação de trabalhos

realizados no IEAv por meio de pôsteres e por meio impresso (Caderno); o segundo, de caráter

institucional, é a formação de um fórum de discussões em torno de um tema de importância

para o Instituto no momento. Em 2014, o WAI tem como tema: “Competências do IEAv em

pesquisa e formação de pessoal”. Serão fomentadas discussões em torno das qualidades que

marcam o IEAv, e como potencializar seus resultados, reforçando o IEAv em suas linhas de

ação.

O Caderno de Atividades do IEAv surgiu da iniciativa de pesquisadores interessados em

agrupar e registrar, em uma única publicação, exemplos das pesquisas e dos

desenvolvimentos em andamento no Instituto. Também é objetivo deste Caderno contribuir

para a divulgação de informações sobre o IEAv e as suas atividades para o público externo,

aumentando a visibilidade do Instituto e facilitando futuras interações com outras instituições.

A abordagem de edição do Caderno adotada pela primeira vez no WAI anterior

permanece este ano. A primeira parte do Caderno visa fornecer uma visão geral do que é o

IEAv, o que se faz neste Instituto e quais são as características do seu efetivo. A segunda

parte, os anais do WAI, pretende mostrar de forma bastante compreensiva os avanços mais

recentes nas linhas de pesquisa apoiadas no Instituto, agrupando diversos trabalhos em um

único resumo, e listando as referências necessárias para subsidiar uma busca mais

aprofundada a quem interessar. Os trabalhos de conteúdo mais técnico e específico foram

direcionados ao Simpósio de Ciência e Tecnologia do IEAv (SCTI).

O Caderno está dividido em seis seções: 1. Panorama geral do IEAv, com destaque para

as linhas de pesquisa do Instituto, sua capacidade laboratorial e seus recursos humanos;

2. Grupos de Pesquisa certificados pelo IEAv junto ao CNPq; 3. Projetos dos IEAv; 4. Pós-

graduação, Iniciação Científica e Tecnológica e atividades de Extensão. 5. Indicadores de

Pesquisa, Desenvolvimento e Inovação; e 6. Trabalhos técnico-científicos de uma página

submetidos ao XIV WAI.

Nosso sincero agradecimento a todos que colaboraram na produção desta sétima edição

do Caderno de Atividades do IEAv.

Os Editores

10 Ativ. P&D IEAv, v.7, mai/2013-jun/2014


Instituto de Estudos Avançados - IEAv

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MISSÃO DO IEAv

Ampliar o conhecimento científico e o domínio de tecnologias estratégicas para

fortalecer o Poder Aeroespacial Brasileiro.

VISÃO DO IEAv

Ser reconhecido como instituição de excelência e de referência internacional em

pesquisas de tecnologias avançadas no campo aeroespacial.


PALAVRAS DO DIRETOR

É com grande satisfação que apresento este compêndio de informações acerca das

atividades de Pesquisa, Desenvolvimento e Inovação - PD&I do Instituto de Estudos

Avançados - IEAv. Resulta de grande esforço institucional que vem sendo aprimorado

continuamente, cujo objetivo é divulgar de que forma o IEAv organiza-se como Instituição

Científica e Tecnológica – ICT pertencente ao Comando da Aeronáutica, seus recursos

humanos, infraestrutura laboratorial, grupos de pesquisa, projetos e atividades de pós-

graduação, além dos indicadores institucionais de Pesquisa, Desenvolvimento e Inovação.

Acrescentam-se às informações gerais os resumos técnico-científicos apresentados no

XIV Workshop Anual do IEAv – WAI, cujo tema é "Competências do IEAv em pesquisa e

formação de pessoal". O nível de maturidade dos integrantes desta organização e a dinâmica

da evolução tecnológica incentivam a promoção de discussões em alto nível sobre ajustes no

caminho traçado para o cumprimento da Missão Institucional.

Mais do que divulgar as atividades de PD&I, este caderno serve ao propósito de prestar

contas à sociedade brasileira da aplicação dos recursos públicos que sustentam a organização,

demonstrando que o IEAv segue o seu Plano de Desenvolvimento Institucional, alinhado às

diretrizes superiores da Estratégia Nacional de Defesa – END e do Plano Estratégico Militar da

Aeronáutica – PEMAER, contribuindo para o alcance da autonomia tecnológica do país em

temas relacionados ao conhecimento aeroespacial.

Espera-se, também, incentivar o surgimento de novas oportunidades de colaborações

técnico-científicas com organizações públicas e privadas,

preferencialmente no interesse do desenvolvimento de produtos e

processos inovadores, com impacto na Indústria Nacional de

Defesa. Temos experiência para reconhecer o potencial sinérgico

dessas parcerias, pois somos criativos e capazes.

Caro leitor, encerro estas breves palavras na expectativa de

que este caderno possa abstrair a verdadeira imagem do IEAv,

uma organização onde pessoas comungam da mesma fonte de

motivação profissional: o Desafio Científico. Boa leitura.

Mauricio Pozzobon Martins – Cel Av

Diretor do IEAv


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LINHAS DE PESQUISA DO IEAv

As linhas de pesquisa do IEAv estão organizadas em cinco áreas de concentração:

1. Aerotermodinâmica e Hipersônica; 2. Geointeligência; 3. Lasers, Óptica e Aplicações; 4. Sensores e

Atuadores; e 5. Tecnologia Nuclear Aplicada. Além destas, também são apontadas uma série de linhas

evidenciadas em estudos prospectivos, realizados no Instituto. A Instituição deverá investir

consistentemente nestas novas linhas e também buscar alianças estratégicas que complementem a

capacitação já existente no IEAv para atuar em áreas de interesse estratégico. A execução continuada

de estudos prospectivos é adotada como um dos processos institucionais para a atualização e

priorização das atividades do Instituto.

1. Aerotermodinâmica e Hipersônica

• Aerotermodinâmica de Veículos Aeroespaciais em Velocidades Hipersônicas

Desenvolvimento de metodologias experimentais para aplicação em tecnologia aeroespacial.

• Propulsão Hipersônica Aspirada a Combustão Supersônica

Desenvolvimento de metodologias experimentais aplicadas a veículos aeroespaciais hipersônicos

com sistema de propulsão a combustão supersônica.

• Propulsão Hipersônica Aspirada a Laser

Desenvolvimento de metodologias experimentais aplicadas a veículos aeroespaciais hipersônicos

com sistema de propulsão a laser.

• Controle de Escoamento Aplicado em Veículos Aeroespaciais em Velocidades Hipersônicas

Desenvolvimento de metodologias experimentais aplicadas para controle de escoamento em

veículos aeroespaciais hipersônicos.

• Técnicas de Diagnóstico em Escoamento Reativo

Desenvolvimento de métodos de medidas de propriedades de escoamentos em alta velocidade.

• Mecânica dos Fluidos Computacional em Escoamento Hipersônico

Desenvolvimento e utilização de programas computacionais para o estudo de escoamentos em

alta velocidade.

2. Geointeligência

• Geomática

Sistemas de navegação automática por satélite, geoprocessamento e fotogrametria digital.

• Inteligência com Imagens

Imagem de radar de abertura sintética, imagem de sensores ópticos e interpretação automática de

imagens.


• Radiometria e Caracterização de Sensores Eletroópticos

Metodologias para viabilizar a utilização de sensores eletroópticos imageadores para a obtenção

de informações de propriedades físicas de materiais na superfície terrestre: temperatura,

reflectância, transmitância e/ou emissividade.

• Sistemas Imageadores

Desenvolvimento e caracterização de sistemas sensores de imageamento e interferométricos.

• Sistemas Autônomos Aeroembarcados

Sistemas de navegação com estimação automática de posição baseada em imagens; sistemas de

reconhecimento automático de alvos; sistemas de processamento de imagens e sistemas de

estereoscopia.

• Capacidades e Métricas

Pesquisa, desenvolvimento e consolidação de metodologias de avaliação das capacidades de

defesa nacionais atuais e futuras.

• Comando, Controle, Comunicação e Computação (C4)

Estudo e desenvolvimento de arquitetura de sistemas de C4 nos quatro domínios-chave: físico, da

informação, cognitivo e social/organizacional e aplicação de concepção de sistemas para

tratamento de modelos complexos.

• Inteligência Artificial

Problemas computacionais de representação do conhecimento, planejamento automático,

classificação de padrões, aprendizagem de máquina, tomada de decisão e percepção de interesse

da Defesa.

• Pesquisa Operacional

Modelagem de problemas e de situações voltadas tanto para a formulação de propostas de

problemas (PO soft) como de uma solução específica (PO hard) que resolvam algumas classes de

problemas de interesse da Defesa e da Aeronáutica.

• Sistemas de Apoio à Decisão

Desenvolvimento de modelos e ferramentas para manipulação, tratamento e apresentação de

informações para suportar as atividades de análise, planejamento e tomada de decisão e

aplicação da metodologia em problemas de consciência situacional e defesa aeroespacial.

3. Lasers, Óptica e Aplicações

• Processamento de Materiais com Laser

Tratamentos de superfície com lasers, ablação a laser, solda a laser, usinagem a laser e

manufatura aditiva com laser.

• Separação Isotópica a Laser

Espectroscopia, espectroscopia a laser, espectroscopia de fotoionização, evaporação de metais,

coleta de íons e de partículas neutras.


• Desenvolvimento de Lasers

Desenvolvimento de lasers; Desenvolvimento de dispositivos de caracterização e manipulação de

feixes de laser; Propagação de feixes de laser e interação de feixes de laser com a matéria.

• Óptica Aplicada e Não Linear

Desenvolvimento de componentes e dispositivos ópticos, filmes finos, metrologia óptica e

espalhamentos não lineares.

4. Sensores e Atuadores

• Materiais Avançados para Sensores

Desenvolvimento, processamento e caracterização de materiais.

• Sensores

Pesquisa, desenvolvimento e caracterização de sensores, componentes e sistemas a

semicondutores, a materiais cerâmicos e orgânicos, e biossensores. Pesquisa e desenvolvimento

de sensores, componentes e sistemas a fibra óptica e óptica integrada, utilizando efeitos lineares e

não lineares.

• Condicionamento de Sinais e Técnicas de Medição

Pesquisa e desenvolvimento de técnicas de processamento de sinais ópticos, elétricos, de RF,

micro-ondas e Terahertz.

• Nanotecnologia

Pesquisa e desenvolvimento de nanoestruturas.

• Modelagem Computacional de Fenômenos Físicos e Dispositivos

Aplicação de técnicas computacionais para o projeto e desenvolvimento de materiais avançados,

componentes, sensores e sistemas.

• Física de Dispositivos Semicondutores

Estudo de fenômenos físicos associados ao funcionamento de dispositivos que têm por base

semicondutores simples ou compostos, em especial os fenômenos quânticos associados à

estruturação desses materiais em camadas, linhas ou ilhas de dimensões nanométricas.

5. Tecnologia Nuclear Aplicada

• Neutronica, Blindagem e Efeitos da Radiação Ionizante

Cálculos computacionais para projeto conceitual de elementos combustíveis e arranjos de núcleos

para microrreatores, cálculos de blindagem das radiações, geração de dados nucleares e análise

e medição de efeitos da radiação espacial e a atmosfera terrestre.

• Termo-Hidráulica de Reatores e Transferência de Calor


Simulação computacional de micro-usinas nucleares para aplicação espacial e locais de difícil

acesso, desenvolvimento de ciclos térmicos (Brayton, Stirling e Rankine) para conversão núcleo-

elétrica de microrreatores espaciais, simulação computacional de ciclos térmicos, desenvolvimento

de tubos de calor e seus sistemas para rejeição passiva de calor, simulação computacional de

sistemas nucleares espaciais (propulsão nuclear espacial), análise de segurança de reatores

nucleares, CFD, controle térmico de satélites e utilização de paradigmas de inteligência artificial

em aplicações espaciais e nucleares.

• Análise e Medição de Efeitos da Radiação Espacial e a Atmosfera Terrestre

Estudo da interação e efeitos da radiação ionizante sobre indivíduos, materiais, componentes,

sistemas expostos à radiação nas aplicações aeroespaciais.


Infraestrutura Laboratorial do IEAv

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DIVISÃO DE AEROTERMODINÂMICA E HIPERSÔNICA (EAH)

Realiza pesquisas e desenvolvimento em escoamentos com velocidades hipersônicas, para

aplicação ao voo de veículos aeroespaciais. As linhas de P&D compreendem: o projeto de veículos

hipersônicos impulsionados a combustão supersônica e a laser; a pesquisa em motores a detonação

pulsada; o estudo de escoamentos hipersônicos em túneis de vento hipersônicos e lançadores

hipersônicos de massa; o desenvolvimento de técnicas de diagnóstico aplicadas a escoamentos de alta

velocidade; e a utilização de métodos computacionais no cálculo de propriedades dinâmicas de fluidos. A

EAH tem sua infraestrutura compartilhada nos seguintes laboratórios:

Laboratório de Espectroscopia Molecular (LEM) - Este laboratório tem por

atribuição a pesquisa e o desenvolvimento de técnicas de medições de

parâmetros de interesse em escoamentos reativos através da aplicação da

Espectroscopia Molecular. Destacam-se a espectroscopia de absorção com

lasers de diodo e técnicas de espectroscopia de emissão. Todas estas técnicas

visam a utilização em experimentos nos túneis de vento hipersônicos da Divisão.

Contato: Dr. Dermeval Carinhana Júnior, 12-3947-5420, [email protected].

Laboratório de Cromatografia e Espectrometria de Massa (LCEM) - Este

laboratório tem por atribuição o apoio técnico e a realização de serviços

especializados para projetos e atividades em análises por cromatografia de gás

e espectrometria de massa. Dispõe de equipamento para cromatografia com

detecção por meio de condutividade térmica ou de ionização por chama, um

cromatógrafo acoplado a um detector por espectrometria de massa e um espectrômetro de massa por

tempo de voo para análises de substâncias de interesse para a Divisão.

Contato: Téc. Carla Silva Bordim, 12-3947-5449, [email protected].

Laboratório de Aplicações de Química (LAQ) - Este laboratório tem por

atribuição o apoio técnico e a realização de serviços especializados para

projetos e atividades em análises químicas e aplicações de operações químicas

em geral. Dispõe de equipamentos (medidores de pH, condutividade, destilador

etc.), vidraria e reagentes para atender às necessidades da Divisão.

Contato: Téc. Carla Silva Bordim, 12-3947-5449, [email protected].

Laboratório de Aplicações de Tecnologia de Vácuo (LATV) - Este

laboratório apóia os projetos e atividades da Divisão relacionados à tecnologia

de vácuo. Tem como atribuição a manutenção de equipamentos de vácuo e a

montagem de sistemas de vácuo. Dispõe de medidores para vácuo em faixa

larga de pressões, detectores de vazamento e dá apoio, também, a outras

Divisões do IEAv.

Contato: Téc. Elenias de Oliveira Ferraz, 12-3947-5443, [email protected].

mailto:[email protected]



Laboratório de Técnicas de Diagnóstico de Escoamentos Reativos (LTD) - Este

laboratório tem por finalidade desenvolver técnicas de análise de propriedades de

escoamentos super e hipersônicos de modo a apoiar os projetos e atividades da

EAH. São estudadas técnicas que envolvem a aplicação de lasers, como a

fluorescência induzida por lasers, o espalhamento Rayleigh, e técnicas de Schlieren,

todas elas não intrusivas, isto é, não perturbadoras do escoamento. Todas estas técnicas visam a

utilização em experimentos nos túneis de vento hipersônicos da Divisão.

Contato: Dr. Luiz Gilberto Barreta, 12-3947-5423, [email protected].

Laboratório de Aerotermodinâmica e Hipersônica Prof. Henry

T. Nagamatsu - Este laboratório presta apoio técnico a projetos

de sistemas e subsistemas aeroespaciais, às atividades na

aplicação e adaptação de técnicas laboratoriais de simulação de

voo de veículos aeroespaciais e em experimentos envolvendo

escoamentos reativos de altas velocidades. Possui, atualmente, três túneis de vento hipersônicos

pulsados para testes em solo do voo hipersônico de modelos projetados pela Subdivisão de Hipersônica

Experimental, destacando-se o desenvolvimento do veículo hipersônico 14-X e do veículo de propulsão a

laser.

Contato: Dr. Paulo Gilberto de Paula Toro, 12-3947-5543,[email protected].

DIVISÃO DE FÍSICA APLICADA (EFA)

Realiza o estudo de fenômenos físicos complexos e a pesquisa e desenvolvimento de sistemas

eletromagnéticos, materiais e dispositivos de uso aeroespacial. A EFA tem sua infraestrutura

compartilhada nos seguintes laboratórios:

Laboratório de Sistemas Eletromagnéticos (LSE) - Esse laboratório apóia as

atividades de P&D na área de projeto, desenvolvimento e caracterização

eletromagnética de materiais e sistemas, sob o efeito de radiação não-

ionizante. A infraestrutura deste laboratório vem apoiando pesquisas de

sistemas eletromagnéticos embarcados – circuitos miniaturizados e sensores.

São estudados os efeitos de um ambiente eletromagnético (E3) sobre equipamentos, sistemas e

plataformas. Entre outras, as seguintes áreas do conhecimento são consideradas: compatibilidade

eletromagnética (EMC), interferência eletromagnética (EMI), vulnerabilidade eletromagnética (EMV) e

danos da radiação em humanos (HERP).

Contato: Dr. Antonio Carlos da Cunha Migliano, 12-3947-5515, [email protected]


Laboratório de Materiais Eletromagnéticos (LME) - A função deste

laboratório é apoiar as pesquisas da Divisão de Física Aplicada em materiais

para aplicações em dispositivos eletromagnéticos. O LME atualmente dispõe

de infraestrutura para processamento cerâmico, incluindo moinhos, fornos de

tratamento térmico e equipamentos para a conformação de pós-cerâmicos.

Contato: Dra. Vera Lucia Othero de Brito, 12-3947-5519, [email protected]

Laboratório de Eletromagnetismo Computacional (LEC) - Apóia atividades

de P&D nas áreas de projeto computacional e caracterização de desempenho

de dispositivos fotônicos, nanofotônicos e aplicações nas faixas de ondas

milimétricas, terahertz e micro-ondas. As principais aplicações estão

relacionadas a: sensores ópticos baseados em fibras ópticas especiais ou

micro-estruturadas ("Photonic Crystal Fibers"), sensores ópticos baseados em ressoadores em anel e

microesferas, sensores ópticos distribuídos, projeto de fibras ópticas polarizadoras e mantenedoras de

polarização, guiagem e sensoriamento em terahertz utilizando fibras ópticas poliméricas, filtros e

polarizadores terahertz.

Contato: Dr. Marcos Antonio Ruggieri Franco, 12-3947-5522, [email protected]

Laboratório de Engenharia Virtual (LEV) - Laboratório dedicado à realização

de simulações computacionais e ao desenvolvimento de ferramentas de

simulação computacional, otimização computacional, processamento paralelo e

distribuído, e resolução de problemas inversos. O LEV participa de projetos de

desenvolvimento tecnológico de sensores de infravermelho, sensores MEMS e

métodos não intrusivos para determinação de temperatura com o auxílio de métodos computacionais. O

LEV é um dos laboratórios envolvidos no Programa de Pós-Graduação em Ciências e Tecnologias

Espaciais, PG-CTE, nas áreas de concentração “Física e Matemática Aplicadas” e “Sensores e

Atuadores Espaciais”.

Contato: Dr. Angelo Passaro, 12-3947-5563, [email protected]

Laboratório de Dosimetria Aeroespacial (LDA) - A este laboratório, vinculado ao

Serviço de Proteção Radiológica do IEAv, compete implementar e realizar medições

de dose de radiação ionizante em aplicações e ambientes de interesse aeronáutico

ou espacial, por meio da utilização de técnicas dosimétricas específicas. Seu

escopo de aplicação abrange áreas críticas e altamente especializadas, tais como

dosimetria de tripulações de aeronaves, medição de fluxos e campos de radiação em vôo, medição e

padronização de campos de radiação utilizados em testes de irradiação de circuitos e componentes,

medida da distribuição de dose em objetos irradiados, avaliação de blindagens à radiação cósmica e

técnicas de simulação computacional no transporte de radiação ionizante.

Contato: Dr. Claudio Antonio Federico, 12-3947-5493, [email protected]


Laboratório de Medidas de Radioatividade Ambiental (LMRA) - Neste

laboratório, por meio dos sistemas de espectroscopia alfa e gama em câmaras

de baixo fundo, são realizadas medidas de amostras radioativas de baixa

atividade na forma sólida, líquida ou aerodispersóides. Este laboratório apóia as

aulas práticas de disciplinas do Programa de Pós-graduação em Ciências e

Tecnologias Espaciais, o sistema de contabilidade e controle de material nuclear do Serviço de

Salvaguardas, as avaliações ambientais do Serviço de Proteção Radiológica do IEAv e a Equipe de

Controle Radiológico do DCTA no atendimento a situações de emergência.

Contato: Dr. Odair Lelis Gonçalez, 12-3947-5501, [email protected]

Laboratório de Radiação Ionizante (LRI) - Este é um laboratório multi-usuário

que apóia as atividades de P,D&I na área de avaliação dos efeitos da radiação

ionizante de origem cósmica em materiais e componentes de uso aeroespacial e

realiza testes de qualificação quanto à tolerância a estes efeitos segundo normas

internacionais. A principal ferramenta experimental é um irradiador de 60

Co para

experimentos de efeitos de TID ("Total Ionizing Dose"). Estão sendo

disponibilizadas também para testes de SEE ("Single Event Effects") uma fonte de fragmentos de fissão

em vácuo (252

Cf ) e fontes de nêutrons (241

Am-Be e gerador D-T).

Contato: Me. Wagner Aguiar de Oliveira, 12-3947-5494, [email protected]

Laboratório de Caracterização de Dispositivos Semicondutores (LCDS) -

Destina-se à caracterização elétrica de dispositivos semicondutores. Possuí

infraestrutura para caracterização de dispositivos, tanto analógicos quanto

digitais, operando à temperatura ambiente ou a temperaturas criogênicas. Tem

apoiado tanto o estudo de efeitos da radiação ionizante em dispositivos

semicondutores analógicos e digitais para uso aeroespacial, quanto o desenvolvimento de sensores de

infravermelho para uso espacial e terrestre.

Contato: Dr. Gustavo Soares Vieira, 12-3947-5516, [email protected]

DIVISÃO DE FOTÔNICA (EFO)

Realiza a pesquisa e o desenvolvimento de lasers e aplicações como soldagem a laser,

tratamento de superfície a laser, separação isotópica e espectroscopia. Atua também na realização de

pesquisa e desenvolvimento de materiais para substratos ópticos em aplicações aeroespaciais, como

carbono vítreo e carbeto de silício. Outra área de atuação é na pesquisa e desenvolvimento de sensores

a fibra óptica e óptica volumétrica, além de componentes, dispositivos e sistemas ópticos e

optoeletrônicos. A EFO tem sua infraestrutura compartilhada nos seguintes laboratórios:


Laboratório de Desenvolvimento de Aplicações de Lasers e Óptica

(Dédalo) - Dedicado à pesquisa e desenvolvimento de tecnologias de

processamento de materiais com lasers, o laboratório conta com várias fontes

de laser de média e alta potência com comprimentos de onda de emissão na

região espectral do ultravioleta ao infra-vermelho. Além destas fontes, estão

instalados neste laboratório sistemas de movimentação controlados por computador e todos os

acessórios e equipamentos de caracterização de processos a laser. As principais linhas de pesquisa em

desenvolvimento são: processos de soldagem de ligas aeronáuticas e aços especiais, tratamento de

superfícies por aquecimento, texturização e deposição de materiais a laser, sinterização de cerâmicas e

metais por laser e desenvolvimento de técnicas de controle e monitoração de processamento de

materiais por laser.

Contato: Dr. Milton S F Lima, 12-3947-5464, [email protected].

Laboratório de Evaporação e Fotoionização (LEF) - Neste laboratório são

realizados experimentos de evaporação em metais por ablação laser e de

espectroscopia atômica dos elementos terras-raras e do molibdênio com a

finalidade de desenvolver o processo atômico de separação isotópica a laser

desses elementos. O LEF dispõe de infraestrutura adequada para a geração de

vapor metálico por ablação a laser em vácuo, fontes laser contínuas e sintonizáveis com alta resolução,

além das pulsadas de alta potência, emitindo radiação laser em uma larga faixa do espectro, desde o

infra-vermelho próximo até o ultra-violeta.

Contato: Dr. Marcelo G Destro, 12-3947-5462, [email protected].

Laboratório de Geração de Radiação Laser (LGRL) - Esse laboratório

desenvolve o processo de Separação Isotópica por Lasers em Vapor Atômico

de Urânio. O LGRL está equipado com sistemas de lasers sintonizáveis e

amplificadores de alta potência que permitem a fotoionização seletiva dos

isótopos de Urânio utilizando até três fótons de comprimentos de ondas

distintos. O vapor de Urânio é produzido por um canhão de feixe de elétrons de alta potência em uma

câmara de alto vácuo que contém toda a instrumentação necessária para acompanhamento do processo

de separação do Urânio.

Contato: Dr. Marcelo G Destro, 12-3947-5462, [email protected].

Laboratório de Filmes Finos (LFF) - Realiza estudos e desenvolve processos de

deposição de filmes finos ópticos para aplicações em óptica, de maneira especial em

óptica para lasers. Atua também na recuperação de espelhos e outras superfícies

ópticas, para aplicações aeroembarcadas e terrestres. Faz deposições de filmes finos em

fibras ópticas e em sistemas de fibras ópticas. Dispõe de quatro sistemas de evaporação,

que utilizam os métodos tradicionais de deposição física de vapor (PVD).

Contato: Dr. Alvaro José Damião, 12-3947-5412, [email protected].




Laboratório de Manufatura de Componentes Ópticos (LMCO) - Desenvolve

processos de polimento de superfícies ópticas de precisão, tais como: lentes,

espelhos, prismas, filtros, dentre outros. Além de vidros ópticos, trabalha a

conformação, esmerilhamento e polimento de materiais como vitrocerâmicos,

Carbono Vítreo e Carbeto de Silício. Utiliza ferramental diamantado e processos

de usinagem HS.

Contato: Dr. Alvaro José Damião, 12-3947-5412, [email protected].

Laboratório de Medição de Superfícies Ópticas (LMSO) -

Este laboratório é dedicado à caracterização do acabamento

superficial de materiais, de maneira especial em superfícies

ópticas. É acreditado pela Rede Brasileira de Calibração

(RBC), do INMETRO, sob no. 178, desde o ano 2001. Presta

serviços de calibração de padrões de rugosidade e de planeza, provendo também rastreabilidade à FAB

por meio do Sistema de Metrologia Aeroespacial (SISMETRA).

Contato: MSc. Márcia A. F. Destro, 12-3947-5414, [email protected].

Laboratório de Optoeletrônica (LOE) - Neste laboratório fabricam-se

grades de Bragg em fibras ópticas, que podem ser utilizadas como

elemento sensor ou como filtro reflexivo para óptica guiada. Pode-se

também produzir grades de longo período utilizadas na estabilização de

fontes ópticas, como elemento sensor ou filtro por transmissão. Realizam-

se pesquisa e desenvolvimento de fontes ópticas baseadas em fibras dopadas com elementos terras-

raras (Nd, Er e Yb) para aplicações em sensores. Além disso, também são projetados e desenvolvidos

circuitos eletrônicos e optoeletrônicos para apoio às demais atividades do laboratório.

Contato: Dr. Germano Woehl Jr., 12-3947-5427, [email protected].

Laboratório de Óptica Integrada (LOI) - Neste laboratório são realizadas a

pesquisa e desenvolvimento de dispositivos de óptica integrada em diferentes

tipos de substratos dielétricos e topologias. Ele dispõe de uma sala-limpa com

ambientes classe 100.000 e 10.000, além de bancadas classe 100 onde se

realizam os processos mais críticos, contando com equipamentos necessários

para a fabricação dos dispositivos (evaporadora de filmes PVD, aplicador de fotoresiste tipo spinner,

alinhadora de máscaras, forno de difusão) e caracterização (microscópios, câmeras IR, fontes luminosas

e detetores). Os pesquisadores deste laboratório também desenvolvem e testam dispositivos de óptica

integrada em substrato de silício sobre isolante (SOI) em colaboração com laboratórios externos.

Contato: Dr. Hugo Leonardo Rocha de Lira, Cap Eng, 12-3947-5428, [email protected].


Laboratório de Sensores a Fibra Óptica (LSFO) - Neste laboratório realizam-se

pesquisa e desenvolvimento de sensores a fibra óptica baseados em modulação de

fase, polarização, intensidade ou comprimento de onda da radiação luminosa guiada

pela fibra. Sensores de ondas acústica (utilizados em inspeção não destrutiva de

estruturas aeronáuticas), acelerômetros e giroscópios (utilizados em unidades de

medidas inerciais –IMU– responsáveis pela navegação, controle de atitude ou estabilização de veículos)

são alguns dos sensores a fibra óptica recentemente desenvolvidos no LSFO.

Contato: Dr. Rogério Moreira Cazo, Maj Eng, 12-3947-5421, [email protected].

DIVISÃO DE GEOINTELIGÊNCIA (EGI)

Realiza pesquisa, desenvolvimento e capacitação em sensoriamento remoto e apoio à decisão. A

Subdivisão de Sistemas de Apoio à Decisão (EGI-A) pesquisa e desenvolve metodologias de análise e

modelamento de informações e cenários para suporte às atividades de planejamento e tomada de

decisão no nível estratégico, operacional e tático. A Subdivisão de Sensoriamento Remoto (EGI-S)

desenvolve atividades de pesquisa básica e aplicada em sensoriamento remoto, produzindo

conhecimento científico e tecnológico nos campos de sensores, processamento de imagens e

geoprocessamento. A EGI tem sua infraestrutura compartilhada nos seguintes laboratórios:

Laboratório de Inteligência de Imagens (LabIntI) - Este laboratório apóia

atividades de P&D nas áreas de projeto e desenvolvimento de Inteligência de

Imagens. Nele são processadas imagens de diferentes sensores, dados

cartográficos, informações de fotogrametria entre outras para desenvolvimento

de técnicas, métodos e ferramentas para geração de conhecimento a partir de

imagens. No momento, os estudos se concretizam no software de Inteligência de Imagens, onde são

desenvolvidas aplicações relacionadas com o apoio à manipulação de imagens, classificação de alvos e

geração de relatórios.

Contato: Maj Eng Julio Mendes de Albuquerque Maranhão, 12-3947-5318, [email protected]

Laboratório de Comando e Controle (LabC2) - Este laboratório tem o propósito

de apoiar a realização de atividades de pesquisa e estudos relacionados à

concepção ou desenvolvimento de sistemas de comando e controle de grande

porte, de modo a assessorar a organização ou planejamento de sistemas de

aplicação em defesa. A infraestrutura computacional e as ferramentas de

modelagem, de simulação e de análise disponíveis no LabC2 possibilitam a realização de estudos e

avaliações envolvendo cenários estratégicos e operacionais mais complexos, nos quais se possa

proceder à análise operacional de sistemas e de alternativas de alto valor agregado.

Contato: Maj Eng Nilton de Oliveira Lessa, 12-3947-5338, [email protected]


Laboratório de Radiometria e Caracterização de Sensores Eletroópticos

(LaRaC) - Esse laboratório desenvolve atividades de caracterização de

sensores eletroópticos na faixa de 350 nm até 20 µm. Também são realizados

estudos do comportamento espectral de alvos e de parâmetros atmosféricos

que auxiliem na caracterização de sistemas sensores em campo. Além disso,

o laboratório é utilizado no desenvolvimento de projetos da Divisão bem como nas atividades de P&D do

Instituto e de instituições externas.

Contato: Dr. Ruy Morgado de Castro, 12-3947-5350, [email protected]

Laboratório de Geomática (LabGeo) - Este laboratório apóia atividades de P&D

nas áreas de projeto e desenvolvimento de Sensoriamento Remoto, abrangendo as

áreas de Cartografia, Sistema Global de Navegação por Satélite (GNSS), Sistemas

de Informações Geográficas (SIG) e Fotogrametria Digital. Nele são processados

dados cartográficos necessários à avaliação de imagens e sensores, armazenadas

informações cartográficas para uso em SIGs e Fotogrametria.

Contato: Cap Eng Leandro Roberto, 12-3947-5312, [email protected]

Laboratório de Análises Operacionais (LAOp) - Nesse laboratório são

desenvolvidos modelos e ferramentas para manipulação, tratamento e

apresentação de informações para suportar as atividades de análise,

planejamento e tomada de decisão. São realizados estudos nas áreas de

cartografia, sensoriamento, meteorologia, simulação e análise operacional. No

momento, esses estudos se concretizam na Plataforma AEROGRAF, ambiente de informações

geográficas que permite a contínua incorporação de módulos com diferentes finalidades, e no software

de planejamento de missão PMA II, no qual são desenvolvidas aplicações relacionadas com o apoio ao

planejamento, debriefing e análise de missões de todas as Unidades Aéreas subordinadas ao COMGAR

(Comando-Geral de Operações Aéreas).

Contato: Ten Cel Av Flavio Petersen Júnior, 12-3947-5335, [email protected]

Laboratório de Visão Computacional e Sistemas Embarcados (LVCSE) -

Este laboratório apoia atividades de P&D nas áreas de projeto e

desenvolvimento de sistemas de visão computacional e processamento de

imagens para aplicações em sistemas embarcados e de tempo real. São

desenvolvidas e testadas metodologias de navegação autônoma por

imagens para Veículos Terrestres e Aéreos Não-Tripulados. Dentre as atividades em andamento

destaca-se o desenvolvimento de sistemas para: processamento de imagens; reconhecimento de

padrões em imagens aéreas e de satélites; modelagem computacional de ambientes para navegação

aérea; planejamento automático de rotas e trajetórias de navegação; e navegação aérea autônoma.

Contato: Dr. Élcio Hideiti Shiguemori, 12-3947-5356, [email protected]


DIVISÃO DE ENERGIA NUCLEAR (ENU)

A ENU realiza pesquisa e desenvovimento de microrreatores nucleares para a geração de calor e

energia elétrica com a finalidade de aplicar a tecnologia nuclear no espaço, em locais de difícil acesso

(leito oceânico, Antártica etc.) e em situações de catástrofes ambientais. Está dividida em três áreas

fundamentais: 1. Blindagem e Neutrônica, 2. Dados Nucleares e 3. Transferência de Calor e Materiais. A

ENU tem sua infraestrutura compartilhada nos seguintes laboratórios:

Laboratório de Análise dos Efeitos da Radiação (LAER) - Presta apoio

técnico a projetos e atividades relacionadas com os efeitos produzidos pela

radiação. Dentre as atividades básicas a que se dedica, se destacam os

estudos e análises de experimentos envolvendo danos de radiação em

componentes eletrônicos. Além destes, o laboratório realiza estudos na área

dos efeitos da radiação nas propriedades físicas dos materiais tal como variação da resistividade em

filmes depositados sobre materiais empregados nos sistemas eletrônicos espaciais e sistemas

termoelétricos.

Contato: Dr. Luiz Henrique Claro, 12-3947-5481, [email protected].

Laboratório Computacional de Tecnologia Nuclear (LCTN) - Realiza

pesquisa e desenvolvimento conceitual do elemento combustível e do

núcleo do microrreator rápido espacial do projeto TERRA. Possui 02

estações de trabalho de grande porte com processador dual quad core e

mais 05 estações de médio porte. São, ainda, realizadas simulações

numérico-computacionais utilizando os programas MATLAB, LABVIEW, ANSYS FLUENT, RELAP5-3D,

CATIA, NALAP, ANISN-BR, MCNP, CITATION, entre outros. São simulados problemas de conversão de

energia térmica em elétrica em ciclos térmicos do tipo Brayton e Stirling, condução de calor em tubos de

calor, simulação de elementos combustíveis e núcleos de microrreatores nucleares.

Contato: Dr. Lamartine Nogueira Frutuoso Guimarães, 12-3947-5474, [email protected].

Laboratório de Sistemas Térmicos (LST) - Realiza pesquisa e

desenvolvimento de ciclos térmicos para conversão de energia

térmica em energia elétrica em aplicações nucleares no espaço. O

interesse concentra-se na parte experimental dos ciclos Brayton e

Stirling e na turbina passiva multi fluido (de Tesla). Há grande

interesse no desenvolvimento de fornos à gás, elétricos dissipativos e indutivos utilizados como fonte de

calor. A produção de energia elétrica utilizará uma turbina aeronáutica, a qual será testada em conjunto

com a turbina passiva multi fluido. Todas estas tecnologias possuem potencial de uso em sistemas

nucleares espaciais.



Laboratório de Tubos de Calor Viviane R.T.R. Hirdes (LTC) - Realiza

pesquisa e desenvolvimento para a capacitação na produção de tubos de calor,

para serem utilizados como sistema passivo de rejeição de calor em usinas

nucleares operando no espaço, o uso de Gerador Termoelétrico a

Radioisótopos para aplicações espaciais, e tecnologias com potencial de uso

no espaço em sistemas nucleares. Os tubos de calor e seus sistemas produzidos serão testados nos

ciclos térmicos construídos no Laboratório de Sistemas Térmicos.



Recursos Humanos

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QUADRO DE FUNCIONÁRIOS

O IEAv conta atualmente com um total de 298 funcionários efetivos, indicando aumento de

aproximadamente 2,8% em relação a 2013. Deste total, 210 são civis (aumento de aproximadamente 2%

em relação a 2013) e 88 são militares (aumento de aproximadamente 7% em relação a 2013). Além

disso, 64 funcionários possuem a titulação de doutor (61 civis e 3 militares), representando 21% do

efetivo, enquanto que 35 funcionários são mestres (26 civis e 8 militares), 12% do efetivo.

Entre 2013 e 2014, 11 funcionários do IEAv se aposentaram, dentre eles 3 doutores, 2 mestres e 3

técnicos. No entanto, em 2014 foram realizadas 16 novas contratações, entre elas 5 mestres e 5

técnicos, amenizando as perdas de recursos humanos e capacitação.

Além de seu quadro efetivo, as atividades de pesquisa e desenvolvimento no IEAv contam com a

participação direta de colaboradores de diferentes níveis de especialização, desde alunos de iniciação

científica a pós-doutores. Em 2014 o número de colaboradores chegou a 238, o que equivale a quase

80% do quadro de funcionários efetivos, e representa um aumento de 28% em relação a 2013. Estes

números destacam a sinergia entre pesquisa e docência no IEAv, e constatam não somente o pleno

crescimento do programa de Pós-Graduação recentemente elaborado no Instituto, mas também sua

capacidade em atrair novos alunos.


Grupos de Pesquisa certificados pelo

IEAv junto ao CNPq

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AEROTERMODINÂMICA E HIPERSÔNICA

O Grupo de Pesquisa Aerotermodinâmica e Hipersônica, criado em 2006, tem por objetivo realizar

Pesquisa, Desenvolvimento e Inovação nas áreas estratégicas de Hipervelocidade, Dinâmica dos

Fluidos Computacional e Propulsão com Ar Aspirado, em consonância com as Linhas de Pesquisa e

Desenvolvimento com aplicação no projeto de Demonstradores Tecnológicos para acesso ao Espaço.

Análise Teórico-Analítica, Simulação Teórico-Numérica e Investigação Experimental em

Dispositivos Laboratoriais com utilização de Técnicas Intrusivas e não Intrusivas de Diagnóstico são as

metodologias utilizadas, em combinação, para desenvolver projeto de demonstradores tecnológicos,

antes de realizar vôo na atmosférica terrestre.

A Análise Teórico-Analítica aplica as teorias unidimensionais de ondas de choque (normal, cônica

oblíqua), ondas de expansão de Prandtl-Meyer e escoamento unidimensional com adição de calor nos

projetos preliminares de demonstradores tecnológicos.

A Simulação Teórico-Numérica utiliza licenças acadêmicas do software comercial “Fluent” para o

estudo da dinâmica do fluido em demonstradores tecnológicos.

A Simulação Experimental é desenvolvida nos dispositivos laboratoriais da Divisão de

Aerotermodinâmica e Hipersônica, a qual dispõe de um Túnel de Detonação Pulsado, um gerador de Ar

Viciado e três Túneis de Choque Hipersônicos de Reflexão.

O Túnel T3, financiado pela FAPESP, em operação desde 2006, é utilizado em pesquisa de

sistema de propulsão hipersônica aspirada (laser e combustão supersônica) com capacidade de produzir

pulsos, com a duração de até 10 milésimos do segundo, de escoamentos de ar com números de Mach

25 e velocidade de 7 km/s. O Túnel T2 (1o em operação na América Latina desde 1992, 1

o na

investigação e operação da técnica de Pistão Gasoso, 1o na simulação da redução de arrasto

aerodinâmico utilizando radiação eletromagnética por Laser) produz pulsos, em média de 1 milésimo do

segundo, de escoamentos de ar com números de Mach 15 e velocidade de 5 km/s. O Túnel T1 (utilizado

para a calibração de transdutores de pressão e sensores de fluxo de calor), foi utilizado, com sucesso,

em 1982, na investigação de lasers de Dinâmica dos Gases gerando radiação no comprimento de onda

de 16 micrômetros e da técnica do Pistão Gasoso. O Laboratório Nagamatsu dispõe também de um

compressor de pistão livre capaz de produzir pulsos de alta pressão, 1.000 atm, e alta temperatura,

3.000 K, com duração de 20 milésimos de segundo em hélio.

As linhas de pesquisa e desenvolvimento incluem:

- Aerotermodinâmica de veículos aeroespaciais em reentrada atmosférica;


- Controle de escoamento utilizando radiação eletromagnética (laser);

- Sistema de Propulsão Hipersônica Aspirada baseada em Radiação Eletromagnética (Laser); e

- Sistema de Propulsão Hipersônica Aspirada baseada em Combustão Supersônica.

Demonstrador Tecnológico “scramjet” 14-X “waverider. Análise Estrutural Estática.

Demonstrador Tecnológico “scramjet” 14-X B. Demonstrador Tecnológico “scramjet” 14-X S.

Demonstrador Tecnológico “scramjet” 14-X SA. Demonstrador Tecnológico “scramjet” 14-X T.

Voo atmosférico do Demonstrador Tecnológico “scramjet” 14-X “waverider”.

Veículo Acelerador Hipersônico para voo atmosférico do demonstrador Tecnológico “scramjet” 14-X “waverider”.


APOIO À DECISÃO

Atuando há aproximadamente 10 anos, o Grupo de Apoio à Decisão, formado pelos

pesquisadores e colaboradores da Subdivisão de Sistemas de Apoio à Decisão - EGI-A, Divisão de

Geointeligência - EGI, dedica-se à pesquisa e desenvolvimento de métodos e técnicas, de análise e

modelamento de informações e cenários, para apoiar as atividades de planejamento e de tomada de

decisão nos diversos níveis decisórios.

Os cenários, caracterizados por conflitos sociais, políticos ou econômicos, têm sido marcados pela

imprevisibilidade, tais como: inicio do evento, duração e envolvidos. Estes conflitos enfatizam a

necessidade de uma ampla interoperabilidade tanto entre os meios empregados quanto entre os

integrantes de forma a permitir pronta resposta.

Os trabalhos deste grupo buscam, por meio de emprego de técnicas de mapeamento e simulação,

possibilitar o exercício de cenários estratégicos e operacionais e a avaliação prévia de prontidão e

gerenciamento do uso de recursos humanos, materiais e financeiros em decorrência da tomada de

decisão assumida.

As linhas de pesquisa deste grupo abrangem:

Arquitetura de Sistemas - esta linha de pesquisa objetiva o desenvolvimento de modelos de

arquiteturas para a representação de sistemas complexos. São realizados estudos de estrutura de

sistemas complexos e suas interfaces para possibilitar segmentações e componentização para reduzir o

grau de complexidade de subsistemas identificados, tornando-os tratáveis.

Capacidades e Métricas - Esta linha de

pesquisa tem dois propósitos inter-relacionados: a)

o desenvolvimento de modelos de capacidades, os

quais possibilitem a simulação e avaliação, com

abordagem sistêmica, dos diversos aspectos

(sejam materiais ou não-materiais) que

determinam as capacidades de uma Força

Armada para o cumprimento de suas missões nos

diferentes cenários de emprego, em especial do

poder aeroespacial; e b) a pesquisa e

desenvolvimento de métricas que possibilitem uma

avaliação objetiva de capacidades, de forma a

subsidiar os processos decisórios voltados a obtenção dos meios e ao preparo de uma Força no

contexto de Comando e Controle; ou apoiar o processo de concepção ou desenvolvimento de sistemas

de elevada complexidade.


Comando e Controle - Esta linha de pesquisa visa ao domínio do conhecimento para o

desenvolvimento de tecnologias e metodologias para assistência a sistemas de interesse estratégico ou

operacional, em especial na área de Comando e Controle. As pesquisas nesta linha têm por foco o

estudo da arquitetura e da dinâmica de sistemas, em diferentes domínios - o físico, o da informação, o

cognitivo e o organizacional - com o objetivo de fornecer análises de alto nível e avaliações de

alternativas segundo seu valor estratégico-operacional.

Inteligência Artificial - as pesquisas abrangem

técnicas que possam ser aplicadas à solução de diversos

problemas computacionais relacionados a sistemas

aeroespaciais, tais como planejamento automático de rotas,

classificação de padrões, representação computacional de

ambientes de navegação, aprendizagem de máquina e

tomada de decisão.

Modelagem e Simulação de Cenários

Operacionais - Pesquisar, projetar e desenvolver

sistemas de apoio aos processos decisórios para

ampliar o nível de consciência situacional do decisor

no cenário de interesse. As pesquisas em

desenvolvimento fazem uso da Plataforma

AEROGRAF como um ambiente de integração e de

visualização.

Pesquisa Operacional - as pesquisas realizadas nesta

área buscam tratar problemas de otimização relacionados à

eficiência da cobertura gerada por sensores operando de

forma geograficamente distribuída e a geração de métricas

de avaliação. Os resultados destas pesquisas objetivam

ganhos efetivos de consciência situacional em um processo

de tomada de decisão.


EFEITOS DA RADIAÇÃO IONIZANTE EM DISPOSITIVOS E MATERIAIS DE USO

AEROESPACIAL

O desenvolvimento de qualquer projeto visando aplicações espaciais ou aplicações aeronáuticas

em vôos de grande altitude deve considerar os efeitos que a contínua ação da radiação cósmica provoca

em materiais, componentes e tripulações.

Os sistemas espaciais estão sujeitos diretamente à radiação cósmica primária de origem solar e

galáctica, cuja composição, energia e fluxo de partículas variam fortemente com o tipo de órbita

percorrida (órbita baixa, geoestacionária, etc), de forma que a composição do campo de radiação e os

seus efeitos devem ser conhecidos para que medidas corretivas possam ser consideradas no projeto de

equipamentos que deverão operar por tempo prolongado imersos em um ambiente com radiação

ionizante permanente.

Já o ambiente de radiação ionizante aeronáutico é

caracterizado pela radiação cósmica que atinge a Terra e

interage com a atmosfera terrestre. Parte destas partículas é

defletida pelo campo magnético terrestre, enquanto, outra

parte, dependendo da energia da partícula, do ângulo de

incidência e da latitude geomagnética, atravessa o mesmo.

Quando isto ocorre, as partículas primárias da radiação

cósmica interagem com os átomos da atmosfera formando

chuveiros secundários de radiação que impactam a Terra, principalmente a troposfera e a baixa

estratosfera.Tanto o ser humano quanto a aeronave e os seus dispositivos eletrônicos estão inseridos

neste ambiente, sendo, desta forma, expostos continuamente à radiação ionizante de origem cósmica,

causando preocupações nas áreas de saúde ocupacional, proteção radiológica e segurança de vôo. Esta

necessidade motivou diversos estudos sobre este assunto publicados na literatura internacional

especializada nas duas últimas décadas, bem como estudos mais recentes para a proposição de normas

para a certificação de equipamentos eletrônicos embarcados em sistemas críticos para a segurança da

aeronave, quanto à sua tolerância à radiação ionizante.

De uma maneira genérica, quando instrumentos eletrônicos são operados sob radiação ionizante,

estes sofrem efeitos adversos no seu desempenho, resultantes da interação da radiação com seus

componentes básicos. Em circuitos eletrônicos estes efeitos aparecem como uma mudança transitória

ou permanente dos parâmetros elétricos dos componentes do circuito, seu mau funcionamento ou, até

mesmo, sua falha completa e inoperacionalidade. Estes efeitos podem ser classificados como

transientes ou acumulativos, podendo, também, ser reversíveis ou não reversíveis.

Os efeitos transientes (SEE, do inglês "Single Event Effects") estão geralmente associados à

coleta rápida de cargas elétricas liberadas em uma região sensível do dispositivo pela passagem de uma

partícula muito ionizante, causando um pulso elétrico espúrio no circuito atingido.

Os efeitos acumulativos são devidos a dois mecanismos diferentes: (i) aprisionamento das cargas

liberadas pela radiação nos óxidos ou nas interfaces de semicondutores e (ii) formação de defeitos na

rede cristalina do semicondutor. O primeiro é causado por toda radiação direta ou indiretamente


ionizante (Dose Ionizante Total ou TID, do inglês, "Total Ionizing Dose") e o segundo é causado pelo

deslocamento de átomos da rede cristalina (Dano por Deslocamento ou DD, do inglês, "Displacement

Damage"). Os efeitos de TID dependem da dose total acumulada ao longo do tempo de exposição do

componente à radiação.

Para emprego em missões espaciais os componentes eletrônicos devem ser previamente

qualificados quanto à sua tolerância à radiação, tanto para TID, quanto para os SEE, e, quando

adquiridos, devem ser submetidos a testes de aceitação de lote.

As condições de teste e critérios de aceitação são estabelecidos

em normas internacionalmente empregadas no setor espacial,

como as normas americanas MIL e européias ESA/SCC.

As pesquisas nestes temas citados são conduzidas com

apoio do Laboratório de Radiação Ionizante (LRI), Laboratório de

Caracterização de Dispositivos Semicondutores (LCDS) e

Laboratório de Dosimetria Aeroespacial (LDA). No LRI são

realizadas as irradiações de dispositivos e circuitos com radiação gama e nêutrons, no LCDS são

montados os arranjos experimentais, sistemas de aquisição de dados e realizadas as medidas elétricas

e no LDA são desenvolvidas técnicas e sistemas dosimétricos específicos para aplicações aeroespaciais

e são realizadas as medidas dosimétricas destes campos específicos de radiação, seja em laboratório

ou em vôo de aeronaves.

Os objetivos da linha de pesquisa são o estudo experimental dos efeitos da radiação ionizante em

componentes eletrônicos analógicos e digitais e sistemas de emprego aeronáutico e espacial, o

desenvolvimento de dosímetros para uso em aeronaves e simulação computacional e dosimetria de

campos mistos de radiação no ambiente aeronáutico e espacial.

O grupo de pesquisa está consolidado desde o ano de 2010, está registrado no diretório de grupos

de pesquisa do CNPq e conta com a participação de professores e alunos da UFRGS e do INPE.

Existem colaborações estabelecidas com a ONERA (França) e estão sendo firmadas também

colaborações com a Agência Nacional de Aviação Civil (ANAC) e Empresa Brasileira da Aeronáutica

(EMBRAER).


ENGENHARIA VIRTUAL (LEV)

As principais atividades do grupo de pesquisa de engenharia virtual encontram-se na aplicação de

métodos numéricos, de meta-heurísticas e de processamento paralelo para solução de problemas

complexos em Ciências e Engenharia e na validação experimental dos códigos desenvolvidos.

Atualmente, grande parte das ações do grupo estão voltadas para o desenvolvimento de programas

computacionais para análise e auxílio ao projeto otimizado de dispositivos semicondutores que utilizam

nanoestruturas baseadas em pontos e poços quânticos. Além disso, o LEV atua no desenvolvimento de

ferramentas computacionais para simulação de plasmas, resolução de problemas inversos e simulação

de espectros de emissão de moléculas diatômicas. Frameworks para implementação de meta-

heurísticas e sistema de gerenciamento robusto de clusters heterogêneos e não dedicados também

fazem parte dos trabalhos desenvolvidos no laboratório. O sistema de gerenciamento de clusters permite

que computadores com um ou múltiplos núcleos de processamento, executando sistemas operacionais

Windows e/ou Linux sejam agregadas dinamicamente a um processamento paralelo. Com esse sistema,

é possível agregar de forma rápida e fácil, independentemente da localização física, todos os recursos

computacionais do laboratório e utilizá-los como um supercomputador que pode conter, atualmente, mais

de 100 unidades de processamento. Esse sistema vem sendo utilizado na otimização computacional de

dispositivos semicondutores.

Participação em Projetos de Interesse Estratégico

Sensores de infravermelho baseados em nanoestruturas semicondutoras

Objetivo: desenvolvimento de fotodetectores de

infravermelho baseados na tecnologia de poços e pontos

quânticos (nanotecnologia) caracterizados por alta

detectividade e alta seletividade. Espera-se abordar

integralmente no País todo o ciclo de desenvolvimento, do

projeto à produção dos dispositivos.

Colaborações: colabora com várias universidades

e institutos de pesquisa do Brasil, no âmbito do Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia em

Nanodispositivos Semicondutores (INCT-DISSE) tais como USP, UFMG, PUC-RJ, UFSCar, UFAM, UFU,

dentre outras.

Financiamento de projetos: CNPq, FINEP, AEB.

Atuação: desenvolvimento de ferramentas computacionais para o auxílio ao projeto e análise de

dispositivos semicondutores nanoestruturados, caracterização experimental elétrica e óptica. Análises de

estruturas e dispositivos envolvem interação contínua com o grupo experimental que atua nos

Laboratórios de Caracterização de Dispositivos Semicondutores, LCDS, e Laboratório de Radiometria e

Caracterização de Sensores Eletro-ópticos, LaRaC. Essa interação permite avaliar e validar os modelos

matemáticos e computacionais desenvolvidos e reforça o uso dos programas computacionais para a

otimização de projetos e para o estudo de novas configurações.

Detalhe do posicionamento das agulhas da

estação de prova em uma amostra de

QWIP


Pós-Graduação: sete projetos de pós-graduação voltados para o desenvolvimento de modelos

computacionais, de métodos numéricos e de desenvolvimento e caracterização experimental estão em

andamento.

Acelerômetros MEMS

Objetivo: desenvolvimento de acelerômetros de estado sólido.

O objetivo principal é a fabricação de dispositivos MEMS projetados no

Brasil, com aplicações civis e militares.

Colaborações: EPUSP (Laboratório de Sistemas Integráveis -

LSI), CSEM (Brasil/Suíça).

Financiamento: CNPq/AEB, FINEP.

Atuação: O Grupo desenvolve modelos analíticos e realiza

simulações computacionais para a análise de desempenho e

otimização dos dispositivos. O desenvolvimento experimental é

realizado no LSI e a caracterização elétrica em outros laboratórios do

IEAv e do IAE.

Imagem de dispositivos desenvolvidos no LSI/EPUSP.

Pós-Graduação: dois projetos de pós-graduação estão em andamento


FOTÔNICA EM SILÍCIO

Acompanhando desenvolvimentos tecnológicos emergentes, o Grupo de Fotônica em Silício

realiza estudos, projetos, simulações e caracterização de dispositivos de Óptica Integrada em Silício e

prospecta trabalhos de cooperação com Centros que fabricam e estudam dispositivos nesta plataforma.

O interesse nesse campo de pesquisa acompanha o maciço investimento de grandes empresas

de microeletrônica, como IBM, Intel e NTT, em busca de utilizar para a fotônica integrada a mesma

plataforma utilizada em chips de microeletrônica. Assim, agregam a seus componentes potencialidades

como comunicação óptica intra- e inter-chips, e, ao mesmo tempo, se beneficiam da utilização de

processos de fabricação consagrados e equipamentos já presentes na multibilionária indústria eletrônica.

Esses investimentos são guiados por roadmaps que analisam o futuro da microfabricação, onde se prevê

que a Lei de Moore (Figura 1) da microeletrônica deverá continuar atual, o que requer formas de

comunicação que não padeçam das limitações intrínsecas a condutores metálicos (conhecidas como

electronic bottleneck) em que o aumento do clock é acompanhado de forte atenuação do sinal

propagante.

Figura 1. “Lei de Moore”: Número de transistores nos microprocessadores dobra a cada 2 anos.

A possibilidade de substituição de elétrons por fótons, em algumas funcionalidades, como

portadores básicos de informação em micro e nanodispositivos mais rápidos e eficientes, deu origem à

Fotônica Integrada em Silício. A convergência com a Nanotecnologia foi uma conseqüência evolutiva

natural, gerando a terminologia Nanofotônica. As propriedades físicas (ópticas, eletrônicas e

mecânicas) de estruturas nanométricas em silício podem diferir significativamente daquelas em

estruturas macroscópicas ou mesmo em escalas micrométricas, dependendo do formato, dimensões,

orientação cristalina, relação superfície/volume, etc.


Além da aplicação direta da Fotônica Integrada em Silício na área da micro/nanoeletrônica, como

ilustrado na Figura 2, descortina-se uma infinidade de aplicações emergentes que podem tomar

dimensões tão relevantes quanto a da micro/nanoeletrônica. Exemplos típicos são aplicações em

telecomunicações, em sistemas sensores e bio-sensores altamente integrados, em estudos recentes de

criptografia quântica utilizando efeitos de Four-Wave Mixing, e em aplicações que envolvem

micromáquinas optoeletromecânicas e suas variações. Em virtude de suas propriedades ópticas,

mecânicas e eletrônicas, o leque de aplicações do silício abrange promissoramente todas essas áreas e

suas respectivas interseções. Portanto, o silício continua a desfrutar de posição privilegiada para

inovação tecnológica neste alvorecer do século XXI, e a Fotônica Integrada em Silício tem o potencial de

prover novo impulso à micro/nanoeletrônica em geral.

Recentes avanços em modulação óptica e/ou eletroóptica em silício, ou em dispositivo

assimétricos como ilustrado na Figura 2, bem como em amplificação óptica usando o efeito Raman e o

efeito Four-Wave Mixing, além de demonstrações de fontes ópticas laser, ampliaram ainda mais o leque

de aplicações da Fotônica Integrada em Silício, ratificando sua relevância estratégica em diversas áreas

da ciência e da tecnologia.

Figura 2. À esquerda, resultado de trabalho de pesquisadores do IEAv em parceria com pesquisadores do Caltech, ilustrada na capa da edição de fevereiro de 2013 da revista Nature Materials®. À direita, imagem por Microscópio de

Varredura Eletrônica de um acoplador direcional feito em Fotônica Integrada em Silício.


LASERS E APLICAÇÕES

O Grupo de Pesquisa foi criado com o objetivo de desenvolver tecnologias nacionais de lasers e

sistemas de espectroscopia com lasers para suportar o programa de enriquecimento de urânio via lasers

iniciado em 1978 no CTA. O Grupo desenvolveu as tecnologias de lasers de vapor de cobre e ouro, de

Cu-HBr, sistemas de lasers e amplificadores de corante de alta potência, lasers de CO2 contínuos e

pulsados. O enriquecimento de urânio metálico com lasers foi obtido em laboratório, com a identificação

das linhas de transição apropriadas para a fotoionização seletiva de isótopos e a implementação de uma

câmera de evaporação instrumentada para detectar e coletar o vapor de Uranio metálico. A experiência

de mais de trinta anos em desenvolvimento de lasers, processos de interação laser-matéria e

espectroscopia levaram a diversificação das linhas de pesquisa do Grupo: aplicações industriais de

lasers para o setor aeroespacial e metalomecânico e pesquisa básica em separação isotópica de outros

materiais. Estas atividades são desenvolvidas em dois laboratórios principais:

Laboratório de Espectroscopia e Fotoionização Seletiva

Neste laboratório se investiga o processo de separação isotópica via laser de Terras Raras (Nd, Er

e Dy) e de Molibdênio. O laboratório está equipado com 3 sistemas de lasers de corante pulsados de

alta potência, um laser de corante contínuo em anel de alta resolução com dobrador de frequência, um

laser de Ti-Safira e sistemas completos de espectrometria óptica e de massa.

Em 2014 obteve-se o primeiro resultado de medição precisa de desvio isotópico de Nd por meio

de espectroscopia opto-galvânica intermodulada. O estudo do processo de ablação a laser é outra tema

de interesse do Grupo. A fotoionização seletiva por laser aplicada em um jato de vapor neutro gerado

por meio de ablação a laser é uma alternativa inovadora e mais eficiente para se obter isótopos de terras

raras com redução de custo.

Nesta aplicação, são utilizados lasers pulsados de Nd-YAG (532 nm e 355 nm) de alta taxa de

repetição (20 kHz) e recentemente foi instalado um laser de Nd-YAG UV (355 nm) que emite pulsos com

energia de 300 mJ. Com isto será possível gerar um maior volume de vapor por pulso e estudar

plasmas com temperaturas mais elevadas. Uma câmera de ablação em vácuo, muito compacta e

acoplada a um sistema de movimentação controlado por computador se encontra operacional e permite

medir por espectroscopia a taxa de expansão e a temperatura do vapor gerado pelo laser.

Sistema oscilador/amplificador de Lasers de corante de alta potencia

Espectroscopia Optogalvânica Intermoduladada de Nd e Dy

Sistema compacto de ablação a laser em vácuo


Laboratório de Desenvolvimento de Aplicações de Lasers e Óptica (Dedalo)

Criado para fomentar o uso das tecnologias de processamento a laser nas indústrias e

desenvolver inovações em setores estratégicos o Dedalo possui diversas fontes de laser: lasers de

Nd:YAG pulsados, lasers de Yb:fibra pulsado (20 W) e contínuo (2 KW) e lasers de CO2 RF de 100 W.

Os desenvolvimentos das aplicações industriais e avançadas das tecnologias de laser são conduzidas

com o apoio de sistemas de movimentação de peças automatizados de padrão industrial, como mesas

CNC e cabeçotes de gravação além de equipamentos para análise e ensaio dos materiais tratados com

laser, como : DRX, micro-durômetro, máquinas de ensaios mecânicos, microscópios óticos e de

varredura de elétrons. Esta infraestrutura única no país é utilizada no desenvolvimento de aplicações

industriais e científicas de lasers em parceria com diversas empresas e instituições de pesquisa do país

e do exterior.

As aplicações de laser em curso no laboratório são: soldagem de estruturas e componentes

aeronáuticos e espaciais, tratamento térmico, texturização e estruturação de superfícies com lasers e

aplicação de revestimentos cerâmicos por laser.

Neste ano, foi instalada uma nova mesa de processo CNC de 4 eixos com área útil de 1,20 m x

1,80 m o que permitiu a soldagem de um painel estrutural de alumínio, com dimensão similar ao de

estruturas aeronáuticas reais. A união de chapas de titânio classe 5 (Ti-Al-V) com uso de laser, seguido

de tratamento térmico em câmara a plasma, foi outro destaque neste ano. Os resultados obtidos na

resistência em tração e fadiga rotativa são semelhantes ao material de base sem solda. O processo de

união deste material é complexo e o sucesso obtido no domínio desta tecnologia deve aprimorar seu uso

na área aeroespacial. Da mesma forma, os primeiros resultados de soldagem a laser entre dois materiais

dissimilares, Ti6Al4V e alumínio aeronáutico AA6013, oferecem uma nova alternativa de união de

componentes de aeronaves com maior resistência a corrosão.

Na área de revestimentos e sinterização a laser, destacam-se dois importantes resultados

recentes: a demonstração da viabilidade dos processos de deposição via laser em metal de

revestimentos de ligação de MCrAlY e de sinterização a laser de Inconel e Stellite. O domínio destes

processos é fundamental para estabelecer uma tecnologia nacional de fabricação de componentes e de

revestimentos de barreira térmica utilizados em turbinas.

Soldagem de um painel estrutural na

mesa CNC de 4 eixos

Aplicação de revestimentos em

metais com laser de CO2

Sinterização de Stellite com laser de

baixa potência


ÓPTICA APLICADA

Atuando há mais de 25 anos, o Grupo de Óptica Aplicada dedica-se ao projeto, desenvolvimento e

avaliação de componentes ópticos de precisão. A obtenção destes componentes envolve um conjunto de

atividades seqüenciais e interdependentes, que devem resultar em superfícies com a geometria

desejada e com baixíssima rugosidade, obtidas por sucessivos processos de esmerilhamento e de

polimento. Tipicamente, para um componente óptico que vá atuar na faixa do visível, rugosidades da

ordem de poucos nanometros são esperadas. Após esta etapa, chamada de produção do substrato, há o

revestimento da(s) superfície(s) com filmes finos e a sua caracterização. Estes revestimentos podem

atuar como camadas refletoras, anti-refletoras ou parcialmente refletoras.

Fazem parte das atividades desenvolvidas: o estudo de técnicas de usinagem, esmerilhamento

e polimento, utilizando equipamentos de alta rotação e ferramentas diamantadas; avaliação da

qualidade superficial, por perfilômetro, rugosímetro e interferômetro; deposição de filmes finos anti-

refletores ou refletores e a avaliação da transmitância ou refletância dos mesmos; estudo das

propriedades ópticas dos filmes finos, como função dos parâmetros e técnicas de deposição

utilizadas. Há ênfase também na formação de Recursos Humanos, com especial participação de

alunos de Iniciação Científica de IES da região, tais como: UNIFESP, UNIVAP, UNIP, UNICAMP,

USP – Lorena, FEG-UNESP, dentre outras.

Ajuste mecânico de prato de trabalho e resultado de calibração intermediária semanal do padrão de plano.

Nos últimos cinco anos tem atuado mais especificamente no desenvolvimento de Substratos de

Carbono Vítreo e de Carbeto de Silício. O objetivo destes estudos é o desenvolvimento de substratos de

baixa massa específica para a utilização em óptica de imageamento para satélites, que já resultaram no

depósito de patentes. Estes trabalhos são financiados por projetos da FINEP e do CNPq, visando

também à formação de RH para o setor aeroespacial.


Rota de produção de substratos de SiC para aplicações aeroembarcadas.

Presta-se também serviços de fabricação de componentes ópticos, medição e calibração para o

DCTA e outras instituições ligadas ao ensino, à pesquisa e ao desenvolvimento, tais como: USP,

UNICAMP, UNESP, INPE, INMETRO. Dá assistência a empresas na área de medição de rugosidade e

planeza. O Grupo de Óptica Aplicada é composto de cinco doutores, três mestres, dois técnicos e quatro

alunos de mestrado, 14 de IC e um estagiário.

Resultado de calibrações intermediárias semanais do padrão de rugosidade e o rugosímetro utilizado.

2013

3,01

3,02

3,03

3,04

17/3 6/5 25/6 14/8 3/10 22/11 11/1

Data da medição

Ra

(m

icro

me

tro

s)


SENSORES A FIBRA ÓPTICA

O Grupo de Pesquisas do CNPq/IEAv Sensores a Fibra Óptica foi criado em 1985 e é constituído

por 14 pesquisadores de diversas áreas e, neste momento, colaboram com as pesquisas 2 estudantes

em programas de iniciação científica e pós-graduação e 4 técnicos para apoio em eletrônica. As

principais linhas de pesquisa são sensores a fibra óptica, interferometria, processamento de sinais,

óptica Integrada, optoeletrônica e nanofotônica.

Atualmente a equipe realiza pesquisas em sensores inerciais a fibras ópticas (giroscópios e

acelerômetros), sensor de deslocamento angular a fibra óptica aplicado à inspeção não-destrutiva,

estabilização de fontes superfluorescentes em fibras dopadas com érbio para aplicações em giroscópios

de alta performance, grades de Bragg em fibra (FBG), grades de Bragg de longo período em fibras

(LPG), óptica integrada em substratos de vidro, niobato de lítio e em silício.

O Grupo conta com as facilidades laboratoriais do IEAv e em especial o Laboratório de Sensores a

Fibra Óptica (LSFO), o Laboratório de Optoeletrônica (LOE) e o Laboratório de Óptica Integrada (LOI).

Parte dos equipamentos da sala limpa do Laboratório de Óptica Integrada (LOI): Microscópio confocal e evaporadora para deposição de filmes finos

Resumo dos trabalhos desenvolvidos pelo do grupo:

1) Junho de 1998: ensaio em vôo de helicóptero de um protótipo de um Giroscópio a Fibra Óptica

(GFO), para caracterização de seu funcionamento em ambiente aeronáutico;

2) Março de 1999: ensaio em vôo de foguete VS-30 de GFO totalmente desenvolvido pelo grupo;

demonstrou funcionamento em ambientes de fortes acelerações, de microgravidade e espacial. O bem-

sucedido experimento foi divulgado nos meios científicos e na sociedade;


3) Sensor de corrente elétrica a fibra óptica: construído em 1999 um protótipo de laboratório,

demonstrando-se a viabilidade técnica de um subproduto da pesquisa em GFO;

4) Sistema de aquisição e processamento de sinais interferométricos: construído em 1999, permite

a caracterização de parâmetros de sensores interferométricos a fibra óptica com grande precisão;

5) Grades de difração em fibras ópticas: sistema de fabricação encontra-se operacional desde

1999;

6) Iniciado em 2000 o projeto “Desenvolvimento de fontes superfluorescentes para giroscópios de

alta performance”, financiado pela FAPESP - Processo 99/10403-6;

7) Sensores distribuídos: pesquisa realizada em 1999, utilizando o efeito Brillouin estimulado em

fibra óptica, ganha o segundo lugar do Prêmio Petrobrás de Tecnologia em Dutos do ano 2000;

8) Construção de bloco girométrico a fibra óptica (três GFO) para a Marinha do Brasil, entregue

em 2001;

9) Iniciado em 2004, o projeto "Acelerômetro Opto-Mecânico Baseado em Grades de Bragg em

Fibras Ópticas" (AOM), financiado pela FINEP;

10) Iniciado em 2004, o projeto "Bloco Girométrico Miniaturizado a Fibra Óptica para utilização no

Míssil MAR-1" (GIROMAR);

11) Iniciado em 2006, o projeto de "Sistemas Inerciais para Aplicação Aeroespacial" (SIA), para

satélites e veículos lançadores, financiado pela FINEP;

12) Iniciado em 2006 e concluído em 2011, projeto de "Chip Optoeletrônico para Giroscópios e

Acelerômetros a Fibra Óptica" (CHIPOPTO), financiado pela FINEP;

13) Concluído com sucesso, em 2008, o projeto (GIROMAR); e

14) Iniciada em 2008, fase operacional do Laboratório de Óptica Integrada (LOI).

Giroscópios a fibra óptica com eletrônica para o VLS. Projeto FINEP-SIA.

Girômetros a fibra óptica com eletrônica para o MAR. Projeto FINEP-GIROMAR.


SENSORIAMENTO REMOTO

A Subdivisão de Sensoriamento Remoto do IEAv tem por missão desenvolver o conhecimento

científico e tecnológico nos campos de sensores, processamento de imagens, sensoriamento remoto e

geoprocessamento para a Força Aérea Brasileira.

A Subdivisão de Sensoriamento Remoto também ministra cursos básicos, avançados e de

reciclagem, desenvolve atividades de pesquisa básica e aplicada nos campos do sensoriamento remoto

e do processamento de imagens digitais, bem como presta serviços de consultoria técnico-especializada

ao governo e à iniciativa privada.

Fazem parte das atividades desenvolvidas:

- Geomática: a equipe em Geomática desenvolve pesquisas e trabalhos de engenharia nas áreas

de GNSS (Global Navigation Satellite System), Geoprocessamento e Fotogrametria Digital;

- Inteligência com Imagens: desenvolve técnicas para extração de informações a partir imagens, e

pesquisa técnicas para tratamento e realce de imagens a fim de detectar objetivos de interesse;

Laboratório de IMINT e uso do programa Aerograf INT nas atividades de extração de informações.

- Radiometria e Caracterização de Sensores Eletroópticos: desenvolve metodologias para

viabilizar a utilização de sensores eletroópticos imageadores para a obtenção de informações de

propriedades físicas de materiais da superfície terrestre: temperatura, reflectância, transmitância e/ou

emissividade;

Esfera Integradora do Lab. de Calibração de sensores


- Sistemas Autônomos Aeroembarcados: desenvolve pesquisas em sistemas autônomos

aeroembarcados, tais como: sistemas de navegação com estimação automática de posição baseada em

imagens; sistemas de reconhecimento automático de alvos; sistemas de processamento de imagens;

sistemas de estereoscopia; e

Plataformas de testes e Lab. de desenvolvimento de sistemas autônomos

- Sistemas Imageadores: desenvolvimento e caracterização de sistemas sensores de

imageamento.


SISTEMAS ELETROMAGNÉTICOS

O Grupo de Pesquisas do CNPq/IEAv de Sistemas Eletromagnéticos foi criado em 2006 e é

constituído por 12 pesquisadores doutores de diversas áreas e, neste momento, colaboram com as

pesquisas 19 estudantes em programas de Iniciação Científica, Mestrado e Doutorado.

A equipe de pesquisadores realiza pesquisas sobre os efeitos de um ambiente eletromagnético

(E3) sobre as pessoas, equipamentos e/ou sistemas. Também desenvolve tecnologias necessárias para

a avaliação eletromagnética do ambiente, tais como sensores de corrente, de presença de RF,

magnetoelásticos, de campos eletromagnéticos (DC/AC, RF), magnetômetros, supressores de RF,

blindagens etc. Para o desenvolvimento dessas tecnologias avançadas são consideradas as áreas de

micro-ondas, materiais e biomédicas. O grupo dispõe de infraestrutura para:

i. caracterizações eletromagnéticas (DC - 40 GHz) e térmica (-40 graus até 120 graus) de

materiais e sistemas;

ii. avaliações de ambientes eletromagnéticos (DC - 26,5 GHz);

iii. metalurgia de cerâmicas;

iv. ensaios de sensores magnéticos - calibração;

v. desenvolvimento de projetos eletromagnético e térmico de sistemas, utilizando ferramentas

CAE/CAD comerciais e rotinas computacionais desenvolvidas pelo grupo;

vi. análise de espalhamento eletromagnético e RCS, utilizando-se ferramentas CAE/CAD

comerciais e rotinas computacionais desenvolvidas pelo grupo;

vii. caracterização estrutural de materiais em escala micro- e nanométrica; e

viii. análise eletromagnética em micro e nano regiões (AFM e MO).

Os Laboratórios de Sistemas Eletromagnéticos (LSE) e Materiais Eletromagnéticos (LME) são

credenciados junto à Agência Nacional de Petróleo para P&D e serviços nas áreas de caracterização

eletromagnética de materiais, EMC/EMI e projeto de dispositivos e estruturas com ferramentas CAE/CAD

eletromagnéticas. Os profissionais também desenvolvem atividades para atender objetivos

exclusivamente sociais e garantir a melhoria da qualidade de vida do cidadão, oferecendo estágios nos

Laboratórios para especialistas da área de sensores aeroespaciais, ministrando palestras sobre os

efeitos da radiação eletromagnética em seres vivos e auxiliando o poder público em normas e leis de

regulamentação ambiental. O grupo, desde 1992, já conta com 12 depósitos de patentes e 6 patentes

concedidas.

Figura 1. (a) Ambiente multidisciplinar para a pesquisa inovadora e (b) treinamento especializado: Físicos, Químicos, Engenheiros Eletricistas, Mecânicos, de Materiais, de Computação, Ambiental e de Controle e Automação.


Figura 2. Instrumentação Científica atualizada na área de caracterização eletromagnética de materiais e ferramentas CAE/CAD eletromagnéticas.

As principais linhas de pesquisas do grupo são:

a. Ambiente eletromagnético;

b. Sensores eletromagnéticos com aplicações aeroespaciais;

c. Calibração de sensores;

d. Caracterização eletromagnética de materiais;

e. Efeitos da Radiação Não-Ionizante (RNI) em tecidos biológicos;

f. Ferramentas CAE/CAD eletromagnéticas;

g. Materiais magnéticos e dielétricos;

h. Processamento e caracterização de materiais cerâmicos; e

i. Radar Cross Section (RCS).


TECNOLOGIA NUCLEAR ESPACIAL

O Grupo de Tecnologia Nuclear Espacial foi criado no ano de 2009. A finalidade do grupo é olhar

os múltiplos aspectos da tecnologia nuclear aplicada na geração de potência elétrica, calor e efeitos

propulsivo em sistemas espaciais. Neste aspecto estão incluídos como sistemas espaciais, os seguintes:

satélites, naves espaciais, e sistemas de superfície, entre outros. Pode-se entender como sistemas

nucleares os microrreatores nucleares (com potência térmica no núcleo no entorno ou inferior a 1 MW),

Geradores Termoelétricos a Radioisótopos (GTR, ou da sigla Inglesa RTG) e os sistemas de engenharia

associados que auxiliem ou estejam relacionados aos mencionados anteriormente, tais como, reatores

rápidos, novos combustíveis, ciclos térmicos (Brayton e Stirling), turbina passiva multifluido ou de Tesla,

tubos de calor e seus sistemas, motores iônicos e a plasma, propulsores nucleares térmicos, dentre

outros. Uma semente do grupo já existia desde 2003 no Instituto de Estudos Avançados, OM do

Departamento de Ciência e Tecnologia Aeroespacial do Comando da Aeronáutica, como pode ser

atestado pelas publicações Lattes dos pesquisadores constituintes do Grupo. A experiência do Grupo foi

construída ao longo de pelo menos duas décadas. Os principais projetos Institucionais aos quais os

membros do grupo estiveram envolvidos foram: o projeto AMAZONAS (1984-1988) que tratou do

desenvolvimento conceitual de um reator rápido de potência para o cenário elétrico Nacional; o projeto

RESPA (1988-1992) que acompanhou o desenvolvimento da tecnologia de reatores espaciais da época;

e o projeto REARA (1992-1999) que propôs o desenvolvimento conceitual de um reator rápido

experimental. Atualmente, o grupo está envolvido com o projeto TERRA - TEcnologia de Reatores

Rápidos Avançados. O projeto TERRA classifica-se como de P&D e enfatiza a comprovação

experimental e a formação de RH. O sistema nuclear que se deseja desenvolver deverá ser aplicado em

veículos espaciais brasileiros. No entanto, vislumbra-se sua utilização, com modificações adequadas, em

locais inóspitos, a exemplo do leito oceânico, gerando energia elétrica e/ou calor para sistemas de

extração de petróleo, podendo incluir seqüestro de carbono. Devido ao seu tamanho reduzido a micro

usina nuclear poderia ser utilizada em locais não servidos pela malha elétrica Nacional em situações

especiais.

Curso de micro processador Arduino, sendo ministrado no Laboratório Computacional de Tecnologia Nuclear. Este tipo de micro processador será usado para controlar e realizar aquisição de dados nos experimentos de Laboratórios.


Primeira concepção do combustível nuclear na forma esferas e sua agregação dentro de tubos hexagonais formando o núcleo do microrreator rápido brasileiro.

Primeira turbina passiva multifluido gerando 55 W e produzindo energia elétrica para acender uma lâmpada de farol de automóvel. Fotografia Schlieren do jato de air comprimido da segunda turbina passiva multifluido produzida no IEAv.

Máquina Stirling doada pela EMBRAPA desmontada. Maquina Stirling desmontada, produzida no IEAv, baseada na máquina doada pela EMBRAPA.


TEORIA DE TRANSPORTE DE PARTÍCULAS

O Grupo de Pesquisa em Teoria de Transporte de Partículas foi criado no Instituto de Estudos

Avançados (IEAv) em 1984 e, desde então, vem realizando pesquisas em métodos analíticos e

numéricos para a solução da equação de Boltzmann. As áreas de aplicação predominantes são a

Nuclear e a Espacial.

O grupo se dedica a três linhas de pesquisa: Transporte de Nêutrons, Transferência Radiativa e

Dinâmica dos Gases Rarefeitos.

Na linha de pesquisa “Transporte de

Nêutrons”, o objetivo é o desenvolvimento de

métodos de solução para a equação de

transporte de nêutrons em Física de Reatores,

tanto para problemas de criticalidade como para

problemas de fonte fixa e fonte externa. Ao longo

dos anos, os trabalhos do grupo abordaram os

seguintes métodos: harmônicos esféricos (PN),

ordenadas discretas, facile (FN) e probabilidades

de colisão.

Na linha de pesquisa “Transferência

Radiativa”, o grupo visa o desenvolvimento de

métodos de solução para a equação de

transferência radiativa, incluindo efeitos como

polarização e mudança no índice de refração. Os

trabalhos nesta linha são baseados nos métodos

PN, FN e ordenadas discretas.

Finalmente, na linha de pesquisa “Dinâmica

dos Gases Rarefeitos”, o grupo desenvolve trabalhos

sobre a equação de Boltzmann linearizada e modelos

cinéticos para gases simples e misturas, utilizando o

método de ordenadas discretas.


Alguns trabalhos publicados nos últimos cinco anos:

Garcia, R. D. M.; Siewert, C. E., On the dispersion function for complex values of the parameter c,

Annals of Nuclear Energy, Volume: 69, Pages: 203 - 204, Published: JUL 2014.

Garcia, R. D. M., The analytical discrete ordinates method for a one-dimensional model of neutral

particle transport in ducts, Nuclear Science and Engineering, Volume: 177, Pages: 35 - 51, Published:

MAY 2014.

Garcia, R. D. M., Radiative transfer with polarization in a multi-layer medium subject to Fresnel

boundary and interface conditions, Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer, Volume:

115, Pages: 28 - 45, Published: JAN 2013.

Garcia, R. D. M.; Siewert, C. E., A simplified implementation of the discrete-ordinates method for a

class of problems in radiative transfer with polarization, Journal of Quantitative Spectroscopy and

Radiative Transfer, Volume: 112, Pages: 2801 - 2813, Published: DEC 2011.

Garcia, R. D. M.; Siewert, C. E., Viscous-slip, thermal-slip, and temperature-jump coefficients

based on the linearized Boltzmann equation (and five kinetic models) with the Cercignani-Lampis

boundary condition, European Journal of Mechanics BFluids, Volume: 29, Pages: 181 - 191, Published:

MAY - JUN 2010.

Garcia, R. D. M.; Siewert, C. E., On the use of a nascent delta function in radiative-transfer

calculations for multi-layer media subject to Fresnel boundary and interface conditions, Journal of

Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer, Volume: 111, Pages: 128 - 133, Published: JAN 2010.


TERMO-HIDRÁULICA

O Grupo de Pesquisa de Termo-hidráulica atua há mais de 29 anos em pesquisa e

desenvolvimento nas áreas de transferência de calor e mecânica dos fluidos, com aplicação em reatores

nucleares e sistemas aeroespaciais.

As Figuras 1 e 2 apresentam a malha computacional e a distribuição de temperatura obtidas com

o software FLUENT para o núcleo do microrreator nuclear do projeto TERRA, respectivamente.

Figura 1. Malha computacional para o elemento combustível do reator.

Figura 2. Distribuição de temperatura no elemento combustível.


As principais áreas de atuação são:

1. Estudos de núcleos de reatores nucleares, trocadores de calor, geradores de vapor e circuitos

primário e secundário de sistemas de transporte de calor em reatores nucleares;

2. Análises de acidentes em reatores nucleares considerando a atuação de sistemas de

segurança ativos e passivos;

2. Os seguintes softwares são utilizados para análises termo-hidráulicas e estudos de acidentes

em reatores nucleares: FLUENT, RELAP5, COBRA-4/COBRA-EN e COTHA;

3. Estudos experimentais de tubos de calor, sistemas de transporte de calor, bombas

eletromagnéticas, circuitos experimentais a mercúrio e circuito monofásico à água para ensaios de

circulação natural;

4. Solução de equações diferenciais por métodos numéricos (volumes finitos, diferenças finitas,

elementos finitos, coordenadas generalizadas, etc); e

5. Desenvolvimento de softwares para simulação computacional de fenômenos físicos nas

linguagens C, C++ e FORTRAN.

O grupo participou ou ainda atua nos seguintes projetos institucionais: AMAZONAS - Análise

temo-hidráulica e de segurança de reatores rápidos refrigerados a sódio - IEAv (1984-1988); RESPA -

Análise termo-hidráulica de reator espacial refrigerado a lítio - IEAv (1988-1992); REARA - Análise

termo-hidráulica de reator rápido experimental refrigerado a sódio - IEAv (1992-1999); SARA - Análise

térmica do satélite durante a fase de reentrada - IEAv e AEB (2000-2001); SATER - Controle térmico do

satélite durante a fase orbital - IEAv e IAE (2002-2010); LABGENE - Análise termo-hidráulica do núcleo

de um reator tipo PWR - IEAv e CTMSP (2001-2007); TERRA - Tecnologia de Reatores Rápidos

Avançados - IEAv (desde 2008); JA1 - Análise termo-hidráulica de fusão de metais com o FLUENT -

IEAv (desde 2008).

O grupo conta com os seguintes alunos: Rodolfo Jordão e Rafael Eugênio Borges.


Projetos do IEAv

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PROJETOS ESTRATÉGICOS ORÇAMENTÁRIOS DO IEAv

Projeto: Processo Atômico de Separação Isotópica a Laser - Terras Raras (PASIL)

Projeto: Processamento de Imagens em Tempo Real (PITER)

Projeto: Tecnologia de Reatores Rápidos Avançados (TERRA)

Projeto: Desenvolver Demonstradores Tecnológicos em Propulsão Hipersônica Aspirada Utilizando Combustão Supersônica

Projeto: Sistema Tático de Enlace de Dados (SISTED)

PROJETOS ESTRATÉGICOS EXTRA-ORÇAMENTÁRIOS DO IEAv

Projeto: Desenvolver Acelerômetros Opto-Mecânico e a Semicondutor Tipo MEMS (AcelerAD) Financiador: FINEP

Projeto: Desenvolver Demonstradores Tecnológicos em Propulsão Hipersônica Aspirada Utlizando Combustão Supersônica

Financiador: FINEP/CNPq/AEB

PROJETOS DAS DIVISÕES DO IEAv

Projeto: Análise Estrutural e Configuração Interna do Veículo Hipersônico 14-X Financiador: CNPq/AEB

Projeto: Análise Numérica da Aerotermodinâmica do Veículo Aeroespacial 14-X Financiador: CNPq/AEB

Projeto: Aplicação de Simulação Monte Carlo na Reentrada de Veículos Espaciais Financiador: CNPq/AEB

Projeto: Assinaturas Espectrais na Região do Infravermelho-Termal para Caracterização de Sensores Eletroópticos a Bordo de Satélites

Financiador: CNPq/AEB

Projeto: Avaliação da Detonação Pulsada por Imagens de Emissão Financiador: CNPq

Projeto: Avaliação de Técnicas de Correção de Trajetória de Veículos Aéreos Não Tripulados por Imagens Financiador: CNPq

Projeto: Cálculos "ab initio" do Alinhamento de Bandas em Nanofios de InP Financiador: FAPESP

Projeto: Caracterização da Combustão Supersônica em Túneis de Choque Pulsados Financiador: CNPq/AEB

Projeto: Caracterização da Combustão Supersônica em Túnel de Choque Hipersônico Financiador: CNPq/AEB

Projeto: Caracterização da Magnetostricção de Ferritas de Cobalto Financiador: FAPESP

Projeto: Combustão Supersônica Assistida por Laser Financiador: FINEP

Projeto: Demonstrador de Veículo a Propulsão a Laser Financiador: FINEP

Projeto: Demonstrador Tecnológico de Estato-Reator a Combustão Supersônica Financiador: FINEP

Projeto: Desenvolver Pesquisas em Acelerômetros (ACELERAD) Financiador: FINEP


Projeto: Desenvolvimento da Tecnologia de Aplicação de Revestimentos Cerâmicos Micro e Nano-particulados via Laser de CO2


Projeto: Desenvolvimento de Dispositivos Semicondutores para Aplicações Aeroespaciais Financiador: CNPq/AEB

Projeto: Desenvolvimento de Ferritas de Cobalto para Aplicações no Encapsulamento de Sensores de RF e Micro-Ondas.

Financiador: FAPESP/CAPES

Projeto: Desenvolvimento de Microssoldagem a Laser Financiador: CAPES

Projeto: Desenvolvimento de Plataformas para Testes de Efeitos da Radiação Ionizante em Componentes Eletrônicos de Uso Aeroespacial (TESTRAD)


Projeto: Desenvolvimento de Sistemas Tolerantes à Radiação e Qualificação para Uso Aeroespacial Financiador: CAPES

Projeto: Desenvolvimento de Técnicas Não-Intrusivas de Medição de Temperatura em Escoamentos Reativos de Alta Velocidade

Financiador: CNPq

Projeto: Desenvolvimento de Tubos de Calor para Rejeição Passiva de Elevadas Taxas de Transferência de Calor com Aplicação Principal em Ciclos Brayton Fechados


Projeto: Detecção de Alvos em Imagens Orbitais Financiador: CNPq/AEB

Projeto: Dosimetria da Radiação Ionizante de Origem Cósmica no Espaço Aéreo Brasileiro (DRIEAB) Financiador: CNPq

Projeto: Efeitos das Radiações Ionizantes em Sistemas Aeronáuticos (ERISA) Financiador: CNPq

Projeto: Estudo da Detonação Pulsada por Técnicas de Diagnóstico Financiador: FAPESP/CNPq

Projeto: Estudo da Soldabilidade a Laser em Aços de Alta Resistência Financiador: USIMINAS

Projeto: Estudo de Modelo de Avaliação de Cobertura de Sinal de um Sistema de Comunicação, Navegação e Posicionamento por Satélites


Projeto: Fibras Micro-Estruturadas para Sensoriamento Óptico de Parâmetros Elétricos Financiador: FINEP

Projeto: Fotônica Integrada em Silício Financiador: CNPq

Projeto: Funcionalização de Nanofilmes de Carbono por Enxertia Induzida via Radiação Ionizante Financiador: FAPESP

Projeto: Infraestrutura de Laboratórios do IEAv Financiador: FINEP

Projeto: Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia em Nano-Dispositivos Semicondutores Financiador: CNPq/FAPERJ

Projeto: Instituto Nacional de Fotônica para Comunicações Ópticas (FOTONICOM) Financiador: CNPq/FAPESP

Projeto: Lançamento para Voo Cativo do Veículo Aeroespacial Hipersônico 14-X Financiador: CNPq/AEB

Projeto: Materiais Estratégicos (MATEST) Financiador: FINEP


Projeto: Medida de Velocidade em Escoamentos Hipersônicos (HIPERVEL) Financiador: FINEP

Projeto: Modernização e Adequação dos Laboratórios de Ensino, Pesquisa, Desenvolvimento e Caracterização de Dispositivos Sensores para Uso Aeroespacial

Financiador: FINEP

Projeto: Otimização de Tratamentos Térmicos e Termoquímicos e Aplicação de Processos a Laser e a Plasma em Aços Aeronáuticos

Financiador: CAPES

Projeto: Planejador de Missões Aéreas (PMA II) Financiador: EMAER

Projeto: Problemas de Corte, Empacotamento, Dimensionamento de Lotes e Programação da Produção, e suas Integrações em Contextos industriais e Logísticos"

Financiador: FAPESP

Projeto: Projeto e Aplicação de Fibras Ópticas Microestruturadas como Material Estratégico para Sensores Avançados e Telecomunicações

Financiador: CAPES

Projeto: Projeto e Qualificação de Circuitos Integrados para Aplicações Aeroespaciais (CITAR) Financiador: FINEP

Projeto: Radiation Processing of Nanocomposites for Enhancing Their Functionality and Utility in Health Care and Industry

Financiador: AIEA

Projeto: Recarbonização de Carbono Vítreo para Aplicações Embarcadas Financiador: CNPq/AEB

Projeto: Sensor de Deslocamento Angular a Fibra Óptica Aplicado à Inspeção Não-Destrutiva de Soldas a Laser Financiador: CNPq

Projeto: Sensores a Fibra Óptica Micro-estruturada, Taper e Nanofibra Financiador: CNPq

Projeto: Sensores de Infravermelho Nanoestruturados. Programa de Desenvolvimento de Sensores para Defesa Financiador: FINEP

Projeto: Sensoriamento de Pressão Baseado em Fibras de Cristal Fotônico para Poços de Petróleo Financiador: FINEP

Projeto: Sistema Embarcado para Processamento de Vídeos Obtidos por Veículos Aéreos Não Tripulados para Aplicação em Navegação Autônoma

Financiador: CNPq

Projeto: Tecnologias Inovadoras para Aplicação da Energia Nuclear no Espaço Financiador: CNPq

Projeto: Teoria Variacional do Estado de Transição Multi-Estrutural com Aplicações na Cinética Química de Reações Complexas.

Financiador: CNPq


Pós-graduação, Iniciação Científica e

Tecnológica e Atividades de Extensão

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PÓS-GRADUAÇÃO NO IEAv

Criada em fins de 2009, a Coordenadoria de Programa de Pós-Graduação do IEAv (CPPG) é o

órgão assessor da Direção nas ações ligadas às atividades de Pós-Graduação desenvolvidas no

Instituto. Sua atribuição consiste na coordenação geral das atividades de pós-graduação realizadas no

Instituto, com destaque para o acompanhamento acadêmico do PG-CTE, Programa de Pós-Graduação

em Ciências e Tecnologias Espaciais.

Aprovado em 2011 para os níveis de mestrado e doutorado, o PG-CTE consiste em um programa

por Associação Parcial de Instituições de Ensino Superior, IES, fruto da parceria entre as seguintes

unidades de ensino e pesquisa do Departamento de Ciência e Tecnologia Espacial, DCTA: o Instituto

Tecnológico de Aeronáutica, ITA, que consiste na IES principal, o Instituto de Aeronáutica e Espaço, IAE,

e o IEAv. Neste modelo de programa, a IES principal é responsável por todo o suporte administrativo,

cabendo às demais, além dela própria, a cessão de recursos humanos (quadro de professores) e

materiais (laboratórios e salas de aulas) para o desenvolvimento das atividades de Pós-Graduação

ligadas ao Programa.

O PG-CTE é um Programa ligado à Área de Avaliação Engenharias III, pertencente à Grande Área

das Engenharias, de acordo com a classificação da Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de

Nível Superior, CAPES, a qual engloba subáreas como a Engenharia Mecânica, Engenharia de

Produção, Engenharia Naval e Oceânica e a Engenharia Aeroespacial. Em sua avaliação inicial, o

Programa obteve nota 4, em um máximo de 7. Para o triênio de 2015-2017, a meta é alcançar a nota 5 o

que, além de conferir uma maior visibilidade da qualidade técnico-científica do Programa, possibilitará ao

Programa a solicitação de novas bolsas de estudo institucionais, atualmente em número de 8 para o

mestrado e 5 para o doutorado.

As linhas de pesquisas do PG-CTE estão distribuídas em cinco áreas de concentração:

i) Física e Matemática Aplicadas (CTE-F)

Plasmas e Aplicações

Lasers e Aplicações

Matemática Aplicada e Modelagem Computacional

Efeitos da Radiação Ionizante

ii) Química dos Materiais (CTE-Q)

Eletroquímica e Corrosão

Espectroscopia

Síntese, Caracterização e Avaliação de Materiais e Nanomateriais

Materiais Energéticos

Química Teórica

iii) Propulsão Espacial e Hipersônica (CTE-P)

Aerotermodinâmica e Hipersônica

Adição de Energia por Radiação Eletromagnética

Propulsão Hipersônica


Técnicas de Diagnóstico em Escoamento Reativo

Propulsão Nuclear

Propulsão Aeroespacial

iv) Sensores e Atuadores Espaciais (CTE-S)

Materiais Avançados para Sensores e Metamateriais

Sensores à Fibra Óptica, a Óptica-Integrada, de Infravermelho, Magnéticos, Magneto-Mecânicos

Condicionamento de Sinais e Técnicas de Medição

Nanotecnologia e MEMS

Física de Dispositivos Semicondutores

v) Sistemas Espaciais, Ensaios e Lançamentos (CTE-E)

Ensaios Dinâmicos e Estáticos

Sistemas Elétricos e Eletrônicos

Sistemas Mecânicos

Materiais e Processos

Navegação e Controle

Engenharia de Sistemas

Estruturas e Aeroelasticidade

Computação Aplicada

Aerodinâmica Aplicada

Ensaios e Lançamentos

Confiabilidade e Certificação

No primeiro semestre de 2014, o corpo docente do PG-CTE é formado por 47 professores

pertencentes ao quadro permanente e 6 ao de colaboradores. Dentre os docentes do quadro

permanente 25 são bolsistas de produtividade do CNPq (16 bolsistas em Desenvolvimento Tecnológico

e 9 em Pesquisa), ou seja 53% do quadro. Seu corpo discente conta com 113 alunos, sendo 77 em nível

de mestrado e 36 de doutorado. O gráfico a seguir mostra a distribuição de professores e alunos em

cada uma das Áreas de Concentração.

Distribuição de alunos e professores nas áreas do PG-CTE.

14 14 6 6 8

13 17

17 12 18

10 8

4 7

7

CTE-F CTE-Q CTE-P CTE-S CTE-E

Professores Mestrado Doutorado


A evolução do quadro discente, a partir do segundo semestre de 2012 é ilustrada na figura abaixo.

Evolução do quadro discente do PG-CTE.

Um número considerável de alunos recebe bolsas de estudo de diferentes origens, algumas das

quais associadas a projetos de pesquisa. A distribuição de bolsas de estudo é apresentada no gráfico de

pizza a seguir.

Origem do apoio, incluindo bolsas, dos alunos do PG-CTE.

Nota-se que 51 alunos estão associados a empresas. Destes, 35 são funcionários do Ministério da

Defesa e 13 são oriundos de empresas do setor aeroespacial brasileiro, indicando que o programa

segue cumprindo sua premissa original de contribuir para a capacitação nas áreas Espacial e de Defesa

e para o setor produtivo do complexo aeroespacial brasileiro.

Além de toda a sua infraestrutura de pesquisa, o IEAv contribui para o PG-CTE com 24 docentes

(15 bolsistas produtividade) que orientam 57 alunos, distribuídos como segue:

Área de Concentração Número de alunos

Física e Matemática Aplicadas 22

Propulsão Espacial e Hipersônica 16

Sensores e Atuadores Espaciais 19

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

2012-2 2013-1 2013-2 2014-1

mestrado

doutorado


PROGRAMAS DE INICIAÇÃO CIENTÍFICA E TECNOLÓGICA - PIBIC E PIBITI

O IEAv possui dois Programas de Iniciação: Científica e Tecnológica - PIBIC e PIBITI financiados

pelo CNPq. O objetivo é que os alunos tenham contato direto com atividades científicas e tecnológicas

em desenvolvimento no Instituto. Atualmente, estes programas contam com um total de 29 bolsas de

estudo, distribuídas da seguinte forma, 26 de Iniciação Científica (PIBIC) e 03 de Iniciação Tecnológica e

Inovação (PIBITI). Como o Programa PIBITI no IEAv é recente, atualmente em seu terceiro ano, o

número de bolsas permanece reduzido. Este ano, contudo, espera-se novo crescimento no número das

bolsas, o que já vem acontecendo desde a sua fundação, quando tínhamos apenas 10 bolsas.

Os alunos de Iniciação participam ativamente dos trabalhos de pesquisa no Instituto e ao final de

cada período de 12 meses apresentam seus trabalhos tanto na forma oral, quanto na forma de pôster no

Simpósio de Ciência e Tecnologia do IEAv (SCTI). Redigem também um artigo científico, que inclui a

avaliação e correção por pesquisadores das áreas correlatas e finalmente é publicado nos Anais do

Simpósio. Anualmente, os melhores trabalhos de cada modalidade de apresentação são premiados no

evento, com direito a certificados.

O Programa contempla alunos das universidades da região, a saber: ITA, UNIFESP, UNICAMP,

UNESP, UNIVAP, UNITAU, UNIP, UMC, UBC, ETEP, FATESF, ANHANGUERA, dentre outras.


LABORATÓRIO INTERATIVO DE CIÊNCIAS (LIC)

O Laboratório Interativo de Ciências (LIC) é um projeto idealizado por servidores do Instituto de

Estudos Avançados (IEAv) e que tem como objetivo a divulgação e a popularização de Ciência e

Tecnologia (C&T), principalmente naquelas relacionadas ao setor aeroespacial. Historicamente, a

popularização dos avanços em Ciência sempre foi um empreendimento importante, principalmente em

épocas quando não existiam agências de fomento e os cientistas e inventores tinham que contar com a

iniciativa pessoal e a criatividade para buscar apoio para os seus projetos. Nos tempos modernos,

agências de fomento como o Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq),

consideram que a popularização do conhecimento científico é uma forma de contribuir para o

desenvolvimento social e a ampliação da cidadania. Neste sentido, o LIC se apresenta como uma

ferramenta de inserção social em harmonia com uma das missões exercidas há décadas pelas Forças

Armadas no Brasil, ou seja, a ação cívico-social (ACISO). Neste sentido, as atividades do LIC são

fortemente apoiadas pela Coordenadoria de Comunicação Social (CCS) e pelos laboratórios das

Divisões do IEAv.

O LIC é conduzido por servidores das Divisões que compõem o IEAv, tendo sido contemplado

com três projetos do CNPq para a aquisição de experimentos interativos e de multimídia. Dentre as

atividades realizadas em 2013-2014, descritas publicação interna [1], podem ser mencionadas as

seguintes: discussões junto à Direção da proposta de organização e funcionamento do LIC, bem como

seu posicionamento junto ao organograma administrativo do IEAv; acompanhamento de escolas de

ensino fundamental e médio da região de São José dos Campos em visitas aos laboratórios do IEAv;

manutenção da dinâmica das visitas programadas das escolas aos laboratórios de pesquisa do IEAv,

atuando em estreita parceria com a CCS; um dos colegas, pesquisador Vladimir Scheid, teve uma bolsa

de PIBIC aprovada [2] para a estudante de Engenharia da UNIFESP-São José dos Campos Catharina

Maria Carvalho Scassola, que desenvolveu um vídeo sobre os experimentos de Mendel com objetivo de

transformá-lo em material didático para estudantes do ensino fundamental e médio; participação, através

de pôsters, da Semana Nacional de Ciência e Tecnologia de Brasília (2013); e participação das

comemorações do aniversário do IEAv em 2014 com a apresentação de experimentos interativos. Dentre

os objetivos essenciais do LIC estão a sua oficialização no organograma administrativo do IEAv e a

criação de uma sede com infraestrutura adequada para o seu funcionamento. Neste aspecto há uma

NPA em processamento que deverá ser aprovada neste ano.

Os experimentos interativos têm sido utilizados como um dos meios de inserção social dos

conhecimentos científicos e o LIC têm potencial para: preparar experimentos disponíveis em seu acervo,

para serem apresentados e trabalhados com os estudantes e professores; coordenar visitas de

professores e alunos ao IEAv, onde serão apresentados alguns demonstradores de conceito de projetos

de pesquisa, dentre os quais podem ser citados robôs e Veículos Aéreos Não Tripulados (VANTs),

equipamentos de proteção radiológica, modelos de propulsão, lasers, e experimentos de

eletromagnetismo; proferir palestras com conteúdo científico ou motivacional; estimular atividades lúdico-

pedagógicas através de cooperação com o grupo de teatro do IEAv; desenvolver vídeos de curta

duração com temas ligados à Ciência; a criação de pequenas histórias em quadrinhos com A Turma do


Fabinho; e estimular professores e alunos a desenvolverem projetos de Ciência do estilo mão na massa,

que possam ser realizados com material de baixo custo e/ou reciclável.

Em resumo, nossas iniciativas visam estimular o ensino de Ciências, a observação crítica da

natureza, com reflexos no cotidiano social dos jovens e aumentar a auto-estima de estudantes, muitas

vezes de origem simples, com carências de natureza sócio-econômica. Por isso nosso slogan, ou lema

é Divulgar e Popularizar a Ciência e Tecnologia Para Jovens de 7 a 77 anos.

“Educai as crianças e não precisareis punir os adultos” (Pitágoras)

Referências

[1] Orlando Roberto Neto, Alexandre David Caldeira, Kam Kwai Yum, Vladimir Henrique Baggio Scheid,

Luiz Fernando Bernabe, Claudio José Rocha e Catharina Maria Carvalho Scasolla, Relatório de

Atividades do LIC em 2013, Pub-IEAv-EAH/001/2014.

[2] Bolsa PIBIC do IEAv (2013-2014).

Agradecimentos: à Direção do IEAv, ao CNPq e aos demais colegas pelo apoio e cooperação.


Indicadores de Pesquisa,

Desenvolvimento e Inovação

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INTRODUÇÃO

A coleta de indicadores técnico-científicos no IEAv iniciou-se originalmente em 2001, por meio de

formulários endereçados aos pesquisadores. A partir de 2008, a principal forma de coleta destes

indicadores tem sido por meio da submissão de trabalhos para o WAI (Workshop Anual de Pesquisa e

Desenvolvimento do IEAv), por parte da comunidade cientifica do IEAv. Até 2011, os resumos de uma

página seguiam a mesma proposta de qualquer evento científico, isto é, um conjunto de informações

capazes de ilustrar os principais aspectos de um determinado estudo em andamento. Com isso,

esperava-se obter um instantâneo do estado-da-arte das atividades de pesquisa e desenvolvimento

(P&D) no Instituto ao longo dos 12 meses anteriores ao WAI. O sucesso dessa inciativa junto ao corpo

de pesquisadores do IEAv pode ser ilustrado por meio do número de submissões, que saltou de 94 em

2008 para 123 em 2011, um aumento de cerca de 30%. Durante o biênio de 2012-2013, a chamada dos

resumos mudou significativamente seu foco: a visão detalhada e pulverizada foi substituída por uma

visão mais geral e compacta das atividades de P&D. Tal mudança se deu em boa parte em função da

migração dos trabalhos envolvendo alunos de iniciação científica e pós-graduação para os anais do

SCTI, Simpósio de Ciência e Tecnologia do IEAv. O resultado dessa mudança foi uma importante

redução do número de trabalhos submetidos ao WAI, em um total de 67 resumos em 2012, 40 em 2013.

Em 2014, foram 43 trabalhos, o que sugere o término da fase de transição entre o modelo antigo, de

caráter mais detalhado, e o início da fase de maturação do modelo atual, de caráter mais geral. Essa

tendência pode ser observada no gráfico a seguir, conhecido como “nuvem de palavras”, elaborado a

partir dos títulos nos trabalhos enviados ao WAI de 2014. Nele, o tamanho das letras expressa a

frequência relativa de uma determinada palavra considerando o universo analisado.

Gráfico de nuvem de palavras elaborado a partir dos títulos dos trabalhos enviados ao WAI

(foram considerados apenas substantivos).

Pode-se observar, por exemplo, um importante destaque para os termos “Desenvolvimento” e

“Estudo”, o que é bastante razoável, senão esperado, para um instituto de pesquisa que trabalha com

aplicações associadas a cenários de médio e longo prazo. Na sequência, despontam termos como

“Óptica”, “Sensores”, “Escoamento” e “Simulação” que, em certo sentido, poderiam ser tomadas a conta

de palavras-chave das linhas de pesquisa atualmente ativas no IEAv.


INDICADORES DO WAI

A migração dos trabalhos de caráter mais detalhado, em particular aqueles associados às

atividades envolvendo alunos de Iniciação Científica e de Pós-Graduação, não impediu que a

participação destes fosse retratada no XIV WAI. De fato, em cerca de 60% dos resumos, alunos dos três

níveis aparecem como seus autores, o que demonstra que uma perfeita consonância entre as atividades

de pesquisa e docência do IEAv. O gráfico abaixo mostra o quadro completo da participação dos alunos

nos trabalhos do WAI.

Participação dos alunos (iniciação científica, mestrado e doutorado) nos trabalhos submetidos ao XIV WAI. O somatório

dos trabalhos com detalhamento de participação de alunos (quadro menor) é superior a 20 pois há trabalhos em que foi

registrada a participação de mais de um aluno.

A despeito da elevada participação dos alunos na autoria dos trabalhos, somente em 10

submissões houve a indicação de que um trabalho correlato fora enviado para os anais do SCTI. Isso

sugere a existência de uma demanda reprimida no que diz respeito à utilização do SCTI, particularmente

por parte dos alunos de pós-graduação, responsáveis pela ampla maioria da participação.

A distribuição de resumos pelos grupos de pesquisa informados pelos próprios autores é mostrada

no próximo gráfico. Porém, uma consulta à página de Diretórios dos Grupos de Pesquisa do CNPq,

mostra um quadro ligeiramente diferente: enquanto que três dos grupos indicados pelos autores não

encontram-se ativos no CNPq, dois outros associados ao IEAv não tiveram resumos submetidos ao WAI.

Esse fato é decorrente de uma possível desatualização dos dados que compõem os indicadores do

grupo, o que sugere a necessidade de um processo de revisão/atualização por parte da Instituição.


Distribuição de resumos segundo os grupos de pesquisa informados pelos próprios autores.

Tal interpretação é suportada pela relação entre o número médio de autores por resumo (AR) do

WAI e o número médio de membros do grupo por resumo (MR), mostrado no gráfico a seguir. No

primeiro caso, em um grupo em que essa relação se aproxime da unidade, é razoável inferir que há um

equilíbrio do número de membros listados como pertencentes ao grupo e o número de participantes

efetivos dos trabalhos desenvolvidos por ele. No caso dessa relação ser muito superior a um, há um

indício de que há uma subnotificação dos membros do grupo, enquanto que no outro extremo, nos

grupos em que ela for menor do um, há um excesso do número de membros quando comparados aos

autores listados nos resumos do WAI.

Relação entre o número médio de autores por resumo do WAI (AR) e o número médio de membros do grupo por resumo

(MR), considerando os grupos registrados no CNPq.


O raciocínio anterior é semelhante para as linhas de pesquisa de cada grupo indicadas no CNPq:

quanto mais próxima à unidade, maior o indício que os resumos submetidos retratem as linhas de

pesquisa apontadas como ativas, enquanto que valores maiores e menores que um representariam,

respectivamente, uma subnotificação e uma hipernotificação das linhas. A relação entre o número de

resumos submetidos (RS) associados a um dado e as linhas de pesquisa do grupo (LP) é mostrada no

gráfico abaixo.

Relação entre o número de resumos submetidos (RS) e as linhas de pesquisa do grupo indicado, considerando apenas os

grupos registrados no CNPq.

Importa ressaltar que tais indicações não podem ser tomadas como definitivas, dado que elas se

limitam a análise qualitativa dos dados disponíveis. No entanto, elas podem servir como um indicador

para que uma avaliação mais criteriosa possa ser levada adiante pelos líderes dos grupos com o apoio

dos setores responsáveis do IEAv.

Em 44% dos trabalhos houve a participação de autores externos ao IEAv, distribuídos de modo

relativamente homogêneo entre alunos, pesquisadores e outros colaboradores, o que indica a vocação

do IEAv em estabelecer parcerias institucionais. Essa tendência também é observada na captação de

recursos para os projetos em andamento no Instituto: de cada quatro resumos, três indicaram possuir

financiamento de agências de fomento com destaque para o CNPq (44% dos trabalhos), FINEP (40%),

FAPESP (28%), CAPES (30%) e AEB (14%). A soma das porcentagens ultrapassa o valor de 100% uma

vez que há trabalhos que contam com o apoio de mais de uma agência de fomento.


Análise comparativa entre os projetos com e sem fomento e a proporção entre o

financiamento externo e orçamentário.

Participação de cada agência de fomento no número total de resumos do WAI. O somatório é superior a 100% dado que há

trabalhos em que mais de uma agência foi apontada como fonte de financiamento.

É interessante notar que em cerca de 1/3 dos trabalhos a CAPES foi apontada como fonte de

recursos. Dado que a única modalidade de fomento dessa agência é na forma de bolsas de estudo, esse

indicador sinaliza uma vez mais a importância das atividades de pós-graduação para o desenvolvimento

dos projetos no IEAv.


INDICADORES DE PESQUISA, DESENVOLVIMENTO E INOVAÇÃO

A análise dos indicadores do biênio 2012-2013 mostra uma expressiva contribuição dos

pesquisadores do IEAv credenciados no PG-CTE, responsáveis em média por cerca de 70% de toda

publicação do Instituto. Neste mesmo período, houve uma diminuição nas publicações envolvendo os

pesquisadores do IEAv, seja no número de artigos em periódicos (diminuição de 30%), seja nas

participações em congressos (diminuição de 40%). O mesmo comportamento é observado se forem

considerados apenas os pesquisadores que fazem parte do PG-CTE, com ligeiras alterações nos

valores, de 20% e 46%, respectivamente.

Participação do PG-CTE no total de publicações do IEAv no biênio 2012-2013.

Duas razões podem ser apontadas como possíveis causas para esse recuo. Em primeiro lugar,

no que diz respeito à pós-graduação, uma vez que as primeiras matrículas no PG-CTE ocorreram no

primeiro semestre de 2012, é razoável inferir que as primeiras publicações ocorram após o interstício de

24 meses, o que corresponde às defesas de dissertações de mestrado e à metade dos trabalhos de

doutorado. Ao mesmo tempo, a consulta à carteira ativa de projetos do IEAv mostrou que o ano de 2013

correspondeu a um pico de término de projetos, o que muito certamente contribui para a diminuição do

tempo dedicado a publicação de resultados. É, pois, esperado, um aumento das publicações para o

biênio 2014-2015.

A seguir são apresentadas as listas de trabalhos publicados em periódicos e patentes

depositadas. Os trabalhos referem-se ao período de janeiro de 2013 a junho de 2014.


ARTIGOS COMPLETOS PUBLICADOS EM PERIÓDICOS

Período: janeiro a dezembro de 2013

1. BALVEDI, G.; FRANCO, MARCOS A. R. Sensitivity-Enhanced Side-Polished MicrostructuredOptical Fibers Temperature Sensors via Bending. Journal of Microwaves, Optoelectronics andElectromagnetic Applications. v. 12, p. 1-8, 2013.

2. CALDAS, TALES DE BARROS; BLAKE, JAMES; DE ARRUDA, JOSIEL URBANINHO. ControllingMode Partition Noise Converted into Intensity Noise in Unbalanced Interferometers Fed by aMultimode Laser Diode. Fiber and Integrated Optics (Print). v. 32, p. 173-186, 2013.

3. CARDOSO, A. S. M.; ABDALLA, A. J.; LIMA, M. S. F.; BONJORNI, F. M.; BARBOZA, M. J. R.;BAPTISTA, C. A. R. P.; BAPTISTA, C. A. R. P.; FANTON, L. Study of Laser welding and herattreatments done in different high strength steels: 4340, 300M, Maraging 300. SAE Technical PaperSeries. v. 36, p. 01-05, 2013.

4. DACAL, LUIS C. O.; IIKAWA, F.; BRASIL, M. J. S. P. Excitonic wavefunction engineering based ontype II quantum dots. Physica Status Solidi. B, Basic Research. v. *, p. n/a-n/a, 2013.

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6. FEDERICO, CLAUDIO ANTONIO; GONC'ALEZ, ODAIR LELIS; FONSECA, EVALDO SIMÕES DA;PATRAO, K. C. S.; PEREIRA, MARLON ANTONIO; CALDAS, LINDA VIOLA EHLIN. Verification ofResponse of Neutron Monitor for In-Flight Neutron Dosimetry. Journal of Aerospace Technologyand Management (Online). v. 5, p. 315-322, 2013.

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8. FERRÃO, L. F. A; RENE SPADA; MACHADO, FRANCISCO BOLIVAR CORRETO; ROBERTONETO, O. Dehydrogenation of N2HX (X = 2 − 4) by nitrogen atoms: Thermochemical andkinetics. The Journal of Chemical Physics. v. 139, p. 194301, 2013.

9. FERRÃO, LUIZ F. A.; SPADA, RENE F. K.; ROBERTO-NETO, ORLANDO; MACHADO,FRANCISCO B. C. A multireference configuration interaction study of CuB and CuAl molecularconstants and photoionization spectra. The Journal of Chemical Physics. v. 139, p. 124316, 2013.

10. FERREIRA JÚNIOR, ANTONIO ALVES; COUTINHO, OLYMPIO LUCCHINI; MARTINS, CARLA DESOUSA; FEGADOLLI, WILLIAM DOS SANTOS; RIBEIRO, JOSÉ ANTÔNIO JUSTINO; ALMEIDA,VILSON ROSA DE; OLIVEIRA, JOSÉ EDIMAR BARBOSA. Effect of Fiber Optic ChromaticDispersion on the Performance of Analog Optical Link with External Modulation Aiming atAerospace Applications.Journal of Aerospace Technology and Management (Online). v. 5, p. 205-216, 2013.

11. FERREIRA JÚNIOR, ANTONIO ALVES; COUTINHO, OLYMPIO LUCCHINI; MARTINS, CARLA DESOUSA; RIBEIRO, JOSÉ ANTÔNIO JUSTINO; ALMEIDA, VILSON R.; OLIVEIRA, JOSÉ E.B. Analytical model of chromatic dispersion effect in an analog fiber link with RF up-conversion. Telecomunicações (Santa Rita do Sapucaí). v. 15, p. 55-64, 2013.

12. FOGAGNOLO, J.B.; RODRIGUES, A.V.; LIMA, M.S.F.; AMIGÓ, V.; CARAM, R. A novel proposal tomanipulate the properties of titanium parts by laser surface alloying. Scripta Materialia. v. 68, p.471-474, 2013.

13. FRAILE JR., ANDRÉ CARLOS; ROSA, M. A. P. A Numerical Investigation of Localized and SteadyEnergy Addition to High Speed Flows. Journal of Aerospace Technology and Management(Impresso). v. 5, p. 169-180, 2013.


14. FREITAS, C. A. R.; ORLANDO, ALBERTO JOSÉ FARO DE. Aplicação do Método da CavidadeRessonante na Análise da Eficiência da Absorção Eletromagnética em Blindagens deEquipamentos Eletrônicos Aeronáuticos e Espaciais a Base dos Aditivos de Ferritas Mn-Zn. Revista da UNIFA. v. V26, p. 34-40, 2013.

15. GARCIA, R.D.M. Radiative transfer with polarization in a multi-layer medium subject to Fresnelboundary and interface conditions. Journal of Quantitative Spectroscopy Radiative Transfer. v. 115,p. 28-45, 2013.

16. HUBERT, G.; VELAZCO, RAOUL; FEDERICO, C. A.; CHEMINET, A.; SILVA-CARDENAS, C.;CALDAS, L. V. E.; PANCHER, F.; LACOSTE, V.; PALUMBO, F.; MANSOUR, W.; ARTOLA, L.;PINEDA, F.; DUZELLIER, S. Continuous High-Altitude Measurements of Cosmic Ray Neutrons andSEU/MCU at Various Locations: Correlation and Analyses Based-On MUSCA SEP3. IEEETransactions on Nuclear Science. v. 60, p. 2418-2426, 2013.

17. KIOHARA, V. O.; ROBERTO NETO, O.; CARVALHO, E. F. V.; PASCHOAL, C. W. A.; MACHADO,FRANCISCO BOLIVAR CORRETO. DFT and CCSD(T) electronic properties and structures ofaluminum clusters: Alnx (n=1-9, x=0, 1). Chemical Physics Letters (Print). v. 568-569, p. 42-48,2013.

18. LIMA, M. S. F.; LIMA, M.S.F.; SAKAMOTO, J.M.S.; SIMOES, J.G.A.; RIVA, R. Laser Processing ofCarbon Fiber Reinforced Polymer Composite for Optical Fiber Guidelines. Physics Procedia. v. 41,p. 565-573, 2013.

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21. OISHI, SILVIA SIZUKA; REZENDE, MIRABEL CERQUEIRA; ORIGO, FÁBIO DONDEO; DAMIÃO,ALVARO JOSÉ; DONDEO, F.; BOTELHO, EDSON COCCHIERI. Viscosity, pH, and moisture effectin the porosity of poly(furfuryl alcohol). Journal of Applied Polymer Science (Print). v. 1, p. 1680-1686, 2013.

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23. PARIONA, MOISÉS MEZA; TELEGINSKI, VIVIANE; DOS SANTOS, KELLY; DE LIMA, ANGELAA.O.C.; ZARA, ALFREDO J.; RIVA, R.; MICENE, KATIELI TIVES. Influence of laser surface treatedon the characterization and corrosion behavior of Al-Fe aerospace alloys. Applied Surface Science.v. 276, p. 76-85, 2013.

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25. PAZIANOTTO, M. T.; GONÇALEZ, O. L.; FEDERICO, C. A.; CARLSON, B. V. Study of a LongCounter Neutron Detector for the Cosmic-Ray-Induced Neutron Spectrum. IEEE Transactions onNuclear Science. v. 60, p. 897-902, 2013.

26. PILLAT, VALDIR GIL; GUIMARÃES, LAMARTINE NOGUEIRA FRUTUOSO; FAGUNDES, PAULOROBERTO; DA SILVA, JOSÉ DEMÍSIO SIMÕES. A computational tool for ionosonde CADI'sionogram analysis. Computers Geosciences. v. 52, p. 372-378, 2013.

27. REGO, I. S.; MINUCCI, M. A. S.; TORO, P. G. P.; TORO, P. G. P.; CHANES JR, J. B.; COSTA, F.J.; OLIVEIRA, A. C. Calculation of the Vehicle Drag and Heating Reduction at Hypervelocites withLaser-Induced Air Spike. Journal of Aerospace Technology and Management (Impresso). v. 5, p.43-48, 2013.

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32. SALVADOR, ISRAEL IRONE; MYRABO, L. N.; MINUCCI, MARCO ANTONIO SALA; OLIVEIRA, A.C.; TORO, P. G. P.; TORO, P. G. P.; CHANES JR, J. B.; REGO, I. S. Hypersonic ExperimentalAnalysis of Impulse Generation in Airbreathing Laser Thermal Propulsion. Journal of Propulsion andPower (Print). v. 1, p. 1-14, 2013.

33. SANDRA S. SATO; CAETANO, R. E.; FRANCO, MARCOS A. R.; SANTOS, JOSEMIRCOELHO. Simulation of electro-optic modulator based on optical waveguide formed by residualthermal stress-induced on Bi4Ge3O12 substrate by Si3N4 thin film. Journal of Microwaves,Optoelectronics and Electromagnetic Applications. v. 12, p. 18-28, 2013.

34. SILVA, A. A.; SOUZA-ECHER, M. P. Ground-based measurements of local cloudcover. Meteorology and Atmospheric Physics (Print). v. 120, p. 201-212, 2013.

35. SILVA, A. A. Erythemal dose rate under noon overcast skies. Photochemical PhotobiologicalSciences (Print). v. 12, p. 777-786, 2013.

36. SILVA, ABEL A. Ground-based total ozone column measurements and their diurnalvariability.Journal of Geophysical Research: Atmospheres. v. 118, p. n/a-n/a, 2013.

37. SILVA, ABEL ANTÔNIO; TOMAZ, LUCIANO MACHADO. Surface ozone concentrations and localcloud cover at an urban, tropical site in the Southern Hemisphere. Journal of Atmospheric andSolar-Terrestrial Physics. v. 105-106, p. 54-60, 2013.

38. SILVA, RICARDO E; FRANCO, MARCOS A R; BARTELT, HARTMUT; POHL, ALEXANDRE A P.Numerical characterization of piezoelectric resonant transducer modes for acoustic wave excitationin optical fibers. Measurement Science Technology (Print). v. 24, p. 094020, 2013.

39. SPADA, RENE F.K.; FERRÃO, LUIZ F.A.; CARDOSO, DANIELY V.V.; ROBERTO-NETO,ORLANDO; MACHADO, FRANCISCO B.C. Erratum to -Thermochemistry and kinetics of the trans-N2H2+N reaction- [Chem. Phys. Lett. 557 (2013) 37-42]. Chemical Physics Letters (Print). v. 582, p.167-168, 2013.

40. ZANATTA, ANDRÉ MARCON; BRESSAN, JOSÉ DIVO; DE OLIVEIRA GOMES, JEFFERSON;ORIGO, FÁBIO DONDEO; DAMIÃO, ALVARO JOSÉ. Surface Finish Assessment of PolishingProcess of Tool Steels by Abrasion, Using Diamond and Alumina Particles. Advanced MaterialsResearch (Online). v. 716, p. 423-429, 2013.


ARTIGOS COMPLETOS PUBLICADOS EM PERIÓDICOS Período: janeiro a junho de 2014

1. ANJOS, C. S.; ALMEIDA, C. M.; GALVAO, L. S.; SOUZA FILHO, C. R. Analysis of the level of detailin classifications of urban areas with optical VHR and hyperspectral images using a nonparametricmethod. Southâ010Eastern European Journal of Earth Observation and Geomatics. v. 3, p. 757,2014.

2. ARAUJO BARROS, RENATO; ABDALLA, ANTONIO JORGE; RODRIGUES, HUMBERTO LOPES;DOS SANTOS PEREIRA, MARCELO. Characterization of a AISI/SAE 4340 Steel in DifferentMicrostructural Conditions. Materials Science Forum (Online). v. 775-776, p. 136-140, 2014.

3. CARDOSO, A.S.M.; ABDALLA, A. J.; BAPTISTA, C. A. R. P.; LIMA, M.S.F. Comparison of HighCycle Fatigue in 4340 and 300M Steel Welded with Fiber Laser. Advanced Materials Research(Online). v. 891-892, p. 1507-1512, 2014.

4. DACAL, LUIS C. O.; CANTARERO, A. calculations of indium arsenide in the wurtzite phase:structural, electronic and optical properties. Materials Research Express. v. 1, p. 015702, 2014.

5. DE LIMA, MILTON SERGIO FERNANDES; SANKARÉ, SIMON. Microstructure and mechanicalbehavior of laser additive manufactured AISI 316 stainless steel stringers. Materials in Engineering(Cessou em 1982. Cont. ISSN 0264-1275 Materials and Design). v. 55, p. 526-532, 2014.

6. DE OLIVEIRA, MARCOS H.; PONTES, MARCELO A.P.; DA MOTTA NETO, JOAQUIM D.;FERRÃO, LUIZ F.A.; ROBERTO-NETO, ORLANDO ; MACHADO, FRANCISCO B.C.. An MRCIcharacterization of the low-lying electronic states of the GeB molecule. Chemical Physics Letters(Print). v. 601, p. 26-32, 2014.

7. DE SIQUEIRA, RAFAEL HUMBERTO MOTA; DE OLIVEIRA, ALINE C.; RIVA, RUDIMAR;ABDALLA, ANTONIO JORGE; REIS PEREIRA BAPTISTA, CARLOS ANTONIO; DE LIMA,MILTON SÉRGIO FERNANDES. High Cycle Fatigue Behavior and Microstructural Characterizationof 6013-T4 Aluminum Alloy Laser Welded Joints. Advanced Materials Research (Online). v. 891-892, p. 1767-1772, 2014.

8. DE SIQUEIRA, RAFAEL HUMBERTO MOTA; DE OLIVEIRA, ALINE CAPELLA; RIVA, RUDIMAR;ABDALLA, ANTONIO JORGE; BAPTISTA, CARLOS ANTONIO REIS PEREIRA; DE LIMA,MILTON SÉRGIO FERNANDES. Mechanical and microstructural characterization of laser-weldedjoints of 6013-T4 aluminum alloy. Journal of the Brazilian Society of Mechanical Sciences andEngineering (Impresso). v. 37, p. 01-10, 2014.

9. FEGADOLLI, WILLIAM; LIRA, HUGO; HILTUNEN, MARIANNE; KARIOJA, PENTTI; ALMEIDA,VILSON; SCHERER, AXEL. Athermal silicon slot waveguide with Ormocomp polymeroverlayer. IEEE Photonics Technology Letters. v. 26, p. 1-1, 2014.

10. FEGADOLLI, WILLIAM S.; FENG, LIANG; RAHMAN, MUHAMMAD MUJEEB-U; OLIVEIRA, JOSÉE. B.; ALMEIDA, VILSON R.; SCHERER, AXEL. Experimental demonstration of a reconfigurablesilicon thermo-optical device based on spectral tuning of ring resonators for optical signalprocessing.Optics Express. v. 22, p. 3425-3431, 2014.

11. GARCIA, R. D. M. The Analytical Discrete Ordinates Method for a One-Dimensional Model ofNeutral Particle Transport in Ducts. Nuclear Science and Engineering. v. 177, p. 35-51, 2014.

12. GARCIA, R.D.M.; SIEWERT, C.E. On the dispersion function for complex values of the parameterc.Annals of Nuclear Energy. v. 69, p. 203-204, 2014.

13. MOTA, R. L. M.; FELIZARDO, L. F.; SHIGUEMORI, E. H.; RAMOS, A. C. B.; MORA-CAMINO, F.Expanding Small UAV Capabilities with ANN: A Case Study for Urban Areas Inspection.BritishJournal of Applied Science Technology. v. 4, p. 387-398, 2014.

14. OSORIO, J. H.; HAYASHI J.G.; YOVANNY A. V. ESPINEL; FRANCO, M.A.R.; ANDRES, M. V.;CORDEIRO, C. M. B. Photonic-crystal fiber-based pressure sensor for dual environmentmonitoring. Applied Optics (Cessou em 1989. Foi desdobrado em três: ISSN 1540-8973 AppliedOptics. Information Processing, Applied Optics. Optical Technology e Ap. v. 53, p. 3668-3672,2014.


15. REIS, A. G.; ABDALLA, A. J.; REIS, D. A. P.; REIS, D. A. P.; OTUBO, JORGE. AVALIAÇÃO DASPROPRIEDADES DE FLUÊNCIA A 600 C DO AÇO MARAGING 300 SOLUBILIZADO. Tecnologiaem Metalurgia, Materiais e Mineração (Impresso). v. 11, p. 22-26, 2014.

16. SIQUEIRA, R.H.M.; DE OLIVEIRA, ALINE C.; RIVA, RUDIMAR; ABDALLA, ANTONIO JORGE;LIMA, M. S. F. Comparação das propriedades mecânicas de juntas de alumínio obtidas porsoldagem a laser (LBW), por friction stir welding (FSW) e rebitadas para aplicação em estruturasaeronáuticas.Revista Soldagem e Inspeção. v. 19, p. 145-151, 2014.

17. STERNBERG, E. M. A.; RODRIGUES, N. A. S.; SBAMPATO, M. E.; AMORIM, J.; SILVEIRA, C. A.B. Excited states time evolution on a laser-ablated molybdenum plume. Applied Physics. B, Lasersand Optics (Print). v. 1, p. 1, 2014.

18. TIAGO V. ALVES; MARCEL M ALVES; ROBERTO-NETO, ORLANDO; ORNELLAS, FERNANDOREI. Direct dynamics investigation of the reaction S (3P) + CH4 → CH3 + SH (2Π). ChemicalPhysics Letters (Print). v. 591, p. 103-108, 2014.


PATENTES DO IEAv

Período: de 1983 a junho de 2014

No do processo: BR 10 2013 012273 4 Data de depósito: 17/05/2013 Status: Requerida

Título: Sensor de Deslocamento angular a fibra óptica baseado em modulação de intensidade óptica em configuração com lente convergente e duas fibras ópticas paralelas com extremidades clivadas e alinhadas, seu método de medição e seu processo de obtenção

Autores: João Marcos Salvi Sakamoto, Gefeson Mendes Pacheco ICT: Multi-institucional IEAv-ITA


Título: Porta-amostra coaxial hemisférico acêntrico com impedância casada e método de caracterização eletromagnética Autores: Marcelo Robert Fonseca Gontijo, Antonio Carlos da Cunha Migliano, André Luiz Côrtes ICT: Multi-Institucional IEAv-ITA


Título: Acelerômetro angular e linear opto-mecânico baseado em grades de Bragg em fibras ópticas Autores: Rogério Moreira Cazo Matheus Minelli de Carvalho, Carmem Lucia Barbosa Jorge Luis de Siqueira Ferreira, Vilson

Rosa de Almeida ICT: Multi-institucional IEAv-ITA


Título: Processo de texturização a laser para a preparação de superfície de trabalho de ferramentas de conformação Autores: Milton Sérgio Fernandes de Lima ICT: IEAv


Título: Processo de obtenção de carbono vítreo monolítico a partir do pó de resina parcialmente carbonizada, carbono vítreo monolítico obtido a partir do pó de resina parcialmente carbonizada e revestimento em carbono vítreo monolítico obtido a partir do pó de resina parcialmente carbonizada

Autores: Álvaro José Damião, Fábio Dondeo Origo ICT: IEAv

No do processo: PI 1002803-0 Data de depósito: 26/8/2010 Status: Requerida

Título: Cerâmicas nanoestruturadas à base do óxido niobato de estrôncio e potássio com inserção de íons cobre e processo otimizado de fabricação de cerâmicas nanoestruturadas à base do óxido niobato de estrôncio e potássio com inserção de íons cobre via sinterização aditivada com óxido de cobre

Autores: Delia do Carmo Vieira, Antonio Carlos da Cunha Migliano ICT: IEAv - UNESP - FAPESP


Título: Cerâmicas nanoestruturadas à base do óxido niobato de estrôncio e potássio com inserção de íons cobre e de íons boro e processo otimizado de fabricação de cerâmicas nanoestruturadas à base do óxido niobato de estrôncio e potássio com inserção de íons cobre e de íons boro via sinterização aditivada com óxido de cobre e óxido de boro

Autores: Delia do Carmo Vieira, Antonio Carlos da Cunha Migliano ICT: IEAv - UNESP - FAPESP


Título: Processo de obtenção de transdutor cerâmico com ajuste de sensibilidade de sua permeabilidade magnética complexa à temperatura ambiente por meio de controle de parâmetros no processamento cerâmico

Autores: Vera Lúcia Othéro de Brito, Antônio Carlos da Cunha Migliano ICT: IEAv


Título: Processo e dispositivo para sensor óptico com transdução elétrica utilizando redes de Bragg e fonte óptica sintonizável

Autores: Carlos Fernando Rodina Mateus, Carmem Lúcia Barbosa ICT: IEAv


Título: Processo de fabricação de padrões de rugosidade em carbono vítreo por laser pulsado e o padrão de rugosidade obtido a partir desse processo

Autores: Fábio Dondeo Origo, Álvaro José Damião, Rozeli Filomena de Oliveira ICT: IEAv


Título: Processo para fabricação de ferritas nanoestruturadas cerâmicas caracterizadas por moagem por laser CuHBr para uso em microondas nas faixas de frequência de 8 a 12 GHz

Autores: Carlos Alberto Reis de Freitas ICT: IEAv



Título: Processo para fabricação de ferritas nano estruturadas MnO-MgO-Fe2O3 caracterizadas por moagem por laser CuHBr

Autores: Carlos Alberto Reis, Francisco Cristóvão e Getúlio de Vasconcelos ICT: IEAv


Título: Processo de fabricação de ferritas nanoestruturadas MnO-ZnO-Fe2O3, caracterizadas por moagem por laser CuHBr Autores: Carlos Alberto Reis, Francisco Cristóvão e Getúlio de Vasconcelos ICT: IEAv


Título: Dispositivo e método para a caracterização de feixes de laser de baixa e alta potência baseado no espalhamento de luz

Autores: Kelly Cristina Jorge, Rudimar Riva, Nicolau André Silveira Rodrigues ICT: IEAv


Título: Processo de soldagem a laser entre aço e titânio Autores: Milton Sérgio Fernandes de Lima, José Roberto Berretta, Wagner De Rossi ICT: IEAv- CTMSP - CNEN - IPEN


Título: Fabricação de nanopartículas com laser Autores: Milton Sérgio Fernandes de Lima, Rudimar Riva, José Guilherme Alvarenga Batista Simões, Jaime Tsutomu Watanuki ICT: IEAv

No do processo: PI 0206083-3 Data de depósito: 9/5/2002 Status: Concedida

Título: Composição e fabricação da ferrita MnO-MgO-Fe2O3 Autores: Francisco Cristóvão Lourenço de Melo, Antônio Carlos Cunha Migliano, Alberto José de Faro Orlando, Carlos Alberto

Reis de Freitas ICT: IEAv


Título: Processo de fabricação da manta absorvedora de microondas com resina epóxi usando o aditivo MnO-MgO-Fe2O3 Autores: Francisco Cristóvão Lourenço de Melo, Antônio Carlos Cunha Migliano, Alberto José de Faro Orlando, Carlos Alberto Reis de Freitas ICT: IEAv


Título: Pinça de fixação de fibra óptica em conectores comerciais de fibras Autores: Marcelo Geraldo Destro, Getúlio de Vasconcelos, Carlos Schwab, José Wilson Neri, Nicolau André Silveira Rodrigues,

Rudimar Riva ICT: IEAv


Título: Processo para fabricação de monitor de corrente de elétrons não interceptante Autores: Antonio Carlos da Cunha Migliano, Yasmara Conceição de Polli Migliano, Carlos Rodolfo Silveira Stopa, Francisco

Sircilli Neto, Ângelo Pássaro ICT: IEAv


Título: Processo para obtenção de manta flexível para absorção de radiação eletromagnética na faixa de 2-20 GHz à base de poliuretanos aditados com ferritas, fibras e/ou partículas de carbono

Autores: Mirabel Cerqueira Rezende, Antônio Carlos da Cunha Migliano, Josiane de Castro Dias, Fábio Santos Da Silva, Inácio Malmonge Martin

ICT: IEAv


Título: Rugosímetro óptico, para efetuar medidas entre 50 nm a 0,5 nm, rms Autores: Laurentino Corrêa de Vasconcellos Neto ICT: IEAv

No do processo: PI 9104599-1 Data de depósito: 21/10/1991 Status: Extinta

Título: Sensor por deformação de fibra óptica bimodal Autores: Osni Lisboa, Sidney Luiz Alessi Carrara ICT: IEAv


Anais do XIV WAI

Resumos apresentados no XIV Workshop Anual de Pesquisa e Desenvolvimento

do Instituto de Estudos Avançados (WAI 2014)

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Palavras Chave: 14-X, scramjet, demonstrador tecnológico.

I. Demonstrador Tecnológico “scramjet” 14-X “waverider”

A Subdivisão de Hipersônica Experimental, da Divisão de

Aerotermodinâmica e Hipersônica, do Instituto de Estudos

Avançados (IEAv), do Departamento de Ciência e Tecnologia

Aeroespacial (DCTA), está desenvolvendo, desde 2007,

demonstradores de tecnologia “scramjet”, o qual proporciona um

sistema de propulsão aspirada baseada na combustão supersônica

aplicada a veículos aeroespaciais em velocidade de vôo atmosférico

terrestre correspondente a número de Mach hipersônico.

O Demonstrador Tecnológico “scramjet” 14-X com configuração

de sustentação “waverider” [1-2], foi concebido pelo então Ten Cel

Eng Marco Antonio Sala Minucci e projetado pelo então 1º Ten Eng

Tiago Cavalcanti Rolim, Fig. 1, para demonstrar, em vôo atmosférico

a 30 km de altitude e com velocidade de 3 km/s, correspondente a

número de Mach 10, tanto a tecnologia de sustentação “waverider”,

quanto a tecnologia “scramjet”.

Fig.1. Demonstrador Tecnológico “scramjet” 14-X “waverider”.

II. Etapas de projeto

Em 2010, o DCTA definiu o 14-X como projeto estratégico e em

Março de 2012, a Coordenadoria do projeto 14-X propôs duas

versões baseadas no Demonstrador Tecnológico “scramjet” 14-X

“waverider”, Fig. 2, os Demonstradores Tecnológicos “scramjet” 14-

X B [3] e 14-X S [4]. Em 2013, dois novos demonstradores

tecnológicos foram incorporados no projeto 14-X, Fig. 3, os

Demonstradores Tecnológicos 14-X T [5] e 14-X SA [6]. A novas

versões foram projetados para vôo atmosférico a 30km de altitude em

velocidade correspondente a número de Mach 7.

(a) (b)

Fig.2. Demonstradores Tecnológicos “scramjet” (a)14-X B e (b) 14-X S.

(a) (b)

Fig.3. Demonstradores Tecnológicos “scramjet” (a)14-X T e (b) 14-X SA.

III. Ensaio em voo

Estão planejados quatro tipos de vôos, cativos e livres, com e sem

queima de combustível H2 [7], para obtenção de dados

aerodinâmicos, de estabilidade e de combustão durante o vôo

atmosférico, Fig. 4, dos Demonstradores Tecnológicos “scramjet”.

Os Demonstradores serão levados à condição de testes por veículos

aceleradores. Pretende-se utilizar inicialmente os motores foguete

S31 e S30 para as primeiras versões e posteriormente os motores S40

e S44, todos do Instituto de Aeronáutica e Espaço (IAE/DCTA), para

a versão “waverider”.

Fig. 4. Visão do vôo atmosférico do 14-X em trajetória balística.

IV. Referências

[1] T. C. Rolim, A Experimental Analysis of a Hypersonic Waverider, Dissertação de Mestrado, Instituto Tecnológico de Aeronáutica, ITA.

2009.

[2] F. J. Costa, Projeto Dimensional para Manufatura do Veículo Hipersônico Aeroespacial 14-X, Trabalho de Graduação, FATEC de São

José dos Campos: Professor Jessen Vidal, 2011.

[3] V. A. B. Galvão, Análise Teórico-Analítica da Aerodinâmica do Demonstrador Tecnológico scramjet VHA 14-X B à 30km de altitude em

númwro de Mach 7, Trabalho de Graduação, UNIVAP, 2013.

[4] R. L. Cardoso, Estudo Aerodinâmico e Dimensional para Manufatura do Veículo Hipersônico Aeroespacial 14-X BS, Trabalho de Graduação,

FATEC de São José dos Campos: Professor Jessen Vidal, 2012.

[5] R. R. S. Vilela, Projeto Aerodinâmico do Demonstrador scramjet de Admissão Interna para vôo atmosférico em 30km de altitude em

velocidade correspondente à Mach 7, Trabalho de Graduação,

UNIVAP, 2013 [6] A. Mariano, A. K. Carvalhal, P. G. P. Toro, Brazilian 14-X SA

Hypersonic Axisymmetrical Scramjet Aerospace Vehicle Analytical and

Numerical Analysis at Mach Number 7, 22nd Brazilian Congress of Mechanical Engineering, November 3-7, 2013, Ribeirão Preto, SP,

Brazil

[7] P. G. P. Toro, M. A. S. Minucci, T. C. Rolim, R. C. Follador, A. M. Santos, G. P. Camillo, L. G. Barreta, “Brazilian 14-X Hypersonic

Aerospace Vehicle Project”. 18th AIAA International Space Planes and

Hypersonic Systems and Technologies Conference, 22-28 Set,Tours, France 2012.

Agradecimentos: às agências de fomentos “FINEP” convênio nº 01.08.0365.00, “CNPq” projeto nº 471345/2007-5 e “AEB” projetos nº

25/2009-1 e nº 30/2009-1 pelos financiamentos das pesquisas relacionadas.

Pesquisa em “scramjet” no Instituto de Estudos Avançados

Paulo Gilberto de Paula Toro1,*

, Alberto Monteiro dos Santos1, Tiago Cavalcanti Rolim

1, Roberto da Cunha Follador

1,

Israel da Silveira Rêgo1, Bruno Ferreira Porto

1, Giannino Ponchio Camillo

1, Thiago Lima de Assunção

1,

Matheus Torres Alvarenga Silva1, Norton Demeterco Veras de Assis

1, Marco Antonio Sala Minucci

2

1 Divisão de Aerotermodinâmica e Hipersônica, Instituto de Estudos Avançados, São José dos Campos, SP, Brasil 2 Coronel da Reserva, Instituto de Estudos Avançados, São José dos Campos, SP, Brasil

*E-mail para correspondência: [email protected]


Palavras Chave: 14-X B, scramjet, análise teórica.

I. Demonstrador Tecnológico “scramjet” 14-X S

Em Março de 2012, a Coordenadoria do projeto 14-X, visando a

utilização dos motores foguetes S31 e S30, de fabricação do

IAE/DCTA, propôs o Demonstrador Tecnológico “scramjet” 14-X S,

Fig. 1a,para realizar vôo atmosférico a 30km de altitude em

velocidade correspondente a número de Mach 7 [1]. A geometria

denominada 14-X B é uma representação de um dos lados

(simétricos) do 14-X S, sendo utilizada para realizar os estudos

aerodinâmicos teóricos e em túnel de choque desta configuração,

Fig 1b.

(a) (b)

Fig. 1. Demonstradores Tecnológicos “scramjet” (a) 14-X S como carga útil a

ser acoplada ao 2º estágio do veículo acelerador, (b) 14-X B para ensaio em

túnel de choque.

II. Projeto do Demonstrador Tecnológico “scramjet” 14-X S

A geometria denominada 14-X B foi utilizada para realizar os

cálculos aerodinâmicos teóricos [2-7] e experimentais [8]. Os

cálculos teóricos buscaram avaliar efeitos de viscosidade, variação de

número de Mach e ângulo de ataque na distribuição de pressões e

temperaturas ao longo da geometria, por meio de estudos analíticos e

CFD. Experimentalmente, buscou-se validar os cálculos teóricos pela

comparação dos resultados em condições nominais de projeto. A

Fig. 2 mostra uma fotografia schlieren obtida no Túnel de Choque

Hipersônico T3 do Laboratório de Aerotermodinâmica e Hipersônica

Henry T. Nagamatsu.

Fig. 2. Fotografia schlieren em regime de Mach 7.

Os resultados obtidos foram utilizados para determinar o

carregamento aerodinâmico imposto à estrutura do Demonstrador

Tecnológico “scramjet” 14-X S, e o software comercial Ansys foi

utilizado para realizar os cálculos estruturais necessários ao

dimensionamento deste demonstrador [9,10], Fig 3. Estudos

semelhantes já foram realizados para o 14-X “waverider” [1,11].

Fig. 3. Detalhamento do Demonstrador Tecnológico “scramjet” 14-X S.

III. Referências

[1] P. G. P Toro, A. M. Santos, T. C. Rolim, R. C. Follador, I. S. Rego, B.

F. Porto, G. P. Camillo, T. L. Assunção, M. T. A. Silva, N. D. V. Assis, M. A. S. Minucci Pesquisa em “scramjet” no Instituto de Estudos

Avançados, WAI 2014.

[2] V. A. B. Galvão, P. G. P. Toro, Brazilian 14-X B Hypersonic scramjet Aerospace Vehicle Analytical Theoretical Analysis at Mach Number 7,

22nd Brazilian Congress of Mechanical Engineering, November 3-7,

2013, Ribeirão Preto, SP, Brazil. [3] I. F. R. Barón e P. G. P. Toro, Theoretical Analysis of the Hypersonic

Aerospace Vehicle 14-X B at Mach numbers 6 to 12, VIII Congresso Nacional de Engenharia Mecânica, 10-15 Agosto 2014, Urbelândia, SP,

Brazil.

[4] S. N. P. Laitón e P. G. P. Toro, Theoretical Analysis of the Brazilian 14-X B Hypersonic Scramjet Aerospace Vehicle at Angles of Attack, 15th

Brazilian Congress of Thermal Sciences and Engineering, November

10-13, 2014, Belém, PA, Brazil. [5] A. K. Carvalhal, F. J. Costa, G. P. Camillo, I. S. Rêgo, P. G. P. Toro,

Brazilian 14-X B Hypersonic Scramjet Aerospace Vehicle Numerical

Analysis at Mach Number 7, VIII Congresso Nacional de Engenharia Mecânica, 10-15 Agosto 2014, Urbelândia, SP, Brazil.

[6] J. A. F. Lemes, Trabalho de Graduação, ETEP Faculdades, 2014.

[7] J. R. T. Silva, P. G. P. Toro, Brazilian 14-X B Hypersonic scramjet Aerospace Vehicle Aerothermodynamic Code, 22nd Brazilian Congress

of Mechanical Engineering, November 3-7, 2013, Rib. Preto, SP, Brazil

[8] J. F. A. Martos, Dissertação de Mestrado, Universidade Federal do ABC, UFABC, 2014.

[9] A. F. S. Pivetta, D. Romanelli Pinto, G. P. Camillo, F. J. Costa, P. G. P.

Toro, Brazilian 14-X S Hypersonic unpowered scramjet Aerospace Vehicle Structural Analysis at Mach Number 7, 22nd Brazilian Congress

of Mechanical Engineering, November 3-7, 2013, Rib Preto, SP, Brazil.

[10] R. L. Cardoso, M. S. Souza, P. G. P. Toro, Brazilian 14-X S Hypersonic scramjet Aerospace Vehicle Dimensional Design at Mach Number 7,

22nd Brazilian Congress of Mechanical Engineering, November 3-7,

2013, Rib. Preto, SP, Brazil. [11] F. J. Costa, P. G. P. Toro, T. C. Rolim, G. C. Camilo, Brazilian 14-X

Hypersonic waverider scramjet Aerospace Vehicle Dimensional design

at Mach number 10, 22nd Brazilian Congress of Mechanical Engineering, November 3-7, 2013, Ribeirão Preto, SP, Brazil.

[12] F. J. Costa, P. G. P. Toro, G. C. Camilo, A. F. S. Pivetta, Structural

Analysis of waverider hypersonic aerospace vehicle unpowered scramjet at Mach number 7, 22nd Brazilian Congress of Mechanical

Engineering, November 3-7, 2013, Ribeirão Preto, SP, Brazil.

Agradecimentos: às agências de fomentos “FINEP” convênio nº

01.08.0365.00, “CNPq” projeto nº 471345/2007-5 e “AEB” projetos nº

25/2009-1 e nº 30/2009-1 pelos financiamentos das pesquisas relacionadas.

Projeto de Demonstradores Tecnológicos “scramjet” no IEAv

Paulo Gilberto de Paula Toro1,*

, Israel da Silveira Rêgo1, Bruno Ferreira Porto

1, Giannino Ponchio Camillo

1,

Thiago Lima de Assunção1, Matheus Torres Alvarenga Silva

1, Norton Demeterco Veras de Assis

1, Felipe Jean da Costa

2,

Victor Alves Barros Galvão1, Jayme Rodrigues Teixeira da Silva

2, Ronaldo de Lima Cardoso

2, Alexandre Kazuo Carvalhal

2,

João Felipe de Araújo Martos3, Iván Felipe Rodríguez Barón

2, Sergio Nicolás Pachón Laitón

2 e

Jocasta Aparecida Ferreira Lemes4

1 Divisão de Aerotermodinâmica e Hipersônica, Instituto de Estudos Avançados, São José dos Campos, SP, Brasil 2 Instituto Tecnológico de Aeronáutica, São José dos Campos, SP, Brasil

3Universidade Federal do ABC, Santo André, SP, Brasil 4 ETEP Faculdades, São José dos Campos, SP, Brasil



Método para obter soluções ópticas não lineares com simetria PT

A. C. Amaro de Faria Jr (CO)*, Orlando Roberto Neto (PQ)

1Divisão de Aerotermodinâmica e Hipersônica, Instituto de Estudos Avançados, São José dos Campos, SP, Brasil


Palavras Chave: pulso óptico, sólitons ópticos, cristal fotônico.

I. Introdução

É possível descrever a propagação de um pulso não linear em um

cristal fotônico através de potenciais com simetria paridade-tempo

(PT). O cristal fotônico pode ser descrito por potenciais com esta

simetria considerando a interação do feixe com o cristal e a sua

simetria.

II. Simetria PT

Considere o operador Hamiltoniano:

)(ˆˆ 2 xVpH , (1)

o qual está associado aos autovalores de energia. O operador

hamiltoniano terá simetria PT se:

)()( xVxV . (2)

Alguns trabalhos [1,2] mostraram que o operador Hamiltoniano

mesmo não sendo hermitiano pode ter espectro real. Este fato é

importante na modelagem de cristais fotônicos pois na equação de

Hemholtz o índice de refração efetivo, n(I), depende explicitamente

da intensidade do feixe e implicitamente da posição x, o que sugere

sua descrição por funções pares na direção em que o pulso auto

difrata-se. Assim, funções potenciais com simetria PT, em geral não

lineares, podem descrever a propagação de um pulso não linear por

um determinado cristal.

III. Dinâmica

A análise da dinâmica do pulso não linear no cristal fotônico

parte de um potencial efetivo com simetria (PT) que o descreve.

Neste caso a evolução do feixe é descrita pela equação de

Schroendinger não linear

.0||)]()([ 2

2

2

xiWxV

zzi (3)

Como foi explanado na seção II, as funções obedecem as

seguintes relações: )()( xVxV e )()( xWxW . Esta última

relação provém do fato que na simetria PT i - i.

Um solução da forma )exp()(),( zixzx descreverá o

campo não linear estacionário (x) e os autovalores permitidos .

Neste caso, o campo (x) obedece a seguinte equação:

2

2

2

||)]()([ xiWxVdx

d . (4)

IV. Solução para o Potencial Scarf II

Como exemplo da aplicação considere os potenciais

)(sec)( 2

0 xhVxV e )tanh()(sec)( 0 xxhWxW , (5)

tratados na literatura [3]. Uma solução para (4), correspondendo a um

modo não linear do potencial considerado e = 0,98, V0 = 1,

W0 = 0,5, é )]}([tanexp{)(sec 1

0 xsinhixh , onde

3

00

W e .

92

2

000

WV

A. Soluções generalizadas

Considerando (4), é possível demonstrar que existem, em potencial,

inúmeras outras soluções ao menos analíticas que descrevem o

mesmo cenário da solução dada por (5). Para ver isso observe que ao

se escrever os potenciais V(x) e W(x) dependentes agora do campo

explicitamente (4) pode ser reescrita da seguinte forma:

d

Vd

dx

d

2

2,

cuja ordem pode ser reduzida da seguinte forma:

)(2

12

Vdx

d

, (6)

que pode ser agora resolvida diretamente, ou seja:

0

)(2xxdx

V

d

, (7)

onde x0 é uma constante.

A principal característica de (7) é que ela fornece para um

determinado automodo () uma solução de (4) de forma fechada

ou,em outras palavras, se formos capazes de invertê-la teremos uma

solução, ao menos numericamente.

V. Conclusões

O trabalho descreve a modelagem de um cristal fotônico através

de um potencial efetivo que apresenta simetria PT e estende o

método de solução para uma classe de modelos exatamente solúveis.

Cenários mais complexos podem ser numericamente considerados e

implementados.

VI. Referências

[1] C. M. Bender e S. Boettcher, Phys. R. Lett. 80, 5243 (1998).

[2] C. M. Bender, D. C. Brody e H. F. Jones, Phys. R. Lett. 89, 270401

(2002) [3] Z. H. Musslimani, K. G. Makris, R. El-Ganainy, e D. N.

Christodoulides, Phys. R. Lett. 100, 030402 (2008).

Agradecimentos: o autor ACAF agradece ao IEAv pelo apoio parcial e pela

hospitalidade.


Modelando redes de spins e agregados de alumínio

Antônio Carlos Amaro de Faria Jr*, Orlando Roberto Neto

Divisão de Aerotermodinâmica e Hipersônica, Instituto de Estudos Avançados, São José dos Campos, SP, Brasil


Palavras Chave: spintrônica, modelo de Heisenberg, agregados de

alumínio.

I. Introdução

Uma partícula massiva pode girar em torno de um eixo e,

portanto, possui momento angular. Se a partícula for portadora de

carga elétrica, a mesma também terá momento magnético,

correspondendo ao spin. Algumas experiências como a experiência

de Stern-Gerlach e do efeito Einstein-deHass confirmam a realidade

do spin [1,2]. Uma rede de spin unidimensional é um conjunto de

spins alinhados que interagem com seus vizinhos mais próximos.

Assim podemos tratar este sistema pelo método que mostramos neste

trabalho. Basicamente consideramos a energia da rede e então

obtemos a equação de movimento. O modelo de nosso estudo é uma

espira com uma fina espessura feita de uma liga específica de

alumínio e constituída de clusters (agregados) de átomos de alumínio

ao longo da linha. A distância característica entre cada cluster é a,

como mostra a Fig. 1.

Fig. 1: Clusters de átomos de Alumínio ao longo da espira.

II. O modelo

O modelo que queremos tratar é uma cadeia de spins

unidimensional que interage entre os vizinhos mais próximos.

Podemos considerar um campo elétrico que tem a direção do eixo da

espira de tal forma a criar uma campo magnético na direção de

alinhamento dos spins, como mostra a Fig. 2. O resultado é a

interação entre os spins e o campo magnético.

Fig. 2: Clusters na liga de alumínio na presença de um campo magnético B.

O que se espera é a geração de ondas de spin que podem ser

modeladas pelo modelo de Heisenberg, isto é

)(...2

1ˆi

i

iB

ij

jiij xBsgssJH (1)

onde Jij representa a matriz de interação, si,j representa o campo de

spin, B representa o momento de dipolo magnético, g representa o

raio giromagnético e B(xi) representa o campo magnético.

A. Dinâmica de spin

Considerando (1) no limite contínuo onde V >> a3, o que

corresponde ao número de íons na rede tendendo para o infinito,

N , o Hamiltoniano se tranforma numa integral, sem

considerarmos o termo potencial ),(. i

i

iB xBsg

a

axSxSxda

JH )().(ˆ 3

3. (2)

Expandindo o vetor )( axS em torno de x em série de Taylor

e integrando por partes nós temos a seguinte densidade de

Hamiltoniana

.2

1

2ˆ

3 a

jijidensity SSaaa

JH

(3)

B. O campo de spin

Partindo de (3) podemos escrever a equação de movimento de

Heisenberg

],ˆ,[)(

HSÔdt

xdSi

(4)

onde

,)(

.)(

),(2

ˆ 3

ii x

xS

x

xSxSxd

a

zJO

(5)

e usando que ),()()](),([ yxxSiySxS podemos observar

que a dinâmica de spin é governada pela seguinte equação

.22 BSSSa

zJ

dt

Sdi B

(6)

Considerando uma densidade macroscópica de mágnons com

energia na presença de um campo magnético B podemos

considerar a seguinte equação

,2 0

2

B

a

zJS

dt

di B (7)

cuja solução será )](exp[ tkaiuS e a energia de um modo com

frequência k com kn magnons será kkk n )2

1( .

III. Conclusões

Equação (7) nos diz que a dinâmica quântica do sistema de spin

pode ser tratada por um campo escalar e sua solução prevê o

comportamento de domínios magnéticos no tempo e no espaço.

Podemos tratar ondas de spins dinamicamente considerando uma

equação do tipo da equação de Schoroendinger para descrever uma

densidade macroscópica de mágnons. Uma cadeia de spins pode ser

formada e tratada considerando um potencial apropriado na equação

dinâmica de campos.

IV. Referências

[1] P. M. A. Dirac, The principle of Quantum Mechanics. 3ª ed. Oxford:

Claredon Press, 1947.

[2] J. J. Sakurai, Modern Quantum Mechanics. Edição revisada: Addison-Wesley, 1994.

[3] Z. Qiu e S. D. Bader, Jounal of Magnetism and Magnetic Materials, 200,

664-678 (1999).

Agradecimentos: ao IEAv pelo suporte técnico e pela hospitalidade.


Palavras Chave: scramjet, CFD, hipersônica, veículo 14-X.

I. Introdução

O motor scramjet (Fig. 1) apresenta-se como uma alternativa ao

motor foguete para acesso ao espaço, uma vez que não necessita

carregar seu próprio oxidante, permitindo o transporte de mais carga

útil e reduzindo seu custo por tonelada [1]. Como parte do projeto do

veículo hipersônico aeroespacial 14-X, a análise do escoamento

utilizando dinâmica dos fluidos computacional fornece dados

importantes que contribuem com o projeto.

Fig. 1 – O motor scramjet

A admissão do motor, delineada na Fig. 1, é responsável por

garantir a compressão do ar até a pressão e temperatura adequadas

para a combustão. Seu projeto é de extrema importância já que sua

eficiência afeta a eficiência do motor como um todo. O trabalho foca

na análise em CFD da admissão do motor scramjet para a geometria

do 14-XB.

II. Admissão do motor

Na admissão de um motor scramjet ocorre uma série de efeitos

viscosos que afetam sua eficiência e as propriedades do escoamento

na entrada da câmara de combustão, como interações de pressão, em

que a camada-limite provoca uma deflexão do escoamento

hipersônico, gerando uma onda de choque que por sua vez afeta a

camada-limite [2]; e interações entre onda de choque incidente e a

camada-limite (SWBLI – shock wave/boundary-layer interaction) [2-

4], que podem provocar o descolamento da camada-limite (Fig. 2),

gerando perdas viscosas e, em situações extremas, à obstrução parcial

da entrada do motor, além de favorecer a transição do escoamento

para turbulência. Essas interações reduzem a eficiência de energia

cinética e a recuperação de pressão total, parâmetros importantes para

medir a eficiência da admissão. Além disso, a formação da camada-

limite afeta o escoamento, deslocando as ondas de choque e podendo

causar perda de vazão mássica devido ao escoamento que se desvia

para fora da entrada do combustor, passando abaixo da carenagem do

motor.

Fig. 2 – Separação da camada-limite devido a SWBLI na junção entre a placa

plana e a rampa de compressão

III. Análise computacional do escoamento

A análise do escoamento na admissão do motor scramjet foi

realizada com o software comercial ANSYS Fluent. Foi realizada

uma análise preliminar com escoamento não-viscoso que, embora

não represente completamente o escoamento hipersônico real,

fornece um entendimento das grandezas envolvidas e do

comportamento geral do escoamento.

A análise prosseguiu com a utilização de modelos viscosos de

turbulência e de transição, que permitiram visualizar os efeitos

viscosos. Para o cálculo de turbulência foi usado o modelo Spalart-

Allmaras, enquanto para o cálculo de transição foram utilizados os

modelos k-kl-ω (Fig. 3) e Transition SST. Foram analisadas

diferentes condições de contorno de parede, condição de parede

adiabática e com temperatura fixa Tw = 300 K; para as condições de

turbulência, foram testadas três intensidades de turbulência, I =

0.04%, I = 1% e I = 10%.

Fig. 3 – Escoamento viscoso na admissão do 14-XB com modelo de transição

k-kl-ω

IV. Comentários finais

Os resultados indicam uma grande influência da condição de

contorno de parede nos efeitos viscosos, sendo a condição de parede

adiabática a que causa as maiores perdas viscosas e maiores regiões

de separação da camada-limite. O impacto da intensidade de

turbulência é relativo ao modelo viscoso utilizado.

Os modelos de transição apresentam resultados diferentes. O

modelo k-kl-ω apresenta bons resultados para a região de separação,

que por sua vez afeta os choques e a estrutura do escoamento,

enquanto que o modelo Transition SST, por sua vez, mostrou-se

superior no cálculo da troca de calor na região de recolagem da

camada-limite.

V. Referências

[1] C. Segal; The Scramjet engine: Processes and Characteristics, 1ª ed., Cambridge University Press: Cambridge, 2009.

[2] J. D. Anderson; Hypersonics and High Temperature Gas Dynamics, 1ª

ed., Mcgraw-Hill: New York, 1989 [3] L. Brown et al.; AIAA 2009-7205, 1-17 (2009)

[4] B. Reinartz et al.; 2nd European Conference for Aerospace Sciences, 1-8

(2007)

Agradecimentos: às agências CNPq e AEB pelo financiamento do projeto

560143/2010-9.

Análise computacional do escoamento na região de admissão de ar do motor

scramjet do veículo hipersônico aeroespacial 14-X

Augusto Fontan Moura1*

, Maurício Antoniazzi Pinheiro Rosa1

1 Divisão de Aerotermodinâmica e Hipersônica, Instituto de Estudos Avançados, São José dos Campos, SP, Brasil *E-mail para correspondência: [email protected]


Palavras Chave: adição pulsada de energia, escoamento hipersônico,

fluido estagnado, redução de arrasto.

I. Introdução

A adição de energia a escoamentos de altas velocidades é

comumente estudada como uma forma de controle de escoamento,

permitindo reduzir o arrasto de corpos rombudos por meio da

modificação da geometria de ondas de choque, ajustar o fluxo de ar

em motores de combustão supersônica do tipo scramjet, efetuar o

controle de atitude de aeronaves hipersônicas, entre outras [1-2].

Em estudos anteriores conduzidos no IEAv, foi possível analisar

o efeito da adição de energia na forma contínua a escoamentos e

também verificar como ocorre a redução de arrasto em corpos

rombudos [3-4].

Este trabalho tem como objetivo estudar numericamente o caso

em que se adiciona um pulso de energia a um fluido estagnado ou a

um escoamento supersônico utilizando o software Fluent®.

II. Resultados e discussão

Um esquema do domínio físico axissimétrico (eixo de simetria

coincide com a fronteira inferior da figura) é mostrado na Fig. 1. As

condições de contorno empregadas no software Fluent® são

destacadas na figura. No caso em que o fluido é estagnado, a

velocidade do escoamento livre é definida como nula. No estudo em

que o escoamento é supersônico, o número de Mach do escoamento

não perturbado é 4M e o fluido se desloca da esquerda para a

direita da Fig. 1. A fonte pulsada de energia com raio de 0,5 mm e

comprimento de 1,0 mm é implementada por meio de uma UDF

(user-defined function), que é um recurso do Fluent® que, neste

trabalho, permite adicionar, em uma região delimitada do domínio

numérico, uma potência de 141 W pelo período de 1 s ao se iniciar

a simulação. O escoamento é analisado após 7 s do início da

simulação.

Fig. 1. Domínio físico e computacional.

Efetuou-se inicialmente uma análise detalhada de resolução de

malha, de modelos e métodos e de passo de tempo de integração para

a solução deste problema. Como exemplo de resultados, a

distribuição espacial de pressão em ambos os casos é mostrada na

Fig. 2 para o instante de 7 s. Deve-se ressaltar que uma frente de

onda compressiva de formato circular se origina na região em que a

energia é depositada no fluido inicialmente estagnado. No caso do

escoamento supersônico, essa frente de onda tem menor magnitude

de pressão e é transportada pelo escoamento para a fronteira do

domínio.

A Fig. 3 mostra a distribuição de pressão ao longo do eixo de

simetria da fonte para os mesmos casos analisados anteriormente:

fluido estagnado e escoamento supersônico. Em ambos os casos, a

propagação da onda se manifesta por um pico de pressão em sua

porção externa, o que é seguido por uma redução de pressão em seu

interior. Devido ao menor tempo de trânsito dos elementos de fluido

na região de adição de energia no caso do escoamento supersônico, o

efeito da adição de energia na magnitude de variação da pressão é

inferior ao caso em que o fluido está inicialmente estagnado.

Fig. 2. Campo de pressão no instante de 7 s: (a) meio estagnado; (b) Mach 4.

Fig. 3. Pressão do escoamento no eixo de simetria no instante de 7 s.

III. Comentários finais

Resultados das análises já realizadas que incluem variação da

potência de deposição, formato geométrico da fonte e de velocidade

do escoamento livre permitem observar alguns aspectos da influência

da adição de um único pulso de energia em escoamentos que são

relevantes para estudos de redução de arrasto de corpos rombudos e

aplicações em scramjet. Além disso, já encontra-se em andamento

um estudo que considera uma sequência de pulsos, aonde serão

analisados a frequência, potência e largura dos pulsos para diferentes

velocidades do escoamento para, posteriormente, se analisar

numericamente a redução de arrasto de corpos rombudos por adição

pulsada de energia.

IV. Referências

[1] D. Knight; AIAA Aerospace Sciences Meeting and Exhibit, 41 (2003).

[2] M. N. Shneider et al; AIAA Aerospace Sciences Meeting and Exhibit, 41

(2003). [3] A. C. Fraile Jr., Um estudo numérico de adição da redução de arrasto

em corpos rombudos por adição de energia em escoamentos de altas

velocidades, Tese de Mestrado, ITA, São José dos Campos, 2011. [4] A. C. Fraile Jr, M. A. P. Rosa; J. Aerosp. Technol. Manag., 5, 169-180

(2013).

-15 -12 -9 -6 -3 00.96

0.98

1.00

1.02

1.04p/p

x (mm)

Estagnado

M

Estudo computacional de deposição de um pulso de energia em fluido

estagnado e em escoamentos de altas velocidades

André C. Fraile Jr., Mauricio A. P. Rosa Instituto de Estudos Avançados, Divisão de Aerotermodinâmica e Hipersônica, [fraile, pinheiro]@ieav.cta.br


Projeto HIPERVEL: medida de velocidade em escoamentos hipersônicos

Dermeval Carinhana Jr.* 1, Alberto M. dos Santos

1, Luiz G. Barreta

1, Antônio C. de Oliveira

1, Ana Paula L. Guimarães

2, Danilo

Almeida Machado2, Pedro A. de Sousa Matos

2, Lincoln Tolomelli e Tolomelli

2.

1Divisão de Aerotermodinâmica e Hipersônica, Instituto de Estudos Avançados, São José dos Campos, SP, Brasil.2Instituto Tecnológico de Aeronáutica, São José dos Campos, SP, Brasil.


Palavras Chave: velocimetria, hipervelocidade, diagnóstico.

I. Introdução

O desenvolvimento de veículos hipersônicos tem como objetivo

principal estabelecer um método mais barato de se atingir a órbita

terrestre do que os existentes atualmente. O estudo dessa classe de

veículos é realizado no interior de túneis de choque hipersônico,

dispositivos em que os veículos são atingidos por gases escoando a

velocidades de até Mach 25 Dada as características extremas do

ambiente, a seção de testes dos túneis hipersônicos configura-se

como um sistema típico em que é necessário o uso de técnicas não-

intrusivas de diagnóstico. O objetivo desse projeto consiste, assim,

no estabelecimento de técnicas de velocimetria capazes de atender às

atuais necessidades de caracterização dos túneis hipersônicos.

II. Andamento do projeto

A. Velocimetria por imagens Schlieren

A técnica Schlieren baseia-se no destaque dos contornos das

heterogeneidades do meio investigado produzidas a partir de sua

densidade e, por consequência, do índice de refração [1]. A Fig. 1

mostra uma sequência de três imagens dos jatos supersônicos de SF6

produzidos no interior de câmara de expansão obtidas por esta

técnica. As imagens foram registradas utilizando-se uma câmera de

alta velocidade (Phantom v2010) a uma taxa de 36.000 quadros por

segundo. Os tempos têm como referência o início da expansão.

Fig. 1. Imagens típicas do jato supersônico obtidas pela técnica Schlieren. Os

tempos assinalados tem como referência o início da expansão.

A Fig. 2 mostra os valores de velocidade para diferentes pressões

da câmera de expansão.

Fig. 2. Velocidades do jato obtidas em diferentes pressões da câmara i)

30 (quadrado), ii) 20 (círculo) e iii) 15 mbar (triângulo).

B. Velocimetria por feixe de elétrons

A construção e caracterização do dispositivo para a produção do

feixe de elétrons utilizado na técnica de velocimetria foi concluída. A

Fig. 3 mostra a imagem do plasma produzido (no centro da janela)

pela descarga elétrica de 15 kV em uma atmosfera de ar sintético a

uma pressão de 0,1 Torr no interior da câmara.

Fig. 3. Fluorescência do plasma de N2/O2 produzida pelo feixe de elétrons.

C. Velocimetria por vaporização de partículas

Em substituição à velocimetria Doppler de espalhamento

Rayleigh, optou-se pela técnica de vaporização de partículas, devido

à sua menor complexidade experimental. Adicionalmente, o método

é baseado na incandescência induzida por laser, cujo

desenvolvimento e aplicação tem sido motivo de diversos estudos no

IEAv [2]. Inicialmente, a velocimetria será desenvolvida em chamas

de biodiesel (Fig. 4), sendo posteriormente adaptada para as

condições dos túneis de choque hipersônicos.

Fig. 4. Esquema simplificado da velocimetria por vaporização de partículas.

III. Referências

[1] E. D. Iffa, R. A. Aziz e AQ. S. Malik. Appl. Opt., 50, 618-625 (2011). [2] L. Tolomelli e Tolomelli, Estudo da presença de fuligem em chamas de

misturas diesel/biodiesel, Dissertação de Mestrado, ITA, São José dos

Campos, 2012.

Agradecimentos: FINEP, convênio 01.11.0069.00 pelo financiamento do

projeto e pelas bolsas de mestrado dos alunos envolvidos.

5 10 15 20 25 30

100

125

150

175

200

Ve

loci

ty (

m/s

)

Distance (mm)

30 mbar

20 mbar

15 mbar


Palavras Chave: injeção de gás, escoamento supersônico, eficiência

de mistura, simulação numérica.

I. Introdução

O motor scramjet (supersonic combustion ramjet) é um dos

maiores candidatos a sistema propulsivo para futuros veículos

hipersônicos. Num motor scramjet o ar atmosférico é primeiramente

comprimido e desacelerado a velocidades supersônicas através de

ondas de choque e, posteriormente, combustível é injetado

imediatamente anterior à entrada da câmara de combustão para ser

misturado com oxigênio existente no ar atmosférico para promover o

que se denomina de combustão supersônica. Pesquisas em combustão

supersônica são de grande importância para o projeto de tais motores

aonde a mistura e a combustão do combustível com o ar supersônico

devem ocorrer simultaneamente no combustor. Devido à alta

velocidade do ar, o tempo de residência deste no interior do

combustor é apenas da ordem de um milissegundo fazendo que todo

o processo de combustão ocorra neste curto espaço de tempo, o que

impõe severas restrições ao projeto destes motores.

Os objetivos deste trabalho inicial do estudo da combustão

supersônica em motores scramjet são efetuar análises: de malha, de

validação de modelos e métodos disponíveis no programa Fluent e da

estrutura do escoamento para o problema de injeção de um gás inerte

perpendicularmente ao escoamento de ar supersônico confinado num

duto em geometria 2D.

II. Resultados e discussão

Para os estudos de refinamento de malha e de validação de

modelos considerou-se o problema 2D de injeção de gás hélio

perpendicularmente ao escoamento de ar supersônico (Mach 2,9)

apresentado em [1]. A geometria 2D considera que a injeção do gás é

efetuada através de uma ranhura perpendicular ao escoamento na

parede inferior do duto. Observa-se na Fig. 1, que apresenta o campo

de número de Mach com linhas de corrente do escoamento, que a

presença da injeção de gás gera uma estrutura de escoamento

bastante complexa com diversos choques e as interações destes com a

camada limite gerando regiões de recirculação antes e após o local da

injeção. Na Fig. 2 são mostrados os resultados da análise de malha

efetuada com o modelo de turbulência Transition SST do Fluent,

verificando-se que o refinamento da malha está conduzindo a

convergência entre as soluções. Como exemplo de resultados da

validação de modelos disponíveis no programa Fluent, a Fig. 3

mostra que o modelo de turbulência Transition SST é o que

apresentou melhor resultado dentre os modelos analisados,

principalmente a região de separação da camada limite que antecede

a injeção de gás.

III. Comentários finais

Os passos a seguir incluem cálculos de parâmetros importantes de

injeção para a combustão tal como a eficiência de mistura de

combustível e oxigênio e a penetração do combustível no

escoamento, considerando-se: efeitos das condições do escoamento

de ar e da injeção de combustível (Mach, razão de pressão dinâmica,

ângulo e local de injeção, múltiplas injeções, etc); geometrias para

ancoragem e estabilização de chama (degraus, cavidades, etc);

elementos que acentuam a mistura ar-combustível; transferência de

calor pelas paredes; modelagem de turbulência e análises em

geometrias 3D, além de incluir o estudo de modelos para a

combustão supersônica do hidrogênio.

Fig. 1. Campo de número de Mach com linhas de corrente.

Fig. 2. Análise de malha: Pressão na parede inferior do duto com o modelo Transition SST.

Fig. 3: Pressão na parede inferior do duto

IV. Referências

[1] W. Huang; Fuel Injection, Intech, Chapter 9, 2010.

Agradecimentos: às agências CNPq e AEB pelo financiamento do projeto

560143/2010-9.

Um estudo numérico de injeção de gás perpendicular a um escoamento

supersônico de ar para aplicação em motores SCRAMJET

João Vitor M. B. Siqueira1*

, Francisco D. Rocamora Jr.1, Mauricio A. P. Rosa

1*

1 Divisão de Aerotermodinâmica e Hipersônica, Instituto de Estudos Avançados, São José dos Campos, SP, Brasil *E-mail para correspondência: [email protected]


Palavras Chave: sensores de infravermelho, nanotecnologia.

I. Introdução

Sensores de infravermelho são de grande interesse estratégico em

diversas áreas relevantes para o país. O agronegócio beneficia-se da

detecção prematura de ação de pragas e/ou deficiência de irrigação

em grandes áreas plantadas. No monitoramento ambiental, imagens

no infravermelho são usadas, por exemplo, para avaliação da saúde

de coberturas vegetais e localização de focos de incêndio. A

segurança do tráfego aéreo é melhorada com a utilização de câmeras

operando no infravermelho, visto que é possível obter as imagens

através da neblina ou fumaça. A utilização dos sensores para a

detecção de componentes tóxicos em misturas gasosas é de grande

valia para o monitoramento de instalações industriais, petrolíferas e

de mineração. Imagens térmicas facilitam a identificação de

necessidade de manutenção em instalações industriais e de problemas

em linhas de transmissão de energia elétrica. Sistemas de visão

noturna são de grande importância para nossas forças armadas e para

segurança civil. A geração de imagens no infravermelho também tem

importante papel na área de saúde. Por exemplo, com uma imagem

no infravermelho é possível avaliar problemas de lubrificação nos

olhos ou identificar a ocorrência de câncer de pele.

II. Infraestrutura

Na Divisão de Física Aplicada do Instituto de Estudos

Avançados (IEAv), efetua-se o desenvolvimento de sensores de

infravermelho a poços quânticos, QWIPs [1], a pontos quânticos,

QDIPs [2], e fotodiodos convencionais (transições interbandas). Esse

desenvolvimento é realizado em parceria com outras instituições de

ensino e pesquisa do Brasil, que estão reunidas no Instituto Nacional

de Ciência e Tecnologia em Nanodispositivos Semicondutores,

DISSE. O IEAv atua, nessa parceria, principalmente, no projeto e

caracterização das nanoestruturas semicondutoras geradas.

O IEAv conta com a infraestrutura de três laboratórios para

desempenhar suas atividades no desenvolvimento de sensores de

infravermelho: o LCDS (Laboratório de Caracterização de

Semicondutores, Fig. 1), o LaRaC (Laboratório de Radiometria e

Caracterização de Sensores Ópticos, Fig. 2) e o LEV (Laboratório de

Engenharia Virtual).

No LCDS [3] foi estabelecida uma infraestrutura destinada à

caracterização de propriedades elétricas de dispositivos

semicondutores diversos, encapsulados ou não, tanto a temperatura

ambiente quanto a temperaturas criogênicas. Dentre as medidas de

interesse na caracterização elétrica de sensores de infravermelho

estão as medidas de corrente de escuro, as de características de

capacitância com e sem tensão aplicada, e as de figura de ruído.

O LaRaC possui infraestrutura para realizar a caracterização

elétro-óptica dos sensores através de medidas de responsividade, que

quantifica eficiência de conversão da potência da radiação incidente

no sensor em sinal elétrico. Estas medidas são feitas tanto em sua

forma integral (luz branca) quanto espectral. Os aparatos de medida

são automatizados, permitindo medidas com maior grau de

complexidade e melhorando a precisão e confiabilidade das medidas.

Fig. 1. Sistema completo para caracterização elétrica de dispositivos

semicondutores disponível no LCDS.

Fig. 2: Aparato experimental disponível no LaRaC utilizado para a caracterização elétro-óptica dos sensores.

No LEV são desenvolvidas ferramentas computacionais para

projeto e análise de estruturas nanométricas de semicondutores

(CAE). Essas ferramentas permitem o cálculo da estrutura de bandas

de heteroestruturas propostas (em uma aproximação de massa

efetiva) e auxilia no projeto de estruturas com características pré-

determinadas. As ferramentas permitem o cálculo de estruturas com

variação da composição do material semicondutor em uma, duas ou

três dimensões. No último caso o cálculo é feito para estruturas que

apresentam simetria cilíndrica. As ferramentas contemplam o cálculo

das estruturas com cargas livres. A busca pela melhor solução para

determinada característica desejada é feita por algoritmo genético.

III. Referências

[1] A. Passaro, R. Y. Tanaka, A. Muraro, Jr, G. S. Vieira, and N. M. Abe,

IEEE Trans. on Magnetics, 46, 2759-2762 (2010). [2] D. R. Alvarenga, C. A. Parra-Murillo, R. M. S. Kawabata, P. S. S.

Guimarães, K. Unterrainer, M. P. Pires, G. S. Vieira, J. M. Villas-Boas,

M. Z. Maialle, M. H. Degani, P. F. Farinas, N. Studart and P. L. Souza, IEEE J. of Quantum Electronics, 48, 1360-1366 (2012).

[3] Página do LCDS <www.ieav.cta.br/efa/sdiv/efae/lcds/index.html>.

Agradecimentos: ao apoio financeiro da FINEP, projeto

PDSENDN/01.10.0624.00; do CNPq, projetos INCT–DISSE e

AEB559908/2010-5, e bolsas 310509/2012-2, 310578/2012-4, 384646/2012-3, 380343/2013-4, 381329/2011-9 e 180248/2012-0; da FAPESP e da

CAPES.

Desenvolvimento de sensores de infravermelho nanoestruturados

Gustavo Soares Vieira1,2*

, Roberto Yuji Tanaka1,2

, Nancy Mieko Abe1, Ruy Morgado de Castro

3 e Angelo Passaro

1,2

1Divisão de Física Aplicada, Instituto de Estudos Avançados, São José dos Campos, SP, Brasil 2 Programa de Pós-Graduação em Ciências e Tecnologias Espaciais, Instituto Tecnológico de Aeronáutica, São José dos Campos, SP, Brasil

3 Divisão de Geointeligência, Instituto de Estudos Avançados, São José dos Campos, SP, Brasil *E-mail para correspondência: [email protected]


Palavras Chave: ferritas, compósitos magnetoelétricos, cermets,

processamento de materiais.

I. Introdução

Os projetos mais recentes do Grupo de Sistemas

Eletromagnéticos (GSE) do IEAv têm focalizado nas pesquisas em

ferritas com Co e Ba na composição, devido ao seu potencial de

aplicação em transdutores magnetoelásticos e no encapsulamento de

sensores para aplicações aeroespaciais [1-2]. Tais projetos

demonstraram que as propriedades magnetostrictivas das ferritas de

cobalto são bastante interessantes para aplicações em sensores de

tensões mecânicas, no entanto a baixa resistência mecânica destes

materiais é um empecilho para este tipo de aplicação. Neste sentido,

a tecnologia de cermets (compósitos metal-cerâmica) é uma

alternativa para contornar este problema.

Associadas a materiais piezoelétricos, as ferritas de alta

magnetostricção formam compósitos capazes de gerar sinais elétricos

na presença de campos magnéticos, tendo portanto grande potencial

de aplicação em sensores de campo magnético. Além disso, tais

compósitos magnetoelétricos (ME) podem ter as suas propriedades

eletromagnéticas ajustadas por meio de campos elétricos, o que os

tornam aplicáveis em dispositivos eletrônicos sintonizáveis.

Atualmente, existem em andamento no GSE duas linhas de

pesquisa em compósitos à base de ferritas: uma com foco no

desenvolvimento de cermets de ferritas e outra com foco no

desenvolvimento de compósitos cerâmicos à base de ferritas e

BaTiO3. Neste trabalho, serão resumidas as atividades realizadas

nestas pesquisas entre 2013/2014.

II. Atividades em andamento na área de compósitos cerâmicos

magnetoelétricos

A ferrita CoFe2O4 é conhecida pelos seus altos valores de

magnetostricção em relação às ferritas sem cobalto na composição.

Quando associadas a materiais piezoelétricos, este tipo de ferrita

pode formar compósitos ME com elevado coeficiente

magnetoelétrico, adequado para aplicações em sensores. A literatura

aponta uma tendência da substituição dos piezoelétricos do tipo PZT

por outros isentos de chumbo, devido a questões ambientais. Por este

motivo, o BaTiO3 foi inicialmente selecionado como fase

piezoelétrica nas primeiras pesquisas do GSE em compósitos ME

cerâmicos. O tipo de compósito ME estudado no grupo tem sido o de

CoFe2O4/BaTiO3 (compósito por nós denominado de F-TB).

Inicialmente foram estudadas as características microestruturais dos

compósitos F-TB tendo as partículas de ferrita dispersas em uma

matriz de BaTiO3, na forma de partículas finas. Posteriormente,

foram fabricadas amostras para estudos da interação entre as duas

fases, sendo elas dispostas em uma das seguintes formas: em

camadas e com partículas relativamente grandes de ferrita (com

tamanho variando entre 200 e 1000 µm, aproximadamente) em uma

matriz de BaTiO3. Nos compósitos com partículas finas de ferrita não

foram observadas trincas nem indícios de reação entre as fases. Já na

amostra com partículas grandes de ferrita e na constituída de duas

camadas, observou-se a presença de trincas nas interfaces entre as

fases, causadas pela diferença entre os coeficientes de expansão

térmica do CoFe2O4 e do BaTiO3.

A próxima etapa da pesquisa sobre compósitos ME é o

refinamento do método de processamento cerâmico, de modo a obter

partículas finas e dispersas de ferritas, com percolação reduzida entre

elas.

III. Atividades em andamento na área de cermets de ferrita

Atualmente o GSE possui um trabalho de mestrado em

andamento no ITA/PG-CTE no qual estão sendo processados e

caracterizados cermets de ferrita do tipo Ni-Co. Esta ferrita possui

sensibilidade magnetoelástica similar à do CoFe2O4, com menor

histerese magnética, sendo por isso um material interessante para

aplicações em sensores magnetomecânicos. O propósito deste

trabalho é processar cermets de ferrita Ni-Co com ligas Ag-Ni e Cu-

Ni e estudar a microestrutura e as propriedades mecânicas destes

compósitos. Trabalhos anteriores [3] já demonstraram que o uso de

uma liga Ag-Ni com a cerâmica CoFe2O4 foi eficiente para aumentar

a resistência mecânica desta ferrita, contribuindo também para o

aumento da sensibilidade magnetoelástica do material. As ligas do

sistema Cu-Ni possuem alta resistência à corrosão e boas

propriedades mecânicas, razão pela qual foram escolhidas para esta

pesquisa.

A ferrita Ni-Co a ser utilizada no projeto está sendo processada

no Laboratório de Materiais Eletromagnéticos (LME) do IEAv.

Atualmente estão sendo definidos os parâmetros de processamento e

sinterização para a obtenção de amostras de ferrita Ni-Co com baixa

porosidade.

IV. Perspectivas

Além dos recursos institucionais que estão sendo recebidos pelo

LME/IEAv para a sua ampliação, planeja-se buscar financiamento

externo para as atividades de pesquisa descritas neste trabalho, por

meio de projetos a serem submetidos às agências de fomento

nacionais.

V. Referências

[1] V. L. O. de Brito; Atividades de Pesquisa e Desenvolvimento – Instituto

de Estudos Avançados, 6, 91, (2013).

[2] A. C. C. Migliano, C. A. R. de Freitas, F. E. Carvalho, V. L. O. de Brito,

Y. C. de Polli, A. F. N. Boss, A. K. Hirata, B. A. Cunha, F. F. Araújo,

G. P. Zanella, L. V. Lemos, M. R. F. Gontijo, M. S. Amarante, R. G. A. Lima, R. Y. Nagata e R. S. Xavier; Atividades de Pesquisa e

Desenvolvimento – Instituto de Estudos Avançados, 6, 93, (2013).

[3] R. W. McCallum, K. W. Dennis, D. C. Jiles, J. E. Snyder e T. H. Chen; Low Temperature Physics, 27 (4), 266-271, (2001).

Agradecimentos: à FAPESP, pelo financiamento do projeto 2012/01448-2; à CAPES pelo financiamento do projeto 2236/2012 e ao CNPq pela bolsa

PIBIC-IEAv.

Processamento e caracterização de compósitos cerâmicos e metal-cerâmicos à

base de ferritas

Vera Lúcia O. de Brito1,2*

, Rosana S. Xavier1, Mônica S. Hieda

2, Francisco E. de Carvalho

1,2, João Paulo B. Machado

3, Antonio

Carlos C. Migliano1,2

1 Divisão de Física Aplicada, Instituto de Estudos Avançados, São José dos Campos, SP, Brasil

2 Programa de Pós-Graduação em Ciências e Tecnologias Espaciais, Instituto Tecnológico de Aeronáutica, São José dos Campos, SP, Brasil 3 Laboratório Associado de Materiais e Sensores, Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais, São José dos Campos, SP, Brasil



Palavras Chave: materiais, sensores, filtros, terahertz.

I. O que é Terahertz?

Radiação Terahertz (THz) é uma região do espectro

eletromagnético localizada entre as regiões de micro-ondas e

infravermelho. Apesar da discussão de onde começa e termina esta

região, uma boa abordagem é apresentada na Fig. 1. Nela, a

delimitação é feita com base na tecnologia das regiões de micro-

ondas e infravermelho. Apesar de alguns equipamentos de micro-

ondas atingirem 300 GHz, a tecnologia de micro-ondas é bem

estabelecida até 100 GHz, enquanto a de infravermelho é bem

estabelecida a partir de 10 THz [1].

Fig. 1. Regiões do espectro eletromagnético.

Esta região THz tem sido bastante explorada principalmente nas

últimas duas décadas devido o fato que essas frequências são

altamente absorvidas pela atmosfera terrestre e que os emissores e

detectores de radiação THz ainda estão em evolução.

II. Sistemas THz

Ondas THz podem ser emitidas em frequências específicas por

sistema de onda contínua (Continuous Wave – CW). Elas também

podem ser emitidas em uma determinada largura de banda por

sistema que utiliza transformada de Fourier (Fourier Transform –

FT). Esses sistemas operam em uma faixa de frequência que pode

abranger quase toda a faixa do THz Amplo, porém com uma

resolução espectral baixa. Outros sistemas que emitem uma faixa de

frequência THz são os que operam no domínio do tempo (Time

Domain – TD). Esses sistemas operam em uma faixa de frequência

menor que os sistemas FT, porém com uma melhor resolução

espectral. O sistema TD, Fig. 2, é o mais indicado para caracterização

de materiais e avaliação de filtros e sensores, já que trabalha em uma

banda de frequência com resolução melhor que sistemas FT [2].

III. Pesquisas e Fronteira

Os primeiros estudos na região THz datam do final século XIX

com as pesquisas de Heinrich Rubens na região que viria a ser

chamado posteriormente de infravermelho longínquo. Entretanto, o

maior passo foi durante década de 90, com a chegada das antenas

fotocondutoras. Atualmente, muitas pesquisas giram em torno do

desenvolvimento de novos dispositivos para emissão e detecção de

radiações THz [3]. Pesquisas relacionadas à sensores e a

caracterização de materiais também têm recebido muita atenção [2].

Em relação à caracterização de materiais, muito se estuda sobre

materiais dielétricos e biológicos. Poucos trabalhos exploram a

permeabilidade dos materiais, sendo esses poucos trabalhos voltados

à metamateriais [2]. Um banco de dados de domínio público [4]

exemplifica como a permeabilidade é desconsiderada, além de

mostrar que materiais como ferrita de cobalto ainda não foram

caracterizados nesta região do espectro.

Fig. 2. Esquema de um sistema THz-TD.

IV. Recurso no Brasil e Inovação na Área

A confecção e caracterização de ferritas em micro-ondas já são

bem estabelecidas. No Instituto de Estudos Avançados (IEAv), o

Laboratório de Sistemas Eletromagnéticos (LSE) possui ampla

experiência nesta área. Entretanto, a caracterização dessas ferritas em

frequências acima de micro-ondas não é explorada atualmente.

Hoje, na América Latina, um único sistema THZ-TD operante

está localizado no Instituto de Química da Unicamp. Este sistema é

utilizado principalmente para a investigação de materiais biológicos.

O grupo do LSE possui o conhecimento necessário para a

confecção e caracterização de ferritas em micro-ondas. Atualmente, o

grupo busca a inovação de caracterizar as ferritas na faixa de THz.

Para isto, é necessário o investimento em um sistema THz-TD, que

também seja facilmente adequado para avaliar sensores e filtros. Com

isto, a possibilidade de desenvolvimento de novas técnicas para

medir a permeabilidade de materiais torna-se real, o que colocaria o

IEAv em posição de destaque na comunidade científica internacional.

V. Referências

[1] Y.-S. Lee; Principles of terahertz Science and technology, Springer

Science: New York, 2009. [2] B. Son; X. Zhang; Nature Materials. 1, 26-33 (2002).

[3] E. Bründermann; H.-W. Hübers; M. F. Kimmitt; Terahertz techniques,

Springer: Berlin, 2012. [4] T. Notake; R. Endo; K. Fukunaga; I. Hosako; C. Otani; H. Minamide;

IEEE Trans. on THz Science and Technology, 4, 110-115 (2014).

Agradecimentos: CAPES Pró-Estratégia nº 50/2011 - Proc. 2237; FAPESP-

Proc. 01448-2/2012, FINEP proc. 01.12.0347.00(0479/11) e proc.

01.13.0402.00 (0606/13); COMAER .

Caracterização de materiais e avaliação de sensores e filtros na faixa de

frequência Terahertz

Antonio C. C. Migliano1,2,3,*

, Carlos A. R. de Freitas1, Vera L. O. de Brito

1,2, Yasmara C. De Polli

1, Francisco E. Carvalho

1,2,

Alan F. N. Boss1,2

, Fabiana F. de Araújo1,3

, Fábio R. Daró1,2

, Glauco P. Zanella1,2

, Leonardo V. Lemos1,3

, Marcelo R. F.

Gontijo1,3

, Rodrigo G. A. de Lima1,2

, Anderson K. Hirata1,2

, Mayara dos S. Amarante1,2

, Stéphanie A. Cunha1,2


2 Programa de Pós-Graduação em Ciências e Tecnologias Espaciais, Instituto Tecnológico de Aeronáutica, São José dos Campos, SP, Brasil 3 Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica e Aeronáutica, Instituto Tecnológico de Aeronáutica, São José dos Campos, SP, Brasil



Palavras Chave: MFM, domínios magnéticos, Co2Z.

I. Introdução

A Microscopia de Força Magnética (MFM - Magnetic Force

Microscopy) de ferritas, geralmente, emprega amostras de filmes

finos. Porém, aqui foi analisada uma amostra “bulk” para análise de

domínios magnéticos.

II. Materiais e Métodos

Foi utilizado equipamento Agilent 5420 SPM [1]. Na MFM, uma

sonda de dimensões nanométricas obtém dados da superfície da

amostra em duas etapas. Na primeira, enquanto oscila perto da sua

frequência de ressonância, a partir da variação da frequência, fase ou

amplitude da oscilação causada por contato intermitente (CI) com a

amostra, obtém-se a topografia. Na segunda, a sonda mantém uma

distancia vertical constante da amostra (pois a topografia é conhecida

pela etapa prévia de CI), de modo que os domínios magnéticos são

identificados pela perturbação que estes provocam na fase de

oscilação: avanço (atração) ou atraso (repulsão). Foi analisada uma

amostra “bulk” de Co2Z (Ba3Co2Fe24O41) [2] magnetizada.

III. Resultados

Foram encontrados domínios magnéticos de bandas paralelas

com largura D = 50..500 nm e comprimento d = 2..4 m. A Fig. 1 (a)

mostra a topografia (altura), obtida por CI, exibindo um contraste de

7 m. A Fig. 1 (b) mostra os domínios (fase) da mesma região. A

Fig. 2 compara topografia e domínios ao longo da linha 1 da Fig. 1. Os menores valores de D foram obtidos na direção do eixo difícil

de magnetização, que nas condições de temperatura ambiente é

normal ao plano hexagonal cristalino e ao longo do qual os cristais se

empilham. Logo, a relutância magnética (R), dada por (1), determina

os domínios, uma vez que nesta direção é onde cada cristal tem

menor permeabilidade (), menor espessura (h) e maior área (A).

AhR (1)

Na direção do eixo fácil, caso da Fig. 1, a anisotropia é o fator

determinante, e pode ser considerada uniaxial, que segundo [3], é

dada por (2). A ref. [4] encontrou o mesmo tipo de domínios num

mesmo tipo de amostra e com valores compatíveis com fórmulas de

[3], embora aquelas de energia magnetostática e não de anisotropia.

Sendo a constante de troca energética do material A = 0,5 E-11 J/m e

a constante uniaxial de anisotropia K = 1,8 E+5:

5.025.0)/64( dKAD (2)

Exemplificando aplicando (2) no caso da ilustração, com d ≈ 2,5

m, então D = 320 nm, o que é compatível com o experimento.

Fig. 1. MFM de amostra de Co2Z: topografia (a) e domínios (b).

Fig. 2. Topografia (a) e domínios (b) ao longo da linha 1 da Fig. 1.

IV. Conclusões

Demonstrou-se a utilidade da MFM para ferritas “bulk”. Os

domínios magnéticos não observados antes por outros métodos

permitem cogitar o emprego deste material para gravação de dados.

V. Referências

[1] AGILENT TECHNOLOGIES Inc. Agilent Technologies 5420 SPM

Manual. Santa Clara. 2011. [2] G. P. Zanella, Síntese de hexaferrita de Co-Ba para aplicações no

encapsulamento de sensores e em RADOME na faixa de RF e micro-

ondas. Dissertação de Mestrado, ITA, São José dos Campos, 2013. [3] G. Bertotti. Hysteresis in Magnetism: for physicists, material scientists

and engineers, 1º ed., San Diego: Academic Press, 1998.

[4] L. Qin; H. Verweij, Magnetic force microscopy study of domain walls in Co2Z ferrite, Materials Research Bulletin, 51, 109–111 (2014).

Agradecimentos: CAPES Pró-Estratégia 50/2011, proc. 2237; FAPESP proc. 01448-2/12, proc. 95/5651-0; FINEP proc. 01.12.0347.00 (0479/11), proc.

01.13.0402.00 (0606/13); Laboratório de Filmes Finos (IF-USP), COMAER.

Microscopia de Força Magnética de Amostra “Bulk” de Hexaferrita Co2Z

Fábio R. Daró1,2,*

, Antonio C. C. Migliano1,2,3



, Yasmara C. De Polli1,

Maria C. Salvadori4

1 Divisão de Física Aplicada, Instituto de Estudos Avançados, São José dos Campos, SP, Brasil 2 Programa de Pós-Graduação em Ciências e Tecnologias Espaciais, Instituto Tecnológico de Aeronáutica, São José dos Campos, SP, Brasil

3 Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica e Aeronáutica, Instituto Tecnológico de Aeronáutica, São José dos Campos, SP, Brasil 4 Laboratório de Filmes Finos, Instituto de Física da Universidade de São Paulo, São Paulo, SP, Brasil



Palavras Chave: simulação eletromagnética, sensores, radar.

I. Introdução

A simulação de ambientes eletromagnéticos tornou-se uma

importante expertise para a avaliação de cenários onde a radiação

eletromagnética pode influenciar no comportamento de

equipamentos. Essa expertise também é importante para o

desenvolvimento de novos sensores e para a investigação do

espalhamento de ondas incidentes em objetos submetidos a radares.

Para simular esses ambientes eletromagnéticos existem diversos

métodos numéricos, como o método de difração geométrica, método

de elementos finitos, método de diferenças finitas e o método de

diferenças finitas no domínio do tempo. Esses métodos são bem

conhecidos e podem ser programados em qualquer linguagem de

programação. Entretanto, para fins de desenvolvimento, o uso de

softwares comerciais torna o processo mais rápido e dinâmico, visto

que os softwares já são previamente testados e geram resultados

confiáveis [1, 2].

Dentre diversos softwares comerciais desenvolvidos com base

nos mais variados métodos numéricos, os que trabalham no domínio

do tempo possuem a vantagem de gerar resultados que possibilitam a

investigação do comportamento eletromagnético em tempo real.

Além disto, estes softwares provêm resultados em uma ampla faixa

de frequência com a execução de apenas uma simulação.

II. XFDTD

O LSE possui uma plataforma comercial baseada no método de

diferenças finitas no domínio do tempo (Finite Difference Time

Domain – FDTD) [3]. O software comercial XFDTD da Remcom é

uma plataforma para simulação de ambientes eletromagnéticos que

trabalha com o método de diferenças finitas no domínio do tempo.

Este software pode gerar tanto resultado em tempo real quanto

resultado em frequências distintas. Um exemplo de análise em

frequência distinta é a Fig. 1, que é o espalhamento eletromagnético

resultante quando uma onda de 1 GHz que incide em uma aeronave

Embraer AMX. Este é um exemplo de avaliação da seção reta radar

(Radar Cross Section – RCS) de objetos, que é de grande importância

na área de defesa.

Fig. 1. RCS tridimensional da aeronave Embraer AMX em 1 GHz.

Outros trabalhos do grupo como, análise de dispositivo de

cancelamento de RCS, filtro microstrip e um porta amostra recém

patenteado, também têm sido desenvolvidos com este software.

III. GTD

O LSE dispõe, também, de outra ferramenta computacional

estado-da-arte que utiliza o método de Difração Geométrica [4]. O

software GTD da Remcom, que simula uma câmera anecóica,

trabalha somente com frequências distintas, ao contrário do XFDTD.

Entretanto, o GTD provê resultado de espalhamento para cada

componente do objeto sob análise, Fig. 2. Em matéria de técnica de

redução de RCS, o método utilizado por este software é um dos mais

úteis, já que, para uma ampla faixa de frequência, a técnica mais

efetiva para redução de RCS é a geometria do objeto [5].

Fig. 2. Vetores gerados pelo software GTD para componentes que compõem a aeronave Embraer AMX.

O uso em conjunto desses dois softwares podem auxiliar na

evolução de técnicas para redução de RCS. Isto porque um pode ser

utilizado para investigar em qual frequência o objeto responde com

maior potência e o outro para melhorar a geometria do objeto.

Em locais onde a geometria não pode ser alterada, outro método

para redução de RCS pode ser utilizado, como, por exemplo, o de

materiais absorvedores. Este tipo de material pode ser configurado no

software operante no domínio do tempo, o que inclusive permite

observar o comportamento da radiação no interior do material.

IV. Referências

[1] M. N. O. Sadiku; Numerical techniques in electromagnetics, 2ª ed., Boca Raton: CRC Press, 2000.

[2] R. Garg; Analytical and computational methods in electromagnetics, Boston: Artec House, 2008.

[3] K. S. Kunz e R. J. Luebbers. The finite difference time domain method

for electromagnetics, Boca Raton: CRC Press, 1993. [4] Remcom. The XGtd User’s Manual, State College, 2010.

[5] D. C. Jenn; Radar and laser cross section engineering, 2ª ed., Reston,

Virginia: American Institute of Aeronautics and Astronautics, 2005.

Agradecimentos: à CAPES Pró-Estratégia nº 50/2011 pelo financiamento do

projeto Proc. 2237; à FAPESP pelo financiamento do projeto Proc. 01448-2/2012 e à FINEP pelo financiamento do projeto 01.12.0347.00(0479/11).

Capacitação em simulação de dispositivos e objetos em ambiente

eletromagnético





1,2,

Alan F. N. Boss1,2





, Marcelo R. F.

Gontijo1,3









Palavras Chave: AFM, MFM, SMM, ferrita.

I. Introdução

Conhecer a resposta de materiais à ondas eletromagnéticas é

fundamental em projetos de pesquisa e desenvolvimento de

componentes eletrônicos, sensores, transdutores, absorvedores, entre

outros dispositivos que atuam na faixa de RF e micro-ondas. Para

classificar um material para tais aplicações é necessário entender a

relação entre a sua microestrutura juntamente com as suas

propriedades eletromagnéticas [1]. Com a recente aquisição de um

microscópio de sonda de varredura (SPM) e diferentes modos de

operação, o Laboratório de Sistemas Eletromagnéticos (LSE)

ampliou a sua capacitação em caracterização de materiais, obtendo as

propriedades intrínsecas de materiais e caracterização microestrutural

de materiais "bulk" até filmes finos e nanomateriais.

II. Microscopia de Sonda de Varredura

A família de SPM utiliza um arranjo básico que é formado por

um sistema de atuação piezoelétrico que move, sobre a superfície da

amostra, uma haste terminada em uma ponta nanométrica. A

interação entre ponta e amostra é detectada por um sensor e, por meio

de um controlador, uma correção é feita para retornar à uma condição

inicial. Essa correção, juntamente com a posição em X e Y da

varredura, é usada para criar imagens que podem conter informações

da topografia, atrito, elasticidade, potencial elétrico, campo

magnético ou elétrico, entre outras características do material. A

seguir, são descritos alguns dos modos desse equipamento e

exemplos dos trabalhos que estão sendo desenvolvidos pelo grupo do

LSE.

A. Microscopia de Força Atômica (AFM)

A AFM é usada, principalmente, para obter informações de

topografia, atrito e elasticidade da amostra. A interação da ponta e

amostra é dada pelas forças de Van der Waals, o que permite o

estudo de amostras robustas ou frágeis, e até em meio líquido no caso

de amostras biológicas [2]. A Fig. 1a foi obtida por AFM de contato

intermitente, e a Fig. 2a mostra a força lateral (atrito) obtida por

AFM de contato. As imagens de AFM servem como referência

quando se deseja discutir a microestrutura com outra propriedade do

material.

B. Microscopia de Força Magnética (MFM)

As imagens de MFM contém informações da interação da ponta

magnética e os campos magnéticos presentes na amostra. Nesse

modo, a ponta oscila sobre a amostra para obter a topografia e as

propriedades magnéticas. A Fig. 1b mostra os domínios magnéticos

de uma ferrita Co2Z (Ba3Co2Fe24O41) [3].

C. Microscopia de Escaneamento de Micro-ondas (SMM)

Na SMM, um analisador de redes vetorial (VNA) é acoplado ao

AFM para obter o parâmetro de reflexão (S11), que carrega

informação da impedância da amostra. A Fig. 2b mostra a

perturbação na amplitude de S11 de uma ferrita CuCo

(Cu0,7Co0,3Fe2O4) [4] para detecção de fases diferentes na amostra.

Fig. 1. (a) Topografia obtida por AFM e (b) domínios magnéticos por

MFM de uma ferrita Co2Z (Ba3Co2Fe24O41).

Fig. 2. (a) LFM e (b) Amplitude de S11 por SMM Cu0,7Co0,3Fe2O4.

Existem outros modos que podem ser aplicados de acordo com a

conveniência para se obter a melhor resolução. O SPM possui modos

para caracterização de materiais cerâmicos, metálicos, polímeros e

até semicondutores, podendo também ser customizado para realizar

espectroscopias, além do software ser aberto para programação. Em

trabalhos futuros e, através de parcerias com outras instituições,

pretende-se ampliar as pesquisas para nanomateriais e filmes finos,

com aplicações de interesse do setor aeroespacial.

III. Referências

[1] V. G. Harris, A. Geiler, Y. Chen,S. D. Yoon, M. Wu, A. Yang, Z. Chen

P. He, P. V. Parimi, X. Zuo,C.E. Patton, M. Abe, O. Acher,C. Vittoria, Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 321, 2035-2047 (2009).

[2] N. Jalili, K. Laxminarayana; Mechatronics, 14, 907-945, (2004)

[3] G. P. Zanella, Síntese de hexaferrita de Co-Ba para aplicações no encapsulamento de sensores e em RADOME na faixa de RF e micro-

ondas. Dissertação de Mestrado, ITA, São José dos Campos, 2013.

[4] F. F. De Araújo, A. C. C. Migliano, A. K. Hirata, F. A. G. Oliveira, M. R. Da Silva, Anais do Congresso Brasileiro de Engenharia e Ciências

dos Materiais, 245-252, (2012).

Agradecimentos: à agência de fomento CAPES pelo financiamento do projeto

Pró-Estratégia nº 50/2011 - Proc. 2237 e pelas bolsas (2,3); à FAPESP pelo

projeto nº Proc. 01448-2/2012; à FINEP pelo projeto nº proc. 01.12.0347.00 (0479/11) e nº proc. 01.13.0402.00 (0606/13), à COMAER pelo projeto

Caracterização de microestrutura e propriedades locais de materiais por

técnicas de microscopia de sonda de varredura


, Vera L. O. de Brito1,2

, Yasmara C. De Polli1, Fábio R. Daró

1,2, Glauco P. Zanella

1,2, Leonardo

V. Lemos1,3







Palavras Chave: nanotecnologia, método dos elementos finitos,

meios anisotrópicos, pontos quânticos, poços quânticos.

I. Motivação

Os avanços na tecnologia de crescimento epitaxial de materiais

semicondutores permitem que nanoestruturas, tais como poços, fios e

pontos quânticos, sejam utilizadas na confecção de diversos

dispositivos eletrônicos, tais como sensores de infravermelho, lasers

e células solares. A incorporação destas pequenas estruturas aos

dispositivos permite que os cientistas e engenheiros manipulem os

fenômenos quânticos que regem esta escala não apenas para melhorar

tais dispositivos, mas também para compreender melhor esses

fenômenos físicos. Programas computacionais para simulação de

dispositivos são ferramentas utilizadas para auxiliar no projeto,

desenvolvimento e no estudo de fenômenos físicos associados em

qualquer desenvolvimento tecnológico. Uma das atividades do

Laboratório de Engenharia Virtual (LEV) engloba o desenvolvimento

de ferramentas computacionais que permitem calcular propriedades

de dispositivos com nanoestruturas baseadas em poços, fios e pontos

quânticos [1]. O estágio atual das ferramentas desenvolvidas no LEV

para essa aplicação e os trabalhos futuros é apresentado a seguir.

II. Situação atual

Uma das principais ferramentas em desenvolvimento atualmente

no LEV é o software chamado QWS. Com o QWS pode-se calcular

os estados e energias confinados em nanoestruturas semicondutoras

baseadas em poços quânticos e fabricadas com ligas de elementos da

família III-V. Os parâmetros destes materiais e ligas são também

calculados pelo QWS. Com relação à versão anterior, descrita em [2],

a versão atual inclui a temperatura como parâmetro de cálculo da

massa efetiva e do “gap” de energia do material semicondutor.

Além do Método dos Elementos Finitos a nova versão conta

também com o Método Element-Free Galerkin (MEFG) para resolver

a Equação de Schrödinger que descreve os fenômenos físicos nas

nanoestruturas. A avaliação da aplicação do MEFG para o estudo de

estruturas a poços e pontos quânticos foi apresentada em [3]. A janela

principal do QWS e um exemplo do tutorial embutido são

apresentados na Fig. 1.

(a) (b) Fig. 1. Ilustração da interface do QWS: (a) janela principal e

(b) tutorial.

O módulo de cálculo do QWS permite também resolver a

Equação de Schrödinger para fios e pontos quânticos. Neste caso, os

modelos geométricos e de malha de Elementos Finitos, a atribuição

dos materiais e condições de contorno e a visualização dos resultados

são feitas no LEVSOFT, outra ferramenta desenvolvida no LEV.

O QWS está disponível aos integrantes do Instituto Nacional de

Ciência e Tecnologia em Nanodispositivos Semicondutores (INCT-

DISSE) [4], criado em 2008 com o objetivo de desenvolver novos

dispositivos optoeletrônicos com ênfase em fotodetectores de

infravermelho e outros dispositivos baseados em efeitos puramente

quânticos.

III. Trabalhos em andamento e futuros

Atualmente há três trabalhos em andamento envolvendo poços

quânticos. O primeiro está relacionado a um novo modelo físico-

matemático para estimativa de corrente de escuro e fotocorrente. O

segundo trabalho está relacionado aos fotodetectores com múltiplos

poços quânticos e envolve a codificação computacional de um

modelo autoconsistente que leva em conta a corrente injetada nos

contatos e o balanceamento da corrente de captura e emissão de

elétrons de cada poço. O terceiro trabalho é o desenvolvimento de um

módulo de cálculo de estruturas de bandas e propriedades elétricas de

junções de materiais semicondutores.

Com relação aos fios e pontos quânticos, está em

desenvolvimento uma nova interface gráfica, multiplataforma, que

incluirá a possibilidade de modelar estes tipos de estruturas que

requerem modelos geométricos bidimensionais e tridimensionais,

respectivamente. Além disso, a massa efetiva anisotrópica,

característica de certos materiais semicondutores, tais como o

Arseneto de Índio (InAs), foi implementada e está sendo validada. O

código computacional para simulação do fenômeno da segregação de

átomos de In em pontos quânticos também está sendo validado. Estas

implementações serão importantes para os trabalhos futuros tais

como o estudo do efeito das diferentes formas de segregação de In no

ponto quântico, o acoplamento do ponto com poços quânticos e

estudo de estruturas envolvendo alinhamento de bandas tipo II.

IV. Referências

[1] R. Y. Tanaka, A. Passaro, N. M. Abe, L. K. Sperotto, D. de Moura

Pedroso, and G. S. Vieira, in 2013 SBMO/IEEE MTT-S International

Microwave & Optoelectronics Conference (IMOC), 2013, pp. 1–5.

[2] R. Y. Tanaka, A. Passaro, N. M. Abe, D. de M. Pedroso, L. K. Sperotto,

and G. S. Vieira, in Anais do XIII Workshop Anual de Pesquisa e Desenvolvimento do IEAv, 2013, p. 98.

[3] L. K. Sperotto, O Método Element-Free Galerkin Interpolante: Aplicação

em Nano-dispositivos a Poços e Pontos Quânticos, Dissertação de Mestrado, ITA, São José dos Campos, 2013.

[4] INCT-DISSE: Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia em

Nanodispositivos Semicondutores. Disponível em: <http://www.disse.org.br/>. Acesso em: 25/06/2013.

Agradecimentos: ao CNPq pelos projetos INCT–DISSE e AEB 559908/2010-

5, e pelas bolsas 310578/2012-4, 310509/2012-2, 381329/2011-9 e 380320/2014-2, e à CAPES.

Desenvolvimento de programa computacional para simulação de

nanoestruturas semicondutoras

Angelo Passaro1,2,*

, Roberto Y. Tanaka1,2

, Nancy M. Abe1, Lucas K. Sperotto

1, Diogo de M. Pedroso

1,2, Dárley D. de

Almeida1,2

, André F. Pereira1,2

e Gustavo S. Vieira1,2


2 Programa de Pós-Graduação em Ciências e Tecnologias Espaciais, Instituto Tecnológico de Aeronáutica, São José dos Campos, SP, Brasil



Palavras Chave: framework de otimização, meta-heurísticas.

I. Objetivo

Um dos objetivos do Laboratório de Engenharia Virtual – LEV é

“agregar tecnologias computacionais modernas que propiciam alta

produtividade no desenvolvimento de softwares e processamento

computacional distribuído de alto desempenho e baixo custo” para a

solução de problemas em Engenharias e Ciências.

Obter boas soluções para os mais diversos problemas de

engenharia é um desafio. À experiência empírica, muito utilizada no

passado para esse fim, foi adicionado nos últimos anos o recurso de

otimização computacional, foco de interesse de muitos grupos de

pesquisas pelo mundo. Nesse contexto, a otimização de dispositivos e

sistemas e para solução de problemas inversos em muito se

beneficiam de ferramentas computacionais gerais e adequadas.

Com este objetivo em mente, o grupo de estudo em otimização

do LEV está desenvolvendo um framework de otimização baseado

em meta-heurísticas com ferramentas que auxiliem a obtenção de

soluções ótimas para os mais diversos problemas. O framework já

vem sendo utilizado para aplicações com as quais o grupo está

envolvido: desenvolvimento de sensores nanoestruturados, e

acelerômetros micro-eletromecânicos (MEMS).

II. Meta-heurísticas

Meta-heurísticas são algoritmos que, de uma forma geral,

utilizam estratégias guiadas de heurísticas para otimizar um

determinado problema. Meta-heurísticas geralmente são inspiradas

em comportamentos sociais, ou em fenômenos físicos ou em

evolução genética.

Atualmente o grupo de otimização do LEV está trabalhando na

implementação e validação de quatro meta-heurísticas no framework:

Nuvem de Partículas – PSO [1], Black Hole – BH [2], Recozimento

Simulado – SA [3] e Algoritmos Genéticos – GA [4]. Os algoritmos

são avaliados e novas melhorias para a sua utilização são propostas.

Uma primeira proposta de escolha dos parâmetros do PSO já foi

aceita para apresentação [5]. Nesse trabalho foi proposta uma métrica

para avaliar a qualidade da solução obtida pelo algoritmo, com base

em alguns problemas padrões utilizados para validar software de

otimização.

III. Framework de otimização

A definição e utilização de frameworks possibilita comparar

resultados de diferentes técnicas, aplicar várias técnicas de

otimização simultâneas, com redução do esforço de produção de

software, promovendo a exploração das melhores características de

cada técnica.

O desenvolvimento do framework do LEV segue diretrizes

propostas em [6] que considera estudos baseados na metodologia de

avaliação de tecnologia de software proposta em [7] e um método de

abordagem sistemático e estruturado, proposto em [8].

O framework é implementado na linguagem de programação

C++, com orientação a objeto, visando uma reutilização das classes

nas mais diversas meta-heurísticas implementadas. A Fig. 1 apresenta

o diagrama de pacotes da implementação atual.

Fig. 1. Diagrama de pacotes do framework.

IV. Considerações finais

O framework em desenvolvimento está em fase de testes e

avaliação das meta-heurísticas já implementadas. Nesta fase se inicia

a colaboração com outros grupos de pesquisa visando a solução de

problemas num escopo mais amplo do que o atual foco de pesquisa

em sensores do LEV, tais como problemas de roteamento. Meta-

heurísticas adicionais serão adicionadas ao framework de otimização

nos próximos desenvolvimentos: Busca Tabu, GRASP e meta-

heurísticas para otimização multiobjetivo. Também serão

implementadas outras variações do PSO e de busca de vizinhança no

método de recozimento simulado, SA.

V. Referências

[1] J. Kennedy, R. C. Eberhart and Y. SHI. Swarm Intelligence. Michigan:

Morgan Kaufmann, 2001. [2] J. Zhang, K. Liu, Y. Tan and X. He. “Random black hole particle swarm

optimization and its application,” Neural Networks and Signal

Processing, 2008 International Conference on, pp. 359-365, June 2008. [3] S. Kirkpatrick; C. D. Gelatt e M. P. VECCHI. Optimization by

simulated annealing. Science, v. 220, p. 671-680, 1983. [4] J. H. Holland. Adaptation in Natural and Artificial Systems. Michigan:

The University of Michigan Press, 1975.

[5] C. A. da Silva Junior, W. B. Saba, N. M. Abe e A. Passaro. A metric to assist the selection of the particle swarm optimization parameters,

accepted for presentation in "4th International Conference on

Engineering Optimization", to be held in Lisbon, 2014, September 8 - 11.

[6] J. A. Parejo, A. R. Cortés, S. Lozano and P. Fernandez. Metaheuristic

optimization frameworks: a survey and benchmarking, Springer-Verlag, Soft Comput, 2008.

[7] A. W. Brown and K. C. Wallnau. A framework for evaluating software

technology. IEEE Softw, 1996. [8] B. A. Kitchenham. Procedures for undertaking systematic reviews.Tech.

rep., Computer Science Department, Keele University. 2004.

Agradecimentos: ao CNPq pelo projeto AEB 559908/2010-5, e pela bolsa

produtividade DT-310578/2012-4.

Framework de otimização do Laboratório de Engenharia Virtual baseada em

meta-heurísticas

C. A. da Silva Junior1,2

, W. B. Saba3, R. Tanaka

3, A. Muraro

3, N. M. Abe

3 e A. Passaro

3,*

1 Pós Graduação em Ciências e Tecnologias Espaciais, Instituto Tecnológico de Aeronáutica, São José dos Campos, SP, Brasil 2 Departamento de Matemática, Universidade Federal de São João del Rei, São João del Rei, MG, Brasil




Palavras Chave: permissividade, permeabilidade, caracterização

eletromagnética.

I. Introdução

A resposta de materiais a ondas eletromagnéticas (EM) na faixa

de frequência de RF e micro-ondas possibilita diversas aplicações em

projetos de pesquisa e desenvolvimento de dispositivos eletrônicos,

tais como sensores de presença de RF, RADOME, absorvedores de

micro-ondas e transdutores de corrente. Parte das pesquisas

desenvolvidas no Laboratório de Sistemas Eletromagnéticos tem

como objetivo o estudo e desenvolvimento das técnicas aplicadas

para se obter tais informações, tais como método da impedância e o

método de Transmissão/Reflexão (T/R).

II. Métodos de caracterização estudados

A. Método da impedância

Para realizar medidas das propriedades eletromagnéticas de

materiais em baixas frequências, pode ser aplicado o método de

impedância em uma porta, que utiliza um analisador de impedância,

mostrado na Fig. 1, para medir a resistência (R) e reatância (X) do

material em uma linha de transmissão coaxial. Essas medidas

fornecem dados relacionados à permissividade elétrica (εr*) e à

permeabilidade magnética (μr*) complexas relativas que são

parâmetros essenciais para o desenvolvimento de tais dispositivos.

Fig. 1. Analisador de impedância.

Será adquirido um analisador de impedância E4991B, da Agilent

Co., com acessório de medição de constante dielétricas e impedância

de materiais líquidos e acessório de medição de impedância de

dispositivos e circuitos na faixa de temperatura de -55 °C até 200 °C.

As medidas de impedância de materiais líquidos empregam o

método das placas paralelas, no qual dois eletrodos são separados por

um dielétrico para formar um capacitor. O analisador de impedância

é então empregado para medir a capacitância criada no acessório.

Fig. 2.Conjunto de análise de impedância. (a) Analisador de impedância

E4991B. (b) Acessório para medição de materiais líquidos. (c) Acessório para

medição com variação de temperatura.

B. Método de T/R

A amostra a ser avaliada é inserida em um segmento de linha de

transmissão e equações de espalhamento são utilizadas para analisar

os campos elétricos nas interfaces da amostra para obter os

parâmetros de espalhamento (S11, S21, S12 e S22).

A técnica de Nicholson Ross e Weir (NRW) utiliza os parâmetros

de espalhamento medidos através de um analisador de redes vetorial

(VNA ou PNA), mostrados nas Figs. 3 e 4, para calcular os

coeficientes de transmissão e reflexão. A permissividade elétrica e a

permeabilidade magnética são calculadas diretamente desses dados.

Fig. 3. Analisador de redes vetorial VNA 8722 ES.

Fig. 4. Analisador de redes vetorial PNA N5231A

Agradecimentos: CAPES Pró-Estratégia nº 50/2011 - Proc. 2237; FAPESP-

Proc. 01448-2/2012, CNPq proc. 141780/2011-8, FINEP proc. 01.12.0347.00 (0479/11) e proc. 01.13.0402.00 (0606/13); COMAER .

Desenvolvimentos recentes em técnicas de caracterização eletromagnética de

materiais para RADOME


, Carlos A. R. de Freitas1, Francisco E. Carvalho

1,2, Vera L. O. de Brito

1,2, Yasmara C. de P.

Migliano1, Alan F. N. Boss

1,2, Anderson K. Hirata

1,2, Camila Bruni

1,4, Fabiana F. de Araújo

1,3, Fábio R. Daró

1,2, Glauco P.

Zanella1,2


, Marcelo R. F. Gontijo1,3



, Rosana S.

Xavier1,5

e Stéphanie A. Cunha1,2

. 1 Divisão de Física Aplicada, Instituto de Estudos Avançados, São José dos Campos, SP, Brasil


4 Universidade Federal do ABC, São Paulo, SP, Brasil 5 Universidade Federal de São Paulo, São José dos Campos, SP, Brasil



Palavras Chave: TID, transistores, MOSFET , BANDGAP.

I. Introdução

Instrumentos eletrônicos que operam sob radiação ionizante

podem sofrer efeitos adversos em seu desempenho, resultante da

interação da radiação com os seus componentes básicos. Em circuitos

eletrônicos, esses efeitos aparecem como desvios transitórios ou

permanentes de parâmetros elétricos do circuito, mau funcionamento

ou até mesmo a falha total do sistema. Os efeitos desta radiação

devem ser conhecidos, de forma que ações corretivas possam ser

consideradas no projeto de equipamentos que devem funcionar

durante longo tempo em um ambiente com radiação ionizante

permanente, como em aplicações espaciais. Neste trabalho são apresentados os sistemas extração de

parâmetros de diodos e transistores empregados para a determinação

da variação destes parâmetros em função da dose de radiação

ionizante acumulada nestes dispositivos, visando a sua qualificação

para aplicações espaciais e outros ambientes de radiação ionizante.

II. Procedimento Experimental

Os experimentos que visam as medidas de variações de

parâmetros elétricos de componentes analógicos irradiados são

realizados em dois laboratórios: Laboratório de Caracterização de

Dispositivos Semicondutores (LCDS) e Laboratório de Radiação

Ionizante (LRI) ambos do IEAv.

No LCDS são realizadas as medidas de parâmetros operacionais

e funcionalidades dos dispositivos básicos (diodos e transistores)

para a determinação da dependência destes parâmetros com a dose

acumulada, antes da irradiação e entre etapas pré-determinadas de

dose acumulada, bem como, após a irradiação para determinação de

efeitos de recozimento (annealing). Esta caracterização é feita

levantando-se as curvas características dos dispositivos com dois

equipamentos específicos: Sistema de Caracterização de Dispositivos

Semicondutores modelo 4200-SCS da Keithley e Analisador de

Dispositivos Semicondutores modelo B1500a da Agilent. A partir

destas curvas, são extraídos parâmetros funcionais do componente,

aplicando-se modelos semi-empíricos como EKV e BSIM3 [1,2].

Com o sistema PXI da National Instruments que integra módulos

diversos (multímetro, Data AQuisition (DAQ), Fonte de tensão e

corrente, Gerador de função, Source/Measure Units (SMU) e Field

Programmable Gate Array (FPGA) no bastidor modelo PXIe NI

1062Q são desenvolvidos sistemas para a aquisição dos dados para

diversos tipos de componentes, tanto em laboratório (medidas off

line) quanto no local e durante a irradiação (medidas on line).

As irradiações são realizadas no Laboratório de Radiação

Ionizante (LRI), utilizando uma fonte de radiação gama de 60Co do

equipamento de radioterapia modelo Eldorado 78 da Atomic Energy

of Canadian Limited, com os transistores polarizados ou não.

Os testes de qualificação são realizados em componentes

comerciais de prateleira (COTS) e componentes endurecidos (Rad-

Hard) antes de serem aplicados em um sistema espacial e em

componentes desenvolvidos ou em desenvolvimento para o

levantamento detalhado da sua resposta à radiação. No primeiro caso

são aplicadas as normas internacionais de teste de aceitação de lotes

para componentes adquiridos para emprego em sistemas espaciais

[3,4,5] e, no segundo caso, aplicam-se estas normas (no que couber)

e os requisitos de teste do desenvolvedor do projeto.

III. Resultados e conclusão

Na Fig. 1, a titulo de ilustração, é apresentada a curva típica de

caracterização de um transistor MOS denominada curva Id-Vgs

(Corrente de dreno versus tensão porta-fonte), para várias doses

acumuladas, onde pode-se visualizar a variação da tensão limiar de

acordo com o aumento da dose. Na Fig. 2 é mostrada a degradação

do ganho do transistor 2N2905a de acordo com a dose acumulada

[6]. Estes são os dados básicos para a obtenção dos parâmetros que

caracterizam o funcionamento do dispositivo.

Fig. 1.Alteração da tensão de limar (Vth) de um transistor MOS de acordo

com a dose acumulada.

Fig. 2 .Degradação do ganho do transistor 2N2905a de acordo com a dose

acumulada.

IV. Referências

[1] Enz, C. C.; Krummenacher, F.; Vittoz, E.A.,"An Analytical MOS

Transistor Model Valid in All Regions of Operation and Dedicated to

Low-Voltage and Low-Current Applications", Analog Integrated

Circuits and Signal Processing Journal on Low-Voltage and Low-Power

Design v.8,pp 83–114, July 1995. [2] Sheu, Scharfetter, Ko, and Jeng "BSIM: Berkeley Short-Channel IGFET

Model for MOS Transistors". IEEE Journal of Solid State Circuits.

[3] ESCC, European Space Components Coordination, "Requirements for qualification of standard electronic components for space application",

ESCC Basic Specification No. 20100, European Space Agency, 2005.

[4] USA Department of Defense, "Test method standard: Test methods for semiconductor devices", MIL-STD-750E, 2006

[5] USA Department of Defense, "Test method standard: Microcircuits".

MIL-STD-883G, 2006. [6] R.G. Vaz, O. L. Gonçalez, G.I. Wirth, "A platform for TID testing of

diodes and transistors"INAC 2013.

Agradecimentos: à FINEP pelo financiamento do projeto CITAR.

Medida da variação de parâmetros elétricos de componentes analógicos

irradiados

Rafael Galhardo Vaz1,2*

, Odair Lelis Gonçalez1

1 Divisão de Física Aplicada,EFA-A, Instituto de Estudos Avançados, São José dos Campos, SP, Brasil 2 Instituto Tecnológico de Aeronáutica, São José dos Campos, SP, Brasil

[email protected]


Palavras Chave: radiação ionizante, single event effect, aviônicos.

I. Introdução

Devido ao aumento do fluxo aéreo e o desenvolvimento de

aeronaves com teto operacional mais alto e com maior autonomia, o

problema do controle do nível de dose de radiação ionizante recebida

pela tripulação e equipamentos eletrônicos embarcados, passou a ser

gradualmente mais importante, por um lado, para as áreas de saúde

ocupacional (proteção radiológica) e, por outro lado, para a

segurança de voo, no que se refere a falhas de sistemas críticos,

induzidas pela radiação. Isto porque, tanto o ser humano quanto a

aeronave e seus dispositivos estão inseridos em um ambiente de

radiação ionizante composta por diversas partículas e ondas de alta

energia oriundas do espaço e que atingem a Terra. Por estarem

expostos a este ambiente agressivo os dispositivos eletrônicos são

susceptíveis aos efeitos transientes denominados Single Event Effect

(SEE) produzidos principalmente por nêutrons, que ocorrem em

sistemas eletrônicos digitais de aeronaves. Com o avanço tecnológico

e a crescente miniaturização destes componentes, se tem observado

um aumento significativo na susceptibilidade aos efeitos da radiação.

Este é um assunto emergente, mas muito importante e discutido por

grupos da comunidade cientifica internacional, e tem ganhado

importância devido a acidentes atribuídos a SEE em aeronaves.

II. Atividades em desenvolvimento

As linhas de atividades em andamento são:

A. Estudo dos requisitos para testes em aviônicos

Este estudo é baseado em recomendações contidas na

especificação técnica da norma IEC 62396 (International

Electrotechnical Commission). Os efeitos da radiação em

microeletrônicos mais significativos para aviônicos são os SEEs.

Estudos nesta área, já realizados, permitiram a identificação dos tipos

de SEEs críticos que podem causar falhas nos sistemas aviônicos em

altitudes de voo, além de determinar os requisitos de engenharia

envolvidos na identificação e classificação de risco associado a estes

eventos em aviônicos, requisitos estes necessários para a avaliação de

segurança de voo.

B. Propor uma metodologia para testes em aviônicos

Uma metodologia específica para avaliar os efeitos da radiação

em aviônicos é necessária devido ao fato destes sistemas serem

complexos e altamente integrados.

A metodologia é baseada no estudo do dispositivo eletrônico de

interesse a fim de determinar quais dispositivos são mais sensíveis e

quais as funções que o dispositivo realiza num sistema aviônico em

sua operação normal. Além deste estudo, a metodologia abrange a

proposta de um setup experimental de testes com fontes

convencionais de nêutrons térmicos e nêutrons rápidos e a avaliação

de possíveis cenários de utilização real do dispositivo para

determinar a taxa esperada de SEE.

Esta metodologia permite obter as informações necessárias para

garantir a segurança de voo, com a implementação de medidas

mitigadoras e redundâncias nos sistemas aviônicos.

O desenvolvimento desta ferramenta experimental e de uma

metodologia especifica para avaliação de SEE em aviônicos é

importante devido ao Brasil possuir a terceira maior empresa

montadora de aeronaves no mundo, mas, antagonicamente a este fato,

não possuir nenhuma empresa que desenvolva nacionalmente

aviônicos avançados.

C. Setup para testes em dispositivos digitais com fontes

convencionais de laboratório

O desenvolvimento de uma plataforma para teste de dispositivos

digitais é outra atividade importante para a realização de testes, que

tem como intuito reproduzir o ambiente real de funcionamento do

dispositivo em um ambiente controlado (laboratório).

A plataforma de teste compreende a parte de aquisição

automatizada de dados e a confecção de placas de circuitos para a

fixação do dispositivo sob teste (DUT). Para o controle de

configuração do teste e acesso aos componentes via linguagem de

programação VHDL são utilizados FPGAs (Field Programmable

Gate Array) para os dispositivos digitais. Os testes terão como

principal finalidade obter as medidas de parâmetros operacionais e

funcionalidades do dispositivo a fim de determinar a dependência

destes parâmetros com o efeito causado na eletrônica quando exposta

à radiação ionizante.

III. Áreas a serem desenvolvidas

As atividades a serem desenvolvidas para esta linha de pesquisa são:

A. Instalações para testes

Estão previstas a implantação, no reator IEA-R1 (USP), de uma

linha de nêutrons térmicos, a implantação de uma fonte de nêutrons

rápidos no Laboratório de Radiação Ionizante (LRI) do IEAv e a

irradiação de um sistema aviônico em um campo de alta energia

conforme recomendações da IEC. Existem poucos campos com esta

faixa de energia, entre os possíveis pode-se citar o ISIS (UK), o

laboratório TRIUMF (Canadá) e Ice House (LANL – USA).

B. Determinação do ambiente de radiação em altitudes de voo

Uma medida da sensibilidade de um dispositivo digital à radiação

ionizante é a taxa (R) de SEE esperada quando um dispositivo

aviônico de seção de choque integrada (, dada em cm²/bit) é

submetido a um fluxo (, dado em part./cm2.s) de radiação incidente.

Esta taxa de SEE é descrita por (1):

. R (1)

Para determinar a seção de choque do dispositivo são necessários

testes específicos em laboratório com fontes caracterizadas. Esta

informação é obtida por meio de plataformas de testes digitais,

atividade que está em desenvolvimento no LRI/IEAv. A informação

do fluxo real ao qual o dispositivo é exposto durante a sua utilização

em voo pode ser obtida por meio de ferramentas computacionais ou

dados reais durante o voo. Para determinar este fluxo está em

elaboração um banco de dados com informações da incidência de

nêutrons de origem cósmica no espaço aéreo brasileiro e dados do

clima espacial.

Há em andamento um processo de importação de detectores de

raios cósmicos que serão embarcados em aeronaves para aquisição de

dados experimentais do fluxo de nêutrons na atmosfera, o que

proporcionará a construção deste banco de dados provendo suporte

aos estudos sobre a susceptibilidade dos dispositivos eletrônicos à

radiação ionizante em regime de voo.

Agradecimentos: à CAPES (Programa Pró-estratégia), ao CNPq pelas bolsas e ao projeto CITAR (FINEP) pelo apoio parcial.

Avaliação dos efeitos da radiação cósmica em sistemas embarcados

Adriane C. M. Prado1,2,*

, Claudio A. Federico1, Odair L. Gonçalez

1, Evaldo C. F. Pereira Júnior

1,2 e Marco A. B. Fortes

1

1 Divisão de Física Aplicada, Instituto de Estudos Avançados, São José dos Campos, SP, Brasil 2 Programa de Pós-Graduação em Ciências e Tecnologias Espaciais, Instituto Tecnológico de Aeronáutica, São José dos Campos, SP, Brasil



Palavras Chave: dosimetria, termoluminescência, radiação cósmica.

I. Introdução

A grande vantagem da utilização de dosímetros passivos reside no

fato de que, usualmente, estes são sensores de pequeno volume, o que

torna possível utilizá-los para mapear o perfil de dose em uma

estrutura complexa como um circuito eletrônico ou internamente a

um equipamento montado, além de não emitem campos elétricos ou

magnéticos que possam causar interferências em outros sistemas.

O desenvolvimento de técnicas de utilização de dosímetros

passivos de radiação ionizante é realizado no Laboratório de

Dosimetria Aeroespacial do Instituto de Estudos Avançados

(LDA/IEAv). O LDA é o responsável pela realização de medições e

estimativas de dose de radiação gama e de campos mistos

nêutron/gama em apoio aos projetos relacionados à medição de

radiação em altitudes de interesse para aplicações aeronáuticas e

espaciais e também para ensaios e testes de irradiação de

componentes eletrônicos e fotônicos de uso aeroespacial.

II. Técnica Dosimétrica

A principal técnica dosimétrica utilizada atualmente no LDA é a

dosimetria termoluminescente (DTL). Nesta técnica de avaliação, as

pastilhas dosimétricas irradiadas são submetidas a uma taxa de

aquecimento controlada, que libera os elétrons que foram excitados

pela radiação ionizante e aprisionados em armadilhas na rede

cristalina do dosímetro termoluminescente (TL), ocorrendo, neste

desarmadilhamento, a emissão de luz. Da curva de luz é extraído um

parâmetro (integral ou área, amplitude, FWHM de um pico, por

exemplo) que é relacionado com a dose acumulada na pastilha.

Na metodologia adotada para a análise das respostas dos

dosímetros TL, os dosímetros para a leitura são aquecidos a uma taxa

constante, e os picos de emissão termoluminescente são ajustados por

meio de um programa. Cada pico de emissão possui características

próprias de meia-vida à temperatura ambiente, que podem adequá-lo

ao uso para dosimetria [1].

III. Aplicações

Os tipos de dosímetros utilizados pelo LDA/IEAv são baseados

no fluoreto de lítio e no sulfato de cálcio, os primeiros produzidos e

comercializados pela Harshaw (EUA) e o segundo produzido pelo

IPEN/CNEN-SP (Brasil). Os tipos de DTL e aplicações são listados

na Tab 1. Tab. 1: Tipo de DTL utilizados no LDA/IEAv.

Tipo Material Radiação Intervalo de uso

TLD100 LiF:Mg,Ti (Lítio natural) Gama, Beta 10Gy-10Gy

TLD600 LiF:Mg,Ti (isótopo 6Li) Nêutron 10Gy-10Gy

TLD600H LiF:Mg,Cu,P (isótopo 6Li) Nêutron 1Gy-10Gy

TLD700 LiF:Mg,Ti (isótopo 7Li) Gama, Beta 10Gy-10Gy

TLD700H LiF:Mg,Cu,P (isótopo 7Li) Gama, Beta,

ambiental 1Gy-10Gy

--- CaSO4:Dy Ambiental 1Gy-100Gy

TLD800 Li2B4O7:Mn Gama 0,5mGy-105Gy

IV. Equipamentos

O LDA possui um completo sistema dosimétrico que contempla

um conjunto de dosímetros, uma leitora termoluminescente, um

sistema de aquisição de dados, fornos para tratamento térmico e

demais instrumentações associadas.

V. Resultados

Cada tipo de dosimetro possui características especificas e

através das técnicas dosimétricas é possível estabelecer uma

curva de calibração (Fig. 1) que relaciona a emissão

termoluminescente em função da dose total, obtendo assim a

resposta para cada tipo de dosímetro TL e para tipo de campo

de radiação (fótons e nêutrons).

0 200 400 600 800 10000

50000

100000

150000

200000

250000

300000

350000

400000Equation: y = A + B*x

Weighting:

y Instrumental

Chi^2/DoF = 0.75781

R^2 = 0.99964

A 10375.12393 ±368.5569

B 330.1384 ±3.19701In

tensid

ade [

pC

]

Dose [Gy/h]

Fig. 1. Curva de calibração do dosímetro TLD 600, para fótons.

VI. Trabalhos em Desenvolvimento

O LDA é subordinado ao Serviço de Proteção Radiológica do

IEAv e realiza medições em apoio aos projetos do IEAv (Tab.2).

Tab. 2: Atividades e projetos em andamento com o apoio do LDA/IEAv.

Atividade/Projeto Descrição

CITAR Desenvolvimento de circuitos integrados tolerantes à

radiação.

TESTRAD Dosimetria em ensaios e testes de irradiação de

componentes eletrônicos e fotônicos de uso

aeroespacial.

ERISA Efeitos das radiações ionizantes em sistemas

aeronáuticos

RCMA Medidas dos efeitos da radiação cósmica em memórias

embarcadas em equipamentos aviônicos

DRIEAB Dosimetria da Radiação no Espaço Aéreo Brasileiro.

VII. Referência

[1] H.H.C. Pereira et al. Laboratório de dosimetria termoluminescente do IEAv. In: X Workshop Anual de Pesquisa e Desenvolvimento do IEAv,

v.3, 2010, São José dos Campos. Anais... São José dos Campos: Instituto

de estudos Avançados, 2010, p. 154.

Agradecimentos: à FINEP e ao CNPq pela bolsa PIBIC e pelo financiamento

parcial das atividades relacionadas aos projetos CITAR, TESTRAD, ERISA,

DRIEAB e RCMA.

Desenvolvimento de técnicas e dispositivos dosimétricos passivos para

aplicação aeroespacial

Hanna F. S. Santos1,3,*

, Heloísa H. C. Pereira1, Jéssica Cipeli1,2

, Marlon A. Pereira1, Odair L. Gonçalez

1 e Claudio A. Federico

1,3

1 Divisão Física Aplicada, Instituto de Estudos Avançados, São José dos Campos, SP, Brasil 2 Departamento de Engenharia Química, Universidade do Vale do Paraíba, São José dos Campos, SP, Brasil

3 Instituto de Ciências da Saúde, Universidade Paulista, São José dos Campos, SP, Brasil



Palavras Chave: BGR, efeitos da radiação, SEE, CMOS

I. Introdução

Um importante bloco de circuito analógico estável a variações de

temperatura são as referências de tensão e corrente de topologia BGR

(BandGap Reference). Esse circuito é um bloco crítico em SoCs e

também em sistemas mistos analógico-digital, como conversores AD,

DA e reguladores de tensão. Para aplicações aeroespaciais este

circuito precisa ser estável mesmo sob os efeitos das radiações

ionizantes de origem cósmica. O objetivo desse trabalho é

desenvolver circuitos BGR em tecnologia CMOS com tensão de

alimentação de até 1 V (denominada sub-1V), robustos e resistentes à

dose total ionizante (TID, do inglês, Total Ionizing Dose) durante

longo tempo de exposição no espaço e tolerantes aos efeitos

transientes de incidência de partículas ionizantes (SEE, do inglês,

Single Event Effects).

II. Efeitos da Radiação em BGR

Pesquisas recentes mostram que as tecnologias CMOS atuais são

mais tolerantes a TID, devido à redução da espessura do óxido de

gate [1]. Entretanto, mesmo em tecnologias CMOS atuais,

conhecidas como deep-submicron, alguns circuitos BGR têm se

mostrado vulneráveis a TID devido a danos causados nos diodos [2].

A Fig. 1 apresenta o esquema elétrico de um circuito BGR

convencional projetado para tecnologia CMOS 0.18 µm da foundry

XFAB, para o qual foram realizadas simulações SPICE de efeitos de

TID e SEE. Essa tecnologia apresenta um óxido de gate fino, com

espessura na ordem de 4 nm, de forma que a variação da tensão de

limiar é pouco significativa, sendo, contudo, o aumento da corrente

de fuga o principal parâmetro de degradação no desempenho do

circuito quando submetido a radiação ionizante.

Fig. 1. Esquema elétrico do BGR

Para a simulação SPICE do efeito TID desse BGR foi colocada

uma fonte de corrente DC entre os terminais dreno-fonte de cada

transistor para simular o efeito da dose acumulada. Os valores de

corrente de fuga utilizados na simulação foram extraídos de [1], para

doses de até 500 krad. A Tabela 1 apresenta a variação da tensão de

saída VREF do circuito, simulando o efeitos para diversas doses

acumuladas.

Tab. 1. Simulação da resposta do BGR à TID

Dose (krad) Corrente de Fuga (nA) VREF (mV) Variação de VREF (%)

0 - 568 0

100 0,0001 568 0

300 0,003 568 0

500 100 549 3,3

Além do efeito TID, outro efeito de grande relevância,

principalmente em tecnologias mais modernas, é o SET (Single Event

Transient), que é um SEE não destrutivo em dispositivos analógicos.

Como exemplo, considere que a partícula de radiação incidente em

um nó sensível do circuito gere um pulso transiente com duração de

600 µs e amplitude máxima de 400 mV na saída do circuito [3]. Se o

BGR for utilizado em um conversor AD com resolução de 14 bits e

taxa de amostragem 50 MSps, o SET irá corromper 30.000 ciclos

(600s/20ns) da aquisição. Considerando-se uma alimentação de

2.5V, isso equivale à um erro de conversão de até 16%, podendo

causar uma falha no sistema alimentado por este dado.

A Fig. 2 apresenta a simulação SPICE de um SET para o circuito

da Fig. 1. Foram aplicados pulsos de corrente duplo-exponencial nos

pontos sensíveis do circuito para emular o efeito do íons incidentes,

com amplitudes de 200µA, 400µA e 600µA. Pode-se observar nesta

figura, variações transitórias da tensão de saída de 13, 32 e 80 mV,

respectivamente.

Fig. 2. Simulação de SET na saída da referência de tensão para picos de

corrente de 200, 400 e 600 A injetados nos nós críticos

III. Conclusão

Pode-se observar que o circuito é robusto a TID até 300 krad,

apresentando uma variação na tensão de saída de 3.3% para dose

acumulada de 500 krad. Por outro lado, em relação a efeitos

transientes decorrentes da incidência de íons pesados, é necessário

uma atenção especial dependendo da utilização do BGR. Em

aplicações criticas é necessário utilização de técnicas de projeto para

mitigar o efeito transiente.

IV. Referências

[1] R. C. Lacoe, “Improving integrated circuit performance through the

application of hardness-by-design methodology,” IEEE Trans. on Nucl.

Sci., v. 55, n. 4, pp. 1903–1925, Aug. 2008. [2] Ying Cao, Wouter De Cock, Michiel Steyaert, Paul Leroux. "A 4.5 MGy

TID-Tolerant CMOS Bandgap Reference Circuit Using a Dynamic Base

Leakage Compensation Technique," IEEE Trans. on Nucl. Sci., v. 60, n. 4, pp. 2819 - 2824, Aug. 2013

[3] Alfio Zanchi. "Investigation and Mitigation of Analog SET on a

Bandgap Reference in Triple-Well CMOS Using Pulsed Laser Techniques," IEEE Trans. on Nucl. Sci., v. 58, n. 6, pp. 2570-2577, Dec.

2011.

Agradecimentos: à FINEP pelo financiamento do projeto CITAR pelo

Convênio 01.12.0224.00; ao CNPq pela bolsa EXP.

Referências de Tensão Bandgap Resistentes à Radiação Ionizante em

Tecnologia CMOS Convencional

Peterson Ribeiro Agostinho1,2

, Odair Lelis Gonçalez 1, Gilson Inácio Wirth

3

1 Divisão de Física Aplicada, Instituto de Estudos Avançados, São José dos Campos, SP, Brasil 2 Instituto Tecnológico de Aeronáutica, São José dos Campos, SP, Brasil

3 Departamento de Engenharia Elétrica, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, RS, Brasil *E-mail para correspondência: [email protected]


Palavras Chave: Radiação ionizante, Memória, TID, SEE.

I. Introdução

Para emprego em missões espaciais os componentes eletrônicos

devem ser previamente qualificados quanto à sua tolerância à

radiação, tanto para TID (“Total Ionizing Dose”), quanto para os SEE

("Single Event Effects"), e, quando adquiridos, devem ser

submetidos a testes de aceitação de lote. Para ambos os testes é

necessário um ambiente laboratorial que recrie as condições quanto à

radiação ionizante do ambiente onde o satélite irá operar e um

sistema capaz impor ao dispositivo em teste (DUT) os requisitos de

funcionamento no satélite [1], sistema este denominado plataforma

de teste. O objetivo desse trabalho é o projeto, montagem e

demonstração da operacionalidade de plataformas para medidas dos

efeitos de dose total ionizante (TID) e de mudanças de bits (SEU) de

dispositivos digitais discretos para aplicações aeroespaciais.


A. Plataformas de teste

As plataformas de testes são constituídas do hardware de teste

(placas de fixação dos dispositivos e de controle, fontes de

alimentação, geradores de sinais, medidores de tensão, temperatura,

corrente e de sinais elétricos, analisadores lógicos, etc) e do sistema

automatizado de aquisição e análise de dados. As medidas podem ser

realizadas durante a irradiação ("on-line") ou em intervalos entre

irradiações ("off-line").

Devido aos vários tipos de instalações ou ambientes onde se

pode realizar o teste, a proposta deste trabalho é desenvolver uma

plataforma que possa se basear em mais de um tipo de hardware,

onde o critério de escolha do hardware depende do tipo de teste,

complexidade da aquisição de dados, local de teste, etc. Para isso

estão sendo desenvolvidas três propostas hardware para teste:

a) "Kit" de desenvolvimento baseado em microcontrolador DSP, com

o qual é possível desenvolver testes de baixa complexidade em

menor tempo, fácil manuseio e transporte devido ao seu tamanho

reduzido e custo baixo de aquisição;

b) "Kit" de desenvolvimento baseado em FPGA, com o qual é

possível desenvolver testes de alta complexidade em maior tempo,

fácil manuseio e transporte devido ao seu tamanho reduzido e custo

baixo de aquisição; e

c) Plataforma de hardware padrão PXI, com a qual é possível

desenvolver testes de alta complexidade em menor tempo, fácil

manuseio e transporte devido ao seu tamanho reduzido e custo alto

de aquisição.

Em qualquer das propostas de hardware, haverá uma placa filha,

onde se encontra o dispositivo ou componente que será testado

(DUT), conectada à plataforma.

B. Testes realizados

O primeiro hardware construído e testado foi a plataforma

baseado em microcontrolador DSP.

Nesta plataforma foi realizada a medida de SEUs produzidos por

nêutrons rápidos provenientes de oito fontes de 241Am-Be em uma

memória SRAM de 4Mb da ISSI (PN: IS66WV25616BLL). A

plataforma e o arranjo de irradiação são mostrados na Fig. 1. O

experimento consiste em medir a quantidade acumulada de mudança

do valor armazenado em cada bit da memória ("bit flip") durante a

irradiação, conforme mostrado na Fig. 2. A razão entre o número

total de "bit flip" e a fluência de nêutrons fornece o parâmetro

denominado secção de choque de SEU do dispositivo [2]. Demais

resultados de medidas de TID e SEU nesta memória são relatados em

[3].

Fig. 1. Plataforma microprocessada DSP (dir) e montagem do arranjo

experimental(esq).

Fig. 2. Crescimento da contagem de bit-flip acumulado durante

irradiação.

III. Considerações sobre as atividades em andamento

Está em fase final de teste de simulação elétrica em bancada a

plataforma processada por meio do "kit" de desenvolvimento baseado

em FPGA. Estão em fase de prototipação as placas filhas para a

conexão a este kit das memórias a serem submetidas à radiação

ionizante. O sistema PXI recentemente adquirido da "National

Instruments" está em fase de avaliação.

IV. Referências

[1] O. L. Gonçalez, E. C. F. Pereira. Junior, R. G. Vaz, M. A. Pereira, G. I.

Wirth, F. G. L. Kastensmidt, T. R. Balen, J. Tarrillo ; Qualification of

electronic components with respect to the cosmic radiation tolerance for space applications. WERICE AEROESPACIAL, v. 1, pp. 51-56, Out

2012.

[2] E. C. F. Pereira Junior O. L. Gonçalez, M. A. Cruz, A. C. M. Prado, C. A. F. e F. B. Gaspar; The fast neutron SEU corss section of a 4 Mb

SRAM memory. 2013 International Nuclear Atlantic Conference - INAC

2013, Recife, PE, Brazil, November 24-29, 2013. [3] E. C. F. Pereira Junior, O. L. Gonçalez, R. G. Vaz, C. A., T. H. Both e

G. I. Wirth; ”The effects of total ionizing dose on the neutron SEU cross

section of a 130 nm 4 Mb SRAM memory". 15th IEEE Latin-American Test Workshop (LATW), Fortaleza, Brazil, 12 - 15th Mar 2014

Agradecimentos: à FINEP pelo financiamento do projeto CITAR pelo Convênio 01.12.0224.00.

Testes paramétricos e funcionais para sistemas e componentes digitais

submetidos à radiação ionizante

Evaldo C. F. Pereira Júnior1,2

*, Odair L. Gonçalez1

1 Divisão de Física Aplicada, Instituto de Estudos Avançados, São José dos Campos, SP, Brasil 2 Programa de Pós-Graduação em Ciências e Tecnologia Espaciais, Instituto Tecnológico de Aeronáutica, São José dos Campos, SP, Brasil



Palavras Chave: ab initio, gap, tensionamento, LDA-1/2.

I. Introdução

Na integração Si/III-V, os semicondutores do grupo III-V são

crescidos sob um substrato de silício, produzindo tensionamento na

rede cristalina em função da diferença entre as constantes de rede

destes semicondutores. Este tensionamento pode ser usado para

otimizar alguns semicondutores para uma determinada aplicação, em

razão, por exemplo, do aumento da mobilidade de seus portadores

com o tensionamento [1]. As mudanças das propriedades eletrônicas

dos semicondutores em função do tensionamento podem ser

analisadas através de suas estruturas de bandas de energia.

II. Descrição do Método

As simulações foram realizadas através do método LDA-1/2 [2] e

um software de simulação baseado na teoria do funcional da

densidade [3], o código VASP. Foi desenvolvida uma metodologia de

cálculos para obter o tensionamento biaxial no plano de miller (100)

(Fig. 1) da estrutura cristalina de semicondutores do grupo III-V, com

célula convencional cúbica de face centrada (fcc-face centered

cubic), e utilizando-se do funcional LDA e o método LDA-1/2, para

calcular a constante de rede, o gap e a massa efetiva do GaAs.

Fig. 1. a) direção (100) na célula fcc. b) plano superior do arranjo

atômico)

Primeiramente, o tensionamento biaxial do GaAs foi produzido,

empregando-se a constante de rede do silício (Tab. 1) na rede

cristalina do GaAs, formada por dois átomos por célula, e permitindo

que a direção perpendicular ao plano (100) fosse relaxada. Em todo o

cálculo não foi utilizado parâmetros empíricos. As constantes de rede

foram calculados com o funcional LDA e as estruturas de bandas

com o método LDA-1/2, obtendo-se delas o gap e a massa efetiva do

GaAs. O método LDA-1/2 tem a vantagem de ter um custo

computacional compatível com o do LDA, além de fornecer ótimos

resultados no cálculo dos gaps dos semicondutores. Em seguida, a

simulação foi realizada com uma faixa de constantes de rede.

VI. Resultados

Na Tab. 1, encontram-se as constantes de rede obtidas com o

funcional LDA e os gaps com o método LDA-1/2, exibindo um

ótimo acordo com os dados experimentais.

Tab. 1. Constantes de rede obtidas com o LDA e gap com o mé- todo LDA-1/2 . Ao lado, os respectivos valores experimentais.

Semic. Constante de rede (Å) Gap (eV)

LDA Experim. LDA-1/2 Experim.

GaAs 5,6105 5,653 1,44 1,51

Si 5,4028 5,431 1,09 1,17

Na Fig. 2 é apresentada a estrutura de bandas do GaAs sem

tensionamento (preto) e com tensionamento (vermelho) utilizando-se

o método LDA-1/2 para calcular os estados excitados. O

tensionamento das estruturas cristalinas resulta na quebra de simetria

do cristal, implicando na quebra de degenerescência dos extremos

das bandas de energia e mudanças nos níveis da energia de transição.

Isto pode ser visto pelo descasamento das curvas preta e vermelha.

-8

-6

-4

-2

0

2

4

K WL

En

erg

ia (

eV

)

Fig. 2. Estrutura de bandas do GaAs sem tensionamento (curva preta) e com

tensionamento (curva vermelha, calculada com o cr do Si).

Na fig. 3, é apresentado o resultado do cálculo da massa efetiva

do GaAs com o emprego de uma faixa de constantes de rede situadas

abaixo do Si e acima do GaAs. Como referência, encontra-se também

a massa efetiva experimental do GaAs, sem tensionamento.

5.3 5.4 5.5 5.6 5.70.080

0.085

0.090

0.095

0.100

0.105

massa efet. exp. = 0,067Massa E

fetiva (

me/m

0)

Constante de Rede (Å)

Fig. 3. Massa efetiva do GaAs em função da constante de rede empregada

para tensionar a sua rede cristalina.

III. Referências

[1] T. van Hemert et al, IEEE Trans. on electron devices 54, 2183 (2007) [2] L.G. Ferreira, M.Marques, L. K. Teles, Phys. Rev.B 78, 125116 (2008).

[3] P. Hohenberg, W. Kohn, Phys. Rev. 136, B864-B871 (1964).

Estudo das propriedades eletrônicas do GaAs biaxialmente tensionado

empregando a aproximação de quase-partícula LDA-1/2

Octavio Pereira S. Filho1 e Marques Marques

2

1 Divisão de Física Aplicada, Instituto de Estudos Avançados, São José dos Campos, SP, Brasil 2 Departamento de Microondas e Optoeletrônica, Instituto Tecnológico de Aeronáutica, São José dos Campos, SP, Brasil

E-mail para correspondência: 1 [email protected], [email protected]


Palavras Chave: cerâmicas magnéticas, permissividade complexa,

permeabilidade complexa, RADOME.

I. Introdução

O estudo das propriedades eletromagnéticas dos materiais nas

faixas de radiofrequência (RF) e de micro-ondas possui grande

importância acadêmica e tecnológica. As técnicas empregadas nas

medidas dessas propriedades, que podem ser macroscópicas ou

microscópicas, são importantes nas pesquisas de materiais,

principalmente no desenvolvimento de compósitos e estruturas

funcionais que absorvam o espalhamento eletromagnético ou que

promovam o isolamento térmico de sensores e dispositivos sob alta

temperatura, garantindo a integridade de suas propriedades

eletromagnéticas (RADOME) [1].

A fim de atender requisitos importantes para aplicações nos

setores civis e militares [2], o desenvolvimento de circuitos

eletrônicos requer o conhecimento preciso das propriedades

constitutivas dos materiais.

Um veículo espacial na reentrada atmosférica sofre variações

elevadas de temperatura e necessita de blindagem térmica, mantendo

as propriedades de transparência eletromagnética. Também são

consideradas as propriedades magnéticas e elétricas dos materiais

empregados, que dependem de sua microestrutura, ou seja, do

contorno de grão, do seu tamanho médio e de sua porosidade que

podem ser controlados com variações no processamento [3]. Tendo

em vista todas estas necessidades de propriedades dos materiais, o

objetivo do laboratório é desenvolver as cerâmicas eletrônicas,

caracterizar e extrair todas as propriedades necessárias para uma

determinada aplicação aeroespacial.


As ferritas a serem estudadas para essa aplicação são as

hexagonais do tipo Z e espinélicas. O método utilizado para a

preparação das amostras segue as etapas envolvidas nas reações de

estado sólido como mostrado na Fig. 1.

Fig. 1. Processamento Cerâmico

III. Adequação do Laboratório para caracterização de

Materiais

A caracterização eletromagnética mostra o comportamento do

material em relação à faixa de frequência analisada. A Fig. 2 mostra

a curva de espalhamento de ferritas desenvolvidas nos projetos do

Laboratório de Sistemas Eletromagnéticos (LSE) e também as

propriedades de refletividade e impedância que são de fundamental

importância para o estudo de aplicação em RADOME.

A análise microestrutural é de grande importância quando se

estuda as propriedades eletromagnéticas dos materiais, analisando

contornos de grão, tamanhos de grão, arranjo microestrutural e

porosidade entre outros. A Fig. 3 mostra microestruturas

diferenciadas que estão conectadas com as aplicações de cada ferrita

envolvida nos estudos do laboratório.

Fig. 2. Propriedades eletromagnéticas da ferrita Co2Z, Refletividade e Impedância da amostra para aplicação em RADOME.

Fig. 3. Microestrutura (a) Co2Z, (b) e (c) CuxCo1-xFe2O4 e (d) Ni0,3Zn0,7Fe2O4.

Atualmente o LSE conta com uma infraestrutura que envolve

analisadores na faixa de frequência de 40 Hz a 40 GHz, microscópio

ótico e um microscópio de força atômica (AFM).

IV. Referências

[1] L. F. Chen; Microwave electronics: measurement and materials

characterization, John Wiley & Sons: New York, 2004. [2] C. F. Jefferson e D. M. Grimes; A study of the preparation of nichel-

zinc ferrites, Engineering Research Institute - University of Michigan

Technical Report No. 58, Ann Arbor, MI, pp. 1-67, 1956. [3] S. I. Pyun e J.T. Baek; American Ceramic Society Bulletin, 64, pp. 602-

605 (1985).

Agradecimentos: à agência de fomento CAPES pelo financiamento do projeto

Pró-Estratégia nº 50/2011 - Proc. 2237 e pelas bolsas (2,3); à FAPESP pelo

projeto nº Proc. 01448-2/2012; à FINEP pelo projeto nº proc. 01.12.0347.00 (0479/11) e nº proc. 01.13.0402.00 (0606/13) e à COMAER.

Cerâmicas eletrônicas para encapsulamento de sensores e RADOME na faixa

de RF e Micro-ondas





1,2,

Alan F. N. Boss1,2





, Marcelo R. F.

Gontijo1,3








Palavras Chave: radiação cósmica, método Monte Carlo, aplicações.

I. Introdução

O homem está continuamente exposto à radiação ionizante de

origem natural e artificial, sendo a radiação de origem cósmica uma

importante parcela da radiação natural. A radiação cósmica (RC) é

constituída de partículas nucleares de alta energia que atingem a

Terra, interagindo na atmosfera e assim gerando um chuveiro

secundário de radiação. A intensidade da RC na atmosfera varia em

função da altitude, latitude geomagnética e do ciclo de atividade

solar, sendo que a dose em altas altitudes chega a ser 300 vezes maior

do que ao nível do mar.

Com o desenvolvimento de aeronaves com teto de operação mais

alto e o aumento do fluxo aéreo, o problema do controle do nível de

dose de radiação ionizante recebida pelos pilotos e tripulação de

aeronaves, bem como pelos equipamentos sensíveis, os aviônicos,

passaram a ser mais importante nas áreas de proteção radiológica, e

segurança de vôo, motivando diversos estudos sobre esse assunto.

Atualmente, no Instituto de Estudos Avançados (IEAv), estão

sendo realizadas medidas de nêutrons na atmosfera dentro do espaço

aéreo brasileiro [1], assim como o modelamento computacional de

detectores para o espectro de RC [2] para uso em voo e em solo.

Essas medidas são de grande importância para o entendimento do

efeito da Anomalia Magnética do Atlântico Sul (AMAS) na dose em

tripulações de aeronaves. Dentro dessa linha de trabalho, vem sendo

desenvolvidos estudos utilizando o método de Monte Carlo.

II. Simulação computacional

São empregados os códigos MCNP5, MCNPX e GEANT4, que

simulam o transporte de radiação na matéria. Por meio destes códigos

é possível quantificar as reações induzidas por partículas primárias, a

produção de partículas secundárias, bem como determinar a energia

depositada no meio (dose). Para maior capacidade computacional,

estes estudos são realizados em colaboração com o Laboratório de

Engenharia Virtual (LEV), situado no IEAv, e com o Laboratório de

Computação Científica Avançada e de Modelamento, do

departamento de física do Instituto Tecnológico de Aeronáutica ITA.

As aplicações desenvolvidas e em andamento pelo grupo são:

- Determinação do espectro de energia das partículas secundárias

produzidas por interação da radiação cósmica na atmosfera;

- Determinação da taxa de equivalente de dose ambiente de

nêutrons, em altitude de voo;

- Efeito do campo magnético terrestre no aprisionamento da RC;

- Modelamento de detectores de nêutrons (Long Counter, estação

de monitoramento de nêutrons) para altas energias [2];

- Modelamento do Laboratório de Radiação Ionizante (LRI), para

implementação de um campo de nêutrons de altas energias [3];

- Determinação de energia depositada por nêutrons nos volumes

sensíveis de memória do tipo SRAM;

- Simulação da influência de uma aeronave no campo de RC na

atmosfera, e distribuição de dose de nêutrons no interior desta [4];

- Influencia de nuvens no espectro de nêutrons.

III. Principais Resultados

Para o modelamento de detectores de nêutrons LC, o espectro de

nêutrons induzidos por raios cósmicos foi medido e utilizado como

espectro de entrada nas simulações.

Na fig. 1 são apresentados o arranjo experimental do detector LC

e uma resposta angular simulada do detector LC submetido à uma

fonte de 241Am-Be de nêutrons [2].

Fig. 1. Incidência de nêutrons no LC no solo (esq.) e a comparação entre os

dados experimentais e a simulação da eficiência angular do detector, em valor absoluto (contagem/partícula-fonte) (dir.).

Também foi realizado um estudo para implementação de um

campo de nêutrons de alta energia para uma fonte do tipo Deutério-

Trítio (DT), onde foi avaliada a influência da radiação espalhada,

realizando simulações englobando toda área do salão do LRI, interna

e externa, apresentadas na Fig. 2. [3].

Fig. 2: Espectros de nêutrons simulados em diversos pontos do LRI, por meio do código MCNP5, normalizados para fluência unitária.

IV. Conclusões

Devido à dificuldade de acesso á aceleradores de altas energias e

que reproduzam o campo de radiação cósmica para acessar as

respostas de detectores para altas energias, assim como a produção de

partículas secundárias nos volumes sensíveis em CIs, é de grande

importância a capacitação em simulações computacionais do

transporte de radiação ionizante para estes tipos de campos.

V. Referências

[1] Federico, C.A., et al. Onboard Measurements of Cosmic-Ray Induced Dose on Aircraft in Brazilian Airspace. In: International Nuclear

Atlantic Conference - INAC 2011. ISBN: 978-85-99141-04-5. Belo

Horizonte, MG, Brazil, 2011. [2] Pazianotto, M.T., et al. Study of a Long Counter Neutron Detector for

the Cosmic-Ray-Induced Neutron Spectrum, IEEE Transactions on

Nuclear Science, vol. 60, pp. 897 – 902, 2013. [3] Pinto, J. J., et al. Estudo piloto para implantação de um campo de

nêutrons de alta energia. In: International Nuclear Atlantic Conference -

INAC 2013. ISBN: 978-85-99141-05-2. Recife, PE, Brazil, 2013. [4] Pazianotto, M. T., et al. Influence of clouds on the Cosmic Radiation

dose eate on Aircraft. Aceito para publicação em Radiation Protection

Dosimetry, 2014.

Agradecimentos: à agência de fomento CAPES pela bolsa 1*, à FAPESP pela

bolsa 2 e ao CNPq e FINEP pelo financiamento parcial dos projetos.

Simulação computacional de ambientes radioativos de interesse aeroespacial

José J. O. Pinto1*

, Mauricio T. Pazianotto2, Leonardo de H. Mencarini

3, Odair L. Gonçalez

1, Ângelo Pássaro

1 e Claudio A.

Federico1

1 Divisão de Física Aplicada, Instituto de Estudos Avançados, São José dos Campos, SP, Brasil 2 Departamento de Física, Instituto Tecnológico de Aeronáutica, São José dos Campos, SP, Brasil

3 Divisão de Energia Nuclear, Instituto de Estudos Avançados, São José dos Campos, SP, Brasil



Palavras Chave: polimorfismo, função dielétrica, nanofios, InP.

I. Introdução

Fosfeto de índio (InP) é um material que cristaliza na fase blenda

de zinco quando amostras “bulk” são crescidas. No caso de nanofios,

tanto a fase wurtzita [1] quanto a blenda de zinco podem ser obtidas,

a depender das condições de crescimento da amostra.

Na prática, isto significa que as energias das duas simetrias são

muito próximas e geralmente ocorrem pequenas secções blenda de

zinco em um fio wurtzita e vice-versa.

Neste trabalho, calculamos a função dielétrica de um sistema InP

wurtzita com falhas de empilhamento tipo blenda de zinco.

II. Método

Nosso cálculo será feito através do método “ab initio” tipo “all

electron” (LAPW) como implementado no “software” WIEN2k [2].

Aqui é importante ressaltar que o raio dos nanofios crescidos (da

ordem de dezenas de nm) permite o emprego de cálculos para

estruturas tipo “bulk”.

A célula empregada é formada por 15 camadas de InP na fase

wurtzita (alinhamento tipo AB) sobrepostas por 3 camadas de átomos

no arranjo blenda de zinco (alinhamento ABC) ao longo do eixo “c”

da célula hexagonal.

Esta célula é suficiente para isolar camadas blenda de zinco

vizinhas quando as condições de contorno periódicas são aplicadas.

III. Resultados.

A célula descrita acima teve seus parâmetros estruturais

otimizados de forma a se obter uma estrutura relaxada. Esta condição

pode ser comprovada através das forças sobre cada átomo que

sempre foram inferiores a 2 mRy/Bohr com exceção de três átomos

na interface entre as duas simetrias, onde as forças chegaram a 7

mRy/Bohr (um valor que ainda pode ser considerado baixo). Aqui

vale lembrar que a célula possui, ao todo, 78 átomos.

Os cálculos realizados empregaram o potencial mBJ [3] para se

obter uma melhor descrição do “gap” dos materiais. Os valores

padrão para os parâmetros de entrada foram empregados. Apenas o

fator de mistura das densidades foi reduzido em um primeiro

momento com o objetivo de se eliminar problemas numéricos

durante o ciclo autoconsistente.

Uma vez obtido o estado fundamental do sistema, a função

dielétrica foi calculada através do programa “OPTIC” [4] integrado

ao Wien2k.

Fig. 1. Componente zz da parte real da função dielétrica para a supercélula e os sistemas wurtzita e blenda de zinco.

Fig. 2. Componente xx da parte real da função dielétrica para a

supercélula e os sistemas wurtzita e blenda de zinco.

Fig. 3. Componente zz da parte imaginária da função dielétrica para a supercélula e os sistemas wurtzita e blenda de zinco.

Fig. 4. Componente xx da parte imaginária da função dielétrica para a

supercélula e os sistemas wurtzita e blenda de zinco.

As Figs. 1 – 4 mostram os resultados obtidos comparando os

valores correspondentes à supercélula aqui descrita com os

correspondentes aos “bulks” nas simetrias wurtzita e blenda de zinco.

Os resultados mostram que a maior influência da camada blenda de

zinco sobre as propriedades ópticas do sistema está na região entre

3 e 6 eV.

Vale ressaltar que estes resultados correspondem a um sistema

com uma proporção de 5 para 1 entre as camadas wurtzita e blenda

de zinco dispostas em uma forma e periodicidade específicas.

Valores diferentes para a função dielétrica devem ser obtidos quando

composições diferentes da supercélula forem consideradas.

IV. Referências

[1] Luis C. O. Dacal and A. Cantarero, Solid State Communications 2011,

151, 781-784. [2] P. Blaha, K. Schwarz, G. K. H. Madsen, D. Kvasnicka and J. Luitz,

“WIEN2k, An Augmented Plane Wave + Local Orbitals Program for

Calculating Crystal Properties” (Karlheinz Schwarz, Techn. Universität Wien, Austria), 2001.

[3] F. Tran and P. Blaha, Phys. Rev. Lett. 102, 226401 (2009).

[4] Ambrosch-Draxl C. and Sofo J., Comp. Phys. Comm. 175, 1 (2006).

Agradecimentos: à agência de fomento FAPESP - Projeto 2011/08513-1.

Parte dos cálculos foram realizados no Centro Nacional de Processamento de Alto Desempenho em São Paulo (CENAPAD-SP).

Contribuição das falhas de empilhamento para as propriedades ópticas de

nanofios de InP na fase wurtzita

Luis C. Ogando Dacal1,*

e A. Cantarero2

1 Divisão de Fotônica, Instituto de Estudos Avançados, São José dos Campos, SP, Brasil 2 ICMUV, Universidade de Valencia, Espanha



Palavras Chave: separação isotópica, laser, terras-raras, molibdênio.

I. Introdução

Entre todas as aplicações dos elementos de terras-raras e seus

isótopos, o IEAv através do projeto PASIL, tem especial interesse

nos isótopos do Neodímio – Nd, do Itérbio – Yb, do Disprósio – Dy,

do Érbio – Er e do Molibdênio – Mo. Estes foram escolhidos

considerando suas aplicações específicas, a saber: (i) o Nd pode ser

usado tanto como meio laser como um forte ímã permanente e, por

outro lado, seu isótopo 146Nd, após colidir com um nêutron, resulta

no 147Pr (no isótopo 147 do promécio) que pode ser utilizado, como

já citado anteriormente, para produzir baterias nucleares auxiliares a

serem usadas em satélites; (ii) o Yb natural, por sua vez, pode ser

utilizado como meio laser e o 169Yb pode ser usado para produzir um

aparelho de raio X portátil, para ser utilizado em lugares remotos;

(iii) Dy e Er podem ser usados como meio laser, amplificadores

ópticos, guias de ondas e os isótopos 164Dy e 167Er como

absorvedores de nêutrons a serem usados nas barras de controle em

usinas nucleares; (iv) e, por solicitação do IPEN, estamos estudando

o desenvolvimento da separação de isótopos de Mo, para tentar

viabilizar um processo alternativo de produção do radio (fármaco 99Tc, tecnécio 99) usado nas técnicas de cintilografia cardiovascular,

endocrinologia, traumatologia/ortopedia, nefrologia/urologia e

gastroenterologia [1]. Cabe ressaltar ainda que o PASIL oferece

grande oportunidade para que nosso país seja inserido como um

grande fornecedor de isótopos de terras-raras agregando, assim,

valores aos minérios de terras-raras disponíveis em nosso território.

II. Metodologia

Em linhas gerais, a metodologia a ser empregada no processo de

fotoionização seletiva a laser em isótopos de terras-raras será a

mesma que já foi empregada nos experimentos de separação

isotópica de urânio via lasers no IEAv e, portanto, a maioria das

etapas a serem vencidas já é de amplo conhecimento da nossa equipe

de pesquisa e desenvolvimento. Entretanto, novos estudos de

processos também estão sendo conduzidos com a finalidade de obter

a separação isotópica de terras-raras e do molibdênio, a partir de

evaporação a laser combinada com separação isotópica a laser. Estes

estudos compreendem: estudar a ablação a laser para a produção de

vapor atômico a partir de alvos complexos; estudar a fotoionização

seletiva em vapor produzido por ablação a laser; e estudar a extração

de íons por campos eletromagnéticos para a separação isotópica de

terras raras.

III. Principais resultados alcançados

Os resultados alcançados vão desde a conclusão e viabilização

dos laboratórios do Prédio C da EFO (em particular, a montagem dos

Laboratórios de evaporação e fotoionização - LEF) até a condução de

vários estudos desenvolvidos por alunos de iniciação científica e de

pós-graduação, sob orientação dos pesquisadores do Grupo de Laser

e Aplicação do IEAv, frutos dos trabalhos conjuntos dos Projetos

Javari 1 – Fase III e PASIL. Entretanto, devido ao número reduzido

de pesquisadores, os trabalhos concentraram-se nos estudos

espectroscópicos de Nd [2], Dy [3] e Er [4]; no desenvolvimento de

lâmpadas de catodo oco [5] desses elementos e no processo de

evaporação e ablação a laser de Cu [6] e Mo [7]. Os principais

destaques obtidos entre 2013 e 2014 foram a finalização das

instalações dos sistemas de lasers de corante pulsados e a realização

da espectroscopia optogalvânica intermodulada resultando, até o

momento, na observação e determinação preliminar do desvio

isotópico do Nd para a transição em 587,125 nm.

IV. Considerações finais e novos desafios

O PASIL tem como metas para o próximo ano concluir a

instalação de um espectrômetro de massa para análise de isótopos.

Além disso, pretende-se concluir com êxito quatro doutorados, sendo

três voltados para a determinação de desvio isotópicos do Nd, Dy e

Er e um para a produção de feixes de molibdênio por ablação a laser.

Neste último, pretende-se explorar a possibilidade de utilizar o

princípio de um dispositivo semelhante a um Calutron, para obter a

separação de isótopos contidos em plumas de materiais, a altíssimas

temperaturas geradas no processo de ablação de alvos sólidos, por

pulsos curtos ou ultracurtos de laser. Também será desenvolvida uma

dissertação de mestrado de espectroscopia do Dy. Ainda neste ano

serão iniciados os trabalhos de ablação a laser associada com

espectroscopia por fluorescência induzida por laser – LIF para o Nd.

Embora alguns dos desafios científicos e tecnológicos tenham

sido vencidos e solucionados ao longo dos últimos anos, aliados à

grande importância estratégica dos elementos das terras-raras e do

molibdênio para o país, o maior desafio que deve ser resolvido, em

curto prazo, é o de agregar e/ou contratar recursos humanos

qualificados. Uma vez que muitos destes estão sendo formados

dentro do próprio PASIL, uma vez que a maioria dos pesquisadores

desse projeto se aposenta num horizonte de quatro anos.

V. Referências

[1] Cintilografia - Wikipédia, a enciclopédia livre. Disponível em: <http://pt.wikipedia.org/wiki/Cintilografia>. Acesso em: 22/04/2013

[2] A. R. Victor, Espectroscopia optogalvânica de neodímio em lâmpada

de catodo oco, Dissertação de Mestrado em Física, ITA, São José dos Campos, 2010.

[3] J. R. Santos, Desenvolvimento de um código computacional para

simulação e análise de espectros atômicos, Trabalho de Graduação em Bacharelado em Física, Unesp Guaratinguetá, 2012.

[4] P. Bueno, Espectroscopia optogalvânica utilizando lâmpada de catodo

oco de érbio, Dissertação Mestrado em Física, ITA, São José dos Campos, 2012.

[5] C. A. B. Silveira, José W Neri, M. Esther Sbampato, Marcelo G. Destro,

Nicolau A. S. Rodrigues, Sistema de descarga em catodo oco para

aplicação em espectroscopia, 9º WAI, IEAv, 2009.

[6] J. B. Matos, Geração de um jato metálico neutro por ablação a laser, Tese de Doutorado em Física, ITA , São José dos Campos, 2012.

[7] E. M. A. Sternberg, Estudo espectroscópico de um plasma gerado

por ablação a laser em alvo metálico, Dissertação de Mestrado em Física, ITA, São José dos Campos, 2010.

Agradecimentos: os autores agradecem o suporte financeiro parcial dado pelo CNPq (1,2) Projetos Nº 310358/2012-4 e 135860/2008-3, respectivamente, e

CAPES (2).

PASIL – Processo atômico de separação isotópica via laser

Marcelo G. Destro1,2,*

, Nicolau A. S. Rodriques1,2

, Maria Esther Sbampato1, José W. Neri

1, Rudimar Riva

1,2,

Jonas Jakutis Neto1, Benedito Christ

1, Carlos A. B. da Silveira

1, Kam K. Yum

1, Alessandro R. Victor

2,

Luiz F. N. Barreta2, Patricia Bueno

2, Emmanuela M. A. Sternberg

2 e Jhonatha R. dos Santos

2

1 Divisão de Fotônica, Instituto de Estudos Avançados, São José dos Campos, SP, Brasil 2 Departamento de Física e Ciências e Tecnologias Espaciais, Instituto Tecnológico de Aeronáutica, São José dos Campos, SP, Brasil



Palavras Chave: Acreditação, calibração, medição.

I. Introdução

Semanalmente, tem sido realizada calibração de um padrão de

plano e de um padrão de rugosidade, no Laboratório de Medição de

Superfícies Ópticas (LMSO), do IEAv-DCTA. O objetivo é o de

avaliar o desempenho dos instrumentos utilizados, como função do

tempo, permitindo observar se há discrepâncias entre os resultados, o

que sinalizaria possíveis problemas no processo de medição. São aqui

apresentados os resultados das medições dos últimos cinco anos.

II. Materiais e Métodos

O Laboratório de Medição de Superfícies Ópticas (LM-SO), do

IEAv-DCTA, é um laboratório Acreditado pelo CGCRE/INMETRO

há mais de dez anos. A fim de garantir a qualidade das medições e

calibrações, são realizadas intercomparações laboratoriais.

Os equipamentos utilizados são: um interferômetro de fase Zygo

GPI Mark IV, calibrados pelo “Three Flat Method” [1], para as

calibrações de planeza; e um rugosímetro Taylor Hobson PGI 1000,

calibrado com uma semiesfera de vidro da Taylor-Hobson, de 80

mm, TH1108, para as calibrações de rugosidade. Os procedimentos

de calibração passam por análise crítica interna do LMSO a cada dois

anos e pelo CGCRE/INMETRO, nas suas visitas de avaliação. O

parâmetro de planeza avaliado é à distância Pico-Vale (PV) e os

parâmetros da rugosidade são Ra, Rz e RZmax.

III. Principais resultados

A Fig. 1 apresenta um resultado da medição de PV.

Fig. 1. Resultado de uma calibração do plano óptico.

As Figs. 2 e 3 trazem os resultados das medições do ano de 2014.

Não são apresentados os valores das incertezas das medições nas

figuras, para facilitar a visualização dos resultados. Os CMC

(capacidade de medição e calibração,) são de 10 nm, para os

resultados de PV e de 4%, para os resultados da rugosidade.

Fig. 2. Calibrações intermediárias de PV durante o ano de 2013.

Fig. 3. Calibrações intermediárias de Ra durante o ano de 2013

Observa-se nas Tabelas 1 e 2 que há grande estabilidade nos

resultados obtidos, de maneira especial para as medições de planeza,

cuja escala é apresentada em nanometros.

Tab. 1. Valores de PV obtidos nos últimos 5 anos

Ano Média Maior valor Menor valor

2009 75,1 nm 79,6 nm 69,4 nm

2010 72,6 nm 78, 5 nm 67,0 nm

2011 73,0 nm 78,5 nm 67,4 nm

2012 73,0 nm 77,9 nm 68,3 nm

2013 72,0 nm 78,7 nm 68,8 nm

Tab.2 Valores de Ra obtidos nos últimos 5 anos

Ano Ra Rz Rzmax

2010 3,02 nm 9,84 nm 9,90 nm

2011 3,02 nm 9,83 nm 9,89 nm

2012 3,02 nm 9,79 nm 9,84 nm

2013 3,02 nm 9,81 nm 9,86 nm

2014 3,03 nm 9,72 nm 9,77 nm

IV. Conclusão

As calibrações intermediárias são fator primordial para a

avaliação do desempenho das calibrações e medições realizadas no

IEAv. Os resultados encontrados demonstram a estabilidade dos

equipamentos e a correta aplicação dos procedimentos.

V. Referências

[1] Zygo, OMP-0387B, “Three Flat MetroPro Application”, rev. B, 8 de

março de 2003. [2] Kjell J. Gasvik, Optical Metrology, p. 254 – 263, John Willey & Sons,

West Sussex, England, 1995.

65

70

75

80

26/1 6/5 14/8 22/11

PV

(n

m)

Data

2013

2013

3,01

3,02

3,03

3,04

17/3 6/5 25/6 14/8 3/10 22/11 11/1

Data da medição

Ra

(m

icro

me

tro

s)

Calibrações intermediárias: garantia da

qualidade das medições do LMSO

Márcia A. F Destro, Francklim Barbosa, Fábio Dondeo Origo, Alvaro José Damião*

Divisão de Fotônica, Instituto de Estudos Avançados, São José dos Campos, SP, Brasil * [email protected]


Linhas de trabalho em óptica e eletromecânica integrada no IEAv

Rafael C. Louzada1*

, Hugo L. R. Lira1*

, Rogério M. Cazo1*

, Jorge L. S. Ferreira1*

,

Renato C. Rabelo1*

, Vilson R. Almeida2,*

1 Divisão de Fotônica, EFO-S, Instituto de Estudos Avançados, São José dos Campos, SP, Brasil

2 Departamento de Física, Instituto Tecnológico de Aeronáutica, São José dos Campos, SP, Brasil

*E-mail para correspondência: louzada,lira,rogerio,jorge,rcrabelo,[email protected]

Palavras Chave: óptica integrada, giroscópio a fibra óptica, difusão

de titânio, guias ópticos, niobato de lítio, silício, nanofotônica,

acelerômetro microeletromecânico

I. Motivação

A evolução dos componentes ópticos e eletromecânicos para

estruturas cada vez mais compactas, rápidas e eficientes tem na micro

e nanofabricação um de seus pilares. Suas aplicações no setor

aeroespacial abrangem desde conversão e tratamento óptico de sinais

de radar, no campo conhecido como fotônica de rádio-frequência,

componentes integrantes de sensores inerciais de alto desempenho,

como giroscópios ópticos e acelerômetros, e até os próprios sensores

inerciais em aplicações específicas.


O IEAv realiza estudos, projetos, simulações e caracterização de

dispositivos de óptica integrada nas plataformas de niobato de lítio

(LiNbO3) e de silício (Si), além de fabricar dispositivos em LiNbO3 e

prospectar trabalhos em cooperação com centros que fabricam

dispositivos em Si.

Uma das aplicações de maior relevância para a óptica integrada

em LiNbO3 no IEAv é a substituição de componentes discretos de

fibra óptica que realizam divisão, polarização e modulação do sinal

óptico num Giroscópio a Fibra Óptica (GFO), Fig. 1(b), por um

único chip de óptica integrada (Fig. 1(a)). Essa substituição reduz as

dimensões físicas e o peso do GFO, diminui a suscetibilidade a

ruídos externos, inibe a formação de interferômetros espúrios, devido

à diminuição do número de emendas de trechos de fibra óptica e,

principalmente, permite que a modulação seja eletro-óptica e trabalhe

em malha fechada, com consequente aumento de faixa dinâmica e de

linearidade do GFO.

(a) (b)

Fig. 1. Circuitos ópticos do GFO: versão em óptica integrada

(a) destacando os dispositivos que são equivalentes ao da versão com fibra óptica (b).

Os trabalhos envolvendo fabricação em Si desenvolvidos

atualmente no IEAv envolvem colaborações importantes, das quais

destacamos uma que envolve óptica integrada e uma que, utilizando

os processos de fabricação comuns à óptica integrada, obtém como

produto acelerômetros em mecânica integrada.

A primeira colaboração envolve IEAv e VTT Technical Research

Centre, da Finlândia, também por intermédio do CTI Renato Archer,

em projeto denominado BraFin. Nela projetamos cavidades com

ranhura (slot waveguides), que foram fabricadas na sala-limpa do

Kavli Nanoscience Institute, no Caltech, EUA, para deposição de

polímero com coeficiente termo-óptico contrário ao do silício,

visando reduzir ou até compensar a variação do comprimento de

onda de ressonâncias de cavidades em silício expostas a variações de

temperatura. A deposição do polímero Ormocomp® e a

caracterização foram realizadas no VTT. No lado esquerdo da Fig. 2

mostramos a seção transversal de guias de onda retangulares em

silício de um dispositivo fabricado, cobertos por polímero, em que

aproximamos um guia de onda de 265 nm de largura por 192 nm de

altura (esquerda) de um guia com ranhura (direita), que possui a

mesma altura, mas com largura total de aproximadamente 465 nm

com uma ranhura com 62,5 nm de largura, preenchida por polímero.

O material abaixo dos guias de onda de silício é dióxido de silício

(SiO2). Os resultados obtidos mostraram que foi possível compensar

completamente o coeficiente termo-óptico do silício a ponto de não

se observar variação dos comprimentos de onda de ressonância numa

faixa de temperatura de 15ºC a 45ºC.

Fig. 2. À esquerda, imagem obtida por varredura de feixe de elétrons da seção transversal da região de acoplamento entre guia normal em Si e guia

com ranhura. À direita, imagem obtida por microscópio óptico do

acelerômetro microeletromecânico.

A segunda colaboração, liderada pelo IEAv através do projeto

ACELERAD, envolve o Laboratório de Sistemas Integráveis (LSI)

da Universidade de São Paulo (USP), o Centre Suisse d’Electronique

et de Microtechnique (CSEM - Suíça), o CTI Renato Archer, e a

empresa Navegação e Controle (NavCon). Nela utilizamos a

plataforma de silício para a confecção de acelerômetros

microeletromecânicos, que foram fabricados e previamente

caracterizados no CSEM (Fig. 2 à direita). O objetivo final é que,

conhecidos os parâmetros de projetos e os passos de fabricação,

possamos desenvolver nossos próprios acelerômetros

microeletromecânicos, aprimorá-los e conquistar autonomia com

relação a esta tecnologia crucial para navegação. O processo de

produção e caracterização está sendo replicado no Brasil, envolvendo

as instituições e a empresa nacionais listadas acima. A caracterização

dos acelerômetros, com eletrônica de aquisição desenvolvida pelo

IEAv, aponta para medidas de aceleração com precisão da ordem de

0,05 g.

Agradecimentos: Os autores agradecem à FINEP pela estrutura laboratorial instalada através do projeto ChipOpto, ao CNPq pelos recursos para o Projeto

BraFin, e à FUNDEP pelos recursos que tornaram possível o projeto

ACELERAD.


Palavras Chave: carbono vítreo, otimização, porosidade, tecnologia

do pó.

I. Motivação

A Subdivisão de Óptica tem se dedicado à produção e à pesquisa

de Carbono Vítreo [1,2] (CV) e também à sua aplicação. A proposta

principal é a de produzir substratos leves para espelhos, pois esse é

um material carbonoso, com baixa densidade, boa resistência a

ataques químicos e boa condutividade. O CV tem diversas aplicações

possíveis, desde válvulas de coração até eletrodos e substratos para

medições de raio X.

O carbono vítreo é obtido a partir da polimerização (Fig. 1) de

uma resina muito rica em carbono, que é lentamente carbonizada

num forno até pelo menos 1000ºC. Durante a carbonização, o

material perde água, metano, oxigênio e hidrogênio, restando mais de

99% de carbono, daí o termo “carbonização”

O CV apresenta certas barreiras para a sua produção como: a

lentidão para se produzir as amostras, cujo prazo é de uma semana; o

fato que uma fração das peças trincarem durante sua produção; e

também na limitação de sua espessura, dado que peças com mais de

10 mm quebram. A maior causa das quebras é a existência de

macroporosidade indesejada no material, cujas microbolhas podem

originar trincas. No IEAv têm sido estudadas formas para se produzir

o CV com maior eficiência, permitindo que este material possa

efetivamente ser aplicado. Este trabalho envolveu pesquisadores do

IEAv, do IAE-DCTA e da Unesp de Guaratinguetá. Além, disso,

cerca de 20 bolsistas de iniciação científica e bolsa DTI foram ou

estão sendo formados neste projeto.


Redução de porosidade peças de CVM.

A redução da porosidade do carbono vítreo monolítico implica numa

melhor qualidade da superfície das peças e na diminuição de perdas

de peças por stress. Diversas linhas foram investigadas:

* Influência dos parâmetros da resina furfurílica [3,4];

* influência do tipo de resina;

* influência do ácido catalisador;

* influência do solvente do catalisador;

Fig. 1. Esquerda: polimerização de resina furfurílica no molde de borracha;

direita: peças de carbono vítreo produzidas no IEAv.

Os resultados desse trabalho levaram a uma redução significativa da

porosidade e também a uma maior eficiência na produção de peças

de carbono vítreo.

Carbono Vítreo a partir do Pó de CV

No método tradicional de produção de CV, a espessura das peças é

limitada a 7 mm e o tempo de produção delas é de uma semana. Foi

desenvolvido um novo método para produzir peças de CV usando pó

de carbono vítreo prensado, no qual não aparece essa restrição de

espessura (Fig. 2). Nesse método, o tempo de produção foi reduzido

pela metade e a espessura permitida dobrou. Foram usadas técnicas

de compressão uniaxial e também de compressão isostática.

Fig. 2. Esquerda: peça de carbono vítreo obtido a partir do pó; direita: peças

com diferentes concentrações de catalisador.

As peças produzidas no IEAv tem aplicação para aplicação como

substratos leves para espelhos (Fig.3) e para a produção de padrões

de rugosidade irradiados a laser pulsado.

Fig. 3. Esquerda: espelho com substrato de carbono vítreo; direita: ranhuras

paralelas irradiadas a laser (quadrados escuros).

III. REFERÊNCIAS

[1] G. M. Jenkins and K. Kawamura, Polymeric carbons – carbon fibre,

glass and char, Cambridge, New York, Cambridge Universtiy Press,

1976.

[2] Jerzy Zarzycki, Materials Science and Technology – a Comprehensive

Treatment – Vol. 9 Glasses and Amorphous Materials, ed. R. W. Cahn, P. Haasen and E. J. Kramer, Weinheim, New York, Basel, Cambridge,

1991.

[3] Oishi SS, Rezende MC ; Dondeo FD, Damião AJ, Botelho EC. Viscosity, pH, and moisture effect in the porosity of poly(furfuryl

alcohol). Journal of Applied Polymer Science, v. 1, 2012, p. 1680-6.

[4] Dondeo F, Damiao AJ, Miyakawa W, Nascimento F, Fernandes L, Oishi SS, Botelho EC. Surface Study of Vitreous Carbon Obtained from

Glassy Carbon Powder. MRS Proceedings, 2012, p. 1373-5.

Agradecimentos: Ao CNPq pelos processos 380335/2013-1 e 559925/2010-7

e também pelas bolsas PIBIC.

Estudo e produção de Carbono Vítreo

Álvaro J. Damiao1*

, Fábio Dondeo1, Márcia Destro

1, Luiz Lavras

1, Joely Ferraz

1, Francklim Barbosa

1, Marcos Santos

1, Júlia

Arisseto2, Alexandre Aumiller.

2 , André Garagorry

2, Edgar Macedo

2, Fernando Souza

1, Janaina Reis

1,Fernanda do

Nascimento1, Diego Llopis

1, Jéssica Baesso

3, Ana Gaspar

3, Luíza Trevenzolli

4,

1 Divisão de Fotônica, Instituto de Estudos Avançados, São José dos Campos, SP, Brasil 2 Universidade Federal de São Paulo, São José dos Campos, SP, Brasil. 3 Escola de Engenharia de Lorena - USP, Lorena, SP, Brasil

4 Engenharia Química – Unicamp, Campinas, SP, Brasil *E-mail para correspondência: damiã[email protected]

mailto:damiã[email protected]


Desenvolvimentos recentes de sensores a fibra óptica

João M. S. Sakamoto*, Rogério M. Cazo, Matheus M. de Carvalho, Carmem L. Barbosa

Divisão de Fotônica, Instituto de Estudos Avançados, São José dos Campos, SP, Brasil


Palavras Chave: sensor a fibra óptica, acelerômetro a fibras ópticas

de 6 (seis) graus de liberdade, grades de Bragg, deslocamento

angular.

I. Introdução

Sensores a fibra óptica caracterizam-se pela utilização de fibras

ópticas para modulação de uma grandeza óptica (como intensidade,

fase, frequência ou polarização) em função da grandeza física a ser

medida. Sensores a fibra óptica podem ser desenvolvidos para a

medição de deslocamento, aceleração, pressão, temperatura, força e

torque, por exemplo. Esse tipo de sensor apresenta vantagens sobre

sensores comuns, como imunidade a interferência eletromagnética,

alta precisão e sensibilidade, massa e tamanho reduzidos e, por estes

motivos, é objeto de pesquisa na Divisão de Fotônica do IEAv.

Os sensores desenvolvidos pelo grupo estão sendo aprimorados

visando à miniaturização, redução de peso e automatização para

viabilizar inovação tecnológica nas áreas de aeronáutica, aeroespaço,

petrolífera, mecânica, instrumentação e inspeção não destrutiva,

dentre outras áreas estratégicas.

II. Sensores a fibra óptica desenvolvidos

A. Acelerômetro linear a fibra óptica

Medições de aceleração linear (de um, dois ou três eixos

triortogonais) podem ser realizadas por meio do uso de uma massa

sísmica sustentada por fibras ópticas inscritas com grades de Bragg

(do inglês, Fiber Bragg Gratings – FBGs). Na Fig. 1 ilustra-se uma

montagem capaz de realizar essa medição (para o caso uniaxial) e o

respectivo eixo a ser medido.

Fig. 1. Esquema de montagem para medição de acelerações lineares (ax)

uniaxiais.

A interrogação óptica das grades de Bragg e o processamento

eletrônico, juntamente com a digitalização dos sinais envolvidos

podem ser encontradas nas referências [1-2].

B. Acelerômetro angular a fibra óptica

Esquema similar ao apresentado para medição de acelerações

lineares pode ser desenvolvido para o caso em que se objetiva medir

acelerações angulares (de um, dois ou três eixos triortogonais). Na

Fig. 2, ilustra-se a respectiva montagem para medições em um eixo.

Fig. 2. Esquema de montagem para medida de acelerações angulares ( )

uniaxiais.

C. Acelerômetro a fibras-ópticas de 6 (seis) graus de

liberdade

Partindo-se das topologias apresentadas na Fig. 1 e na Fig. 2, é

possível conceber um sensor capaz de realizar, simultaneamente,

medições de 3 (três) acelerações lineares em eixos tri-ortogonais, e

medições de 3 (três) acelerações angulares em eixos tri-ortogonais.

Tal sensor pode então ser referenciado como um acelerômetro a

fibras ópticas de 6 (seis) graus de liberdade, podendo-se constituir

como uma Unidade de Medidas Inerciais (UMI), desde que projetada

dentro das condições de projeto do veículo a que se destina..

Acelerômetros a grades de Bragg abrangem aplicações

aeronáuticas e aeroespaciais (em plataformas inerciais ou em

medições de micro-gravidade), aplicações de análise física (como a

detecção eventos sísmicos) e também para medições de vibrações em

ampla faixa de frequência, por exemplo.

D. Sensor de deslocamento angular a fibra óptica

No IEAv também desenvolve-se um sensor de deslocamento

angular a fibra óptica de alta sensibilidade, capaz de detectar

deslocamentos angulares da ordem de 1 μrad, na faixa de frequências

de DC até 85 MHz [3]. Na Fig. 3, ilustra-se o sensor e seus

componentes. O princípio de funcionamento baseia-se em modulação

de intensidade óptica em função do ângulo de inclinação da

superfície reflexiva. Este sensor, configurado adequadamente, serve

de base para a construção de microfones ópticos, hidrofones ópticos, e também detectores de ultrassom.

Considerando-se aplicações aeronáuticas e aeroespaciais, o

sensor é capaz de detectar ondas ultrassônicas volumétricas e/ou

superficiais para a realização de inspeção não destrutiva [4], pode ser

também utilizado para detecção de áudio [5], emissão acústica,

inspeção de vazamentos em tubulações, caracterização de

transdutores piezoelétricos e como detector em um microscópio de

força atômica (AFM) [6].

Os desenvolvimentos recentes deste sensor envolvem sua

aplicação para inspeção de soldagem a laser, durante o processo.

Dessa forma, tornar-se-á possível a detecção de defeitos no momento

em que são gerados. À partir dos sinais obtidos com o sensor, será

possível realimentar o sistema de controle do laser de soldagem de

maneira a se obter uma solda com qualidade dentro dos parâmetros

especificados.

Fig. 3. Sensor de deslocamento angular a fibra óptica.

III. Referências

[1] R. M. Cazo, Acelerômetro opto-mecânico baseado em grades de Bragg a fibra óptica, Tese de doutorado, ITA, São José dos Campos, 2011.

[2] INPI, Revista da propriedade industrial, n. 2174, 04 set 2012, Depósito

de patente sob n. BR 10 2012 016704-2. [3] J. M. S. Sakamoto, C. Kitano, G. M. Pacheco e B. R. Tittmann, Appl.

Opt, 51, 4841-4851 (2012).

[4] J. M. S. Sakamoto, Laser ultrasonics system with a fiber optic angular displacement sensor, Tese de doutorado, ITA, São José dos Campos,

2012. [5] J. M. S. Sakamoto, G. M. Pacheco, Physics Procedia, 3, 651–658

(2010).

[6] INPI, Revista da propriedade industrial, n.2266, 17 mai 2013, Depósito

de patente sob n. BR 10 2013 012273 4.

Agradecimentos: às agências de fomento CNPq, CAPES, FAPESP, FINEP e

Fundep pelo suporte financeiro para o desenvolvimento das pesquisas aqui

apresentadas.



Palavras Chave: GDOES, espectroscopia de emissão, descarga

luminescente, análise de superfícies.

I. Introdução

Espectrometria atômica é a técnica mais antiga utilizada

para análise de elementos químicos. Trabalhos pioneiros como o de

Kirchhoff e Bunsen [1], publicado em meados do século 19, atestam

para isto. Ela se baseia no fato de que todo elemento químico, quando

excitado, emite um espectro de linhas único. Outro ponto importante

está no fato de que a intensidade das linhas emitidas está relacionada

com a densidade de átomos, que por sua vez, também, pode ser

relacionada com a concentração desses átomos em uma amostra.

Várias técnicas são utilizadas para a produção do espectro de

emissão: chama, e plasma acoplado indutivamente para análise de

amostras líquidas, arcos e descargas luminescentes para amostras

sólidas. A utilização de descargas luninescentes para está finalidade é

denominada de “espectrometria de emissão óptica em descarga

luminescente” (glow discharge optical emission spectrometry –

GDOES). O tipo descarga mais utilizado é a fonte Grimm de anodo

oco [2]. Esta fonte de plasma é utilizada tanto para análise

composicional, como para obtenção de perfis de profundidade [3].

Nesse trabalho são apresentados resultados preliminares de

espectrometria de emissão óptica obtidos em uma descarga de catodo

oco.

II. Experimental

Na Fig. 1 é mostrado o equipamento GDOES, utilizado para

análise composicional. As medidas podem ser realizadas em catodos

com geometria plana ou oca. A pressão de base, obtida por um

sistema de vácuo turbomolecular, é inferior a 10-5 mbar. A descarga

foi operada com gás argônio com um grau de pureza de 99,999 %. O

fluxo de gás foi medido por um fluxímetro e regulado por meio de

uma válvula agulha. A pressão foi medida com um sensor capacitivo

e controlada por meio de uma válvula borboleta autorregulada. A

tensão da fonte de potência foi conectada ao catodo.

Fig. 1: Equipamento de espectrometria de emissão óptica em descarga

luminescente.

Para realizar as medidas espectroscópicas, a luz emitida pelo

catodo foi focalizada por meio de uma lente (f/ 1,8) em uma fibra

óptica de quartzo (NA 0,22). A luz foi então levada até um

espectrômetro Czemy-Turner assimétrico (f/ 1/4, 600 linhas/mm,

blaze em 300 nm e resolução de 1,4 nm) acoplado a um PC.

III. Resultados e discussão

A Fig. 2 mostra o espectro obtido para um catodo oco de titânio.

Várias linhas emitidas pelo titânio podem ser facilmente identificas

na região entre 300 e 550 nm.

Fig. 2: Espectro de emissão de uma descarga de catodo oco de titânio.

Na Fig. 3 é mostrada a intensidade da linha do titânio emitida em

543,3 nm em função da potência da descarga. Observa-se que,

embora, o aumento da intensidade com a potência da descarga não

seja linear, é possível ajustar uma curva para fitar os pontos

experimentais. Esse comportamento é apropriado para os

experimentos de espectrometria.

Fig. 3: Intensidade luminosa em função da potência em uma descarga de

catodo oco de titânio.

IV. Conclusão

Foram obtidos espectros emitidos por um catodo oco de titânio, a

partir dos quais estão sendo selecionadas as linhas mais apropriadas

para serem usadas nos cálculos de concentração.

V. Referências

[1] G.R. Kirchhoff, R. Bunsen; Chemical analysis by spectrum-observation, Philos. Mag. 1860, 20, 89-98

[2] W. Grimm; Naturwiss. 1967, 54, 586

[3] R. Payling, D. Jones, A. Bengtson; Glow discharge Optical Emission Spectrometry, John Wiley & Sons 1997

Agradecimentos: CNPq – processo no. 553930/2006-0

Espectrometria de Emissão Óptica em Descarga Luminescente – GDOES:

Resultados Preliminares

Vladimir H. Baggio-Scheid1*

, Lucas T. Pedrosa2

1Divisão de Fotônica, Instituto de Estudos Avançados, São José dos Campos, SP, Brasil 2UNIFESP, São José dos Campos, SP, Brasil


Comprimento de onda

(nm)

Inte

nsid

ad

e (

u.a

)18

0 2

8

0

38

0

48

0

58

0

68

0

78

0

88

0

98

0

108

0


Palavras Chave: VANT, navegação autônoma, piloto automático,

montagem.

I. Introdução

Algoritmos para o planejamento automático de trajetórias

compostas por posições geográficas, destinados à navegação

autônoma de veículos não tripulados e ao processamento

computacional de dados obtidos por diferentes sensores têm sido

estudados e testados em laboratório na Divisão de Geointeligência

[1], [2]. A necessidade de diferentes plataformas para testar alguns

destes algoritmos em algumas situações reais motivou o

desenvolvimento de um Veículo Aéreo Não Tripulado (VANT) do

tipo asa fixa. A fase atual deste trabalho é a de montagem do VANT

(Fig. 1), que possui a interface da estação de controle ilustrada na

Fig. 2.

Fig. 1. VANT em desenvolvimento neste trabalho.

Fig. 2. Interface da estação de controle do VANT.

II. Plataforma VANT

O VANT está sendo desenvolvido sobre a plataforma de um

aeromodelo rádio controlado com 91 cm de comprimento, 128 cm de

envergadura, 24,8 cm de altura e, aproximadamente, 800 gramas. O

VANT poderá ser controlado remotamente por um usuário via

telemetria ou poderá operar de modo autônomo através de um piloto

automático.

O VANT terá um sistema eletrônico First Person Vision (FPV)

que possuirá uma câmera embarcada na cabine para captura, em

tempo real, de imagens que serão enviadas para auxiliar o usuário no

controle do veículo. O VANT também terá um sistema para

aquisição e armazenamento de vídeos, que poderá ser instalado em

algumas das diferentes estruturas do veículo.

O piloto automático do VANT permitirá a navegação autônoma

através de uma trajetória composta por posições geográficas. O piloto

automático utilizará os seguintes sensores e sistemas para estimação

de posicionamento e de atitude do VANT: sistema receptor para

Global Positioning System (GPS); magnetômetro; sistema inercial

composto por um acelerômetro e um giroscópio; e, barômetro.

A Fig. 3 apresenta um diagrama simplificado da conexão entre

alguns componentes do VANT. Como apresentado neste diagrama, à

priori, o sistema FPV e o sistema de aquisição de imagens serão

independentes, isto é, não possuirão conexões com outros

componentes. Entretanto, futuramente, o sistema de aquisição de

imagens poderá ser conectado ao piloto automático e fornecer dados

para correção de vôo.

Fig. 3. Diagrama simplificado da conexão entre alguns componentes do

VANT.

III. Conclusões

Neste trabalho, foi apresentada a fase inicial de montagem do

VANT. Também foram mencionados alguns dos principais

sistemas/módulos do veículo. As próximas fases do desenvolvimento

deste veículo são: embarque do sistema computacional do piloto

automático e ajustes; experimentos com o sistema de telemetria; série

de vôos no modo manual de operação; e série de vôos no modo

autônomo de operação.

IV. Referências

[1] F. L. L. Medeiros, Planejamento de trajetórias para veículos aéreos não

tripulados usando modelagem computacional de ambientes de

navegação através de grafos de visibilidade e modelos digitais de elevação, Tese de Doutorado, INPE, São José dos Campos, 2012.

[2] F. L. L. Medeiros, Utilização de correspondências entre histogramas

normalizados de imagens para a estimação automática de algumas informações de vôo, Symposium of Operational Applications in Areas

of Defense (SIGE), ITA, São José dos Campos, 286-290, 2012.

Desenvolvimento de um VANT do tipo asa fixa com sistema de navegação

autônoma: montagem

Felipe Leonardo Lôbo Medeiros1*

1 Divisão de Geointeligência, Instituto de Estudos Avançados, São José dos Campos, SP, Brasil



Palavras Chave: robô, navegação autônoma, planejamento de

trajetórias, piloto automático.

I. Introdução

Algoritmos destinados ao planejamento automático de trajetórias

compostas por posições geográficas, destinados à navegação

autônoma de veículos não tripulados e ao processamento

computacional de dados obtidos por diferentes sensores têm sido

estudados e testados em laboratório na Divisão de Geointeligência

[1]. A necessidade de diferentes plataformas para testar alguns destes

algoritmos em algumas situações reais motivou o desenvolvimento

de um robô neste trabalho. O robô é apresentado na Fig. 1.

Fig. 1. Robô desenvolvido neste trabalho.

II. Plataforma robótica

O robô foi desenvolvido sobre a plataforma de um automodelo

rádio controlado do tipo off-road com 41.3 cm de comprimento, 32.4

cm de largura e 28.2 cm de altura. O robô pode ser controlado

remotamente por um usuário via telemetria ou operar de modo

autônomo através de um piloto automático. O piloto automático do

robô permite a navegação autônoma através de uma trajetória

composta por posições geográficas. O piloto automático utiliza os

seguintes sensores e sistemas para estimação de posicionamento e de

atitude do robô: um sistema receptor para Global Positioning System

(GPS); um magnetômetro; um sistema inercial composto por um

acelerômetro e um giroscópio; e um barômetro. A Fig. 2 apresenta

um diagrama simplificado dos componentes do robô e suas

respectivas conexões.

Fig. 2. Diagrama simplificado das conexões entre componentes do robô.

III. Conjunto de experimentos

Experimentos com o sistema de telemetria e o sistema de

navegação autônoma do robô foram realizados através do sistema

Mission Planner. Apesar da denominação, este sistema não é um

planejador de missão. O Mission Planner é um sistema

computacional gratuito com algumas funcionalidades de uma estação

de solo usada para o controle e monitoramento de veículos não

tripulados [2]. Através deste sistema, trajetórias de navegação foram

usadas como referência para o piloto automático do robô. A Fig. 3

apresenta alguns resultados obtidos com experimentos realizados

com o robô através do sistema Mission Planner.

Fig. 3. Experimentos com o robô via sistema Mission Planner.

IV. Conclusões

O robô desenvolvido neste trabalho permite testar, em situações

reais, alguns algoritmos de planejamento automático de trajetórias e

de navegação autônoma. Por questões de segurança, o robô pode ser

usado para testar alguns sensores e alguns sistemas computacionais

antes de serem embarcados em um veículo aéreo não tripulado.

V. Referências

[1] F. L. L. Medeiros, Planejamento de trajetórias para veículos aéreos não tripulados usando modelagem computacional de ambientes de

navegação através de grafos de visibilidade e modelos digitais de

elevação, Tese de Doutorado, INPE, São José dos Campos, 2012. [2] M. Oborne, Mission planner, http://planner.ardupilot.com/. Último

acesso em 12/05/2014.

Robô para testes de algoritmos de planejamento automático de trajetórias e

de navegação autônoma

Felipe Leonardo Lôbo Medeiros1*




Palavras Chave: cobertura por satélites, STK, otimização de

cobertura.

I. Introdução

O objetivo deste trabalho é descrever o desenvolvimento de um

modelo que permita fazer análises da cobertura gerada por sensores

(por exemplo, radares ou satélites), considerando suas características

e alvos de interesse. Este modelo deverá ser empregado

posteriormente em processos de apoio à tomada de decisão na

escolha do sensor e da metodologia de análise da performance da

cobertura de áreas ou alvos de interesse em um cenário.

II. Visão geral

Neste estudo, a performance da cobertura gerada por sensores

espaciais embarcados tem sido avaliada utilizando-se os parâmetros

espaciais e temporais destes sensores. Processos de tomada de

decisão geralmente necessitam de dados associados aos alvos

monitorados e suas características, juntamente com o controle da

atitude (direcionamento) de um satélite e do seu controle otimizado

por meio de sensores de posicionamento. O modelo proposto neste

trabalho combina a capacidade do sensor com as características do

alvo no cenário avaliado para o planejamento e análise de

desempenho da cobertura. Características técnicas e operacionais dos

sensores e suas limitações são avaliadas através de simulações.

III. Simulação da cobertura por satélite

Para a simulação e análise da órbita e cobertura de um satélite

está sendo utilizado o software Systems Tool Kit (STK), versão 10, da

empresa Analytical Graphics Inc. (AGI). Este software utiliza

modelos físico-geométricos para exibir e analisar com precisão a

cobertura de um sensor embarcado em diferentes plataformas 0. A

licença free trial do software permite a modelagem de cenários para

um estudo simples da cobertura.

IV. Classificação dos sensores

Os estudos realizados até o momento permitiram coletar

informações importantes com respeito às características essenciais

para a classificação de sensores. Para a otimização da cobertura dos

sensores é fundamental que estas informações sejam conhecidas pois

possibilitam a tomada de decisão de forma mais consistente com

respeito a qual sensor atende aos requisitos tanto para detectar

determinado alvo quanto para realizar a cobertura de uma área. Ou

seja, a escolha por um sensor deverá considerar o trade off entre as

características de sua cobertura e o resultado desejado do

monitoramento. A Fig. 1 ilustra algumas das principais características

que devem ser levadas em consideração ao se fazer uma escolha por

um determinado sensor.

Fig. 1. Principais características de um sensor.

V.Identificação de um alvo

Os estudos realizados sobre este tema resultaram em informações

relevantes com respeito às características que possibilitam que o

sensor perceba e identifique um alvo. As simulações com o STK

indicaram que o IFOV (Instantaneous Field of View) tem importante

papel na cobertura dos alvos pois determina o que é visto a partir de

um satélite. Para determinar se um alvo será percebido pelo sensor,

deve-se calcular o menor diâmetro (D) detectável por este sensor,

conforme (1) utilizando a altura do sistema óptico (H) e o IFOV

angular (θ) em milirradianos, calculado em (2) [2]. É possível

também determinar a largura da faixa de cobertura (β) perpendicular

à trajetória do sensor, ou GIFOV (Ground-projected Instant Field of

View) através de (3) [2, 3].

D = Hθ (1)

θ = d/f (2)

β = 2H tan(θ/2) (3)

Fig. 2. Características do GIFOV.

A partir dos elementos que determinam a visão do sensor, como

o GIFOV, estão sendo realizados estudos que possibilitarão a análise

eficiente da utilização dos sensores embarcados de forma a auxiliar

na escolha daquele que obtém o melhor resultado em relação à

cobertura, como por exemplo na definição da freqüência de

imageamento necessária para a cobertura de um alvo ou área.

VI. Considerações finais

Estudos realizados até o momento mostraram que o STK é uma

ferramenta poderosa que permite a visualização e até mesmo a

análise da cobertura dos sensores embarcados em satélites e

aeronaves. Concluída a etapa atual do projeto de relacionar as

características presentes nos sensores aos requisitos de cobertura,

será possível desenvolver um modelo de otimização de cobertura, no

qual o STK poderá ser utilizado como ferramenta de análise e

visualização dos resultados.

VII. Referências

[1] AGI; Help STK 10.1. Disponível em:

<www.agi.com/resources/help/online/stk/10>, Acesso em: 05/06/2014.

[2] J. R. Jensen; Sensoriamento remoto do ambiente - Uma perspectiva em recursos terrestres, 2a ed., Editora Parêntese:São José dos Campos, 2009.

[3] R. A. Schowengerdt; Remote sensing - Models and methods for image

processing, 3a ed., Editora Elsevier:San Diego, 2007.

Agradecimentos: à agência de fomento CNPq pelo financiamento do projeto

560305/2010-9 e da bolsa DTI-B do colaborador Diogo Maciel Almeida.

Estudo de modelo de avaliação de cobertura de sinal de um sistema de

computação, navegação e posicionamento por satélites

Diogo Maciel Almeida*, Maria José P. Lamosa, Mônica M. De Marchi e Oswaldo Catsumi Imamura

Divisão de Geointeligência, Instituto de Estudos Avançados, São José dos Campos, SP, Brasil



Palavras Chave: problema de roteamento e cobertura, multiobjetivo,

GRASP, análise de decisão.

I. Introdução

O processo de tomada de decisão em cenários complexos

envolvendo incertezas e uma grande variedade de informações e de

entidades responsáveis pela tomada de decisão é extremamente

desafiador. Neste contexto, é fundamental o domínio de

metodologias de otimização capazes de oferecer uma visão global do

cenário e alternativas que auxiliem a tomada de decisão.

Neste trabalho, pretende-se apoiar este processo de tomada de

decisão aplicando conceitos da Pesquisa Operacional para tratar um

problema de roteamento específico onde o objetivo é determinar uma

rota eficiente para cobrir (monitorar) um conjunto de áreas em uma

determinada região onde algumas destas áreas, denominadas

sensíveis, precisam ser revisitadas o mais breve possível. Neste caso,

a rota gerada poderia ser utilizada para monitoramento da região e

geração de informações. Como aplicação, o problema tem sido

considerado em cenários de gerenciamento de crises, vigilância do

espaço aéreo e busca e salvamento.

II. Contextualização

Para garantir que as áreas sensíveis permaneçam descobertas o

mínimo de tempo possível é interessante buscar a maximização dos

retornos a estas áreas. Por outro lado, a rota pode resultar em um

custo muito alto. Assim, o problema é multiobjetivo devido ao trade-

off entre a maximização de retornos às áreas sensíveis e a

minimização dos custos. Em [1], o problema foi denominado

CRPMRCA (do inglês, Covering-Routing Problem with Maximum

Returns to Critical Areas) e proposta uma formulação matemática.

Em [2] utilizamos o método -restrito para resolver o

CRPMRCA, que consiste de um procedimento clássico da literatura

para tratar problemas multiobjetivos onde o problema é reformulado

considerando somente um dos objetivos e incluindo os demais como

restrições do problema limitados a um valor específico, o qual é

atualizado iterativamente de forma a gerar a curva de trade-off.

Em [3] foram apresentadas outras duas tentativas para tratar o

problema, utilizando ainda a formulação proposta em [2]. A primeira

consistiu em reduzir o custo dos arcos que passam por uma área

sensível de forma a permitir um número maior de retornos a estas

áreas. Esta redução foi feita utilizando uma porcentagem fixa dos

valores originais. Em seguida, a formulação matemática foi utilizada

e, no final, o custo original restaurado para mostrar o aumento

resultante no custo final da rota. A segunda tentativa consistiu em

manter no grafo somente os nós referentes às áreas sensíveis e

utilizar como custo dos arcos o valor do caminho mínimo entre estas

áreas. Em seguida, as áreas não sensíveis, ainda não consideradas na

geração dos caminhos mínimos, são incluídas. A formulação é então

utilizada considerando os nós do novo grafo. Em ambas as tentativas,

a formulação matemática considerou somente o objetivo de

minimização do custo e o retorno às áreas sensíveis foi permitido.

III. Novas abordagens de resolução

Nos trabalhos anteriores, buscava-se rotas otimizadas em relação

ao custo e ao número de retornos. Entretanto, considerando os

cenários de aplicação e da forma como o problema foi definido, o

CRPMRCA pode ser abordado como um problema de decisão, onde

dadas inúmeras configurações de rotas possíveis e os respectivos

retornos às áreas sensíveis, a questão de interesse será definir a

solução com maior valor de utilidade possível. Ou seja, além do

custo e do número de retornos, podem ser considerados fatores como

risco ou a probabilidade de se encontrar o que se está buscando ao

realizar uma determinada rota com um determinado número de

retornos em uma área (por exemplo, a probabilidade de encontrar um

sobrevivente em um cenário de busca e salvamento). Para auxiliar

neste tipo de decisão, propusemos em [4] uma nova abordagem

utilizando conceitos da teoria de Análise Estatística da Decisão onde

foram incorporados conceitos da Teoria de Utilidade para considerar

o risco inerente a este tipo de cenário [5]. Nos testes computacionais

realizados a solução sugerida pela metodologia mostrou um

comportamento esperado em relação ao perfil de exposição ao risco

do decisor, representado pelas diferentes curvas de utilidade.

No momento, encontra-se em desenvolvimento uma nova

abordagem utilizando um algoritmo GRASP multiobjetivo onde

foram feitas as adaptações necessárias para tratar o CRPMRCA.

Foram realizados alguns testes e os resultados obtidos até o

momento, apesar de limitados, parecem promissores. Entretanto,

mais testes deverão ser realizados para validar a metodologia.

IV. Considerações finais

Como continuidade do trabalho, pretende-se utilizar outras

metodologias multiobjetivo para comparação de resultados. Além

disso, melhorias serão propostas na metodologia utilizada em [4]

pois, apesar de ter mostrado coerência nos resultados considerando os

parâmetros estabelecidos, a metodologia ainda necessita de uma

calibração estatística dos parâmetros da função utilidade para que

estes sejam representativos em relação à prescrição do

comportamento dos decisores face ao risco para uma aplicação real.

Por fim, um novo modelo está sendo desenvolvido para incluir

limitações e características ao problema que até o momento não

estavam sendo consideradas como, por exemplo, o tempo associado e

a autonomia/capacidade da entidade que realizará o roteamento.

V. Referências

[1] M. J. P. Lamosa, D. M. Lamosa e M. M. De Marchi; Heurística

modificada para um problema de roteamento e cobertura com

maximização de retornos às áreas sensíveis – resultados computacionais, In: XLIII SBPO, Ubatuba, SP, 1535-1546, 2012.

[2] M. J. P. Lamosa, M. M. De Marchi e D. M. Lamosa; O problema de

roteamento e cobertura num contexto de gerenciamento de crise, In: XLIV SBPO, Rio de Janeiro, RJ, 2012.

[3] M. J. P. Lamosa, M. M. De Marchi e D. M. Lamosa; Resolução do

problema multiobjetivo de roteamento e cobertura com retorno às áreas sensíveis, In: XLV SBPO, Natal, RN, 2013.

[4] M. J. Pinto, M. M. De Marchi, C. A. L. Araújo Júnior e R. A. Scarpel;

Análise estatística de decisão para tratar o problema de roteamento e cobertura com máximo retorno às áreas sensíveis, In: XVI ONPCE, São

Carlos, SP, 2014.

[5] O. R. Bekman e P. L. Costa Neto; Análise Estatística de Decisão, Editora Edgard Blucher: São Paulo, 1980.

Agradecimentos: à FAPESP, pelo financiamento do Projeto Temático no 2010/10133-0.

Análise de cobertura considerando a proteção de áreas sensíveis: novas

abordagens de resolução

Maria José Pinto Lamosa* e Mônica Maria De Marchi

Divisão de Geointeligência, Instituto de Estudos Avançados, São José dos Campos, SP, Brasil *E-mail para correspondência: [email protected]


Palavras Chave: planejamento de missão, PMA, planejamento de

defesa, PDA, AEROGRAF, SIG.

I. Introdução

Na década de 90 o IEAv desenvolveu o Projeto AEROGRAF,

cujo objetivo foi a criação de módulos (softwares) que pudessem

atender as várias necessidades operacionais da FAB. Foram

desenvolvidos quatro módulos: Inteligência (INT),

Geoprocessamento (GEO), Planejamento de Defesa Aérea (PDA) e

Planejamento de Missão Aérea (PMA).

No início de 2003, foram iniciados estudos objetivando a

atualização destes módulos, começando pelo PMA e pelo PDA,

ambos com várias funcionalidades básicas em comum, mas

completamente independentes. Optou-se por desenvolver um sistema

único, onde as funcionalidades pudessem ser implementadas

isoladamente, mas visualizadas no mesmo ambiente e onde elas

pudessem trocar informações entre si através de interfaces bem

definidas, sem necessidade de conhecimento completo umas das

outras. Surgiu, então, a Plataforma AEROGRAF, que passou a ser

utilizada como ambiente de integração dos projetos do IEAv que

necessitam de um ambiente georreferenciado, notadamente para os

estudos de caso das tecnologias de auxílio à decisão e avaliação de

cenários táticos.

II. Plataforma AEROGRAF

A Plataforma AEROGRAF, Fig. 1, consiste de um Sistema de

Informações Geográficas básico com visualização georreferenciada

em 2D e 3D, animações em função do tempo e interface para o

desenvolvimento de aplicações garantindo a modularidade e a

integração entre quaisquer componentes desenvolvidos [1].

Fig. 1. Plataforma AEROGRAF.

III. PMA

O PMA em sua versão atual utiliza a Plataforma AEROGRAF e

consiste no desenvolvimento de componentes com funcionalidades

de planejamento, análise e debriefing de missão. O PMA tem por

objetivo ser o programa padrão em todas as Unidades Aéreas (UAE)

do Comando-Geral de Operações Aéreas (COMGAR), considerando

a doutrina operacional das aviações de Asas Rotativas, Busca e

Resgate, Caça, Patrulha, Reconhecimento e Transporte.

Atualmente, o PMA permite o planejamento, análise e debriefing

de missões aéreas, com funcionalidades como: compilação de

cenários táticos em duas e três dimensões; criação de rotas de

navegação com suporte a órbitas, reabastecimento em vôo,

navegação por contato, dispersão da formação e padrões de busca;

análise de separação entre trajetórias; integração com equipamentos

de posicionamento global; reconstituição, análise de vôos e análise de

parâmetros de combate das aeronaves. O impacto operacional do

PMA é muito significativo, permitindo, por exemplo, melhorar o

desempenho das missões aéreas, economia de meios e

aperfeiçoamento da instrução operacional de combate.

A Fig. 2 apresenta exemplos de funcionalidades do PMA.

Fig. 2. Exemplos de funcionalidades do PMA.

IV. PDA

O objetivo principal do PDA é facilitar ao planejador de defesa

aeroespacial fazer seu planejamento baseado em um ponto sensível a

ser defendido contra aeronaves incursoras hostis.

O PDA simula coberturas de radares e de artilharia antiaérea,

bem como a ação de interceptação das aeronaves de caça da FAB e

calcula as linhas de defesa e as eventuais regiões de vulnerabilidade

da Defesa Aérea. Na versão atual, em desenvolvimento, o PDA

também disponibiliza a funcionalidade de planejamento de defesa

aeroespacial focado na aeronave incursora, calculando e desenhando

a região de combate provável entre a aeronave incursora e as

aeronaves interceptadoras.

O PDA é utilizado pelo COMDABRA (Comando de Defesa

Aeroespacial Brasileiro) desde a década de 90 e atualmente foi

atualizado e passou a ter novas funcionalidades utilizando a

Plataforma AEROGRAF.

A Fig. 3 apresenta os seguintes exemplos de funcionalidades do

PDA: um cenário composto de três objetos, incursor, radar e

artilharia (3 lóbulos menores), com as linhas de cobertura geradas e

visualizadas em 3D; e a integração da cobertura de 6 radares de

detecção 25.000 pés.

Fig. 3. Exemplos de funcionalidades do PDA.

V. Referências

[1] M. R. C. de Aquino, F. Petersen Júnior. e D. Bonato, Spectrum, 11, 26-28 (2008).

Agradecimentos: ao EMAER, pelo financiamento do projeto 062/COMAER/2008.

Plataforma AEROGRAF – Um ambiente de integração

Márcia Rodrigues Campos de Aquino1 , *

, Ten Cel Av Flavio Petersen Júnior1, João Camilo da Silva

1, José Paulo Breda Destro

1,

Airton Prati1, Cap Av Diego Bonato Langer

1, Cap Av Diego Geraldo

1 e Ten QOENG Davison Silva Santos

1




Palavras Chave: alocação de recursos de defesa, teoria dos jogos,

oponentes inteligentes, simulação.

I. Motivação

Decidir sobre a melhor forma de alocar recursos de defesa,

especialmente quando se lida com um oponente inteligente e

adaptável, é uma tarefa extremamente desafiadora. Visto como um

jogo, neste escopo, cada parte envolvida age de acordo com suas

crenças e de acordo com as antecipações que podem ser feitas sobre o

adversário. Sendo capaz de lidar com interações estratégicas entre os

lados envolvidos no jogo e considerar as ações que podem ser

escolhidas como interdependentes, a teoria dos jogos fornece

algoritmos e critérios para a obtenção de estratégias ótimas para

atores racionais que podem influenciar o resultado de processos e têm

interesses diferentes sobre as possíveis soluções finais.


Decisões sobre a alocação de recursos de defesa para fazer frente

a um oponente inteligente, como por exemplo, estados hostis

organizados (casos de conflitos armados clássicos) ou organizações

assimétricas como terroristas ou o crime organizado, exigem que se

considere que, ao contrário de eventos naturais ou sistemas de

engenharia, adversários inteligentes se adaptam a diferentes medidas

defensivas que possam ser tomadas para combatê-los. Nesses casos,

as perdas, ao invés de serem regidas pelo acaso, são proporcionadas

por um oponente que tem como objetivo causar prejuízos [1]. Por

hora investiga-se a adequação dos jogos de Stackelberg ao estudo da

alocação de recursos de defesa.

A Fig. 1 exibe um exemplo de um jogo de Stackelberg genérico

que representa as diversas ações possíveis de serem escolhidas pela

defesa (N_1, N_2, ..., N_y) e pelo ataque (s_0, s_1, ..., s_k). Ainda

percebem-se as chances que o atacante possui de obter sucesso (v=1)

ou fracasso (v=0) em suas investidas. Qual ação que a defesa deveria

adotar?

Fig. 1. Jogo de Stackelberg genérico


Um dos desafios que se enfatiza para a solução de problemas

através dos jogos de Stackelberg é o problema da escalabilidade.

Nestes tipos de jogos, o espaço de estratégias tanto da defesa quanto

do atacante pode aumentar exponencialmente com o número de

possibilidades de ataques e com o número maneiras de se alocar o

recurso disponível para a defesa. Essa questão que pode vir a exigir

um esforço computacional extremamente elevado.

O que se vislumbra é um algoritmo que permita a analise de

diversos problemas de decisão que representem a maneira como o

atacante se adapta e se comporta a cada nova alocação de recurso que

a defesa realiza (Fig. 2). Ao invés de se considerar todas as

combinações possíveis de medidas de defesa, o algoritmo leva em

conta apenas um subconjunto, evitando-se assim a explosão

combinatória [2], [3]. Por meio de simulações de Monte Carlo pode-

se obter a distribuição de probabilidade preditiva de do

comportamento do atacante.

Fig. 2. Problema de decisão

Ainda existe a necessidade de se aprofundar na forma como as

funções de utilidade associadas ao atacante devem ser construídas e,

da mesma forma, existe a intenção de se explorar o modo como as

probabilidades subjetivas de sucesso e fracasso para as investidas

adversárias podem ser obtidas (análise de vulnerabilidades).

Essa linha de pesquisa contribui para a determinação racional da

alocação de recursos de defesa em situações nas quais se enfrenta um

oponente inteligente o que, se enxergado a luz do teatro operacional

da guerra aérea, é a missão precípua da Força Aérea Brasileira.

IV. Referências

[1] L. A. Cox; Risk analysis: an official publication of the Society for Risk

Analysis, 29, 336–41 (2009).

[2] M. Zawadzki e M. N. C. Belderrain; Adversarial risk analysis in defense resource allocation for sports mega-events. Apresentado em Dealing

with disasters (DWD 2013) together with the 4th conference of the

IDRIM, 2013. [3] M. Zawadzki; G. Montibeller e M. N. C. Belderrain; Adversarial Risk

Analysis in Defense Resource Allocation: Discouraging a Terrorist

Attack. Apresentado em INFORMS, 2013.

Sistemas de apoio à decisão para alocação de recursos de defesa baseados em

análises de risco inteligente

Marcelo Zawadzki1,2*

, Mischel Carmen Neyra Belderrain2, Gilberto Montibeller

3, João J. Farias Neto

1

1 Divisão de Geointeligência, Instituto de Estudos Avançados, São José dos Campos, SP, Brasil 2 Divisão de Engenharia Mecânica, Instituto Tecnológico de Aeronáutica, São José dos Campos, SP, Brasil

3 London School of Economics, Londres, Reino Unido, UK



Palavras Chave: árvores decisórias, teoria dos jogos, opções reais,

valor da informação.

I. Motivação

A solução de problemas que envolvam decisões em ambientes

sujeitos a incertezas frequentemente se beneficia da explicitação das

árvores decisórias subjacentes a eles. A análise de riscos em

operações complexas - sejam eles devidos a falhas de organização, a

eventos naturais ou a inimigos maliciosos - é um desses problemas;

nesse caso, redes bayesianas e teoria dos jogos são de grande ajuda

para o seu equacionamento e solução. A priorização de atividades e a

avaliação de empreendimentos se beneficiam do cálculo do chamado

valor esperado da informação, que, ao ser levado em conta, pode

mudar substancialmente o rumo daquelas e as decisões de

investimento naqueles (opções reais).

II. Avanços em 2013

No campo teórico, concluímos [1] que o algoritmo usado nos

modelos ARA (Adversarial Risk Analysis) (ver, por exemplo, [2])

nem sempre converge. Exibimos casos em que a convergência ocorre

e casos em que não. A simples mudança de ponto inicial pode alterar

esse comportamento. Argumentamos que, quando o algoritmo não

converge, o enfoque ARA é inútil, por não resultar na recomendação

de uma estratégia bem definida. No caso de convergência,

concluímos que o equilíbrio ARA é um refinamento do equilíbrio

bayesiano.

No campo prático, concluímos o desenvolvimento de um pacote

computacional, denominado por nós VIPDecisions , para cálculo do

valor da informação em árvores decisórias [3][4][5]. O IEAv entrou

com pedido de registro junto ao INPI (protocolo número

018130041084) Ao contrário dos pacotes comerciais disponíveis, que

só automatizam esse cálculo para diagramas de influência, o nosso o

faz para árvores detalhadas e permite que se associe uma rede

bayesiana a cada nó aleatório, de modo a se relacionar as

probabilidades dos seus ramos a outras variáveis. Permite também a

elaboração descentralizada da árvore: ramos da mesma organização

elaboram suas sub-árvores decisórias e a direção geral as acopla

facilmente à árvore global. Um algoritmo de reorganização da árvore

em formato circular é outra característica inovadora. A possibilidade

de se calcular, com alguns cliques de “mouse”, o valor da informação

perfeita ou imperfeita de um subconjunto qualquer de nós aleatórios

da árvore é a principal funcionalidade desse “software”.


Estamos tentando atualmente estabelecer as condições que

determinam a convergência ou não do algoritmo ARA e buscando

aplicações para o VIPDecisions.

A integração de modelos de dissuasão baseados em teoria dos

jogos com o cálculo automatizado do valor da informação e o

conceito de risco de Aumann e Serrano [6] deverá possibilitar

análises mais precisas dos riscos e oportunidades em cenários que

requeiram o uso da Força Aérea e em grandes empreendimentos de

expansão do domínio do espaço aéreo e acesso ao orbital. O

acoplamento a mercados de predição permitirá a diminuição da

incerteza quanto a vários parâmetros desses modelos.

Essa linha de pesquisa contribuirá para a determinação racional

do orçamento ótimo para a Aeronáutica, bem como de um plano

diretor que priorize suas atividades de pesquisa e desenvolvimento.

IV. Aplicações

O equilíbrio ARA, se bem estabelecido e delimitado, facilitará a

obtenção de estratégias ótimas em jogos complexos de ataque e

defesa.

A avaliação de projetos de pesquisa científica e tecnológica terá

mais rigor, se usado o “software” desenvolvido. Parte-se do modelo

básico (caso mais simples não degenerado) da Fig. 1, em que o

governo tem duas possibilidades: apostar em desenvolvimento

dependente (que não necessitará, mais adiante, de tecnologia

nacional) ou independente (que só funcionará, se mais adiante o país

dispuser das informações que seriam levantadas pelo projeto). O

valor das informações obtidas com a pesquisa pode ser calculado

com o pacote; de posse dele, ficará claro se vale a pena investir na

pesquisa e, em caso afirmativo, quanto. O modelo básico é tão

simples que pode ser calculado a mão; porém, para se obter seus

parâmetros, será necessário subdividir seus ramos em vários níveis de

sub-ramos, podendo a árvore resultante ser muito grande.

Fig. 1: Valor da informação perfeita sobre o nó aleatório: 0,5 (=1,5-1).

V. Referências

[1] J.J. Farias Neto; INFORMS Annual Meeting, Minneapolis, EUA, p. 304-

304 (2013).

[2] L. McLay; C. Rothschild; S. Guikema; Decision Analysis, Vol. 9, No. 1, pp. 41–54 (2012).

[3] J. J. Farias Neto; L. A. de Almeida; H. A. Vieira; Anais Eletrônicos (CD-

ROM) do XV SIGE - Simpósio de Aplicações Operacionais em Áreas de Defesa. São José dos Campos, ITA, p. 37-41 (2013).

[4] L. A. de Almeida; H. A. Vieira ; J. J. Farias Neto; Anais do Simpósio de

Ciência e Tecnologia do Instituto de Estudos Avançados (SCTI). São José dos Campos, Instituto de Estudos Avançados, pp. 168-172 (2013).

[5] J. J. Farias Neto; M. Zawadski.; L. A. de Almeida; H. A. Vieira;

Atividades de Pesquisa e Desenvolvimento - IEAv. São José dos Campos, Instituto de Estudos Avançados, v. 6. p. 119-119 (2013).

[6] R. J. Aumann e R. Serrano, An Economic Index of Riskiness, working

paper n. 20, Dept. of Economics, Brown University. 2006.

Avanços recentes em teoria dos jogos e árvores decisórias no IEAv

João J. Farias Neto1*

, Luísa A. de Almeida2, Heitor A. Vieira

3

1 Divisão de Geointeligência, Instituto de Estudos Avançados, São José dos Campos, SP, Brasil 2 Centro de Computação da Aeronáutica CCA/DECEA, São José dos Campos, SP, Brasil

3Centro de Inteligência da Aeronáutica CIAER, Brasil



Palavras Chave: criticalidade, geometria esférica, transporte,

difusão, nêutrons, métodos determinísticos.

I. Introdução

Nos processos de verificação e validação de um procedimento ou

programa computacional, os resultados obtidos são comparados,

respectivamente, com valores calculados com procedimentos ou

programas diferentes e valores experimentais.

Neste trabalho, são reproduzidos alguns resultados de cálculos de

criticalidade realizados para os problemas-padrão Godiva [1] e

Jezebel [1], que são, respectivamente, esferas de urânio enriquecido e

plutônio metálicos. Inicialmente, são comentados uma Dissertação de

Mestrado [2] e um Relatório Interno [3], que utilizaram a Teoria de

Transporte de Nêutrons. Posteriormente, é abordada uma

metodologia descrita na literatura [4], que utiliza a Teoria de Difusão

de Nêutrons.

II. Estudo comparativo entre conjuntos de seções de choque

Naquele estudo comparativo [2], os resultados obtidos com o

programa computacional DTF-IV, usando uma biblioteca de dados

nucleares multigrupo gerada pelo sistema NJOY a partir da biblioteca

de dados nucleares avaliados ENDF/B-IV, foram muito bons para

sistemas rápidos e os piores para sistema epitérmicos e térmicos,

quando comparados com valores recomendados e experimentais.

Tanto para sistemas rápidos quanto para sistemas epitérmicos e

térmicos, um conjunto de seções de choque foi gerado usando os

módulos MODER / RECONR / BROADR / UNRESR / GROUPR /

DTFR e função de ponderação Maxwelliana, para a faixa térmica;

1/E, para a faixa epitérmica; e espectro de fissão, para a faixa rápida.

Na Tab. 1 são apresentados os valores experimental e calculados dos

raios críticos para os sistemas rápidos. Tab. 1. Raio crítico (cm).

Problema-padrão Recomendado [1] Estudo [2] Literatura [4]

Godiva 8,741 8,863 8,370

Jezebel 6,385 6,331 6,346

Embora a seqüência de módulos seja a indicada para sistemas

rápidos, a função de ponderação usada é característica de sistemas

térmicos, como os reatores de Angra.

Em outras palavras, naquele estudo, para sistemas rápidos a

seqüência de módulos estava apropriada, mas a função de ponderação

não era a mais indicada. Por outro lado, para sistemas epitérmicos e

térmicos, a seqüência de módulos não era a mais apropriada, mas a

função de ponderação era a mais indicada.

Assim sendo, acredita-se que deveriam ter sido gerados dois

conjuntos de seções de choque: um para sistemas rápidos e outro para

sistemas epitérmicos e térmicos. O conjunto para sistemas rápidos

com a seqüência de módulos MODER / RECONR / BROADR /

UNRESR / GROUPR / DTFR e um espectro de fissão como função

de ponderação. O conjunto para sistemas epitérmicos e térmicos com

a seqüência de módulos MODER / RECONR / BROADR / UNRESR

/ THERMR / GROUPR / DTFR e a função Maxwelliana + 1/E +

espectro de fissão como função de ponderação.

III. Parâmetros integrais para a Lady Godiva calculados com

os espectros de fissão teórico e ajustado do 235

U

Naquele relatório [3], os resultados obtidos com o programa

computacional ANISN, usando uma biblioteca de dados nucleares

multigrupo gerada pelo sistema NJOY a partir da biblioteca de dados

nucleares avaliados ENDF/B-IV, foram muito bons para sistemas

rápidos quando comparados com valores experimentais. Dois

conjuntos de seções de choque foram gerados com os módulos

MODER / RECONR / BROADR / UNRESR / GROUPR / DTFR e o

espectro de fissão teórico e ajustado de Watt como função de

ponderação. Na Tab. 2 são apresentados os valores experimental e

calculados do fator de multiplicação efetivo, eff

k , e de um índice

espectral, a razão 25

f

28

f .

Tab. 2. eff

k e 25

f

28

f .

Parâmetro Experimento [1] Teórico [3] Ajustado[3]

effk 1,000 0,001 1,00081 1,00085

25

f

28

f 0,1647 0,0018 0,17139 0,17139

Apesar do espectro do problema-padrão Godiva não ser o

espectro de fissão puro do 235U, o objetivo principal daquele relatório

era avaliar a influência da escolha da função de ponderação na

geração das seções de choque multigrupo.

IV. Outro olhar sobre criticalidade sem confinamento: apenas

um número

Na literatura [4], é descrito um procedimento para o cálculo do

raio crítico, tendo como base a solução da Equação de Difusão em

geometria esférica, descrito, resumidamente, a seguir.

Inicialmente, é calculado o parâmetro adimensional , definido

como fel

f2 1)(

, onde f

, el

e representam, respectivamente, as

seções de choque médias microscópicas de fissão, de espalhamento

elástico e o número de nêutrons emitidos por fissão. A seguir, são

calculadas as quantidades

1

1

3

1d

2 e

1

1

4

3γ

2 . Posteriormente, a

quantidade x é obtida através da solução da Equação Transcendental

01xcotan(x)x , resultante da aplicação da condição de

contorno à solução da Equação de Difusão. Finalmente, o raio crítico,

em m, é determinado por trc

dxr , sendo tr

trn

1

,

elftr e n

a densidade atômica do nuclídeo físsil. Os valores calculados [4]

utilizando este procedimento estão mostrados na Tab. 1.

V. Comentários finais

Analisando-se os comentários realizados para aquele estudo

comparativo, Seção II, observa-se que a influência da escolha dos

módulos do sistema NJOY na qualidade dos resultados produzidos é

muito maior do que a escolha da função de ponderação utilizada,

como era esperado.

A escolha da função de ponderação é o ponto-chave no processo

de geração de seções de choque multigrupo. Entretanto, nos cálculos

realizados naquele relatório, Seção III, observou-se que a mudança

na forma do espectro influenciou levemente as seções de choque

calculadas não provocando variações significativas nos parâmetros

integrais.

A simplicidade e a qualidade dos resultados obtidos com o

procedimento descrito na literatura, Seção IV, se apresentam como

pontos importantes a serem considerados no processo de verificação.

VI. Referências

[1] Cross Section Evaluation Working Group Benchmark Specifications, ENDF-202, Brookhaven National Laboratory, BNL-19302 (1974).

[2] Alexandre D. Caldeira; Estudo Comparativo entre Conjuntos de

Seções de Choque, Dissertação de Mestrado, Instituto Militar de Engenharia, Rio de Janeiro, RJ (1983).

[3] Alexandre D. Caldeira; Parâmetros Integrais para o Problema-padrão

Godiva Calculados com os Espectros de Fissão Teórico e Ajustado do 235U, Relatório Interno IEAv-03/87, Instituto de Estudos Avançados,

São José dos Campos, SP (1987).

[4] B. Cameron Reed; The Physics of the Manhattan Project, 2nd Edition, Springer-Verlag Berlin Heidelberg (2011).

Alguns cálculos de criticalidade em geometria esférica

Alexandre D. Caldeira Divisão de Energia Nuclear, Instituto de Estudos Avançados, São José dos Campos, SP, Brasil

E-mail para correspondência: [email protected]


Palavras Chave: equivalente de dose ambiente, MCNPX, esfera

ICRU.

I. Breve histórico

O fator de ponderação para a radiação, WR, foi definido para as

grandezas dosimétricas de proteção relacionado com o fator de

qualidade, Q, em função da transferência linear de energia (L). No

relatório ICRP 60 [1], o método de cálculo do fator de ponderação

para a radiação foi modificado nos cálculos das grandezas dose

equivalente e dose efetiva. Este fator WR deveria ser considerado

nas aplicações envolvendo a área de proteção radiológica. Uma

reavaliação dos valores de WR foi disponibilizado pelo relatório

ICRP 103 [2], onde os valores de WR para prótons e nêutrons

diferem do relatório ICRP 60 [1]. Os valores de WR passam a ser

especificados em função do tipo e, no caso dos nêutrons, em termos

da energia da radiação incidente.

II. Metodologia

Empregando o código computacional MCNPX 2.7.0 [3], com a

finalidade de estimar as alterações nos valores de equivalente de dose

ambiente por unidade de fluência na esfera ICRU, utilizando os

valores de WR sugeridos pelo relatório ICRP 103 [2], que consiste do

emprego das equações apresentadas a seguir para cálculo do WR em

função da energia do nêutron incidente ( ):

[ ) , (1)

[ ) e (2)

[ ) . (3)

As alterações mais significantes em comparação com o relatório

ICRP 60 [2] ocorrem na faixa de energia abaixo de 1 MeV, que leva

em conta a maior contribuição de fótons secundários na dose

absorvida, e o decréscimo do fator de ponderação para nêutrons

acima de 100 MeV [2]. Os resultados são apresentados na Fig. 1 e

Tab. 1.

Fig. 1. Curvas do equivalente de dose ambiente por unidade de fluência

do feixe de nêutrons (H*(10)/Φ) na esfera ICRU em função da energia de radiação incidente, empregando-se os valores de fator de ponderação para

nêutrons da ICRP 74 [4] e ICRP 103 [2].

Tab. 1. Comparação dos valores da grandeza dosimétrica equivalente de dose ambiente utilizando os valores de WR apresentados na ICRP 74 e ICRP 103.

A B C D E F

1,00×10−5 2,03 3,20 ± 0,60 11,3 7,76 ± 1,46 6,48 ± 1,22

1,00×10−4 2,07 2,69 ± 0,07 9,40 6,58 ± 0,18 5,55 ± 0,15

1,00×10−3 1,77 3,63 ± 1,06 7,90 7,25 ± 2,00 6,41 ± 1,88

1,00×10−2 2,60 2,76 ± 0,07 10,5 9.61 ± 0,25 7,18 ± 0,18

3,00×10−2 3,07 3,92 ± 0,80 23,7 20,2 ± 4,10 12 ± 2,44

5,00×10−2 4,00 5,71 ± 1,20 41,1 38,9 ± 5,81 22,9 ± 4,81

1,00×10−1 6,62 8,65 ± 1,68 88,0 88,5 ± 17,2 57,2 ± 11,1

2,00×10−1 11,2 11,2 ± 0,60 170 178 ± 9,77 126 ± 6,91

3,00×10−1 13,4 14,6 ± 0,60 233 253 ± 11,2 195 ± 8,66

5,00×10−1 18,5 18,5 ± 0,10 322 328 ± 1,83 342 ± 1,92

7,00×10−1 17,7 23,1 ± 1,49 375 445 ± 28,8 409 ± 26,4

1,00×100 17,5 29,6 ± 0,66 416 537 ± 12,0 520 ± 11,6

2,00×100 15,4 35,5 ± 0,70 420 557 ± 11,7 548 ± 11,6

5,00×100 6,42 54,7 ± 3,70 405 354 ± 24,0 352 ± 23,8

1,00×101 6,40 67,9 ± 3,24 440 437 ± 20,8 434 ± 20,7

1,60×101 7,09 76,3 ± 3,64 555 543 ± 25,9 541 ± 25,8

2,00×101 7,41 81,8 ± 8,23 600 607 ± 61,0 606 ± 61,0

3,00×101 4,89 81 ± 13,3 515 453 ± 74,1 452 ± 74

1,00×102 3,74 76,7 ± 5,91 285 307 ± 23,7 287 ± 22,1

2,01×102 4,34 35,5 ± 5,48 260 190 ± 29,3 154 ± 23,8

onde: A representa a energia do nêutron incidente em MeV; B

representa o fator de qualidade efetivo (Qeff) em Sv/Gy obtido neste

trabalho; C representa a dose absorvida pela unidade de fluência

(D*(10)/Φ) obtida neste trabalho em pGy×cm2; D representa o

equivalente de dose ambiente pela unidade de fluência (H*(10)/Φ)

em pSv×cm2 [4]; E representa o equivalente de dose ambiente pela

unidade de fluência (H*(10)/Φ) obtido neste trabalho segundo as

recomendações do relatório ICRP 74 [4] em pSv×cm2; F representa o

equivalente de dose ambiente pela unidade de fluência (H*(10)/Φ)

obtido neste trabalho segundo as recomendações do relatório ICRP

103 [2] em pSv×cm2.

III. Considerações finais

Conforme mencionado anteriormente, as alterações mais

significantes ocorreram nos nêutrons incidentes com energias abaixo

de 1 MeV, onde os valores obtidos de H*(10) apresentaram na faixa

de energia de 5,00×10−2 MeV sua maior variação (69,87%) em

relação aos valores calculados com as orientações da ICRP 74 [4].

IV. Referências

[1] ICRP. International Commission on Radiological Protection.

Recommendations of the International Commission on Radiological

Protection. Publication 60. Annals of the ICRP, v. 21, n. 1-3, 1991. [2] ICRP. International Commission on Radiological Protection. The 2007

Recommendations of the international commission on radiological

protection. Publication 103, Annals of the ICRP, v. 37, n. 2-4, 2007. [3] Pelowitz, D. MCNPX user‘s manual version 2.7.0. Los Alamos: National

Laboratory. Report LA-CP-11-00438, 2011.

[4] ICRP. International Commission on Radiological Protection. Conversion coefficients for use in radiological protection against external radiation.

Publication 74. Annals of the ICRP, v. 26, n. 3, 1997.

Agradecimento: Um dos autores (LVEC) agradece ao CNPq pelo suporte

financeiro parcial.

Determinação do equivalente de dose ambiente simulando a esfera ICRU com

as sugestões da ICRP 103 para cálculo do fator de ponderação para a radiação

Leonardo de Holanda Mencarini1*

, Claudio Antonio Federico2 e Linda V. E. Caldas

3

1 Divisão de Energia Nuclear, Instituto de Estudos Avançados, São José dos Campos, SP, Brasil 2 Divisão de Física Aplicada, Instituto de Estudos Avançados, São José dos Campos, SP, Brasil

3 Gerência de Metrologia das Radiações, Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares, São Paulo, SP, Brasil



Palavras Chave: decaimento nuclear, radiações solares, dark matter,

mecanismo de Higgs.

I. Introdução

Um fenômeno não usual tem sido observado com as taxas de

decaimento de alguns nuclídeos, por exemplo. 32Si, 54Mn e 226Ra,

como reportado por Jenkins et al. [1] e Jenkins e Fischbach [2],

mostrando variações sazonais e uma possível conexão com as

radiações solares. Tal fenômeno está em clara contradição com o

approach usual do Modelo Padrão da física de particulas elementares

que prediz meias-vidas constantes para todos os processos de

decaimento como uma função dos parâmetros de acoplamento das

partículas interagentes. Neste projeto, nós pretendemos analizar o

fenômeno teóricamente, usando a teoria eletro-fraca atual (EW) e

uma possível reinterpretação do mecanismo de Higgs, para

determinar a sua compatibilidade com o presente paradígma ou

sugerir uma extensão da teoria atual.

A importância de uma possível variabilidade das taxas

decaimento é difícil de ser exagerada. Isótopos radioativos como 125I

e 103Pd (captura-e-) e 90Y (decaimento-β) são usados em imaging em

medicina nuclear e em brachyterapia; 14C (decaimento-β) tem

aplicações em geologia e paleontologia para estimar a idade de

objectos e sistemas; a própria estabilidade dos núcleos depende das

interações fracas para determinar quais isótopos de um determinado

elemento são radioativos ou não, com aplicações práticas em

generação de energia e física de reatores, controle de dejetos

nucleares, viagens spaciais, física solar e outras areas estratégicas.

Portanto, é de extremamente importante determinar se o decaimento-

β, a captura-e- e outras reações nucleares EW podem ser

influenciadas ou não por agentes não-locais.

II. Previos modelos teoricos

O approach tradicional [1,4] sugeriria que possivelmente "novas

partículas" originadas no Sol ou variações do fluxo de neutrinos

solares poderiam estar afetando as taxas de decaimento na Terra e,

como a potência das radiações na Terra depende da distância Terra-

Sol, RES, da mesma forma haveria uma influência sobre o decaimento

radioativo, como indicado na Fig. 1.

Fig.1 Correlação entre decaimento do 32Si e Terra-Sol distance.

Esta explicação encontrou forte oposição nas análises das Refs.

[3,4], centradas na correlação com RES. Entretanto, as Refs. [3,4]

usaram períodos de observação não tão longos como os da Ref.[1],

não apresentaram qualquer comparação com intensidade das

radiações solares e não consideraram a observada existência de uma

defasagem entre as variações dos parâmetros orbitais e as taxas de

decaimento.

De fato, as Figs. 1, 3 da Ref.[3] mostram variações sazonais para

as taxas de decaimento 22Na/44Ti e 133Ba/108Ag, e a Fig.3 da Ref.[4]

mostra dependência temporal na potência de um reator nuclear a

bordo da espaçonave Cassini, gerada por decaimento-. Nesse

sentido, as Refs. [3,4] corroboram a tese principal das Refs. [1,2], ou

seja, a da variação sazonal das taxas de decaimento.

Uma teoria de gravitação baseada na existência de um "campo

escalar"[5] e um modelo baseado em “dark energy” [6] também

foram sugeridos para explicar o fenômeno, mas as resultantes

mudanças esperadas na constante de estrutura fina, EM, seriam

observáveis apenas em períodos da ordem de bilhões de anos.

III. Nossa proposta

Se considerarmos o sistema solar como em estado de equilibrio

auto-consistente, um approach mais apropriado, do que

simplesmente correlacionar as taxas de decaimento com RES, seria

centrar a descrição na dependência temporal dos decaimentos e supor

que uma força externa age simultaneamente na Terra e no Sol e não

necessariamente se origina no Sol.

Neste caso, essa força poderia ser conectada com “dark matter”

(DM) e EW devido à variação sazonal da velocidade da Terra em

relação ao halo de DM da Via Láctea. Esta variação foi observada

por Barnabei et al.[7], com máximos em Junho e mínimos em

Dezembro, e a análise da Ref.[1] mostra máximos e mínimos das

taxas de decaimento com uma defasagem aproximadamente

constante de 6 meses em relação ao fluxo de DM.

A idéia deste projeto é investigar uma possível conexão da

variação sazonal de DM que poderia produzir alterações na própria

constante EM. Isto é possível se as massas dos bosons da força fraca

não forem constantes.

Outro problema é que as interações fracas são supostas ter curto

alcance e, de acordo com o paradígma aceito presentemente, uma

enorme densidade de DM seria necessária para produzir a observada

alteração das taxas de decaimento. Portanto, nosso estudo está

centrado na descoberta de modos do campo fraco com massas

menores do que os valores presentemente aceitos.

Nós propomos uma reavaliação da definição de DM, usando

diretamente os bosons da interação fraca e uma reinterpretação do

mecanismo Higgs para generação de massa, para definir as forças

fracas de maneira mais semelhante às forças eletromagnéticas do que

a aceita no paradígma atual.

Se este estudo for bem sucedido, uma intensificação das

pesquisas experimentais nessa direção seria justificável.

IV. Referências

[1] J. H. Jenkins et al. [1, 2]; Astropart. Phys., 32, Issue 1, 42–46 (2009).

[2] J. H. Jenkins e E. Fischbach Astropart. Phys., 31, Issue 6, 407–411 (2009).

[3] E. B. Norman et al.; Astropart. Phys., 31, Issue 2, 135–137 (2009).

[4] P. S. Cooper; Astropart. Phys., 31,Issue 4, 267–269(2009).

[5] J. D. Barrow e D. J. Shaw, Phys. Rev. D 78, 067304 (2008).

[6] C. Wetterich, Phys. Rev. D 67, 043513 (2003). [7] R. Barnabei et al. arXiv:1301.6243 [astro-ph.GA] (2013).

Estudo de anomalias observadas no decaimento de alguns nuclídeos e possível

relação com solar radiações

Francisco B. Guimaraes Divisão de Energia Nuclear, Instituto de Estudos Avançados, São José dos Campos, SP, Brasil

*E-mail para correspondência : [email protected]


Palavras Chave: transporte de partículas, dutos, método de

ordenadas discretas, modelo aproximado.

I. Introdução

O transporte de partículas em dutos é um tema extensivamente

estudado desde o início do século passado. O interesse inicial no

assunto surgiu em estudos fundamentais de cinética dos gases, em

particular no escoamento de gases em regime molecular livre [1],

onde as colisões entre as partículas do gás podem ser negligenciadas.

Na década de 80, foi retomado o interesse no assunto, agora sob a

perspectiva da pesquisa em fusão termonuclear controlada, com

interesse especifico no estudo de esquemas de remoção de partículas

neutras do plasma de um tokamak [2].

Em virtude do problema de transporte de partículas em dutos ser

tridimensional no espaço, cálculos realísticos são realizados em geral

com o método Monte Carlo ou com um método conhecido como

“view factor”. Entretanto, tais métodos demandam tempos

computacionais elevados, o que motivou a busca de modelos

aproximados que permitissem a obtenção de resultados a um custo

computacional menor, ainda que com alguma perda em acurácia.

II. Modelos unidimensionais aproximados

Em um trabalho publicado em 1984, Prinja e Pomraning [2]

propuseram um modelo unidimensional aproximado de transporte em

dutos. O modelo destes autores é baseado em calcular a média da

distância entre colisões partícula-parede sobre a seção transversal do

duto e uma das variáveis angulares que especificam a direção de

movimento da partícula (o ângulo azimutal) e tomar o resultado

obtido como um livre caminho médio. Conforme a prática usual, o

inverso do livre caminho médio foi identificado como uma seção de

choque macroscópica e utilizado em uma equação de transporte

dependente de apenas uma variável espacial (a distância ao longo do

eixo do duto) e uma variável angular (o cosseno do ângulo polar).

Uma característica desta equação que foge do padrão é o fato da

seção de choque macroscópica possuir dependência angular.

Ao mesmo tempo, Larsen [3] demonstrou com rigor matemático

que a aproximação proposta por Prinja e Pomraning corresponde à

ordem mais baixa em uma hierarquia de aproximações obtida a partir

de um procedimento baseado em resíduos ponderados, onde a

distribuição de partículas no duto é aproximada em termos de

funções de base. O trabalho de Larsen foi importante, pois abriu a

possibilidade de desenvolver modelos unidimensionais melhorados,

usando ordens de aproximação mais elevadas. O modelo de Prinja e

Pomraning corresponde à utilização de apenas uma função de base

(constante) na hierarquia de Larsen e, infelizmente, não fornece bons

resultados para a probabilidade de transmissão de dutos longos. Para

mitigar esta dificuldade, Larsen, Malvagi e Pomraning [4]

desenvolveram um modelo unidimensional aproximado com duas

funções de base, que teve sucesso na redução do erro inerente ao

modelo aproximado com uma função de base. O modelo da Ref. [4]

resulta em duas equações de transporte acopladas, como no modelo

de dois grupos de energia em transporte de nêutrons [5], mas com

seções de choque macroscópicas dependentes do cosseno do ângulo

polar. Vários anos depois, Garcia, Ono e Vieira [6] desenvolveram o

modelo de três funções de base, onde o erro foi reduzido mais ainda.

III. Método de ordenadas discretas numérico

Na Ref. [4], as equações de transporte para os modelos de uma e

de duas funções de base foram resolvidas com uma versão numérica

do método de ordenadas discretas. Basicamente, esta versão do

método consiste em aproximar a integral na equação de transporte

com uma quadratura e a derivada espacial por diferenças [5]. O

conjunto resultante de equações algébricas é resolvido por iteração. A

solução obtida na Ref. [4] foi aperfeiçoada por Garcia e Ono [7],

através da utilização de uma decomposição do problema em: (a) um

problema sem colisão, que tem solução analítica, e (b) um problema

colidido, onde a solução é mais suave que a solução do problema

original e, portanto, pode ser obtida com uma ordem de quadratura

mais baixa. Além disso, Garcia e Ono desenvolveram um novo

esquema de quadraturas mais adequado para o problema [7].

O ganho em tempo computacional das soluções em ordenadas

discretas numéricas dos modelos aproximados com duas ou três

funções de base sobre simulações Monte Carlo do problema original

foi avaliado como sendo de tipicamente uma ordem de grandeza

[4,6]. Os erros máximos observados na probabilidade de reflexão

para dutos de seção circular com razões entre comprimento e raio

variando entre 0,1 e 10,0 foram de 9,1% para o modelo com duas

funções de base e 5,0% para o modelo de três funções de base [6].

Para a probabilidade de transmissão, os erros máximos observados

foram de 0,44% e 0,27%, respectivamente [6].

IV. Método de ordenadas discretas analítico

Apesar do bom desempenho computacional do método de

ordenadas discretas numérico, quando comparado ao método Monte

Carlo, foi possível melhorar ainda mais esse desempenho, utilizando

o método de ordenadas discretas analítico proposto por Barichello e

Siewert [8]. A diferença fundamental deste método para o método

numérico é que a variável espacial não é discretizada. O sistema de

equações diferenciais obtido ao se aproximar a integral da equação de

transporte por quadraturas é resolvido por expansão em soluções

elementares, que, no caso, são funções exponenciais.

Esta idéia foi testada com sucesso para o modelo de uma função

de base [9]. Observou-se uma redução substancial na ordem da

quadratura necessária para uma dada precisão nos resultados, o que

reduziu, tipicamente, em uma ordem de grandeza o tempo de CPU,

em comparação com o método de ordenadas discretas numérico.

V. Comentários finais

Encontra-se em fase final de implementação o método de

ordenadas discretas analítico para o modelo de duas funções de base.

Resultados preliminares são promissores e indicam um ganho de

tempo computacional similar ao obtido para o modelo de uma função

de base em relação ao método de ordenadas discretas numérico.

VI. Referências

[1] L. B. Loeb; Kinetic Theory of Gases, McGraw-Hill, New York, 1934.

[2] A. K. Prinja e G. C. Pomraning; Transp. Theory Stat. Phys., 13,

567−598 (1984). [3] E. W. Larsen; Transp. Theory Stat. Phys., 13, 599−614 (1984).

[4] E. W. Larsen, F. Malvagi e G. C. Pomraning; Nucl. Sci. Eng., 93,

13−30 (1986). [5] G. I. Bell e S. Glasstone; Nuclear Reactor Theory, Van Nostrand

Reinhold, New York, 1970.

[6] R. D. M. Garcia, S. Ono e W. J. Vieira; Nucl. Sci. Eng., 136, 388−398 (2000).

[7] R. D. M. Garcia e S. Ono; Nucl. Sci. Eng., 133, 40−54 (1999).

[8] L. B. Barichello e C. E. Siewert; J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer, 62, 665−675 (1999).

[9] R. D. M. Garcia; Nucl. Sci. Eng., 177, 35−51 (2014).

Agradecimentos: ao CNPq, pelo apoio a este projeto de pesquisa.

Soluções aproximadas para o problema de transporte de partículas em dutos

Roberto D. M. Garcia Divisão de Energia Nuclear, Instituto de Estudos Avançados, São José dos Campos, SP, Brasil

E-mail para correspondência: [email protected]


ÍNDICE DE AUTORES

Abe, N.: 96, 102, 103 Almeida, D. D.: 102 Almeida, D.: 122 Almeida, L.: 126 Almeida, V.: 116 Alvarenga, M.: 89 Amarante, M. d.: 111 Aquino, M. R.: 124 Arisseto, J.: 117 Assis, N.: 89 Assunção, T. L.: 88, 89 Aumiller, A.: 117

Barbosa, C.: 118 Barbosa-Neto, F.: 115 Barreta, L.: 94 Belderrain, M. C.: 125 Bonato, D.: 124 Boss, A.: 98, 100 Brito, V.: 97, 98, 100, 101, 104, 111

Caldas, L.: 128 Caldeira, A. D.: 127 Camillo, G. P.: 88, 89 Cantarero, A.: 113 Carinhana Junior, D.: 94 Carlos, A. F.: 90, 91 Carvalho, F. E.: 98, 100, 111 Carvalho, M.: 118 Castro, R. M.: 96 Cazo, R. M.: 118 Christ, B.: 114 Cipeli, J. F.: 107 Cunha, S.: 111

da Silva Junior, C.: 103 Dacal, L.: 113 Damião, A. J.: 115, 117 Daro, F. R.: 99 Daro, F.: 101 de Farias Neto, J. J.: 125, 126 de Lima, R. G.: 101, 104 De Marchi, M. M.: 122, 123 De Polli Migliano, Y.: 98, 99, 100, 101, 104, 111 Destro, J.: 124 Destro, M.: 117 Destro, M. A.: 115 Dondeo, F.: 115, 117

Federico, C.: 107 Federico, C. A.: 106, 112, 128 Ferraz, J.: 117 Filho, O. P.: 110 Follador, R.: 88 Fortes, M.: 106

Fraile Jr., A. C.: 93 Freitas, C. R.: 98, 100

Garcia, R.: 130 Geraldo, D.: 124 Geraldo Destro, M.: 114 Gonçalez, O. L.: 105, 106, 108, 109, 112 Gontijo, M. R.: 104 Guimaraes, F. B.: 129

Hieda, M.: 97 Hirata, A.: 99, 101 Hirata, A. K.: 104

Imamura, O.: 122

Jakutis, J.: 114

Lamosa, M.: 122, 123 Lasmar Guimarães, A.: 94 Lavras, L.: 117 Lelis, O.: 107 Lemos, L. V.: 104 Lira, H. L.: 116 Louzada, R.: 116 Luis de Siqueira Ferreira, J.: 116

Machado, D.: 94 Machado, J.: 97 Marques, M.: 110 Matos, P.: 94 Medeiros, F. L.: 120, 121 Mencarini, L.: 112, 128 Mendes, A.: 106 Migliano, A. C.: 97, 98, 99, 100, 101, 104, 111 Montibeller, G.: 125 Moura, A. F.: 92 Muraro Jr, A.: 103

Neri, J.: 114

Oliveira, A.: 94

Passaro, A.: 96, 102, 103, 112 Pazianotto, M. T.: 112 Pedrosa, L.: 119 Pedroso, D. d.: 102 Pereira, A. F.: 102 Pereira, H.: 107 Pereira, M.: 107 Pereira Junior, E.: 106, 109 Petersen, F.: 124 Pinto, J. d.: 112

Porto, B.: 88, 89 Prati, A.: 124

Rabelo, R.: 116 Rêgo, I.: 88, 89 Ribeiro, P.: 108 Riva, R.: 114 Roberto-Neto, O.: 90, 91 Rocamora Jr., F. D.: 95 Rodrigues, N.: 114 Rolim, T.: 88 Rosa, M.: 92, 93, 95

Saba, W.: 103 Sakamoto, J. M.: 118 Salvadori, M.: 99 Santos, A.: 88, 94 Santos, D.: 124 Santos, H.: 107 Santos, M.: 117 Sbampato, M.: 114 Scheid, V.: 119 Silva, J.: 124 Silveira, C.: 114 Siqueira, J.: 95 Sperotto, L. K.: 102

Tanaka, R. Y.: 96, 102, 103 Tolomelli, L.: 94 Toro, P. G.: 88, 89

Vaz, R.: 105 Vieira, G. S.: 96, 102 Vieira, H.: 126 Violim, L.: 101, 111

Wirth, G. I.: 108

Xavier, R.: 97

Zanella, G.: 101 Zanella, G. P.: 99, 104, 111 Zawadzki, M.: 125

atividades de pesquisa e desenvolvimento instituto de ... · um estudo numérico de injeção de...

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