sici anais do seminário anual de iniciação científica e ... · issnx2175-2729 (impresso) sici...

ISSNX2175-2729 (impresso)

SICI

Anais do Seminário Anual de Iniciação Científica e

Pós-Graduação do IEAv

São José dos Campos – SP

Volume 1

ago./2008 – jul./2009

SICI: An. Semin. Anual Iniciac. Cient. e Pós-Grad. IEAv, v.1, p.1-57, ago./2008-jul./2009

© 2009 Instituto de Estudos Avançados – IEAv Qualquer parte desta publicação pode ser reproduzida, desde que citada a fonte. A publicação inclui os trabalhos apresentados no III Seminário de Iniciação Científica do IEAv – III SICI 2009. Publicado por: Instituto de Estudos Avançados – IEAv Endereço: Rodovia dos Tamoios, km 5,5, Bairro Putim, CEP 12228-001 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 obtidos com a Coordenadoria de Comunicação Social – CCS. Tel. (12) 3947-5360. [email protected] Editores: Getúlio de Vasconcelos Maurício Antoniazzi Pinheiro Rosa Ruy Morgado de Castro Gabriela Nobre Pedreira da Costa Rosilene Maria de Mendonça

SISCI: Anais do Seminário Anual de Iniciação Científica e Pós-Graduação do

IEAv --- vol.1 (ago./2008-jul./2009). -- São José dos Campos : IEAv, 2009.

Anual ISSN 2175-2729 Inclui: Anais do III Seminário de Iniciação Científica do IEAv – III SICI

1. Iniciação Científica – Congresso. 2. Pesquisa Científica. 3. Ciência e Tecnologia. I.Título.


SICI

Anais do Seminário Anual de Iniciação Científica e

Pós-Graduação do IEAv

Volume 1 - ago./2008 – jul./2009

São José dos Campos – 2009


Instituto de Estudos Avançados –IEAv

Diretor do IEAv (EDR): Cel Eng Marco Antonio Sala Minucci Vice-Diretor Administrativo (EVA): Ten Cel Av Orlando Alves Maximo Vice-Diretor Técnico (EVT): Ten Cel Av Carlos Fernando Rondina Mateus Comissão Organizadora do SICI

Comitê Institucional PIBIC/IEAv: Dr. Ruy Morgado de Castro (coordenador) – EGI Dr. Abel Antonio da Silva - ENU Dr. Getulio de Vasconcelos - EFO Dr. Gustavo Soares Vieira – EFA Dr. Mauricio Antoniazzi Pinheiro Rosa – EAH Dra. Valeria Serrano Faillace Oliveira Leite - EST

Realização

Apoio

Comissão Científica

Dr. Ruy Morgado de Castro (coordenador) – EGI Dr. Abel Antonio da Silva - ENU Dr. Getulio de Vasconcelos - EFO Dr. Gustavo Soares Vieira – EFA Dr. Mauricio Antoniazzi Pinheiro Rosa – EAH Dra. Valeria Serrano Faillace Oliveira Leite - EST


SICI

Anais do Seminário Anual de Iniciação Científica e Pós Graduação do IEAv

Volume 1 – 2009

Sumário

Editorial 7

O Evento 8

Palestras Convidadas 10

Trabalhos apresentados

STCALC_T2: um simulador numérico do túnel de choque hipersônico T2 do IEAv

11

Caracterização das curvas de respostas do espectrômetro Triax 550 da Jobin Yvon

13

Estudo de reações de abstração de hidrogênio do metanol com OH por métodos da Teoria do Funcional Densidade

15

Técnicas de medidas de permeabilidade e permissividade de complexas utilizando guias de ondas retangulares e cilíndricos

17

Avaliação de ferritas Ni-Zn para uso em sensores de temperatura 19

Análise de Emissões Eletromagnéticas Irradiadas em Aeronave Ximango 21

Calibração Radiométrica de Sensores Eletroópticos III 23

Recobrimento de partes metálicas com nanopartículas de negro de fumo via laser de CO2

25

Análise qualitativa do fosfato de cálcio em dentes bovinos irradiados com laser 27

Desenvolvimento de um método de determinação de temperatura baseado na banda B-X do radical CH*¹

29

Estudo de emissões de plasmas de nitrogênio para aplicações em hipersônica 31

Cálculo da temperatura por espectroscopia de emissão da banda CH*(A-X)1 33

Cálculo de propriedades termo-físicas de fluidos para uso no projeto de Ciclo Brayton Fechado

35


Estudo do processamento de blindagens eletromagnéticas 37

Influência da adição de cácio no comportamento em fluência de um aço inoxidável 304

39

Determinação de pontos de controle em imagens aéreas e de videografia para aplicação na navegação autônoma

41

Fontes ópticas para sensores a fibra óptica 43

Separação e transmutação de rejeitos radioativos 45

Fabricação e avaliação das características magnetoelásticas de ferritas Co – Mn

47

Análise da impedância em porta-amostra stripline para medidas de permeabilidade e permissividade complexas de filmes finos

49

Fabricação e caracterização de ferritas de NI-CO para aplicação em sensores magnetomecânicos

51

Medida do perfil de dose gama para fins de irradiação de componentes eletrônicos e fotônicos de uso aeroespacial

53

Aplicação de técnicas de mapeamento por microfluorescência de raios-X em soldas a laser de materiais de uso aeronáutico

55

Índice de autores 57


Editorial Desde sua inauguração há 27 anos, o Instituto de Estudos Avançados, considera a formação de recursos humanos qualificados, como um de seus objetivos. Com esta visão, a iniciação científica sempre foi considerada como parte integrante das atividades deste Instituto. É através dela que os alunos têm a oportunidade de entender e praticar o método científico, exercitar sua criatividade, aperfeiçoar o seu espírito crítico, perceber e aprender a respeitar os seus limites e os das pessoas ao seu redor, além de estimular os alunos de graduação a ingressarem em programas de pós-graduação e impulsionando, desde cedo, as suas carreiras científicas. No início de sua vida e por alguns anos que se seguiram, o IEAv conseguiu manter um quadro de pesquisadores em fase de formação, efetuando o pagamento de bolsas, através de recursos próprios da instituição. Porém naquela época, as prioridades das pesquisas científicas estiveram atreladas a decisões políticas imediatistas que levaram às grandes dificuldades, não apenas na manutenção dos projetos, como também no incentivo aos trabalhos de iniciação científica. Felizmente esta época começa a declinar. Para solucionar este problema, ocorreram algumas tentativas individuais para obtenção de quotas institucionais de bolsas de iniciação científica, infelizmente sem êxito. Em 2005, através da maciça participação dos pesquisadores, solicitou-se novamente ao CNPq a concessão de quotas. No ano de 2006, fomos contemplados com 10 quotas de bolsas institucionais. Com a grande procura de novos alunos de graduação pela pesquisa durante esses 3 últimos anos, nesse ano para o programa 2009-2010 conseguimos aumentar nossa quota de bolsas para 18. Inicialmente, com a finalidade de satisfazer as exigências de avaliação do programa de iniciação científica pelo CNPq, propôs-se a realização do I Seminário de Iniciação Científica do IEAv, em 2007. Pela resposta interna dos pesquisadores, percebeu-se que o interesse na realização deste evento era muito maior do que apenas mobilizar os alunos que possuíam bolsas institucionais de iniciação científica do PIBIC-CNPq. Mostraram interesse em participar, vários alunos que desenvolveram atividades de iniciação científica no IEAv, sejam elas incentivadas por outros órgãos de fomento ou mesmo por voluntariedade. Como forma de incentivo também, o Seminário engloba as formas de divulgação científicas usuais e será concedido um Prêmio ao Melhor Trabalho de Iniciação Científica do IEAv. Acreditamos que a realização deste terceiro simpósio demonstra a grande responsabilidade que a manutenção e a condução de um Programa Institucional de Bolsas de Iniciação Científica representam para nossa Instituição Agradecemos o apoio recebido da Direção do Instituto, das Comissões Internas e Externas envolvidas neste processo e das agências de fomento e empresas que, possibilitaram a realização deste III Seminário de Iniciação Científica do IEAv. Comissão Organizadora do III SICI 2009

7SICI: An. Semin. Anual Iniciac. Cient. e Pós-Grad. IEAv, v.1, p.7, ago./2008-jul./2009

O EVENTO

Este é o terceiro seminário de iniciação científica do IEAv, que acontece em São José dos Campos no dia 05 de agosto de 2009. O III SICI 2009 tem como objetivo apresentar e discutir com a comunidade, os trabalhos desenvolvidos pelos alunos de graduação de diversas universidades, junto aos projetos da Instituição. O evento é composto por palestras de curta duração de pesquisadores do IEAv, abordando temas relacionados aos projetos de iniciação científica, bem como, dos alunos, nas quais serão apresentados os trabalhos de pesquisa desenvolvidos durante o ano. Haverá também uma sessão de pôster, onde ficarão expostos os trabalhos durante todo o evento. Os trabalhos de iniciação científica estão dentro das áreas de atuação da Instituição: Aerotermodinâmica e Hipersônica, Energia Nuclear, Física Aplicada, Fotônica e Geointeligência. Foram inscritos 23 resumos de pesquisa que depois de revisados por uma comissão científica, foram considerados aceitos para o evento. Dentre eles, 5 são da Divisão de Aerotermodinâmica e Hipersônica (EAH), 8 da Divisão de Física Aplicada (EFA), 5 da Divisão de Fotônica (EFO), 2 da Divisão de Energia Nuclear (ENU), 1 da Vice-Direção Técnica e 2 são da Divisão de Geointeligência (EGI). Os resumos expandidos que compõem este Livro são resultados dos projetos de iniciação científica desenvolvidos por alunos ligados às universidades próximas e da região do Vale do Paraíba: ITA (7), UBC (3), UNITAU (1), UNIVAP (4), EEL-USP (2), FATESF (1), FAPI (1), UNIP (1) e UNESP (3). A maioria dos alunos que participarão desse evento pôde contar com o apoio financeiro das agências de fomento: PIBIC/CNPq, FAPESP e FUNCATE. Nesta edição do SICI, em razão da qualidade dos trabalhos dos nossos alunos e do crescente aumento do número de contribuições, superior a 50% em relação ao ano anterior, solicitou-se o registro do nosso caderno de publicações no ISSN (International Standard Serial Number), identificação internacional atribuída, no Brasil, pelo Instituto Brasileiro de Informação em Ciência e Tecnologia. Outro fator que também nos motivou foi à contribuição dos alunos participantes do programa de pós- graduação, orientados por nossos pesquisadores. Desta forma, a criação de um periódico do IEAv, vem a satisfazer e atender aos anseios da publicação dos trabalhos de nossos alunos de pós-graduação e iniciação científica, sendo esta uma oportunidade impar, de reunir em uma única publicação todos os trabalhos desenvolvidos aqui no IEAv. Embora, o número de contribuições dos alunos de pós-graduação não reflita ao número total de trabalhos em desenvolvimento pelos alunos do IEAv, espera-se que nas próximas edições deste periódico, seja contemplada com um número ainda mais significativo de contribuições. Frente ao novo perfil de nossa publicação, uma comissão composta por membros participantes do Programa de Pós-Graduação do IEAv foi reunida, junto com a comissão do IIISICI e decidiu-se por unanimidade obter-lhe o registro no ISSN (International Standard Serial Number) com o título SICI: Anais do Seminário Anual de Iniciação Científica e Pós-Graduação do IEAv. Este novo perfil, naturalmente adquirido, tendo em vista as colaborações científicas recebidas pela comissão do IIISICI, abrangerá trabalhos técnicos científicos de diferentes níveis de formação de recursos humanos, não só os de Iniciação Científica anteriormente previsto.

8SICI: An. Semin. Anual Iniciac. Cient. e Pós-Grad. IEAv, v.1, p.8-9, ago./2008-jul./2009

Esperamos que a forma com que foi organizado, o III SICI possa oferecer à comunidade científica do IEAv, em especial aos alunos que desenvolvem trabalhos de iniciação científica e pós-graduação, um evento agradável, no qual se possa conhecer uma parcela da pesquisa realizada atualmente na Instituição, e que ainda possa haver uma reflexão dos participantes quanto aos eventos futuros. Comissão Organizadora do III SICI 2009


PALESTRAS CONVIDADAS

1 - Fundamentos de lasers Dr. Nicolau André Silveira Rodrigues

2 - Túneis de choque hipersônicos pulsados Dr. Paulo Gilberto de Paula Toro

3 - Sensores de infravermelho Dr.Gustavo Soares Vieira

10SICI: An. Semin. Anual Iniciac. Cient. e Pós-Grad. IEAv, v.1, p.10, ago./2008-jul./2009

STCALC_T2: UM SIMULADOR NUMÉRICO DO TÚNEL DE CHOQUE HIPERSÔNICO T2 DO IEAv

F. R. T. Pereira1*; M. A. P. Rosa 2

1*Instituto Tecnológico de Aeronáutica – Eng. Aeronáutica, S. J. Campos – SP 2Instituto de Estudos Avançados – Aerotermodinâmica e Hipersônica, S. J. Campos – SP

*[email protected] Palavras-chave: túnel hipersônico T2, simulação numérica, análise experimental. Introdução Túnel de choque hipersônico pulsado é um aparato experimental capaz de gerar na sua seção de testes, por um período relativamente curto, escoamentos de ar de altas velocidades (hipersônicos) em condições de pressão, densidade e temperatura, próximas àquelas encontradas por veículos aeroespaciais, portanto, é uma ferramenta largamente empregada em pesquisas nesta área [1]. O Laboratório de Aerotermodinâmica e Hipersônica (LAH) do IEAv possui atualmente três túneis hipersônicos pulsados, denominados de T1, T2 e T3. Nestes túneis, apenas medidas do tempo de trânsito (velocidade) da onda de choque incidente, da pressão de reservatório da tubeira, e sobre o corpo de prova são realizadas atualmente. Assim sendo, os demais parâmetros do escoamento de ar ao longo do túnel são inferidos através de modelos teóricos que se utilizam destas medidas experimentais. Os programas STCALC [1], HSTR e NOZZLEFLOW [2] são os programas computacionais utilizados atualmente no LAH que empregam este tipo de cálculo. No entanto, tais programas são mais apropriados para uma análise após-experimento, pois dependem das medidas realizadas durante o experimento. Por esta razão, neste trabalho desenvolveu-se um programa computacional para estimar parâmetros do escoamento livre de ar sobre o corpo de prova, especificamente para o túnel hipersônico T2 do LAH, que não necessita a realização do experimento a priori e que ainda mantém as mesmas características existentes no programa STCALC, tal como, boa precisão dos resultados e fácil utilização pelo usuário. Metodologia A partir de um banco de dados de medidas experimentais, obtido no projeto, “Determinação de Novas Condições de Ensaio do Túnel Hipersônico T2 para o Veículo SARA” [3], variando os gases do “driver” (hélio ou ar), a pressão do ar no “driven” e os diâmetros da garganta e divergente da tubeira, foram obtidas expressões matemáticas das medidas realizadas no túnel T2 em função da pressão inicial do ar no “driven” e geometria da tubeira. Estas funções matemáticas foram então implementadas no programa STCALC, e eliminou-se assim a necessidade de fornecer explicitamente os dados experimentais como entrada para o programa. Tal modificação no programa STCALC deu origem ao simulador numérico do túnel T2, denominado STCALC_T2, o qual necessita apenas da configuração (gases, condição inicial e tubeira) do túnel T2 antes do experimento para inferir as propriedades do escoamento livre na seção de testes. Resultados e Discussão As curvas apresentadas na Fig. 1 representam as funções matemáticas para o tempo de trânsito da onda de choque incidente obtidas nas análises e implementadas no programa STCALC. Os dados experimentais nesta figura são valores médios dos existentes no banco de dados de ensaios com o túnel T2 [3]. Adotou-se procedimento análogo para obter as funções matemáticas para a pressão de reservatório da tubeira. A medida da pressão de estagnação na


saída da tubeira foi transformada em uma razão de áreas (divergente/garganta) equivalente da tubeira. A Fig. 2 mostra um resultado típico para a pressão do escoamento livre que pode ser obtido com o programa. Pode-se notar a boa concordância dos resultados obtidos com o programa STCALC e STCALC_T2. Pode-se também ver nesta figura a região que delimita a faixa de aplicação do programa em termos da pressão inicial do ar no “driven” (6,7 kPa a 288 kPa) e do diâmetro de garganta (10 mm a 19 mm) para o divergente de 200 mm de diâmetro e gás hélio no “driver”. Uma das grandes vantagens do programa é poder interpolar indiscriminadamente dentro desta região. Resultados semelhantes para outras propriedades do escoamento livre (temperatura, Mach, densidade, velocidade, etc) foram também obtidos para esta configuração de túnel e outras com ar no ”driver” e tubeira com divergente de 300 mm.

0 50 100 150 200 250 300P1 - Pressão do ar no driven (kPa)

200

400

600

800

Δt -

Tem

po d

e tr

ânsi

to (μ

s)

Gás do DriverArHélio

P1 < 26,7Δt = 87,4 + 107,7 P1

0,2

P1 > 26,7Δt = 216,9 + 18,1 P1

0,44

P1 < 26,7

0 100 200 300

P1 - Pressão do ar no driven (kPa)

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

Pres

são

do e

scoa

men

to li

vre

(Pa)

Driver - Gás HélioDd = 200mm

STCALC: Dg = 19 mm

STCALC: Dg = 15 mm

STCALC: Dg = 10 mm

STCALC_T2Região calculada com STCALC_T2

Δt = 198,9 + 210,8 P10,14

Δt = 481,7 + 9,6 P10,53

P1 > 26,7

Figura 1. Tempo de trânsito da onda de choque incidente. Figura 2. Pressão do escoamento livre. Conclusões O programa STCALC_T2, embora específico para o túnel T2, independe explicitamente de entrada de dados experimentais, o que o torna uma ferramenta importante para fornecer, quando possível, uma configuração do túnel (gases, condições iniciais e tubeira) para o experimento que reproduzirá com boa precisão o escoamento livre desejado. A precisão dos resultados está relacionada tanto com a quantidade quanto com a qualidade dos resultados experimentais que dão origem às funções matemáticas. Embora seja possível com o programa extrapolar para pontos fora da região para a qual as curvas de ajustes foram obtidas (vide Fig. 2), isto não é recomendável, pois não se pode garantir a qualidade dos resultados. Agradecimentos Ao CNPq pela bolsa de estudos de iniciação científica (PIBIC), a Agência Espacial Brasileira (AEB) pelo financiamento do projeto que deu origem ao banco de dados de ensaios experimentais [3] e a seus pesquisadores que muito colaboraram na execução deste trabalho. Referências [1] ROSA, M. A. P, ROCAMORA, F. D., MENEZES, A. C. STCALC – A Hypersonic Shock

Tunnel Calculator, In: 20TH INTERNATIONAL CONGRESS OF MECHANICAL ENGINEERING AND SCIENCE - COBEM, Nov. 2009, Gramado, RS. Trabalho a ser publicado.

[2] MINUCCI, M. A. S. An Experimental Investigation of a 2-D Scramjet Inlet at Flow Mach Numbers of 8 to 25 and Stagnation Temperatures of 800 to 4,100 K, 1991, Ph.D. Thesis, RPI.

[3] MENEZES, A. C., ROSA, M. A. P., ROCAMORA Jr., F. D. Determinação de Novas Condições de Ensaio do Túnel Hipersônico T2 para o Veículo SARA, Relatório de Pesquisa do Programa UNIESPAÇO. A ser publicado.


CARACTERIZAÇÃO DAS CURVAS DE RESPOSTAS DO ESPECTRÔMETRO TRIAX 550 DA JOBIN YVON

J. J. R. e Silva1*; M. G. Destro 2**

1Instituto Tecnológico de Aeronáutica, São José dos Campos - SP 2Instituto de Estudos Avançados – Divisão de Atividades Gerais, São José dos Campos – SP

*[email protected] **[email protected]

Palavras-chave: Espectroscopia, Monocromadores, Espectrômetros. Introdução Espectrômetros são instrumentos que geralmente necessitam de grande precisão para que suas medições sejam aproveitáveis. Porém, com o passar do tempo, o instrumento começa a sair de sua calibração original e passa a apresentar erros nas medidas; tanto em comprimento de onda, quanto em intensidade. Dessa forma, utilizando-se de tabelas produzidas pelo National Institute of Standards and Technology (NIST) [1] e de curvas de emissão de lâmpadas calibradas [2], foi possível obter funções que corrigissem o erro do espectrômetro Triax 550 da Jobin Yvon [3], tanto em termos do comprimento de onda quanto em termos da intensidade. Metodologia Primeiramente, com uma lâmpada de mercúrio, foram utilizadas as tabelas NIST [1] de emissão do mercúrio para saber onde deviam se encontrar as raias de emissão e, assim, pôde-se corrigir os valores experimentais coletados pelo espectrômetro. Em seguida, foi utilizada uma lâmpada de filamento de tungstênio calibrada [2], com a função de intensidade conhecida. Dessa forma, pôde-se corrigir o espectrômetro em termos da intensidade medida, a partir da razão entre valores teóricos e valores experimentais. Resultados e Discussão Para a calibração do espectrômetro em termos do comprimento de onda, foi obtida uma função polinomial de primeiro grau que corrigia os picos com bastante precisão. Na Figura 1, é mostrado um exemplo de correção em relação ao comprimento de onda de emissão.

Figura 1. Picos experimentais, corrigido e simulado para o espectro de emissão do mercúrio.


Já para a calibração em termos de intensidade, foi obtida uma função não tão bem comportada como a anterior. Porém, ela pôde ser aproximada pela soma de quatro gaussianas. Abaixo, na Figura 2, está a curva da função de calibração de intensidade para a grade de 1200 linhas/mm. Figura 2. Curva de calibração em intensidade para a grade de 1200 linhas/mm. Os pontos são os valores calculados e a curva vermelha é uma aproximação dada pelas quatro gaussianas,

cujas especificações estão no quadro à direita. Conclusões O trabalho conseguiu atingir seu objetivo de obter funções para calibrar o espectrômetro e assim tornar possível que durante o tempo, possam ser realizadas novas calibrações e obtidas novas funções de calibração. Assim, as medições podem ser tomadas com maior precisão. Agradecimentos Os autores agradecem o apoio do Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPq - Brasil pela concessão da bolsa PIBIC IEAv, processo nº 108652/2008-4. Referências [1] Tabelas dos espectros de emissão de elementos atômicos, fornecidas pelo NIST.

Disponíveis em http://physics.nist.gov/cgi-bin/ASD/lines1.pl. [2] ORIEL, Report of calibration of the One Standart of Spectral Irradiance (250 –

2400 nm). Documento de calibração fornecido pelo fabricante da lâmpada No. 63355 Quartz Tungsten Halogen.

[3] Descrição do espectrômetro utilizado. Disponível em http://www.jobinyvon.com/SiteResources/Data/MediaArchive/files/Mono/product/triax.pdf


ESTUDO DE REAÇÕES DE ABSTRAÇÃO DE HIDROGÊNIO DO METANOL COM OH POR MÉTODOS DA TEORIA DO FUNCIONAL

DENSIDADE 1

T. E. Santos1,2*; E. F. V. Carvalho2; F. B. C. Machado2; O. Roberto-Neto3

1Escola de Engenharia de Lorena, Lorena – SP 2Instituto Tecnológico de Aeronáutica, Departamento de Química, São José dos Campos, SP

3Instituto de Estudos Avançados, Divisão de Aerotermodinâmica e Hipersônica, SJC-SP *[email protected]

Palavras-chave: OH+CH3OH, Teoria do Funcional Densidade, Freqüências Vibracionais. Introdução A cinética das reações de abstração de hidrogênio entre o radical OH e o metanol (CH3OH), é uma das etapas determinantes da química de combustão do metanol cujas reações estão escritas abaixo, OH + CH3OH → CH2OH + H2O (1) → CH3O + H2O (2) Há trabalhos experimentais e teóricos realizados previamente envolvendo as reações elementares (1) e (2), onde foram obtidas as barreiras de energia e entalpia das reações, as constantes de velocidade e o efeito cinético isotópico [1,2]. Complementando estudos prévios, nosso objetivo consistiu em utilizar métodos da Teoria do Funcional Densidade (DFT, Theory of the Functional Density) para a determinação das geometrias e das freqüências vibracionais dos estados de transição conectando reagentes e produtos das reações (1) e (2). Os parâmetros estruturais obtidos serão empregados em cálculos das constantes de velocidade e das energias de ativação das reações elementares. Os métodos DFT foram escolhidos neste estudo porque apresentam apenas cerca de 10 a 20% do processamento computacional em relação aos métodos ab initio convencionais com resultados consistentes com estes métodos e com resultados experimentais.

Metodologia As geometrias, energias eletrônicas e as freqüências vibracionais foram calculadas com os métodos DFT (BB1K, MPWB1K e B3LYP [3]) empregando o conjunto base cc-pVTZ e comparadas com o método MP2. Os cálculos foram executados com o código computacional Gaussian 03 e processados em estações Opteron Duo-Core.

Resultados e Discussão As freqüências vibracionais dos estados de transição da reação elementar (1) (TS1) e da reação (2) (TS2) são apresentadas na Tabela 1. O valor da freqüência imaginária é um indicador da curvatura no topo (ponto sela) da superfície de energia potencial e também um diagnóstico quantitativo indireto da exatidão esperada em cálculos de cinética química. De modo geral, todos os métodos DFTs fornecem valores mais baixos das freqüências imaginárias para as estruturas TS1 e TS2 em relação aos cálculos ab initio MP2. Os valores das freqüências imaginárias obtidas como os métodos BB1K e MPWB1K são ligeiramente maiores do que aqueles obtidos com o método DFT B3LYP. Estes resultados ocorrem porque os dois primeiros métodos foram desenvolvidos para descrever a termoquímica e cinética de reações de abstração de hidrogênio, para sistemas compostos de elementos do primeiro e segundo períodos da Tabela Periódica [3]. 1 Projeto: Estudo Teórico de Reações de Combustão.


Tabela 1: Frequências vibracionais (cm−1) calculadas para os estados de transição TS1 e TS2.

TS1 TS2 ω BB1K MPWB1K B3LYP MP2 BB1K MPWB1K B3LYP MP2 ν1 3965 3971 3817 3867 3906 3918 3765 3831 ν2 3872 3876 3700 3805 3155 3162 3076 3168 ν3 3202 3211 3115 3208 3136 3143 3052 3157 ν4 3095 3106 3024 3097 3067 3074 2997 3067 ν5 1713 1732 2643 1558 1566 1565 1804 1592 ν6 1504 1507 1490 1508 1527 1529 1501 1529 ν7 1476 1461 1478 1406 1484 1487 1458 1498 ν8 1407 1399 1439 1352 1472 1475 1447 1472 ν9 1373 1377 1368 1326 1317 1318 1359 1305 ν10 1187 1187 1153 1144 1191 1194 1160 1188 ν11 1146 1147 1070 1077 1156 1159 1130 1138 ν12 1086 1087 1046 946 1102 1107 1042 1056 ν13 768 770 563 765 805 807 767 859 ν14 418 412 414 421 433 434 422 422 ν15 238 235 228 258 233 236 247 240 ν16 148 136 138 164 187 188 181 200 ν17 76 84 106 105 126 125 109 145 ν18i 441i 412i 167i 1465i 1721i 1794i 852i 2832i

Conclusões e Etapas Futuras Cálculos DFT foram realizados no estudo das freqüências vibracionais da reação de abstração de hidrogênio do metanol na presença do radical OH. As freqüências imaginárias dos estados de transição obtidas pelos métodos DFT têm valores mais baixos em relação aos cálculos ab initio MP2, com custo computacional muito mais baixo. Nossas próximas etapas irão consistir em variar a porcentagem HF (Hartree-Fock) dos métodos BB1K e MPWB1K, de modo a obter resultados semelhantes, tanto das freqüências imaginárias como das barreiras de energia das reações elementares (1) e (2), em relação aos cálculos rigorosos obtidos previamente [2]. Em etapas seguintes as energias, as geometrias e as freqüências vibracionais dos reagentes e dos produtos serão usadas para a obtenção das constantes de velocidade em função da temperatura, utilizando a teoria variacional do estado de transição.

Agradecimentos CAPES, CNPq, FAPESP.

Referências [1] SCHUCHENG, X.; LIN, M. C. Theoretical study on the kinetics for OH reactions with CH3OH and C2H5OH. Proceedings of the Combustion Institute, v.31, n.1, p. 159-166, 2007. [2] SANTOS, T. E.; CARVALHO, E. F. V.; MACHADO, F. B. C.; ROBERTO-NETO, O. Cálculos de estrutura eletrônica e de cinética química de reações de abstração de hidrogênio entre o radical OH e o CH3OH. IX Workshop Anual de Pesquisa e Desenvolvimento do IEAv, 2009, SJC, Atividades de Pesquisa e Desenvolvimento: livro de resumos, 2009. [3] SOUSA, S. F.; FERNANDES, P. A.; RAMOS, M. J. DFT Study for the Reactions of H Atoms with CH3OH and C2H5OH. Journal of Physical Chemistry. General Performance of Density Functionals. v. 111, 10439-10455, 2007. [4] CARVALHO, E. F. V.; BARAUNA, A. N.; MACHADO, F. B. C.; ROBERTO-NETO, O. DFT Study for the Reactions of H Atoms with CH3OH and C2H5OH. International Journal of Quantum Chemistry, v. 118, p. 2476-2485, 2008.


TÉCNICAS DE MEDIDAS DE PERMEABILIDADE E PERMISSIVIDADE COMPLEXAS UTILIZANDO GUIAS DE ONDAS

RETANGULARES E CILÍNDRICOS

A. F. N. Boss1; A. C. C. Migliano2

1Universidade Braz Cubas, Mogi das Cruzes – SP 2Instituto de Estudos Avançados – Divisão de Física Aplicada, São José dos Campos – SP

[email protected], [email protected]

Palavras-chave: caracterização eletromagnética de materiais, propriedades eletromagnéticas, método NRW, permeabilidade e permissividade complexas, fibra de carbono. Introdução O uso adequado das ferramentas computacionais de auxílio aos projetos de engenharia (CAE/CAD), utilizadas na análise de fenômenos eletromagnéticos, ou no projeto de dispositivos, tem como principal exigência o fornecimento das propriedades eletromagnéticas dos materiais empregados. O Laboratório de Sistemas Eletromagnéticos (LSE) do IEAv dispõe de um programa computacional que auxilia na determinação das propriedades dos materiais eletromagnéticos. Este programa tem seu código aberto, o que permite ao usuário ter acesso ao controle das variáveis e ao método de cálculo. No entanto, esta rotina computacional foi desenvolvida apenas para a análise de porta amostras do tipo linha coaxial de ar. Desta forma, o desenvolvimento de uma rotina computacional que possa analisar outros tipos de porta amostras é a principal motivação desse projeto. Esta ferramenta permitirá analisar amostras líquidas e sólidas, com dimensões mais favoráveis tecnologicamente para a sua confecção. Metodologia Uma amostra de polianilina (PAni), que pode atuar como material absorvedor [1], foi posicionada no interior de um porta-amostra, sendo este um guia de ondas retangular de banda X. Os valores de permeabilidade (µr*) e permissividade (εr*) complexas foram medidos a partir dos parâmetros de espalhamento ‘S’ (direto ou reverso). Neste ensaio foi utilizado um analisador de redes modelo N5230C/PNA-L da Agilent Co.. Resultados e Discussão A Fig. 1a apresenta um esquema de configuração da amostra (PAni) no interior do guia de onda retangular. Esta configuração foi utilizada no modelo de Nicolson, Ross e Weir (NRW) [2,3] para a derivação das grandezas físicas de interesse (µr*e εr*). A Fig. 1b é o fluxograma simplificado de execução de cálculo da rotina computacional. Após inserir os dados da amostra, a rotina computacional realiza as medidas da amostra em análise e efetua os cálculos do modelo de NRW. Posteriormente, os dados são gravados e os gráficos são exibidos.


Figura 1. a: Exemplificação do guia de ondas contendo a amostra; b: Fluxograma da rotina do

modelo matemático NRW.

A Fig. 2 apresenta os resultados de ensaios com a execução do programa comercial 85071E da Agilent, que serão empregados para validar a rotina computacional em desenvolvimento.

Figura 2. Exemplo de gráfico gerado pelo 85071E da Agilent.

Conclusões Serão efetuados ensaios com compósito de fibra de carbono e água, para validar o sistema. A faixa de freqüência a ser estudada será de 800 MHz a 12 GHz. Agradecimentos "Consolidação da Infra-Estrutura de Ensino, Pesquisa e Desenvolvimento no Centro Técnico Aeroespacial", apoiado ao Edital CT-INFRA 01/2001, prazo: 2002-2005. Proc:23.01.0731.00. Referências [1] Koul S, Chandra R, Dhawan SK, “Conducting polyaniline composite for ESD and EMI

at 101 GHz”, Polymer, vol. 41; pp. 9305, 2000. [2] Nicolson, A. M; Ross, G. F. “Measurement of the intrinsic properties of materials by

time-domain techniques”, IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, vol. 19, no. 4, pp. 377-382, November 1970.

[3] Weir, W. B. “Automatic measurement of complex dieletric constant and permeability at microwave frequencies”, Proceedings of the IEEE, vol. 62, no. 1, pp. 33-36, 1974.


AVALIAÇÃO DE FERRITAS Ni-Zn PARA USO EM SENSORES DE TEMPERATURA

A. K. Hirata1; V. L. O. Brito1; L. F. A. Almeida2; A. C. C. Migliano 1

1Instituto de Estudos Avançados – Divisão de Física Aplicada, São José dos Campos – SP 2Universidade do Vale do Paraíba – Faculdade de Engenharias, São José dos Campos – SP

1 [vlobrito, anderson.hirata, migliano]@ieav.cta.br 2 [email protected]

Palavras-chave: sensores de temperatura, cerâmicas magnéticas, ferritas Ni-Zn, permeabilidade magnética. Introdução Ferritas são materiais de custo relativamente baixo e são aplicáveis em diversos tipos de sensores. No caso dos sensores de temperatura baseados na dependência das propriedades magnéticas, a temperatura Curie (Tc) da ferrita é um parâmetro importante a ser avaliado. Ferritas ferrimagnéticas Ni-Zn apresentam Tc variando de -140° C até +570° C aproximadamente, dependendo da proporção de Ni-Zn. Cedillo [1] mostrou que, próximo a Tc, a permeabilidade magnética (µ) de uma ferrita Ni-Zn aumenta, e diminui bruscamente quando T>Tc. Nessa faixa de temperatura em que a taxa de variação de µ é incrementada, a ferrita pode agir como um transdutor de temperatura. A Eq. (1) mostra a relação entre a permeabilidade magnética e a indutância no caso de um sensor com transdutor toroidal, onde N é o número de espiras, A é seção transversal da toróide, μr

, é a permeabilidade magnética relativa, T é a temperatura, μ0 é a permeabilidade magnética no vácuo e r é o raio médio do núcleo da ferrita.

( )r

ANL r

πμμ

2

20

' Τ= (1)

O objetivo desse trabalho é analisar a variação da parte real da permeabilidade magnética complexa de uma ferrita Ni-Zn, em temperaturas (T) entre -40°C e +50 °C, quando Tc está entre +20°C e +50°C. Metodologia Amostras de ferritas foram fabricadas por meio de métodos de cerâmica convencionais, usando zinco, níquel e óxido de ferro como matéria-prima na seguinte proporção: 54,35% Fe2O3 – 38,04% ZnO – 7,61% Ni2O3. Três amostras foram sinterizadas nas temperaturas 1200°C, 1300°C e 1400°C. As medidas da permeabilidade magnética complexa relativa (µr*) das amostras foram feitas na faixa de freqüência de 100kHz a 100MHz[2], utilizando um analisador de impedância 4194A da Agilent. A taxa de variação da parte real de µr’ foi avaliada na freqüência de 100kHz para temperaturas de -40°C a +50 °C. O conjunto porta-amostra/amostra permaneceu por 15 minutos em cada temperatura de teste, no interior de uma câmara ESPEC SH-241. A aquisição dos dados obtidos foi realizada por meio de um algoritmo computacional desenvolvido no software Agilent VEE. Resultados e Discussão A Figura 1 mostra a variação de µr’ (em 100kHz) com temperatura para amostras de diferentes temperaturas de sinterização. Pode ser observado que para T<Tc a relação entre µr’


e T é aproximadamente linear. Uma queda acentuada de µr’ é observada para T>Tc. Essas faixas de temperatura são 20°C – 30°C para a temperatura de sinterização de 1200°C, 30°C – 40°C para a sinterização em 1400°C, e 40°C – 50°C para sinterização em 1300°C. A faixa de temperatura 35°C – 42°C é particularmente interessante para sensores de temperatura do corpo humano e pode ser observado que a ferrita estudada pode se tornar um transdutor sensível a essa faixa de temperatura. Um estudo mais detalhado está sendo realizado nessa faixa de temperatura, onde a amostra demonstrou ser mais sensível.

Figura 1. Variação de µ’r em função da temperatura na freqüência de 100kHz.

Conclusões A ferrita estudada pode ser usada como um transdutor de temperatura, baseando-se na variação da sua permeabilidade magnética, que mostrou sensibilidade próxima de 100μo/°C. A faixa de temperatura da sensibilidade máxima pode ser ajustada por meio da seleção da temperatura do patamar de sinterização. Agradecimentos À Divisão de Suporte Tecnológico do IEAv e ao Instituto de Fomento e Coordenação Industrial Referências [1] CEDILLO, E,; OCAMPO, J.; RIVERA, V.; VALENZUELA, R. An apparatus for the

measurement of initial magnetic permeability as a function of temperature. Journal of Physics E: Scientific Instruments, v. 13, p. 383, 1980.

[2] CÔRTES, A.L.; MIGLIANO, A.C.C.; BRITO, V.L.O.; ORLANDO, A.J.F. Practical Aspects of the Characterization of Ferrite Absorber Using One-port Device at RF Frequencies. In: PROGRESS IN ELECTROMAGETICS RESEARCH SYMPOSIUM, 2007, Pequim. PIERS 2007 Proceedings. Cambridge: Massachusetts Institute of Technology, 2007. p. 683-687.


ANÁLISE DE EMISSÕES ELETROMAGNÉTICAS IRRADIADAS EM AERONAVE XIMANGO2

M.S.A.Paiva1; A.C.C.Migliano2

1Universidade Braz Cubas, Mogi das Cruzes – SP 2Instituto de Estudos Avançados – Divisão de Física Aplicada, São José dos Campos – SP.

[m.paiva, scunha, [email protected]]

Palavras-chave: interferência eletromagnética, emissão irradiada, análise de ambiente eletromagnético, EMC/EMI, compatibilidade eletromagnética. Introdução A radiação eletromagnética indesejada é responsável por um tipo específico de poluição ambiental, conhecido como Interferência Eletromagnética (EMI). Tal interferência é prejudicial para equipamentos e dispositivos, pois produz perturbações nos sinais destes. Para detectar essas radiações indesejáveis, deve-se efetuar uma análise no ambiente, de modo que se tome conhecimento dos sinais que não operam de acordo com normas aplicáveis [1]. Os objetivos do trabalho foram:

• Verificar o ambiente eletromagnético por meio da análise do espectro dos sinais encontrados no meio, com recepção de uma antena dipolo de matriz log-periódica;

• Identificar as faixas de freqüências encontradas no ambiente eletromagnético com a aeronave no momento da ignição, em regime, e com o sensor ligado e desligado;

• Apresentar os espectros de radiação dos equipamentos e dispositivos do ambiente (interior da aeronave).

Arranjo Experimental Nos ensaios de avaliação de ambiente eletromagnético foram utilizados um Analisador de Espectro modelo 8563E, da Agilent Corp., e uma antena dipolo de matriz log-periódica, modelo 93148 da ETS/EMCO Inc., conectados por um cabo padrão N. Resultados e Discussão São apresentados a seguir os dados de potência em função da freqüência para os principais estados de operação da aeronave. A. No momento da ignição da aeronave: Ao posicionar a antena no interior da cabine da aeronave Ximango, foi realizada a leitura dos níveis de potência na faixa de freqüência de 30Hz até 1kHz. Os níveis de potências observados nessa faixa atingem até -96 dBm. B. Com a aeronave em regime contínuo de operação do motor: Ainda, com a antena posicionada no interior da cabine da aeronave Ximango, foi realizada uma varredura na faixa de freqüência de 25 kHz até 600 kHz. Os níveis de potência encontrados nessa faixa são semelhantes aos do item C, a seguir. C. Com a aeronave em regime contínuo e o sensor ligado: Com a antena na mesma posição, realizou-se a varredura com o sensor ligado, na faixa de freqüência de 25 kHz até 600 kHz. Foi observado o espectro eletromagnético, conforme apresentado na Fig. 1. A linha reta, cortando o espectro, representa os limites de potência estabelecidos por normas.


0 100k 200k 300k 400k 500k 600k-90

-85

-80

-75

-70

-65

-60

-55

dBm

Frequência (KHz)

Figura 1. Espectro eletromagnético encontrado com a aeronave em regime contínuo e sensor

ligado.

Conclusões Durante os ensaios realizados na aeronave Ximango observou-se que os níveis de potência das interferências eletromagnéticas (emissões irradiadas), encontradas na faixa de freqüência de 25 kHz até 600 kHz, atingiram -60 dBm. Os níveis observados são superiores aos estabelecidos em normas de regulamentação (< -67 dBm). Agradecimentos “Consolidação da Infra-Estrutura de Ensino, Pesquisa e Desenvolvimento no Centro Técnico Aeroespacial”, Edital CT-INFRA 01/2001, prazo: 2002-2005. Proc: 23.01.0731.00. SIMA- Projeto FINEP nº. 0.1.06.0951.00, de 15 de dezembro de 2006, administrado pela FUNCATE. Referências [1] Normas MIL – STD – 462 CE01-01, STD – 462 CE02-01, STD – 462 CE06-01, STD –

462 CS01-01, STD – 462 CS02-01, STD – 462 RS01-01. [2] C. R. Paul, “Introduction to electromagnetic compatibility”, 2nd ed., New Jersey, John

Wiley & Sons, Inc, 2006, pp. 49.


CALIBRAÇÃO RADIOMÉTRICA DE SENSORES ELETROÓPTICOS III

M. L. Silva1,2; M. C. Melo1; R. M Castro1,2*

1Instituto de Estudos Avançados – Divisão de Geointeligência, São José dos Campos – SP 2Universidade de Taubaté - Departamento de Matemática e Física, Taubaté – SP

*[email protected] Palavras-chave: Esfera Integradora; Caracterização Radiométrica; Sensoriamento Remoto.

Introdução A Esfera Integradora (EI) é uma fonte radiante utilizada como padrão na calibração de sensores imageadores. Por este motivo, suas propriedades de isotropia e estabilidade são fundamentais. A EI utilizada no Laboratório de Radiometria e Caracterização de Sensores Eletroópticos (LaRaC) é a USS2000 da LabSphere [1]. As análises da EI feitas no trabalho anterior mostraram que a radiância fornecida pela mesma não se estabilizava com o passar do tempo. Sendo assim, fez-se necessário realizar novas medições com a esfera, para investigar as causas desse comportamento. Ademais, foram retomados os estudos do Método de Monte Carlo, visando estabelecer um modelo matemático mais preciso para estimar a irradiância fornecida pela EI.

Metodologia Para verificar a estabilidade da EI foram realizadas medições sucessivas da radiância da esfera com um espectrorradiômetro FieldSpec Pro [2] posicionado no centro da abertura da EI, com três diferentes lâmpadas em funcionamento individual e simultâneo, durante 110 minutos. Durante as medições foram observados os valores da corrente e tensão das lâmpadas, bem como a temperatura e a umidade relativa do ar na abertura da EI. Posteriormente, com o objetivo de se analisar o funcionamento do espectrorradiômetro, foi realizada uma medição, com esse mesmo sensor, da radiação refletida por uma placa de referência, de Spectralon, também durante 110 minutos. O modelo matemático para estimar a irradiância fornecida pela EI levou em consideração características da esfera, como: dimensões e superfície refletora lambertiana, além de características da fonte (lâmpada de filamento de tungstênio) e a temperatura do filamento. Esse cáculo havia sido iniciado no trabalho Calibração Radiométrica de Sensores Eletroópticos II [3]. Entretando, no presente trabalho, procurou-se obter dados mais detalhados, para que os valores simulados se aproximassem dos dados experimentais. Além disso, a área do filamento de tungstênio da lâmpada foi estimada com melhor precisão, desmontando-se uma lâmpada de 45W. Também foi necessário considerar o ângulo que a direção do feixe de luz na EI faz com o eixo de simetria da EI, para permitir a comparação, em alguns casos, com os valores experimentais obtidos com o espectrorradiômetro, visto que o ângulo de visada utilizado nas medições foi de 1° (obtido por meio de um limitador de ângulo sólido).

Resultados e Discussão Nas medições para verificar a estabilidade da EI foi observado que o valor total da radiância em função do tempo era crescente, aumentando cerca de 0,5% com as lâmpadas de 45 W, aproximadamente 1,3% com a lâmpada de 150 W e 0,3% com a placa de Spectralon, no mesmo intervalo de tempo. Como este resultado não se pode dizer que somente a EI induza


um aumento da irradiância - já que este comportamento também foi constatado na medição com a placa de Spectralon. Os valores de tensão e corrente se mantiveram praticamente constantes, dentro das incertezas experimentais, durante todas as medições. Já os valores de temperatura e umidade não apresentaram um comportamento padrão em função do tempo nas medições feitas com diferentes arranjos. Com isto a variação da irradiância não poder ser atribuída a estes parâmetros. Na simulação da irradiância fornecida pela EI, os valores obtidos foram superiores, em torno de 20 a 25%, em relação aos valores experimentais. Levando-se em consideração a incerteza estimada para a área do filamento, de aproximadamente 8 %, os resultados estão próximos de serem compatíveis. Na simulação da irradiância na abertura da EI em função da distância em relação ao eixo de simetria da esfera, os dados obtidos para a irradiância foram ligeiramente superiores nos pontos mais próximos ao centro da esfera e mantendo-se uniforme em pontos mais distantes. Entretanto, nos dados experimentais, foi observado que a irradiância era uniforme dentro de um raio de, aproximadamente, 5 cm em torno do centro da abertura da esfera e diminuía nos pontos mais distantes. Este resultado indica que, eventualmente, a superfície interna da EI de Spectraflect [4], não seja lambertiana. Conclusão Como, basicamente, todas as medições da irradiância da EI realizadas com o espectrorradiômetro apresentaram um aumento de, aproximadamente, 0,5% no intervalo de tempo de 30 a 110 minutos do acionamento da lâmpada, esse valor será estabelecido como incerteza final dos valores da irradiância da EI a serem utilizados como referência na calibração de sensores. Foi concluído também que a tensão e a corrente, após alguns minutos do acionamento da lâmpada, bem como as variações da temperatura e umidade não são os fatores responsáveis pelo aumento da irradiância. O modelo matemático para estimar a radiação na abertura da esfera foi bastante aprimorado, fornecendo valores bastante próximos aos dados obtidos experimentalmente. Acredita-se que a razão pela qual a dependência radial da irradiância, obtida na simulação, na abertura da esfera seja diferente da observada experimentalmente seja pelo fato do material de revestimento interno da EI, o Spectraflect, não possuir um comportamento lambertiano.

Agradecimentos Os autores gostariam de agradecer ao CNPQ pela Bolsa de Iniciação Científica da Sra. Milena L Silva.

Referências [1] USS-2000, Integrating Sphere Manual, LabSphere, 2005. [2] FieldSpec Pro, User Manual, Analytical Devices, 2005. [3] Marcos A Avelisio, Calibração Radiométrica de Sensores Eletroópticos II: Relatório final

de atividades, IEAv, 2008. [4] Spectraflect, Spectraflect Reflectance Coating Data Sheet, Disponível em:

www.labsphere.com/data/userFiles/Spectraflect%20Datasheet_1.pdf, acesso em 19/06/2009.


RECOBRIMENTO DE PARTES METÁLICAS COM NANOPARTÍCULAS DE NEGRO DE FUMO VIA LASER DE CO2

G. N. Pedreira1*; G. de Vasconcelos 2; C. B. Mello3; E. F. Antunes3

1 Instituto Tecnológico de Aeronáutica - ITA, S .J. dos Campos, Brasil

2 Instituto de Estudos Avançados - Divisão de Fotônica, São José dos Campos – SP 3 Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais, S. J. dos Campos, Brasil

* [email protected] Palavras-chave: laser de CO2, negro de fumo, microdureza superficial, tribologia. Introdução Neste trabalho utilizou-se negro de fumo, em comparação a trabalhos anteriores em que amostras de aço eram recobertas com grafite e irradiadas com laser de CO2 [1,2]. O negro de fumo (NF) é constituído por partículas finamente divididas (100 a 500nm) produzidas pela decomposição térmica (pirólise) ou combustão parcial de hidrocarbonetos gasosos ou líquidos. Assim, utilizando-se o negro de fumo em tratamentos térmicos de metais e ligas, excluí-se o processo de moagem, necessário quando se utiliza grafite. Sua dimensão nano-métrica favorece também a possibilidade de recobrimento de maiores áreas com camadas mais finas. Após recobrimento com NF e irradiação com laser, as amostras são avaliadas por tribologia, espectroscopia Raman e durezas superficiais. Metodologia A parte experimental deste trabalho constituiu-se na preparação e aplicação de uma solução absorvedora da radiação incidente, feita a partir de pó de nano-partículas de negro de fumo diluído em álcool etílico, e a irradiação da superfície recoberta com um feixe de laser de CO2. Foram preparadas quatro amostras com diferentes parâmetros como mostrado na Tabela 1, onde ppp, indica o número de pulsos de lasers por polegada quadrada e NCA, o número de ciclos de aquecimento da amostras com o feixe de lasers.

TABELA1: Parâmetros utilizados durante a irradiação das partes recobertas com NF.

Amostras Velocidade (mm/s) Resolução (ppp) NCA P1 50 600 5 P2 50 600 10 P3 100 600 5 P4 100 600 10

Após a irradiação, as superfícies das amostras foram avaliadas por ensaios de micro dureza, microscopia óptica (MO) e tribologia. Resultados e Discussões Fez-se cinco medidas das micro-durezas superficiais (em HV) em cada amostra. As médias e suas respectivas microscopias ópticas estão apresentadas na Figura 1. O desgaste e o coeficiente de atrito dos corpos de prova foram analisados em um tribômetro. Neste equipamento, uma carga é aplicada sobre uma esfera que está apoiada na superfície da amostra, gerando trilhas circulares com raio conhecido, conforme é apresentado na Figura 2, juntamente com suas respectivas taxas de desgaste.


Peça P1 P2 P3 P4

Microscopia óptica

Micro dureza

superficial (HV) 873,8 723,2 655,5 684,6

Figura 1. MO da secção transversal das amostras com suas respectivas micro durezas médias.

Apresenta-se também, para comparação, na Figura 2 a trilha do corpo de prova sem revestimento com negro de fumo.

Sem

revestimento P1 P2 P3 P4

120X10-5 1,06X10-5 2,1 X10-5 12,7 X10-5 3,2 X10-5

Figura 2. Trilhas geradas na superfície das amostras durante ensaio no tribômetro, (MO) e suas respectivas taxas de desgaste em mm2/N.m, logo abaixo da MO.

A Figura 3 apresenta as medidas dos coeficientes de atrito, onde se observa acentuada redução em relação á peça sem revestimento.

Figura 3. Coeficientes de atrito das amostras com e sem recobrimento.

Conclusões A micro-dureza superficial do substrato antes da irradiação com laser de 250HV elevou-se para 870HV. O coeficiente de atrito das peças reduziu de 0,7 para 0,2 além de ter uma redução na taxa de desgaste de até 110 vezes. O NF apresenta o diferencial de não requerer a etapa de moagem, já que o material é fornecido na forma de nano partículas, e por promover uma camada de revestimento mais uniforme na etapa de aplicação com pistola pneumática.

Agradecimentos Ao CNPq pela bolsa de INIC, ao IEAv-CTA e ao Grupo Dedalo pela oportunidade. Referências [1] A. Ganeev, Low-power laser hardening of steels, Journal of Materials Processing

Technology, 121 (2002) 414-419. [2] F. Machado; Technological advances in steels heat treatment, Journal of Materials

Processing Technology, 172, (2006), 160-173.


ANÁLISE QUALITATIVA DO FOSFATO DE CÁLCIO EM DENTES BOVINOS IRRADIADOS COM LASER

R. P. Sanches1*; W. Miyakawa 2

1Universidade do Vale do Paraíba – São José dos Campos – SP 2Instituto de Estudos Avançados – Divisão de Fotônica, São José dos Campos – SP

*[email protected]

Palavras-chave: laser, espectroscopia FT-Raman, espectroscopia FT-IR, μ-fluorescência de raios-x, tecidos dentais. Introdução Os tecidos dentais duros (esmalte e dentina) são compostos basicamente por hidroxiapatita (Ca10(PO4)6(OH)2). Neles, os lasers são utilizados, principalmente, para a prevenção e remoção de cárie, preparação da superfície dental para procedimentos restaurativos, ativação de substâncias branqueadoras [1], etc. Porém, as alterações na estrutura e composição química provocadas por este tipo de radiação não estão totalmente estabelecidas. Assim, o presente trabalho teve por objetivo utilizar a μ-fluorescência de raios-x por energia dispersiva (μ-EDX), para medir o teor de cálcio e fósforo das amostras, e técnicas de espectroscopias vibracionais (FT-Raman e FT-IR), largamente utilizadas em todos os campos da ciência, inclusive a aeroespacial [1], para identificar possíveis mudanças de fases do componente fosfato de cálcio induzidas pela irradiação com lasers de CO2-TEA e de Cu-HBr. Metodologia Foram preparadas 30 amostras de esmalte e 30 de dentina, a partir de 15 dentes incisivos bovinos. Os corpos de prova passaram por desgaste manual com lixas 220, 320, 500, 800 e 1200 e foram analisados através das três técnicas antes (controle) e após a irradiação. Inicialmente, foi realizada a análise dos componentes minerais cálcio (Ca) e fósforo (P) em um espectrômetro de fluorescência de raios-x (μEDX-1300, Shimadzu), pontualmente em 5 sítios, com tempo de leitura de 144 s por sítio, tensão de 50 kV e corrente de 100 μA. Os dados obtidos passaram por teste estatístico de normalidade de Shapiro-Wilk (software Origin7.5 SR6, OriginLab Corp., USA) ao nível de 0,05 e pelo teste de análise de variância simples (one-way ANOVA, Origin7.5 SR6, OriginLab Corp., USA) ao nível de 0,01. Utilizando como parâmetro a razão Ca/P, foram separados dois grupos de esmalte (G1 e G3) e dois de dentina (G2 e G4) com médias estatisticamente iguais. Os grupos G1 e G2 foram irradiados com o laser de CuHBr (510nm, 0,83 J/cm2 por pulso, 20 ns de largura temporal, 12.600 pulsos por segundo), durante 20 s. Os grupos G3 e G4 receberam 2 pulsos do laser de CO2-TEA (10,6 µm, 1,2 J/cm2 por pulso, 80 ns de largura temporal, 1 pulso por segundo) por amostra. Após a irradiação, as amostras foram novamente analisadas por μEDX. Para a espectroscopia FT-Raman (espectrômetro RFS 100, Bruker), foram obtidos espectros na região entre 250-4000 cm-1, com excitação por um laser de Nd:YAG (λ = 1064.1 nm, 100 mW), resolução espectral de 4 cm-1 e 100 varreduras por espectro. As medidas de espectroscopia infravermelha foram realizadas com um espectrômetro FT-IR (Spotlight 400, Perkin Elmer) na região de 500-4000 cm-1, em modo de reflectância, 32 varreduras por espectro e resolução de 1 cm-1. Para as comparações, os espectros característicos de cada grupo foram normalizados em relação ao pico mais intenso.


Resultados e Discussão Os valores obtidos para a razão Ca/P não mostraram diferenças estatisticamente significantes entre os grupos controle e irradiado, para ambos os lasers. Acredita-se que isso se deva à alta penetração do feixe de raios X, resultando na medida de tecidos mais profundos e não alterados pelos lasers. No espectro FT-Raman de todos os grupos, foram identificadas as bandas para os modos ν2, ν4, ν1 e ν3 do PO4

3- (431 cm-1, 585 cm-1, 960 cm-1 e 1048-1098 cm-1, respectivamente), para o CO3

2- (1070 cm-1), para as amidas III, II e I (1214-1300 cm-1, 1451 cm-1 e 1665 cm-1, respectivamente) e para o CH2 (2940 cm-1). Apenas para os grupos G3 e G4, as bandas ficaram mais intensas a partir de 1130 cm-1. Nos espectros FT-IR dos grupos de esmalte, os modos normais de PO4

3- foram observados em 570 cm-1 (ν2), 604 cm-1 (ν4), 1048 cm-1 (ν3, mais intenso) e em 956 cm-1 (ν1), além de bandas referentes às vibrações de CO3

2- (872 cm-1, 1400 cm-1, 1446 cm-1 e 1540 cm-1). No espectro do grupo G3, a presença de uma fraca banda em 508 cm-1 sugere a formação de uma fase de fosfato de tetracálcio [2]. Nesse grupo, também se notou a ausência de bandas de CO3

2- e que a banda referente ao modo ν2 do PO4

3- ficou menos intensa que a ν4. Além disso, os picos do modo ν3 do PO4

3- estão cerca de 10 cm-1 deslocadas para a direita em relação às dos grupos G1 e controle. Acredita-se que isso se deva a uma deformação da estrutura tetraédrica do PO4

3-. Nos espectros FT-IR de dentina, os modos de PO43- apareceram em 560 cm-1 (ν2), 600-

603 cm-1 (ν4), 1028 cm-1 (ν3, pico único) e 958 cm-1 (ν1), e os modos de CO32-, em 868 cm-1,

1442 cm-1 e 1544 cm-1. No grupo G4, as bandas ν2 e ν4 do PO43- apresentaram intensidade

maior que as do grupo G2 e controle, e as de CO32-, com intensidade menor. Também foi

observada a banda fraca em 508 cm-1, sugerindo a presença da fase de fosfato de tetracálcio. Conclusões Embora os dados de μEDX não tenham mostrado diferenças estatisticamente significantes de teor de Ca e P entre os grupos controle e irradiado, a partir dos espectros FT-Raman e FT-IR de tecidos dentais bovinos, foram identificadas bandas relativas aos constituintes minerais e orgânicos. Nas amostras irradiadas com o laser de CO2-TEA, foram observados indícios de formação da fase de fosfato de tetracálcio e deformações da estrutura tetraédrica do PO4

3-. Agradecimentos Ao PIBIC-CNPq/IEAv, pela bolsa de iniciação científica, à Divisão de Fotônica – EFO/IEAv e ao Laboratório de Espectroscopia Vibracional Biomédica – LEVB/UNIVAP, pela utilização dos equipamentos. Referências [1] KLOCKE, A.; MIHAILOVA, B.; ZHANG, S.; GASHAROVA, B.; STOSCH, R.;

GÜTTLER, B.; KAHL-NIEKE, B.; HENRIOT, P.; RITSCHEL, B.; BISMAYER, U., CO2 laser-induced zonation in dental enamel: A Raman and IR Microspectroscopic Study. J Biomed Mater Res Part B: Appl Biomater, v. 81B, p. 499-507, 2007.

[2] STREET, K. W., Liquid space lubricants examined by vibrational microspectroscopy. Analytical Letters, v. 43, issue 3, p. 351-376, 2008.


DESENVOLVIMENTO DE UM MÉTODO DE DETERMINAÇÃO DE TEMPERATURA BASEADO NA BANDA B-X DO RADICAL CH*1

D. A. Machado¹*; L. V. Arnoni²; A. M. dos Santos³; D. Carinhana Jr.³ 1Faculdade de Engenharia de Guaratinguetá, UNESP, 12.516-410, Guaratinguetá, SP.

2Universidade do Vale do Paraíba, UNIVAP, 12244-000, São José dos Campos, SP. 3Instituto de Estudos Avançados, C. P. 6044, 12.228-970, São José dos Campos, SP.

*[email protected] Palavras-chave: espectroscopia de emissão; quimiluminescência; combustão. Introdução Os métodos convencionais de determinação de temperaturas de chamas, como o uso de termopares, são limitados para temperaturas até cerca de 2000 K. Acima desse valor, os materiais atualmente disponíveis sofrem processos de oxidação que impedem a obtenção de medições confiáveis. Nessas situações, métodos não-intrusivos, como a análise espectral da radiação emitida pelo sistema, têm sido empregados como uma alternativa viável [1]. No caso específico de chamas, a temperatura pode ser monitorada utilizando-se algumas das próprias espécies químicas geradas durante o processo de combustão. Nesse sentido, o objetivo deste trabalho é estabelecer um método rápido e confiável para se medir a temperatura rotacional do radical CH* através da espectroscopia de emissão natural. Metodologia A análise da temperatura foi feita a partir de chamas pré-misturadas compostas por GLP (Gás Liquefeito do Petróleo), O2 e N2, com razão de queima, Φ, (combustível/comburente) igual a 1,36. A aquisição de dados foi realizada utilizando-se o espectrômetro Ocean Optics HR 4000, na faixa espectral de 340 a 430 nm. Os espectros de emissão foram obtidos em quatro alturas diferentes, com intervalo de 0,6 mm a partir do topo do queimador. As temperaturas foram determinadas a partir dos picos de emissão entre 392,0 e 395,3 nm. Nessa região, há a sobreposição dos ramos P e Q da banda (B-X), o que impede a aplicação direta da equação de Boltzmann (Equação 1). Para contornar esse problema, foi introduzida uma segunda equação, correspondente à razão entre a distribuição da população dos dois ramos (Equação 2) [2]. A razão das intensidades dos picos foi calculada a partir de uma estimativa inicial de temperatura rotacional na (Equação 2). Assim, foi possível construir um sistema de equações, formado pela soma e pela razão entre as intensidades de emissão de cada ramo. Uma vez calculadas as intensidades de cada linha, calculou-se a temperatura rotacional para cada ramo. Os valores de temperatura obtidos foram novamente introduzidos na Equação 1, até que houvesse o melhor ajuste linear do gráfico de Boltzmann.

1) (Equação Cln KTE

-Iln J'

"'

4

+=⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛

s JJ

λ

2) (Equação F(N'-5)]} - )F(N' [kTrot

hcexp{−=SpSq

IpIq

1 Projeto: Caracterização da Combustão Supersônica e Combustão de Propelentes Líquidos por meio de Espectroscopia de Emissão e Absorção.


Resultados e Discussão A Figura 1 mostra um exemplo de um espectro de emissão da banda (B-X) do radical CH*, em que se pode observar a sobreposição das linhas P(6)/Q(11), P(7)/Q(12), e assim por diante, até o pico em 385,3 nm, correspondente aos ramos P(10)/Q(15). As temperaturas calculadas são mostradas na Tabela 1.

388 390 392 394 396 398 400 4020,0

0,4

0,8

1,2

I (a.

u.)

λ (nm)

P6/Q11 P8/Q12

P10/Q14

Figura 1. Espectro de emissão obtido experimentalmente da banda B-X do radical CH*

Tabela 1. Temperaturas rotacionais obtidas

Altura (mm) Temperatura Boltzmann (K) 1,91 2511 ± 100 2,52 2646 ± 92 3,13 2650 ± 103 3,73 2658 ± 109

Os valores de temperatura mostram-se compatíveis com resultados de trabalhos anteriores [1]. Isso faz da banda (B-X) uma alternativa viável e rápida para a determinação da temperatura, visto que são necessárias apenas as medições das intensidades de emissão de cinco picos experimentais. Pode-se observar que a temperatura sofre um aumento à medida que são analisados pontos mais altos do cone interno da chama. Nessas regiões, a reação se aproxima mais de uma razão estequiométrica, formando, assim, uma maior quantidade de espécies CH*. Por fim, os desvios-padrão calculados mostraram uma boa precisão dos resultados obtidos. Conclusões Os resultados do trabalho confirmaram que a técnica de espectroscopia molecular de emissão é adequada para se estimar a temperatura de um sistema de combustão. No caso particular da banda B-X, o método é bastante prático, sendo necessária a medição da intensidade experimental de apenas cinco picos que compõem o espectro de emissão da espécie CH*. Agradecimentos À FINEP pelas bolsas de iniciação científica. Projeto nº 01.06.0968.00. Referências [1] CARINHANA Jr., D. Determinação de temperatura de chama por espectroscopias de

emissão. Campinas, 2006. 116p. Tese de Doutorado. Universidade Estadual de Campinas. [2] FURUYA, K. et al. Rotational distributions and threshold energies of the CH(B-X)

emission by controlled electron impact on methane, ethylene, and ethane. Chemical Physics, v. 221, n. 3, p. 303-309, 1997.


ESTUDO DE EMISSÕES DE PLASMAS DE NITROGÊNIO PARA APLICAÇÕES EM HIPERSÔNICA1

L. O. Carneiro1*; A. C. Oliveira2; D. Carinhana Jr.21Escola de Engenharia de Lorena – USP, Lorena, SP, Brasil

2Instituto de Estudos Avançados, S. J. dos Campos, Brasil * [email protected]

Palavras -chave: temperatura; aerotermodinâmica; espectroscopia de emissão.

Introdução O desenvolvimento de veículos hipersônicos visa, dentre outras aplicações, estabelecer um método mais barato de se atingir a órbita terrestre do que os existentes. A grande vantagem desses veículos é dispensar o transporte de oxidante. O estudo é realizado em túneis de choque onde é possível simular as condições de escoamento do vôo a hipervelocidades. Alguns parâmetros dos túneis ainda não são conhecidos, dentre os quais, as temperaturas envolvidas no processo. Dada as extremas velocidades do escoamento hipersônico, o uso de técnicas convencionais de medições de temperatura é impraticável, pois os próprios sensores medidores funcionariam como obstáculo ao escoamento, alterando as características de operação do túnel. Assim, o estudo desses sistemas requer o uso de técnicas de medições não-intrusivas, baseadas em fenômenos físico-químicos, como a emissão ou absorção de radiação

[1]. Nesse sentido, o presente estudo visa o estabelecimento de uma técnica para determinação da temperatura do escoamento em túneis hipersônicos através da espectroscopia de emissão das espécies N2 e N2

+.

Metodologia As emissões de N2 e N2

+ foram estudadas a partir de plasmas de ar atmosférico gerados por descarga elétrica. Ambas as espécies foram escolhidas tanto por pertencerem ao grupo de moléculas diatômicas cujas respectivas constantes espectroscópicas encontram-se muito bem determinadas e cujos espectros de emissão em função da temperatura podem ser facilmente calculados utilizando-se programas disponíveis [2], quanto pelo interesse atual no estudo do desenvolvimento de veículos a propulsão aspirada. Os plasmas foram produzidos em uma câmara fechada, dotada de dois eletrodos de aço recobertos com um filme de titânio e de janelas ópticas para a aquisição dos espectros. O intervalo de pressão investigado variou de 1 a 100 mbar. Os espectros foram obtidos em um espectrômetro compacto HR 4000, na região entre 340 a 430 nm, engatilhado ao sistema de centelhamento. Um exemplo típico de plasma produzido é mostrado na Figura 1.

Figura 1. Exemplo de plasma de ar atmosférico gerado durante os experimentos.

1 Projeto: Desenvolvimento de um Termômetro Óptico para Caracterização de Túneis de Choque Hipersônicos (CNPq)


Resultados e Discussão Os espectros de emissão obtidos experimentalmente apresentam forte relação com os valores de pressão. Na Figura 2a, pode-se observar que em baixos valores de pressão, entre 1 e 8 mbar, ocorre uma expressiva emissão molecular, entre 350 e 390 nm, correspondendo às bandas das espécies N2/N2

+. Acima desse valor a emissão atômica, na região de 400 nm a 420 nm, é mais pronunciada, conforme o espectro mostrado na Figura 2b.

340 350 360 370 380 390 400 410 420 4300

500

1000

1500

2000

2500

3000

N+2 (B

2Σ+u-X

2Σ+g)I (

a.u.

)

λ (nm)

N2 (C3Πu-B

3Πg)

a)

340 350 360 370 380 390 400 410 420 4300

2000

4000

6000

8000

10000

12000

I (a.

u.)

λ (nm)

N

b)

Figura 2. Espectro de emissão de plasma de ar atmosférico gerado por descarga elétrica

a) 2 mbar e b) 25 mbar. A mudança de comportamento espectral em função da pressão do sistema pode ser explicada em termos de densidade de energia depositada. A excitação das espécies em um gás ocorre devido à colisão com os elétrons provenientes da descarga aplicada. Em pressões mais elevadas, o processo gera um plasma filamentado com alta concentração de cargas, com energia suficiente para romper as ligações moleculares e produzir espécies átomos em estados excitados. Em pressões mais baixas, a menor energia faz com que não haja quebra nas ligações químicas, originando-se, assim, espécies moleculares excitadas.

Conclusões A emissão obtida em ondas de choque formadas nos túneis hipersônicos está normalmente relacionada à presença de bandas de nitrogênio molecular [3]. Os experimentos realizados até o momento mostraram que é possível reproduzir as condições de operação do túnel com êxito. A próxima etapa será a realização de experimentos no túnel sob condições reais de operação, com a atenção voltada para a medição de temperatura nas seções de teste. Agradecimentos Ao CNPq pelo financiamento total do projeto nº 480989/2007-6. Referências [1] CARINHANA Jr., D. Determinação de temperatura de chama por espectroscopias de

emissão. Campinas, 2006. 116p. Tese de Doutorado – Instituto de Química, Universidade Estadual de Campinas.

[2] LUQUE, J. e CROSLEY, D.R., “LIFBASE: Database and spectral simulation (version 1.5)”, SRI International Report MP 99-009 (1999).

[3] ALLEN, R. A. Nonequilibrium Shock Front Rotational, Vibrational and Electronic Temperatures Measurements. Research Report, n. 186, NASA, 1964.


CÁLCULO DA TEMPERATURA POR ESPECTROSCOPIA DE EMISSÃO DA BANDA CH* (A-X)1

D. A. Machado¹; L. V. Arnoni²; A. M. Santos³ ; D. Carinhana Jr.³ 1Faculdade de Engenharia de Guaratinguetá, UNESP, 12.516-410, Guaratinguetá, SP.

2Universidade do Vale do Paraíba, UNIVAP, 12244-000, São José dos Campos, SP. 3Instituto de Estudos Avançados, C. P. 6044, 12.228-970, São José dos Campos, SP.

*[email protected]

Palavras-chave: espectroscopia de emissão; combustão; quimioluminescência.

Introdução Os métodos convencionais, como termopares, de medição não se aplicam em sistemas de combustão de altas temperaturas. As limitações tecnológicas em relação a materiais e custos envolvidos, muitas vezes tornam impossível a utilização de termopares. Em certos casos, as características do sistema exigem métodos não-intrusivos de medição, como é o caso dos túneis de choque, e outros sistemas aeronáuticos, pois a presença dos próprios sensores causaria alterações ao escoamento, introduzindo erros nas medições. Nessas situações, têm sido utilizados métodos ópticos, como a análise da radiação emitida ou absorvida dos gases aquecidos gerados durante a combustão. Nesse sentido, o objetivo do trabalho é determinar a temperatura de chamas de Gás Liquefeito de Petróleo, GLP, utilizando-se a espectroscopia de emissão da banda A-X do CH*.

Metodologia A chama analisada foi produzida em um queimador por uma mistura de O2 (30,09 mmol/min), N2 (26,96 mmol/min) e GLP (12,05 mmol/min), com razão de queima Φ (combustível/comburente) de 1,36. O sistema de aquisição dos espectros consistiu de uma lente de quartzo biconvexa, com foco de 10 mm, e do espectrômetro Ocean Optics HR 4000. A imagem da chama foi ampliada em 3,28 vezes, permitindo assim, um aumento na resolução espacial das regiões investigadas. A banda ( do radical CH*, observada entre 410 e 430 nm, foi investigada em quatro alturas da chama, com espaçamento de 0,6 mm a partir do topo do queimador. Em cada altura, foram analisadas três regiões, conforme mostrado na Figura 1. Os pontos centrais correspondem ao máximo de emissão em uma dada altura, enquanto os laterais correspondem à intensidade mínima de emissão na qual foi possível o cálculo da temperatura. A temperatura foi determinada segundo dois métodos distintos: comparação entre os espectros experimentais e os simulados com programa LIFBASE [1]; e análise das distribuições populacionais relativas dos ramos da banda A-X do radical CH*, utilizando a equação de Boltzmann.

Figura 1. Regiões da chama investigadas

1 Projeto: Caracterização da Combustão Supersônica e Combustão de Propelentes Líquidos por meio de Espectroscopia de Emissão e Absorção


Resultados e Discussão O cálculo da temperatura para a banda CH*(A-X) [3] foi baseado na análise das intensidades dos picos 11 a 20, como os apresentados na Figura 2. Estes picos apresentam dois ramos, R1 e R2, sendo R1 correspondente ao maior comprimento de onda. Como os picos 11,12 e 13 apresentam sobreposição de R1 e R2, devido a limitações de resolução do espectrômetro utilizado, conseguimos obter resultados satisfatórios através da distribuição de Boltzmann dos picos 14 a 20, analisando os picos R2. Os valores de temperatura determinados com o uso do programa LIFBASE apresentaram valores sistematicamente maiores que a banda CH*(A-X), da ordem de 10% acima. No momento, as causas para essa diferença estão sendo investigadas.

418 419 420 421 422 423 424 4250,0

0,4

0,8

1,2

Pico 20

I (u.

a.)

λ (nm)

Pico 11

Figura 2. Espectro da banda A-X na região de interesse (picos R1 e R2)

Tabela1. Temperaturas obtidas pela distribuição de Boltzmann.

Altura (mm) Temperatura Média (K) Desvio Padrão (K)

0,6 2594 41 1,2 2593 67 1,8 2532 194 2,4 2695 104

Conclusões Com base nos resultados obtidos até o momento, podemos observar que é possível a determinação da temperatura em sistemas de combustão através da análise das emissões do radical CH*. Em particular, o uso de equipamentos de baixa resolução mostrou-se uma alternativa viável ao emprego de sistemas complexos. Agradecimentos A FINEP pela concessão das bolsas de iniciação científica aos alunos L. V. Arnoni e D. A. Machado. Projeto nº 01.06.0968.00. Referências [1] LUQUE, J.; CROSLEY, D. R. Absolute CH concentrations in low-pressure flames

measured with laser-induced fluorescence. Applied Physics B-Lasers and Optics, v. 63, n. 1, p. 91-98, 1996.

[2] CARINHANA Jr., D. Determinação de temperatura de chama por espectroscopia de emissão. Campinas, 2006. 116p. Tese de Doutorado. Universidade Estadual de Campinas.

[3] KIM, J. S.; CAPPELLI, M. A. Temperature measurements in low-pressure, diamond-forming, premixed flames. Journal of Applied Physics, v. 84, n. 8, p. 4595-4602, 1998.


DESENVOLVIMENTO DE PROGRAMA COMPUTACIONAL PARA CÁLCULO DE PROPRIEDADES TERMO-FÍSICAS DE FLUIDOS

PARA USO NO PROJETO DE CICLO BRAYTON FECHADO

G. M. Placco1; G. P. Camillo2; L. N. F. Guimarães2

1 FATESF, Jacareí, SP – e-mail: [email protected] 2 Instituto de Estudos Avançados (IEAv), S .J. dos Campos, Brasil

2[giannino, guimarae]@ieav.cta.br Palavras-chave: gases, ciclo Brayton fechado, reatores nucleares, propulsão espacial. Introdução A Divisão de Energia Nuclear (ENU) do Instituto de Estudos Avançados (IEAv) iniciou um programa denominado TERRA (Tecnologia em Reatores Rápidos Avançados) que realiza estudo sobre a construção de um Ciclo Brayton Fechado (CBF) [1], o qual atuará como conversor de energia de uma micro usina nuclear para uso no espaço. O programa TERRA objetiva estabelecer as tecnologias chaves para permitir o desenvolvimento de microrreatores nucleares para uso no espaço, tanto para geração de energia quanto para propulsão. Este trabalho evidencia os esforços realizados para a obtenção de propriedades termo-físicas de gases para a produção de um programa simulador de Ciclo Brayton Fechado. Metodologia Um levantamento preliminar da literatura revelou um programa da NASA [2] que calcula propriedades físicas e termodinâmicas de gases e suas misturas em diversas situações, incluindo processo de combustão. Esta bibliografia contém a base de dados inicial a ser buscada. Uma pesquisa detalhada foi feita na literatura a fim de produzir uma ampla cobertura de gases, de suas propriedades, das relações estequiométricas para misturas e da dependência em temperatura e pressão. As rotinas desenvolvidas fornecem propriedades de gases individuais e também de misturas de interesse, uma vez que no caso de aplicações espaciais a mistura xHe-yXe vem recebendo bastante atenção. Desenvolveu-se um programa, com funcionamento autônomo, que calcula as variações das propriedades dos gases em função da temperatura. O mesmo programa foi adaptado para ser introduzido como sub-rotina de um programa simulador de ciclo Brayton fechado já existente. Resultados e Discussão Foram levantados dados de propriedades termo-físicas dos gases a partir de uma ampla pesquisa bibliográfica [3, 4]. As propriedades levantadas foram: viscosidade, condutividade térmica, calor específico, razão de calor específico, entalpia e densidade. Constatou-se que estas propriedades, para os gases escolhidos como opção de fluído de trabalho para o CBF, variam muito pouco em função da pressão esperada para o funcionamento do CBF (75-300kPa), no máximo 0,12%. Dessa forma, estas variações foram desprezadas. O programa denomidado ProTerraCBF, em seu funcionamento autônomo, poderá fornecer ao usuário que o utilizar, uma biblioteca de informações sobre propriedades termo-físicas dos seguintes gases: Ar, Argônio, Dióxido de Carbono, Hélio, Hidrogênio, Nitrogênio, Neônio e Xenônio. O usuário poderá escolher visualizar propriedades de gases isolados ou uma mistura entre gases nobres, bastando informar a taxa da mistura e a temperatura desejada, como mostrado na Fig. 1. Após clicar em “Calcular”, o usuário poderá visualizar a lista de propriedades na tela. O ProTerraCBF fornece, também, gráficos, isolados ou agrupados, contendo curvas das propriedades em função da temperatura.


Figura 2. Interface gráfica do ProTerraCBF. Conclusões Há uma margem de erro considerada desprezível para os resultados obtidos com o ProTerraCBF, decorrente do método de operação adotado. Tais erros podem ser observados quando, ao se optar por selecionar uma temperatura, escolhe-se uma temperatura de valor existente na tabela fornecida. Por exemplo, ao escolher o gás Hélio e selecionar uma temperatura de 250K, nota-se que para a densidade há uma variação de, aproximadamente, 1,32%, entre os valores da tabela e calculado, devido a interpolação utilizada. No momento, está em desenvolvimento a integração do ProTerraCBF ao simulador de CBF já existente, de modo a ser um subprograma auxiliar que terá como função fornecer ao simulador de CBF as propriedades termo-físicas dos diversos gases de interesse. Ao término da fusão dos dois programas, será possível fazer a simulação do funcionamento do CBF para vários gases, possibilitando, assim, construir um protótipo mais otimizado de CBF. Agradecimentos Ao orientador Lamartine N. F. Guimarães pela oportunidade cedida. Ao 1º Ten. Eng. Giannino P. Camillo pela ajuda em todo o meu trabalho. E, finalmente, Ao Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) pela bolsa cedida. Referências [1] GUIMARÃES, L. N. F. ; CAMILLO, G. P. ; PLACCO, G. M. Design of a Simplified

Closed Brayton Cycle for a Space Reactor Application. In: Institute for the Advanced Studies in THE SPACE, PROPULSION & ENERGY SCIENCES, 2009, Huntsville, AL, USA.. Space, Propulsion & Energy Sciences International Forum (SPESIF-2009), 2009.

[2] GORDON, S. and McBRIDE, B.J. Computer Program for Calculation of Complex Chemical Equilibrium Compositions and Applications – Analysis, NASA Reference Publication 1311, October 1994.

[3] ZUCROW, MAURICE J; HOFFMAN, JOE D. Gas Dynamics. Volume I. West Lafayette, Indiana: John Wiley & Sons. 1976. p. 20-57

[4] INCROPERA, F. P.; DEWITT, D. P. Fundamentals of Heat and Mass Transfer. 4.ed. New York: John Wiley & Sons, 1996, 886p.


ESTUDO DO PROCESSAMENTO DE BLINDAGENS ELETROMAGNÉTICAS

S. A. Cunha1; A. C. C. Migliano2

1Universidade Braz Cubas, Mogi das Cruzes – SP 2Instituto de Estudos Avançados – Divisão de Física Aplicada, São José dos Campos – SP

[scunha,migliano]@ieav.cta.br

Palavras-chave: material absorvedor, ambiente eletromagnético, blindagem eletromagnética, RF. Introdução Dentre os recursos empregados no controle e redução das radiações não ionizantes (RNI) estão os sensores de potência de RF e blindagens à base de compósitos cerâmicos. Esses dispositivos têm aplicações abrangentes, pois são utilizados nas indústrias aeronáutica, de telecomunicações, de eletroeletrônicos e, ainda, na área médica. O objetivo deste trabalho foi o estudo do processamento dos compósitos à base de resinas alifáticas e óxidos metálicos, empregados em radares de aeronaves, blindagens de telefonia móvel, filtros UHF etc. Foram confeccionadas amostras para a blindagem de um sensor diodo de RF e para um filtro comercial de UHF. Em ambos os casos foram obtidas as atenuações de radiações de RF maiores que 30 dB. O emprego desse material em filtros garantiu também a proteção contra surtos de até 3 kV, característica necessária para sua comercialização, de acordo com normas internacionais. Neste trabalho também é descrita a metodologia empregada na fabricação dessas blindagens, bem como são detalhados os resultados obtidos nas blindagens do diodo de RF e do filtro UHF. Metodologia Na preparação da blindagem foi utilizado o pó de ferrita de MgMn, e como matriz polimérica foram empregadas as resinas líquidas GY 260 e HY 2964. As proporções de cada material foram definidas em função da rigidez mecânica apropriada para seu uso. Para a confecção da peça foi desenvolvido um molde em Politetrafluoretileno, a partir das dimensões do filtro de UHF, no qual a resina resultante da mistura do centro absorvedor com a matriz polimérica era depositada. O processo de cura da resina foi realizado em vácuo, por um período de 24 horas e posterior aquecimento em estufa a 60o C por 2 horas. Resultados e Discussão Foram obtidas as atenuações de radiações de RF maiores que 30 dB. O emprego desse material no filtro de UHF garantiu também a proteção contra surtos de até 3 kV. A Tabela 1 apresenta os valores do ensaio de emissões eletromagnéticas irradiadas. A distribuição espacial do campo elétrico no filtro, antes e após a aplicação do compósito, é apresentada na Figura 1. Esses dados foram obtidos por meio de simulações computacionais com a ferramenta XFDTD [3].


Tabela 1. Valores do ensaio de emissões eletromagnéticas irradiadas.

Potência

(W) Freqüência

(MHz)

Densidade de Potência

(mW/cm²)

Nacional 7,76 500 0,09

Importado 7,76 500 0,04

LSE 7,76 500 0,04

BA BA

Figura 1. A) Filtro sem o material absorvedor; B) Filtro com o material absorvedor.

Conclusões O material garantiu as atenuações de radiações de RF maiores que 30 dB. A proteção que o material oferece contra surtos de até 3kV fornece ao filtro a característica necessária para sua comercialização no mercado, de acordo com normas internacionais. Agradecimentos À Universidade Braz Cubas; "Consolidação da Infra-Estrutura de Ensino, Pesquisa e Desenvolvimento no Centro Técnico Aeroespacial", apoiado ao Edital CT-INFRA 01/2001, prazo: 2002-2005. Proc:23.01.0731.00. Referências [1] Brito, V. L. O. Seleção, elaboração e caracterização de ferritas Ni-Zn para aplicação

em monitores de corrente pulsada. São José dos Campos, 2007. Tese de Doutorado - Instituto Tecnológico da Aeronáutica.

[2] Migliano, Y. C. P. Caracterização da anisotropia na permissividade de osso cortical utilizando o método da impedância. São Paulo, 2008. Tese de Doutorado - Escola Politécnica da Universidade de São Paulo.

[3] XFDTD - Full-wave, 3D, Electromagnetic Analysis Software - Users Guide, Version 6.3.


INFLUÊNCIA DA ADIÇÃO DE CÁLCIO NO COMPORTAMENTO EM FLUÊNCIA DE UM AÇO INOXIDÁVEL 304

I. R. Carrer1*; A. J. Abdalla 2; D. Neves2; M. J. R. Barboza1 1 Escola de Engenharia de Lorena - EEL/USP, Lorena-SP.

2Instituto de Estudos Avançados – IEAv/ CTA, São José dos Campos-SP. [email protected]*

Palavras-chave: aço austenítico; usinagem; fluência; tração. Introdução Os aços inoxidáveis têm a elevada resistência à corrosão como uma de suas mais importantes propriedades. Entretanto, estes aços apresentam uma baixa usinabilidade [1]. A busca na melhoria da usinabilidade destes aços inclui a adição de cálcio para o controle da morfologia e distribuição das inclusões. O objetivo principal deste trabalho é analisar as conseqüências que esta modificação química acarreta nas propriedades mecânicas, uma destas importantes propriedades é a ser analisada é a resistência à fluência [2]. Desta forma, foram realizados ensaios de fluência, e posterior análise de sua microestrutura. Os resultados demonstraram que o aço AISI 304 UF (com adição de cálcio), comparado com o aço AISI 304 (sem cálcio), apresentou menor taxa de deformação estacionária e maior tempo de vida em fluência. Metodologia Foram utilizados dois tipos de aço inoxidáveis: 304 (tradicional) e 304 UF (com adição de cálcio para facilitar a usinabilidade). Para a caracterização microestrutural, amostras foram embutidas, lixadas e polidas na EEL/USP e, posteriormente, foram atacadas com ácido oxálico e analisadas por microscopia óptica no IAE/CTA. Os ensaios de fluência de curta duração foram realizados na modalidade carga constante nos laboratórios do ITA, com base na norma ASTM E139, abrangendo a temperatura de 730ºC e tensões iniciais de 150, 200 e 250 MPa. Dois corpos-de-prova de cada condição, inox 304 e 304 UF, foram escolhidos, após os ensaios de fluência na temperatura de 730º C e tensão de 150MPa, para análise em microscópio eletrônico de varredura (MEV) e espectrograma de energia dispersiva (EDS). Esse procedimento foi realizado na EEL/USP. Resultados e Discussão Os aços inoxidáveis 304 e 304 UF, utilizados neste trabalho, apresentam composição química semelhante, o aço 304 UF diferencia-se, principalmente, devido a um pequeno aumento nos teores de cálcio (0,002%) e de carbono (0,03%). A Figura 1 mostra micrografias dos dois tios de aço estudados, obtidas por microscopia óptica após ataque eletrolítico. Observa-se que as inclusões no aço 304 apresentam maior tamanho médio e uma distribuição mais heterogênea.

Figura 1. Microscopia Óptica – Aços 304(A) e 304 UF (B). Aumento 500X


A Tabela 1 mostra os tempos de fratura obtidos nos ensaios de fluência a 730ºC para vários níveis de tensão aplicados.

Tabela 1. Tempo de Fratura nos ensaios de Fluência a 730ºC para os aços estudados. Material Tensão [MPa] Tempo de

fratura [h] Material Tensão [MPa] Tempo de

fratura [h] 304 UF 150 47.65 304 150 5.68 304 UF 200 6.771 304 200 0.28 304 UF 250 1.07 304 250 0.05

A Figura 2 mostra imagens obtidas por MEV, na superfície de fratura por fluência, do aço 304 UF ensaiados a 730ºC e 150 MPa. Na Figura 2.A observa-se a formação de alvéolos, evidenciando a formação e coalescimento de vazios, durante a fratura. Na Figura 2.B fica evidenciada a ocorrência de grandes deformações durante o processo de fluência. A Figura 2.C mostra, em detalhe, a presença de precipitado no interior de um alvéolo. Observa-se a presença de poucas microinclusões no aço que não recebeu o tratamento com cálcio, provavelmente sulfetos. A introdução do cálcio parece melhorar a dispersão e reduzir o tamanho das partículas existentes. Através da análise por microscopia eletrônica de varredura e análise por EDS observou-se a formação de partículas contendo cálcio e manganês, indicando que houve ação do cálcio para a ocorrência destas formações. Entre os efeitos benéficos do aço 304 UF destaca-se a presença de inclusões com tamanhos menores que no aço 304 tradicional, redução na formação de partículas de óxido com alta dureza, melhor distribuição das partículas e refino da estrutura.

Figura 2. Microscopia eletrônica (MEV) - superfície de fratura por fluência do aço 304UF

(730º C e 150MPa.) evidenciando: a) presença de alvéolos, b) marcas de deformações superficiais, c) detalhe de precipitado no interior de um alvéolo.

Conclusões Os resultados demonstram maior resistência do aço 304 UF, comparado com o aço 304 tradicional, devido ao maior teor de carbono e ao controle da morfologia e distribuição das inclusões não metálicas induzidas pela adição de cálcio.

Agradecimentos

Os autores agradecem ao CNPq e ao IEAv pela bolsa e pela oportunidade da pesquisa. Referências [1] T.Akasawa, H.Sakurai, M.Nakamura, T.Tanaka and K.Takano, Effects of free-cutting

additives on the machinability of austenitic stainless steels, Journal Mat. Processing Technology, v.143-144, p.66-71, 2003.

[2] MURTY, K.L.; McDONALD, S.G. Effect of prior creep on steady state creep behavior of stainless steel type 304. Materials Science and Engineering, v.55, p.105-109, 1982.


http://www.sciencedirect.com/science/journal/09240136

http://www.sciencedirect.com/science/journal/09240136

http://www.sciencedirect.com/science?_ob=PublicationURL&_tockey=%23TOC%235256%232003%23998569999%23470868%23FLA%23&_cdi=5256&_pubType=J&_auth=y&_acct=C000049644&_version=1&_urlVersion=0&_userid=972040&md5=b01899e70fe440fa232eaffb90820445

DETERMINAÇÃO DE PONTOS DE CONTROLE EM IMAGENS AÉREAS E DE VIDEOGRAFIA PARA APLICAÇÃO NA NAVEGAÇÃO

AUTÔNOMA

B. A. O. Santos1,2; E. H. Shiguemori1,2

1Instituto de Estudos Avançados, EGI-S, São José dos Campos – SP 2Faculdade de Pindamonhangaba, Sistemas de Informação, Pindamonhangaba – SP

[email protected], [email protected] Palavras-chave: processamento de imagens, navegação autônoma, SIFT; SURF; VANT. Introdução

O projeto PITER (Processamento de Imagens em Tempo Real), em desenvolvimento no Instituto de Estudos Avançados, visa a aplicação de técnicas de processamento de imagens para navegação aérea autônoma [1]. Uma das abordagens nessa utilização consiste em empregar imagens obtidas por diferentes sensores, por exemplo, imagens de satélites, de videografia e fotos aéreas. A determinação automática de pontos de controle é um passo importante para obtenção de correspondências entre as imagens, a fim de auxiliar a navegação autônoma de um veículo aéreo não-tripulado (VANT). Dois algoritmos freqüentemente empregados na literatura para a determinação destes pontos são o SIFT (Scale Invariant Feature Transform) [2] e o SURF (Speeded Up Robust Features) [3]. Neste trabalho são apresentados resultados comparando-se os dois algoritmos. Além disso, o SIFT é aplicado em imagens aéreas considerando-se a ampliação das regiões de busca. Metodologia O algoritmo SIFT, desenvolvido por Lowe [2] constrói descritores de pontos-chave de uma imagem. Segundo o autor, os descritores são independentes a alterações de luminosidade, translação, rotação ou até mesmo mudanças de escalas. Outro algoritmo bastante citado na literatura é o SURF [3], com as mesmas características de independências do SIFT. Estes dois algoritmos são comparados utilizando imagens aéreas com variações de rotação, translação e escala, objetivando-se uma análise de adequação ao PITER [4]. Resultados e Discussão Doze imagens aéreas e de videografia foram utilizadas para comparação do SIFT e do SURF. Nas Tabelas 1 e 2 são apresentadas as porcentagens de acertos e erros, além da média do número de pontos encontrados. Mais detalhes são apresentados em [4].

Tabela 1 - Comparação entre o SIFT e SURF com imagens do mesmo sensor

Algoritmo Acertos Erros Média - (Número de Pontos) SIFT 100% 0% 11,66 SURF 100% 0% 11,66

Tabela 2 - Comparação entre o SIFT e SURF com imagens de sensores diferentes

Algoritmo Acertos Erros Média - (Número de Pontos)

SIFT 44,12% 55,88% 11,33 SURF 33,33% 66,66% 11,00


Com o objetivo de se testar a robustez dos algoritmos, foram realizados testes em oito imagens aéreas ampliando-se a região de busca em 50%, 100%, 150% e 200%, em relação a imagem referência, e duas imagens de videografia contendo partes da mesma cena. As Figuras 1 e 2 exemplificam a variação dos pontos característicos. Na Tabela 3 são apresentados os resultados da aplicação do SIFT em regiões de busca amplificadas, na imagem contendo o campo de futebol (coluna 2) e passarela (coluna 3).

FIGURA 1 - 50% de aumento na região

de busca na imagem aérea (SIFT) FIGURA 2 - 200% de aumento na região de

busca na imagem aérea (SIFT)

Tabela 3 - Resultados da aplicação do algoritmo SIFT ampliando-se as regiões de busca

Ampliação da região de busca

No de Correspondências (Imagem do Campo de Futebol)

No de Correspondências (Imagem da Passarela)

50% 6 7 100% 5 5 150% 2 2 200% 2 2

Conclusões Através da análise dos resultados, pode-se observar que as correspondências obtidas com o SURF, empregando alguns parâmetros pré-estipulados, apresentam uma quantidade maior de pontos, porém com maior porcentagem de falso alarme. Em contrapartida, o SIFT, também com alguns parâmetros pré-estabelecidos, apresenta maior precisão. Nos testes realizados com o SIFT, em imagens aéreas ampliando-se a região de busca, observa-se que quanto maior a área de busca, menor o número de pontos característicos encontrados. De modo geral, os resultados mostram que os dois algoritmos são adequados para aplicação no projeto PITER.

Agradecimentos Ao CNPq pelo auxílio financeiro através da bolsa de iniciação científica.

Referências

[1] E. H. Shiguemori, M. V. T. Monteiro, M. P. Martins, “Landmarks recognition for autonomous aerial navigation by neural networks and Gabor transform”. In Proc. IS&T/SPIE 19th Annual Symposium Eletronic Imaging Science and Technology, San Jose, CA, USA. Image Processing: Algorithms and Systems V, vol. 6497, 2007, cod. 64970R.

[2] D. G. Lowe, “Distinctive image features from scale-invariant keypoints”. International Journal of Computer Vision, vol. 60, n.º 2, 2004, pp. 91-110.

[3] H. Bay, T. Tuytelaars, L. V. Gool, SURF: Speeded Up Robust Features, “Proc. of the 9th European Conference on Computer Vision”, Springer LNCS, vol. 3951, 2006, pp. 404-417.

[4] B. A. O. Santos, J. Del Rios, E. H. Shiguemori, Aplicação de Algoritmos Descritores de Características em Imagens Aéreas. Ativ. P&D IEAv, v.2, p.133, 2009, S.J. dos Campos - SP.


FONTES ÓPTICAS PARA SENSORES A FIBRA ÓPTICA

C. D. Sardeto1,2; C.F.R. Mateus1*; C.L. Barbosa1; G. J. Wöehl1 1 Instituto de Estudos Avançados- Divisão de Fotônica, São José dos Campos- SP

2 Instituto Tecnológico de Aeronáutica- Divisão de Engenharia Eletrônica, São José dos Campos- SP

*[email protected]

Palavras-chave: Sensores, VCSEL, Laser a semicondutor. Introdução Sensores a fibra óptica apresentam características que os tornam de grande interesse prático, tais como custo, peso, integrabilidade, confiabilidade, tempo de resposta, precisão, faixa dinâmica, passividade e permeabilidade magnética. Essas vantagens tornam tais dispositivos promissores para as áreas de aeronáutica, espacial, marítima, construção civil, nuclear e medicina. Esse projeto tem por objetivo a comparação da performance e do comportamento de várias fontes ópticas quando acopladas a um sensor bastante complexo [1], o giroscópio a fibra óptica– FOG em relação à estabilidade deriva ruído, custo de desenvolvimento, custo operacional e mercado potencial. Metodologia Nesse experimento, analisou-se o comportamento do FOG quando acoplado a três fontes distintas quanto à estabilidade e ruído. São elas: SLD (Diodo Laser Superluminescente) com e sem depolarizador na entrada; VCSEL (Vertical Cavity Surface Emitting Laser) em sintonia contínua a diferentes modulações; e fonte fluorescente dopada a érbio. O SLD é tido como a fonte mais indicada para aplicações em sensores a fibra óptica de precisão elevada [2,3]. Ele emite uma luz de coerência mais baixa se comparada com outros diodos lasers, além de contar com um espectro mais estável. O VCSEL, por sua vez, é uma estrutura com cavidade óptica ortogonal à região ativa. Como resultado, ele é intrinsecamente monomodo e a geometria favorável emite um feixe com seção reta circular. Variações na injeção de portadores no VCSEL causam efeito térmico quase instantâneo, o que altera o comprimento de onda emitido, permitindo operação em regime de sintonia contínua. Já para a fonte fluorescente, um sinal de 980 nm é acoplado em uma fibra dopada a érbio. Essa energia fornecida excita os elétrons da camada de valência, que, ao decaírem, emitem com uma largura de faixa de aproximadamente 45 nm [4]. Os dados foram adquiridos durante aproximadamente 12 horas, com uma coleta de quatro amostras por segundo. Mediram-se valores para rotação e temperatura. Como o sistema encontrava-se em repouso, os valores de rotação obtidos são proporcionais à rotação da Terra. O ambiente foi submetido à operação de um aparelho de ar condicionado, o que determinou a manutenção da temperatura média no laboratório. Resultados e Discussão Para a análise da estabilidade da rotação das fontes, calculou-se o desvio padrão entre os dados obtidos, exposto na figura 1, abaixo. Já as figuras 3 e 4 mostram uma comparação para o VCSEL a diferentes freqüências e modulações.


0,000 0,002 0,004 0,006 0,008 0,010 0,012 0,014 0,016 0,018 0,020

SLD sem depolarizador - lado 1

SLD sem depolarizador - lado 2

SLD com depolarizador - lado 1

SLD com depolarizador - lado 2

Fonte a fibra com érbio - lado 1

Fonte a fibra com érbio - lado 2

VCSEL lado 1

VCSEL lado 2

Figura 1. Desvio Padrão para as fontes utilizadas

VCSEL modulação triangular, Lado 2

0

0,005

0,01

0,015

0,02

0,01 0,1 1 5 10 50 100 1000 10000

Frequência (Hz)

Desvio Padrão

VCSEL mod senoidal, Lado 2

0

0,005

0,01

0,015

0,02

0,1 1 5 10 50 100 1000 10000

Frequência (Hz)Desvio padrão

Figuras 2 e 3: Desvios Padrão para os VCSELs com modulação

Conclusões A fonte a fibra dopada com érbio apresentou sinais de ruído pelo menos duas vezes maiores que VCSEL e SLD e, portanto, foi automaticamente descartada. O VCSEL estático demonstrou ser a fonte menos estável, com um resultado ainda pior que a fonte dopada com érbio. Porém, observa-se pela análise das figuras 2 e 3 que freqüências situadas em torno de 10 Hz na situação de sintonia contínua o desvio é minimizado e não ocorrem instabilidades na cavidade. As diferenças entre os desvios padrão do VCSEL e do SLD em relação ao SLD são de aproximadamente 33% para a modulação triangular e 57% para a senoidal. Apesar de esses valores porcentuais serem elevados, o VCSEL apresenta outras vantagens, tais como custo inferior, maior eficiência, geometria de feixe circular, menor dissipação de potência, elevadas taxas de modulação e facilidade de fabricação de matrizes de lasers. As aplicações em sensores são promissoras, principalmente devido à possibilidade de sintonia do comprimento de onda em função da corrente de injeção. Assim, ele possui grande mercado para aplicações ao contrário do SLD, que se limita a sensores interferométricos. O desempenho do VCSEL ainda pode ser aprimorado através da realização de mais testes como a submissão do sensor a rotações distintas e, especialmente, pelo entendimento no comportamento da deriva do sinal, que, se diminuída, proporcionará desvios ainda menores. Agradecimentos Ao CNPQ pelo auxílio financeiro que possibilitou a realização desse trabalho. À Divisão de Fotônica do IEAv, por todos os auxílios prestados e pela atenção dispensada à aluna de iniciação científica em seu processo de aprendizagem. Referências [1] E. Udd, et.al., in Fiber Optic Gyros: 20th Anniversary Conference. Denver, Colorado:

Spie - The International Society for Optical Engineering, 5-6 August 1996. [2] H. Lefreve, The Fiber-Optic Gyroscope. Artech House, 1993. [3] A. Othonos and K. Kalli, Fiber Bragg Gratings. Artech House, 1999. [4] G. Wöehl, Jr, et.al., "Desenvolvimento de Fontes Superfluorescentes para Giroscópios a

Fibra Óptica de Alta Performance," at XXI CBRAVIC, São José dos Campos, Brasil, 2000.


SEPARAÇÃO E TRANSMUTAÇÃO DE REJEITOS RADIOATIVOS

D. P. S. Pereira1*; E. R. S. Garcia2; L. H. Claro 3 1Universidade do Vale do Paraíba – São José dos Campos – SP

2Escola Técnica Professor Everardo Passos – São José dos Campos – SP 3Instituto de Estudos Avançados – Divisão de Energia Nuclear, São José dos Campos – SP.

*[email protected] Palavras-chave: rejeitos nucleares, fluxo de nêutrons, representação gráfica. Introdução A principal preocupação da opinião pública com relação à produção de energia elétrica através de reatores nucleares é com relação ao destino final dos rejeitos radioativos. Nas últimas décadas, além da proposta convencional da deposição desse material em repositórios construídos em solo ou montanha, têm sido conduzidos pesquisas e desenvolvimentos descritos na literatura como “Partitioning and Transmutation” (P&T), que se pode traduzir como “separação e transmutação”. P&T consiste na utilização de processos químicos para separar os elementos mais tóxicos contidos em um combustível queimado e a transformação de um isótopo em outro, ou mais especificamente, a transformação de um isótopo radioativo de vida-longa em outro de vida-curta, ou mesmo um isótopo estável, usando um ambiente com alto fluxo de nêutrons como os encontrados em reatores nucleares. Desta forma, obtêm-se um melhor aproveitamento do combustível, além de contribuir para a diminuição da quantidade de material a ser estocada nos repositórios finais. Isto provê maior segurança para os depósitos de rejeitos além de prolongar sua duração. Este trabalho teve como objetivos a realização de estudo da metodologia empregada em “Separação e Transmutação” e a implementação de um programa computacional que permite a visualização dos cálculos do fluxo de nêutron em um reator nuclear quando utilizado para a transmutação. Metodologia O programa desenvolvido neste trabalho atua como uma interface que lê os dados gerados por um programa de cálculo de reatores, denominado CITATION e produz alguns arquivos de saída, formatados e não formatados. Estes arquivos serão utilizados por outro programa que reproduzirá os dados numéricos na forma de um gráfico, facilitando a visualização de resultados. Foi utilizada a linguagem FORTRAN pelo fato de que os outros dois programas já existentes foram construídos em FORTRAN, facilitando assim, a futura integração desta interface para a produção de um programa único. Além disso, essa linguagem é orientada para cálculos matemáticos, diferentemente de outras linguagens. Abaixo um diagrama esquemático de como funciona o programa-interface:

Figura 3- Diagrama esquemático mostrando o funcionamento da interface


Resultados e Discussão Como teste da interface, foi calculado o fluxo de nêutrons de um reator do tipo PWR com aproximadamente 1,7 m de lado. O programa, desenvolvido neste trabalho, leu os dados numéricos e produziu os arquivos de entrada para o programa DDM. O programa DDM, também implementado em FORTRAN, recebe como parâmetros de entrada os arquivos de saída do programa-interface (o file3 e o file7) e um arquivo de configuração (no caso o testDDM.txt) que informará ao programa com que características o gráfico do reator deve ser impresso (como tamanho dos eixos, esquema de cores, etc.) e produz um arquivo intermediário apresentado na figura abaixo:

Figura 4 - Gráfico de fluxo de nêutrons expresso em nº de nêutrons/(cm2*s)

Conclusões No decorrer do trabalho realizado pode-se observar a importância dos estudos de P&T para a diversificação da matriz energética mundial e para o tratamento e reaproveitamento dos rejeitos existentes. Também houve um bom desenvolvimento dos conhecimentos na linguagem de programação FORTRAN. Agradecimentos O presente trabalho foi realizado com apoio do CNPq, Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico – Brasil. Agradecimento ao Alexandre David Caldeira por todo apoio e assistência prestados durante o meu período de iniciação científica. Referências [1] Physics and safety of transmutation system – A Status Report, NEA No. 6090, Nuclear

Energy Agency Report, OECD 2006. [2] DANTAS, VERA. O destino dos rejeitos radioativos. Rio de Janeiro. Brasil Nuclear 14, p.

8-12, 2008. [3] TÉRCIO PACITTI. Programação e métodos computacionais, vol. 1, 3ª edição, Livros

Técnicos e Científicos - Editora S.A., 1978.


FABRICAÇÃO E AVALIAÇÃO DAS CARACTERÍSTICAS MAGNETOELÁSTICAS DE FERRITAS Co - Mn

F. F. Araújo1; A. C. C. Migliano2; V. L. O. Brito2

1Instituto Tecnológico de Aeronáutica - ITA 2Instituto de Estudos Avançados, São José dos Campos, Brasil

[fabiana,migliano,vlobrito]@ieav.cta.br

Palavras-chave: sensores magnetomecânicos; cerâmicas magnéticas; efeitos magnetoelásticos; permissividade complexa; permeabilidade magnética complexa. Introdução Sensores magnetomecânicos baseiam-se na variação das propriedades magnéticas que o material transdutor sofre quando sujeito a uma tensão mecânica. A literatura [1-5] tem mostrado que ferritas (cerâmicas magnéticas), principalmente as de composição química à base de cobalto, são apropriadas para a aplicação nesse tipo de sensor como transdutor de torque ou de pressão. Em comparação a outros materiais utilizados em transdutores magnetomecânicos, as ferritas apresentam as vantagens do menor custo e da maior resistência à corrosão. Lee et al [6] estudaram as características de ferritas de cobalto dopadas com manganês e cromo e demonstraram que ambos os elementos podem beneficiar a sensibilidade magnetoelástica da ferrita. Observaram também uma redução na temperatura de Curie com as dopagens. O objetivo deste trabalho é o desenvolvimento desse tipo de material para aplicação em sensores de tensões mecânicas. Também será estudado o comportamento magnético de uma ferrita a base de cobalto, quando submetida a tensões mecânicas de compressão de até 100 MPa e medidas a permissividade e permeabilidade complexas. Metodologia Amostras de ferritas de cobalto serão sintetizadas a partir do método cerâmico convencional, seguindo a estequiometria Co1-xMnxFe2O4. Primeiramente, serão medidas as massas dos óxidos de acordo com a estequiometria. As matérias-primas, Fe2O3, MnO2, e Co3O4, serão misturadas e moídas em um moinho de bolas por 5 horas. Em seguida, o pó resultante da moagem será pré-sinterizado a 970 °C por 4 horas. Os pós pré-sinterizados serão novamente moídos e granulados para em seguida serem compactados e sinterizadas as amostras a 1250 °C durante 4 horas. Em seguida, será feita a avaliação microestrutural das amostras confeccionadas. Serão utilizadas técnicas de microscopia óptica, ou eletrônica de varredura, e de difração de raios x. Serão também determinadas as temperaturas de Curie das amostras. As características magnetoelásticas das ferritas serão avaliadas empregando-se os métodos propostos por Bieńkowski [1-2]. Por meio desse método se obtém de forma direta um indicativo da aplicabilidade do material em sensores de tensão mecânica e, de forma indireta, a aplicabilidade em sensores de campo magnético [7]. Serão medidas a permissividade e pemeabilidade complexas das amostras cerâmicas na faixa de freqüência de 100 Hz até 3 GHz, entre – 40 oC e 50oC. Resultados Esperados O presente trabalho ainda se encontra em execução, então, espera-se que os resultados da difração de raios x mostrem a estrutura cristalina de espinélio mesmo depois da sinterização a


1250 °C. A temperatura de Curie da ferrita de cobalto deverá diminuir com a substituição do cobalto pelo manganês [8]. Ajustando o nível de dopagem do manganês na ferrita de cobalto, pode ser possível controlar os parâmetros da temperatura de Curie e da magnetostricção. A ferrita de cobalto dopada com manganês pode ser um material magnetomecânico muito promissor para projetar sensores aeronáuticos de torque ou de pressão [9]. Agradecimentos À Divisão de Materiais do IAE, às divisões de Fotônica e Suporte Tecnológico do IEAv. Referências [1] McCALLUM, R. W.; DENNIS, K. W.; JILES, D. C.; SNYDER, J. E.; CHEN, T. H.

Composite magnetostrictive materials for advanced automotive magnetomechanical sensors. Low Temperature Physics. V. 27, n. 4, p. 266-274, 2001.

[2] LIANG, S.; RAVI, B. G.; SAMPATH, S.; GAMBINO, R. J. Atmospheric plasma sprayed cobalt ferrite coatings for magnetostrictive sensor applications. IEEE Transactions on Magnetics. v. 43, n. 6, p. 2391-2393, 2007.

[3] LO, C.C.H. Compositional dependence of the magnetomechanical effect in substituted cobalt ferrite for magnetoelastic stress sensors. IEEE Transactions on Magnetics, Vol. 43, no. 6, p. 2367-2369, 2007.

[4] BIEŃKOWSKI, A. The possibility of applying Ni-Zn ferrites as sensors for measuring compressive stresses. Journal de Physique, p. C6/433-C6/436, sep/1985.

[5] BIEŃKOWSKI, A. and SZEWCZYK, R. The possibility of utilizing the high permeability materials in construction of magnetoelastic stress and force sensors. Sensors and Actuators A, v. 113, p. 270-276, 2004.

[6] LEE, S. J.; LO, C. C. H.; MATLAGE, P. N.; SONG, S. H.; MELIKHOV, Y.; SNYDER, J.E.; JILES, D. C. Magnetic and magnetoelastic properties of Cr-substituted cobalt ferrite. Journal of Applied Physics. v.102, p.073910,2007.

[7] LEMOS, L. V.; BRITO, V. L. O. ; MIGLIANO, A. C. C. Fabricação e caracterização de ferritas de Ni-Co para aplicação em sensores magnetomecânicos. In: IX Workshop Anual de Pesquisa e Desenvolvimento do IEAv, 2009, São José dos Campos. Atividades de Pesquisa e Desenvolvimento - Instituto de Estudos Avançados. v. 2. p. 67, 2009.

[8] Caltun, O. F.; Rao, G. S. N.; Rao, K.H.; Rao, B. P.; Kim, C.; Kim, C-O.; Dumitru,I.; Lupu, N.; Chiriac, H. High Magnetostrictive Cobalt Ferrite for Sensor Applications. Sensor Letters. v. 5, p.45-47, 2007.

[9] BRITO, V. L. O. ; NUNES, C. B. Fabricação e caracterização de cerâmicas magnéticas para aplicação em sensores magnetomecânicos revisão bibliográfica preliminar e sugestões para trabalhos. São José dos Campos: Instituto de Estudos Avançados, 2008 (Publicação IEAv-EFA-E/008/2008).


ANÁLISE DA IMPEDÂNCIA EM PORTA-AMOSTRA STRIPLINE PARA MEDIDAS DE PERMEABILIDADE E PERMISSIVIDADE

COMPLEXAS DE FILMES FINOS1

M. R. F. Gontijo1; A. C. C. Migliano2 1Instituto Tecnológico de Aeronáutica - Departamento de Engenharia Mecânica e

Aeronáutica, São José dos Campos – SP 2Instituto de Estudos Avançados – Divisão de Física Aplicada, São José dos Campos – SP

*[email protected]

Palavras-chave: sensores eletromagnéticos, impedância, ferramentas CAE/CAD eletromagnéticas, medidas de permissividade e permeabilidades complexas. Introdução Com o avanço da nanotecnologia, pesquisadores do grupo Sistemas Eletromagnéticos do IEAv aprimoram suas técnicas de caracterização, buscando estudar as propriedades eletromagnéticas dos materiais cerâmicos em escala nanométrica. Neste sentido, esse projeto de pesquisa tem como objetivo estudar a impedância intrínseca do porta amostra padrão stripline para caracterizar filmes finos magnéticos, determinando as propriedades intrínsecas, tais como as permeabilidade e permissividade complexas (µ* e ε*). Foram realizadas simulações computacionais utilizando o software XFDTD versão 6.4 para analisar a impedância intrínseca do porta amostras, com dielétrico (εr=3 e εr=5) e sem dielétrico, para garantir o casamento de 50Ω variando as frequências (0.01GHz a 30GHz). Metodologia A análise numérica da estrutura eletromagnética do porta-amostra, conforme mostra a Fig.1, foi realizada utilizando um programa computacional comercial que emprega o método de diferenças finitas no domínio do tempo. O porta-amostra consiste de uma fita metálica condutora encapsulada por uma carcaça metálica, ambas confeccionadas por condutor elétrico ideal. As dimensões externas do porta-amostra são: 12cm x 7,6cm x 2,5cm e a fita central metálica tem 11,5cm x 1cm. A carcaça externa opera como planos de terra do circuito de RF. Foram analisados 3 casos: o primeiro consistiu em excitar a fita condutora central sem dielétrico por uma fonte TEM, na faixa de frequência de 0,01 a 30 GHz. Nos outros dois casos foram considerados dielétricos com εr=3 e εr=5, respectivamente, excitados pela mesma fonte de RF.

Encapsulamento Fita

Dielétrico

Figura 1. Simulação utilizando XFDTD do encapsulamento com dielétrico.

1 Projeto: Infraestrutura de caracterização de materiais eletromagnéticos.


Resultados e Discussão Nas figuras 2 e 3 (A e B) são apresentados o comportamento da impedância intrínseca em função da frequência.

Figura 2. Impedância em função da frequência com fita sem dielétrico.

Figura 3. Impedância em função da frequência, fita com dielétrico (A) permissividade relativa

εr=3 e (B) permissividade relativa εr=5.

A B

Conclusões Com os resultados obtidos na simulação, o porta amostra sem dielétrico, apresentou a impedância intrínseca com 50Ω em 2,32GHz a 30GHz, o porta amostra com dielétrico εr=3, mostrou uma impedância intrínseca constante com 50,0Ω em 641MHz a 30GHz, o porta amostra com dielétrico εr=5, apresentou a impedância intrínseca constante 50Ω em 1,9GHz a 30GHz. As próximas etapas desse projeto são: i. Confecção mecânica de um porta-amostra; ii. Avaliação experimental; iii. Confecção de amostra de cerâmica nanoestruturada de Ni-Co. Agradecimentos A Capes pelo apoio financeiro, ITA e LSE-IEAv pela utilização do laboratório Referências [1] YOSHIHIRO, K. Microwave Integrated Circuits. 1st .ed. New York: Marcel Dekker,

Inc, 1991.1-50


FABRICAÇÃO E CARACTERIZAÇÃO DE FERRITAS DE NI-CO PARA APLICAÇÃO EM SENSORES MAGNETOMECÂNICOS1

L. V. Lemos1; V. L. O. de Brito 2; A. C. C. Migliano 2*

1Instituto Tecnológico de Aeronáutica, São José dos Campos – SP 2Instituto de Estudos Avançados – Divisão de Física Aplicada, São José dos Campos – SP

*[email protected]

Palavras-chave: cerâmicas magnéticas, histerese magnética, magnetoelasticidade, piezomagnetismo e ferrimagnetismo. Introdução A magnetostricção (λ) é a variação dimensional de um material em resposta à aplicação de um campo magnético (H). Praticamente todos os materiais ferromagnéticos apresentam essas alterações quando são submetidos a uma magnetização. Os materiais que apresentam magnetostricção com módulo acima de 10-6 são considerados materiais de magnetostricção gigante. O efeito inverso, quando se aplica uma compressão no material e este apresenta variações nas propriedades magnéticas, é conhecido como efeito Joule inverso ou efeito magnetoelástico [1]. Um tipo de material cerâmico que apresenta altos níveis de magnetostricção é a ferrita de cobalto, que pode receber adições de íons metálicos na estrutura do tipo espinélio, como o níquel, para o aumento da temperatura de Curie e diminuição da temperatura de sinterização [2]. McCallum et al. [3] afirmam que um compósito metal-cerâmica à base de ferrita de cobalto pode atingir valores de ∂λ/∂H (indicativo de sensibilidade magnetoelástica) idênticos aos obtidos em um material estado da arte, com um custo vinte vezes menor. Sedlar et al. [4] demonstraram que ferritas de Ni com adições de Co são aplicáveis na construção de magnetômetros à fibra óptica. Este trabalho está em desenvolvimento no ITA, acompanhando o projeto “Cerâmicas Magnéticas para Aplicações em Sensores Magnetomecânicos”, em andamento na Divisão de Física Aplicada (EFA) do IEAv e tem como objetivo confeccionar ferritas à base de Ni e Co e caracterizar as suas propriedades magnéticas sob o efeito de tensões mecânicas. Metodologia O trabalho está sendo desenvolvido utilizando-se as infra-estruturas da Divisão de Física Aplicada (EFA), da Divisão de Energia Nuclear (ENU) e da Divisão de Fotônica (EFO) do IEAv, contando também com a colaboração da Divisão de Materiais do Instituto de Aeronáutica e Espaço (AMR/IAE). As etapas experimentais são detalhadas a seguir:

− Produção de ferritas com a estequiometria CoxNix-1Fe2O4 para x = 0.0, 0.1, 0.5, 0.9 e 1, a partir das matérias-primas óxido de cobalto (Co3O4), óxido de níquel (Ni2O3) e óxido de ferro (Fe2O3).

− Pré-sinterização à 900 °C por 2 horas para formação da estrutura cristalina característica da ferrita (espinélio);

− Moagem do material pré-sinterizado; − Análise cristalográfica do material pré-sinterizado pelo método de difração de raios-x. − Compactação de amostras em uma prensa uniaxial de ação dupla com pressão de

50 MPa. 1 Projeto: Cerâmicas Magnéticas para Aplicações em Sensores Magnetomecânicos.


− Sinterização das amostras compactadas, em forno com aquecimento por meio de resistências de carbeto de silício, com o seguinte ciclo térmico: aquecimento até 1300 °C com taxa de 200 °C/h; patamar de 2 h à 1300 °C; resfriamento até a temperatura ambiente. Utilizam-se cadinhos de alumina revestidos com o material da amostra para diminuir o risco de contaminação.

− Caracterização microestrutural por microscopia óptica e/ou eletrônica de varredura − Ensaios de histerese magnética sob o efeito de tensões de compressão, seguindo o

método proposto na ref. [5 e 6]. Por meio desse método se obtém de forma direta um indicativo da aplicabilidade do material em sensores de tensão mecânica e, de forma indireta, a aplicabilidade em sensores de campo magnético.

Resultados Esperados e Discussão Deve-se obter uma caracterização do comportamento magnetoelástico de ferritas de Ni e Co, bem como de suas propriedades magnéticas para a utilização em sensores de interesse aeroespacial, tais como magnetômetros. Os materiais desenvolvidos podem também ser empregados na indústria, como alternativa para materiais de custo mais elevado, podendo ser utilizados em sensores de pressão, torque, entre outros. Publicações em revistas e participações em congressos também são metas deste projeto. Agradecimentos À FINEP, pelo financiamento da bolsa de estudos de Mestrado pelo processo no. 0106117700 e pelo apoio por meio do projeto "Consolidação da Infra-Estrutura de Ensino, Pesquisa e Desenvolvimento no Centro Técnico Aeroespacial", apoiado ao Edital CT-INFRA 01/2001, prazo: 2002-2005. Proc:23.01.0731.00; à Divisão de Materiais do IAE, às Divisões da EFO, ENU e EST do IEAv. Referências [1] Jiles, D. C., Introdutcion to Magnetism and Magnetic Materials, 2rd ed., New York:

CRC Press, 1998. [2] de Brito, V. L. O., Nunes, C. B., Fabricação e Caracterização de Cerâmicas

Magnéticas para Aplicação em Sensores Magnetomecânicos – Revisão Bibliográfica Preliminar e Sugestões para Trabalhos, Publicação IEAv-EFA-E/008/2008, 2008.

[3] McCallum, R. W., Dennis, K. W., Jiles D. C., Snyder J. E., Chen T. H., Low Temperature Physics. vol. 27, n. 4, p. 266-274, 2001.

[4] Sedlar, M., Matejec, V., Paulicka, I., Sensors and Actuators A, vol. 84, pp297 – 302, 2000.

[5] Bieńkowski, A. e Szewczyk, R., Sensors and Actuators A, v. 113, pp. 270-276, Feb 04. [6] de Brito, V. L. O., Migliano, A. C. C., Lemos, L. V., e Melo, F. C. L. Ceramic processing

route and characterization of a ni-zn ferrite for application in a pulsed-current monitor, Progress In Electromagnetics Research, PIER 91, p. 303-318, 2009. Disponível em: http://ceta.mit.edu/pier/pier.php?paper=09031603. Acesso em: 19 jun. 2009.


MEDIDA DO PERFIL DE DOSE GAMA PARA FINS DE IRRADIAÇÃO DE COMPONENTES ELETRÔNICOS E FOTÔNICOS DE USO

AEROESPACIAL1

P.G.F.O. Dall’Agnol1; M.A. Pereira2; W.A. Oliveira2; O.L. Gonçalez2

1Universidade Paulista - UNIP 2Instituto de Estudos Avançados – Divisão de Física Aplicada, São José dos Campos – SP

*[email protected]

Palavras-chave: Mapeamento de campo; ; Câmara de Ionização. Co60

Introdução Neste trabalho são apresentados os resultados do mapeamento e calibração do campo de radiação gama do irradiador de teleterapia com fonte de , modelo Eldorado 78 (AECL), do Laboratório de Radiação Ionizante (LRI) do IEAv. O equipamento produz um campo de radiação na forma de um feixe colimado de gamas de 1,17 e 1,32 MeV. Este campo de radiação foi calibrado e mapeado para atender as necessidades de acurácia e precisão das irradiações de materiais do projeto PEICE e outros usuários do LRI.

Co60

Metodologia O mapeamento e a calibração do campo de radiação da fonte foram realizados com uma câmara de ionização acoplada a um eletrômetro de precisão. Foram realizados dois mapeamentos do campo de radiação nas distâncias de um metro e de sessenta centímetros da fonte de Cobalto-60, com aberturas de campo de 40×40 cm e de 10×10 cm. A calibração da intensidade do campo de radiação foi feita pela medida da dose absorvida no ar no centro do campo em diversas distâncias "x" da fonte, ajustando-se aos dados experimentais os parâmetros (D0 = Dose na distância unitária e BG = fundo) da seguinte equação:

BGxDD += 2

0 (1)

As leituras de carga coletada pela câmara de ionização foram corrigidas pelos fatores de correção de influências de condições ambientais, recombinação, polarização e calibração do conjunto detector-eletrômetro. O fator de calibração da câmara de ionização, que é certificado em termos da dose absorvida na água, foi convertido para dose absorvida no ar conforme protocolo TRS398 da Agência Internacional de Energia Atônica [1]. Resultados e Discussão O mapeamento do campo de radiação nas direções perpendiculares, eixo "x" e eixo "y", é apresentado na figura 1, com a intensidade normalizada pelo valor medido no centro do campo. Estes resultados evidenciam os efeitos de penumbra devidos ao tamanho da fonte e à presença dos colimadores, com diminuição da intensidade nos limites do campo. A variação da intensidade do feixe (medida no ponto central do campo de radiação) com a distância à fonte é apresentada na Figura 2 e os valores dos parâmetros ajustados aos dados experimentais são apresentados na Tabela 2.

1 Projeto: PEICE - Estudo dos efeitos da radiação ionizante em componentes eletrônicos e fotônicos.


0,00

0,20

0,40

0,60

0,80

1,00

1,20

-3,000 -2,000 -1,000 0,000 1,000 2,000 3,000

Distância do centro/tamanho do campo

Inte

nsid

ade

rela

tiva

ao c

entr

o

Campo 10 x 10 Campo 40 x 40

0,00

0,20

0,40

0,60

0,80

1,00

1,20

-3,000 -2,000 -1,000 0,000 1,000 2,000 3,000

Distância do centro/tamanho do campo

Inte

nsid

ade

rela

tiva

ao c

entr

o

Campo 10 x 10 Campo 40 x 40

Figura 1 - Intensidades relativas ao centro do campo de radiação em função do tamanho dos campos de radiação ao longo dos eixos "x“ (esquerda) e “y” (direita).

Figura 2 - Curva ajustada aos dados experimentais da dose absorvida no ar em função da distância ao centro efetivo da fonte

Tabela 1 - Parâmetros do campo de radiação do irradiador do LRI em 27/11/2008

Conclusões Os resultados do presente trabalho estão sendo utilizados para a determinação da dose absorvida em componentes eletrônicos de uso aeroespacial irradiados no LRI/IEAv. Agradecimentos Ao CNPq pela bolsa de iniciação científica número 125533/2008 e à FINEP pelo financiamento do projeto através do convênio número 01.07.0628.00-FINEP/PEICE. Referências [1] PEREIRA, M.A.; GONÇALVEZ, O.L.; OLIVEIRA, W.A. Mapeamento de Radiação da

fonte de Cobalto-60 no irradiador Eldorado 78, Relatório Interno RT/PEICE 06/2008. São José dos Campos: Instituto de Estudos Avançados.


APLICAÇÃO DE TÉCNICAS DE MAPEAMENTO POR

MICROFLUORESCÊNCIA DE RAIOS-X EM SOLDAS A LASER DE MATERIAIS DE USO AERONÁUTICO

N. M. Piorino¹*, A. C. Oliveira2, A. M. E. Santo¹, M. S. F. Lima3, R. Riva3 ¹ Universidade do Vale do Paraíba - UniVap, Instituto de Pesquisa e Desenvolvimento, São

José dos Campos, SP, Brasil 2 Instituto Tecnológico de Aeronáutica – ITA, São José dos Campos, SP, Brasil

3 Instituto de Estudos Avançados - IEAv, São José dos Campos, SP, Brasil *[email protected]

Palavras-chave: Micro-fluorescência de raios-x, ensaios não-destrutivos, ligas de alumínio aeronáutico. Introdução Na indústria aeroespacial, o processo tradicional de união por rebites apresenta alguns importantes inconvenientes. Os rebites enfraquecem a região próxima e são vulneráveis à fissuração por corrosão. As indústrias aeronáuticas vêm explorando a solda a laser como a primeira opção na substituição dos rebites para união das fuselagens com os reforçadores (stringers). Um possível problema nos processos de soldagem térmica, tais como o de solda a laser, é a perda de elementos da zona de re-solidificação. A fim de verificar o comportamento e as possíveis perdas de elementos no cordão de solda, optou-se pela análise por microfluorescência de raios-X. Portanto, os objetivos do trabalho são: desenvolver uma metodologia de ensaios no equipamento de microfluorescência; determinar o perfil de composições por mapeamento; realizar ensaios de microdureza (HV) para inferir as propriedades mecânicas do cordão. Metodologia e Resultados Em duas chapas sobrepostas com 1,6mm cada, de AA6013 foi realizada a soldagem com velocidade de 160mm/s e com 1800W de potência do laser. A atmosfera de proteção para a soldagem foi de hélio com o fluxo de 40 l/min. Após a soldagem o corpo de prova foi submetido a uma preparação metalográfica para a que a estrutura fosse revelada. Para a verificação química elementar foi criado um grupo analítico com base nas informações de composição fornecidas pelo próprio fabricante. A fim de acompanhar o comportamento dos elementos químicos da liga, foi optado pela análise que abrangesse toda a região do cordão de solda em um mapeamento em linha com 200 pontos com passo do foco do feixe de raios-X de 20µm. Na realização dos ensaios de microdureza, primeiramente foi calculado um valor médio, obtido por impressões com diferentes cargas para a obtenção de uma barra de erro (desvio padrão). Foram realizadas cinco impressões para cada carga de 10, 25 e 50 gf, em seguida calculada a média e o desvio padrão. Em seguida, o ensaio foi realizado com carga de 25gf.Os resultados mostraram que a solda a laser não produz perdas de elementos na região do cordão de solda (Fig. 1). Não foram observadas alterações significativas dos principais elementos de liga, ou seja, Si e Mg para esta condição experimental. No entanto, alguns padrões ligados ao fluxo de fluido no interior da solda foram identificados. Ademais, observou-se uma segregação de Cu e Fe na interface entre a solda e a zona termicamente afetada que pode causar baixa resistência e baixa ductilidade na estrutura. Podemos dizer da


analise de microdureza (Fig. 2), que a dureza na região do cordão de solda é menor quando comparado ao material de base. Embora haja limitação na resolução do equipamento utilizado, podemos observar que uma variação abrupta ocorre na interface entre o cordão e a zona afetada pelo calor (ZAC). Dessa maneira, apesar do aumento na tenacidade do material na região soldada ser um aspecto positivo, esta variação pode ser prejudicial quanto à qualidade da solda.

(a) (b)

Figura 1. (a) Resultados da variação elementar em porcentagem. (b) Imagem da região analisada por EDX na amostra.

Figura 2. Resultados do teste de Microdureza Vickers.

Agradecimentos A estação do laser a fibra foi financiada pela Financiadora de Estudos e Projetos (FINEP) e está abrigada no IEAv em um projeto junto a EMBRAER. Os autores gostariam de agradecer a A.A.Martin (LEVB/IP&D/UNIVAP) e a Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) pelo equipamento de EDX e ao CNPq pela disponibilidade da bolsa PIBIC. Este trabalho foi parcialmente apoiado pelo Instituto Fabrica do Milênio (IFM-CNPq/MCT). Referências [1] N. M. PIORINO, A. M. E. SANTO, M. S. F. LIMA, R. RIVA, A. C. OLIVEIRA , VII

ENCONTRO DA SOCIEDADE BRASILEIRA DE PESQUISA EM MATERIAIS, 2008, Guarujá. VII Encontro SBPMat: Livro de resumos. São Paulo: Sociedade Brasileira de Pesquisa em Materiais, 2008.

[2] G. R. SIQUEIRA, Soldagem a laser autógena da liga de alumínio aeronáutico AA6013: Otimização de parâmetros e Análise microestrutural. 2007. 105p. Tese de mestrado, Instituto Tecnológico de Aeronáutica, São José dos Campos.


Índice de Autores

Abdalla, A.J. 39 Mello, C.B. 25

Almeida, L.F.A. 19 Melo, M.C. 23

Antunes, E.F. 25 Migliano, A.C.C. 17, 19, 21, 37, 47, 49, 51

Araújo, F. F. 47 Miyakawa, W. 27

Arnoni, L.V. 29, 33 Neves, D. 39

Barbosa, C.L. 43 Oliveira, A.C. 31, 55

Barboza, M.J.R. 39 Oliveira, W.A. 53

Boss, A.F.N. 17 Paiva, M.S.A. 21

Brito, V.L.O. 19, 47, 51 Pedreira, G.N. 25

Camillo, G.P. 35 Pereira, D.P.S. 45

Carinhana Jr, D. 29, 31, 33 Pereira, F.R.T. 11

Carneiro, L.O. 31 Pereira, M.A. 53

Carrer, I.R. 39 Piorino, N.M. 55

Carvalho, E.F.V. 17 Placco, G.M. 35

Castro, R.M. 23 Riva, R.. 55

Claro, L.H. 45 Roberto-Neto, O. 15

Cunha, S.A. 37 Rosa, M.A.P. 11

Dall’Agnol, P.G.F.O. 53 Sanches, R.P. 27

Destro, M.G. 13 Santo, A.M.E. 55

Garcia, E.R.S. 45 Santos, A.M. 29, 33

Gonçalez, O.L. 53 Santos, B.A.O. 42

Gontijo, M.R.F. 49 Santos, T.E. 15

Guimarães, L.N.F. 35 Sardeto, C.D. 43

Hirata, A.K. 19 Shiguemori, E.H. 41

Lemos, L.V. 51 Silva, J.J.R. 13

Lima, M.S.F. 55 Silva, M.L. 23

Machado, D.A. 29, 33 Vasconcelos, G. 25

Machado, F.B.C. 15 Wöehl, G.J. 43

Mateus, C.F.R. 43

SICI: An. Semin. Anual Iniciac. Cient. e Pós-Grad. IEAv, v.1, p.57, ago./2008-jul./2009 57

sici anais do seminário anual de iniciação científica e ... · issnx2175-2729 (impresso) sici...

Documents