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1 ISSN (impresso) Atividades de Pesquisa e Desenvolvimento Instituto de Estudos Avançados IEAv Volume 1 São José dos Campos SP 2008

2 ISSN (impresso) Atividades de Pesquisa e Desenvolvimento Instituto de Estudos Avançados IEAv São José dos Campos SP 2008 Volume 1 mar/2007-fev/2008 Ativ. P&D IEAv, v.1, p.1-130, mar./2007-fev./2008

3 2008 Instituto de Estudos Avançados IEAv Qualquer parte desta publicação pode ser reproduzida, desde que citada a fonte. Publicado por: Instituto de Estudos Avançados - IEAv Endereço: Rodovia dos Tamoios, km 5,5 - Bairro Putim - CEP Caixa Posta CEP São José dos Campos, São Paulo, Brasil Fone: (55) Fax: (55) Informações adicionais sobre o IEAv podem ser obtidos com a Coordenadoria de Comunicação Social CCS - fone: (012) URL: Editores: Angelo Passaro Elcio Hideiti Shiguemori Dermeval Carinhana Júnior Atividades de Pesquisa e Desenvolvimento Instituto de Estudos Avançados IEAv. -- vol.1 (mar/2007-fev2008). -- São José dos Campos : IEAv, Anual ISSN Inclui: anais do VIII Workshop Anual de Pesquisa e Desenvolvimento do IEAv 1. Pesquisa e Desenvolvimento. 2. Sensores. 3. Hipersônica. 4. Engenharia Nuclear. 5. Física Aplicada. 6. Lasers e Óptica. 7. Geointeligência. Ativ. P&D IEAv, v.1, p.1-130, mar./2007-fev./2008

4 Instituto de Estudos Avançados IEAv Direção Cel Av Darcton Policarpo Damião Diretor Cel Eng Marco Antonio Sala Minucci Diretor-Adjunto Cel Eng André César da Silva Vice-Diretor Administrativo Ten Cel Av Carlos Fernando Rondina Mateus Vice-Diretor Técnico Comissão Assessora de Pesquisa e Desenvolvimento CAPD Dr. Dermeval Carinhana Júnior (EAH) - Presidente Dr. Claudio José Rocha (EAH) - Secretário Dr. Angelo Passaro (EFA) Dr. Antonio Carlos da Cunha Migliano (EFA) Dr. Nicolau André Silveira Rodrigues (EFO) Dr. José Wilson Neri (EFO) Dr. Elcio Hideiti Shiguemori (EGI) Msc. Felipe Leonardo Lobo Medeiros (EGI) Dr. Francisco Antonio Braz Filho (ENU) Dra. Raquel Martins Villela Nunes (ENU) Comissão Organizadora do WAI Dr. Elcio Hideiti Shiguemori - Coordenador Dr. Dermeval Carinhana Júnior Dr. Angelo Passaro Dra. Raquel Martins Villela Nunes Dr. José Wilson Neri Msc. Felipe Leonardo Lobo Medeiros Dr. Francisco Antonio Braz Filho Ativ. P&D IEAv, v.1, p.1-130, mar./2007-fev./2008

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6 Atividades de Pesquisa e Desenvolvimento Instituto de Estudos Avançados - IEAv Volume 1 mar/ fev/2008 Editorial O Instituto de Estudos Avançados IEAv O IEAv no cenário nacional de Ciência, Tecnologia e Inovação Formação de Recursos Humanos Parcerias Institucionais Atividades de pesquisa desenvolvidas no Instituto em Aplicação do Algoritmo SIFT em Imagens de Navegação Autônoma... Gustavo Augusto Mascarenhas Goltz, Elcio Hideiti Shiguemori Medição do fator de qualidade de um único pulso de laser de Nd:YAG... Kelly Cristina Jorge, Rudimar Riva, Nicolau André Silveira Rodrigues e Marcelo Geraldo Destro Estabelecimento de um Sistema Dosimétrico para Aplicações Aeroespaciais, Utilizando Dosimetria Termoluminescente... Claudio A. Federico, Odair Lelis Gonçalez, Wagner M. Castilho, Linda V. E. Caldas Análise de Dados de Bibliotecas Avaliadas com o Código SAMMY... Francisco Braga Guimarães Sensor de Temperatura a Fibra Óptica Utilizando o Efeito Raman... Lívia Alves Ribeiro, Antonio Osny de Toledo e Osni Lisboa Determinação de Novas Condições de Ensaio do Túnel Hipersônico T2 para o Veículo SARA... Artur Menezes, David Romanelli, Francisco Rocamora, Mauricio Antoniazzi Desenvolvimento de um Termômetro Óptico para Caracterização de Túneis de Choque Hipersônicos... Dermeval Carinhana Junior Aplicação da espectroscopia no infravermelho por transformada de Fourier (FT-IR) no estudo da combustão e em túneis de choque... Claudio José Rocha Projeto RLL Revitalização do Laboratório de Laser: Resultados Finais... Marcelo G. Destro, Nicolau A. S. Rodrigues, Rudimar Riva, Carlos Schwab, Alvaro José Damião, José W. Néri, Carlos A. B. Silveira, Getulio de Vasconcelos, Milton S. F. de Lima, Gilson C. C. Correard, José Guilherme A.Batista Simões, Jaime T. Watanuki, Kam Kwai Yum Sensores utilizando mistura de quatro ondas em fibras ópticas dopadas com érbio... Germano Woehl Jr. e Rogério Moreira Cazo Ativ. P&D IEAv, v.1, p.1-130, mar./2007-fev.2008

7 Bombas Eletromagnéticas: Desenvolvimento e Aplicações... Eduardo Madeira Borges, Francisco Antonio Braz Filho, Lamartine Nogueira Frutuoso Guimarães Reconhecimento de Pontos de Controle para Navegação Aérea utilizando Redes Neurais e Transformada de Gabor... Elcio Hideiti Shiguemori, Maurício Pozzobon Martins, Felipe Leonardo Lobo Medeiros Alterações estruturais de carbono vítreo irradiado por laser pulsado em atmosfera ambiente... Fábio Dondeo, Rozeli F. de Oliveira, Alvaro Damião, Walter Miyakawa, Antônio R. Zanatta, Cristina T.M. Ribeiro Uma formulação para simulação de plasmas não colisionais usando o modelo PIC e o Método element-free Galerkin... N.G.Marques, S.Stephany, A.J. Preto, N.M.Abe e A.Passaro Caracterização Microestrutural de Aços Aeronáuticos Através de Microscopia Eletrônica e de Força Atômica... Antonio Jorge Abdalla, Roberto Masato Anazawa, Walter Miyakawa, Marcelo dos Santos Pereira, Tomaz Manabu Hashimoto e Cristina de Carvalho Ares Elisei Padrão de Emissão Conduzida Gerada por Microcomputadores (PCs) e Assistentes Pessoais Digitais (PDA)... A. R. Mordente, A. Ferreira, R. C. Real, C. A. R. Freitas e A. C. C. Migliano Otimização de Estruturas Semicondutoras Baseadas em Poços Quânticos... A. Passaro, N.M. Abe, A. Muraro Jr, R.Y.Tanaka, O.F.Lima, G. S. Vieira, L.C.O.Dacal e S. Stephany Prototipagem rápida Fabricação com Lasers... Hélio Esperidião, Getúlio de Vasconcelos, C.C.Ferraz, M.S.F Lima e N. Volpato Tempera de superficial de aço AISI via laser de CO 2... Anderson Ferreira, J.L Reis, Getulio Vasconcelos Taxa de dose eritematosa sob 100% de alto-estrato... Abel A. Silva, Vanessa C. Araujo Software para Automação de Processos por Laser... Bruno Mourão Siqueira, Nicolau André Silveira Rodrigues, Angelo Passaro Otimização Multiobjetivo de Moduladores Eletroópticos Usando o Método das Restrições (ε-constraint)... Ademar Muraro Jr, Angelo Passaro, Nancy Mieko Abe, Airam Jonatas Preto, Stephan Stephany Fabricação de Filtros de Densidade Neutra... Álvaro José Damião, Julio Cezar Faria da Silva Estudo de Microssoldagem Utilizando um Laser UV Pulsado... Aline Capella de Oliveira, Rudimar Riva, Nicolau A.S.Rodrigues e Marcelo G.Destro Desenvolvimento de Ataques Químicos para a Caracterização Microestrutural de Aços Aeronáuticos... Antonio Jorge Abdalla, Roberto Masato Anazawa, Gabriela Reis Carrer, Marcelo dos Santos Pereira, Tomaz Manabu Hashimoto e Sirlei Brandão C2OLISEU Um Meta-Modelo para a Pesquisa de Comando e Controle em Sistemas Complexos em Rede... André Luiz Pimentel Uruguay Maj Av Ameaça a uma aeronave por um míssil de ombro... José Ricardo Schwarz Santos, Alvaro José Damião Um Sistema Robusto para Gerenciamento de Processamento Distribuído em Clusters Heterogêneos... C. D. Marins, A. Passaro, N. M. Abe, R.Y.Tanaka, O.F.Lima,A. Muraro Jr Ativ. P&D IEAv, v.1, p.1-130, mar./2007-fev./2008

8 Desenvolvimento da soldagem a laser para a fabricação de aeronaves... Rudimar Riva, Milton Sergio Fernandes de Lima, Aline Capella de Oliveira e Gabriel Ribeiro Siqueira Evolução temporal da densidade de elétrons e íons de Cobre, Tungstênio e Alumínio produzidos por ablação a laser... José W. Neri, Juliana B. Matos, Carlos A.B. Silveira, Marcelo G Destro, e Nicolau A.S. Rodrigues Um Programa Computacional para Cálculo de Escoamentos no Túnel de Choque Hipersônico T2 do IEAv... Mauricio A. P. Rosa, Francisco D. Rocamora Jr., Artur C. Menezes Fabricação de nanopartículas de titânio com laser... Keila Beatriz Garcia Leite, Jose Guilherme Alvarenga Batista Simões, Jaime Tsutomu Watanuki, Rudimar Riva, Milton Sergio Fernandes de Lima Reatores Avançados: Desafios para a Tecnologia de Materiais... Jamil A. do Nascimento, Lamartine N. F. Guimarães e Shizuca Ono Propriedades Microestruturais e Elétricas de Cerâmicas Niobato de Estrôncio e Potássio Dopadas com Razões CuO:B 2 O 3... Delia do Carmo Vieira, Vera L. Othero de Brito, Antonio C. da Cunha Migliano Avaliação da Anisotropia Elétrica em Compósitos de Fibra Carbono... F. E. Carvalho, C. A. R. Freitas e A. C. C. Migliano Estudo Experimental do Lançador Hipersônico de Massa... Marcos de Melo Borges, Marco Antonio Sala Minucci, Daniel Burger, Elenias de Oliveira Ferraz, Paulo Gilberto de Paula Toro e Alberto Monteiro dos Santos Compressor a Pistão Livre para Tubos e Túneis de Choque... Marcos de Melo Borges, Marco Antonio Sala Minucci, Daniel Burger, Elenias de Oliveira Ferraz, Paulo Gilberto de Paula Toro e Alberto Monteiro dos Santos Texturização a laser como precursor da colagem para aços... Fábio Yutaka Sakata, Ana Maria do Espirito Santo, Walter Miyakawa, Rudimar Riva, Milton Sergio Fernandes de Lima Estudo do ganho em um conjunto de lasers de CO 2 na configuração MOPA composto de um oscilador q-switched e um amplificador CW... M. L. Oliveira, M. A. S. Minucci, N. A. S. Rodrigues Um código PIC-FEM Eletromagnético para simulação de plasmas... C. Maciel, A. Passaro, A. C. J. Paes, N. M. Abe Brasagem a laser de conectores elétricos para aviões... Milton Sergio Fernandes de Lima, Rudimar Riva, Marcelo Geraldo Destro, Ana Maria do Espírito Santo, Sérgio Moreira Guimarães Simulação de Espectros do Radical C 2 para Estudos de Combustão... Enizete Aparecida Gonçalves, Angelo Passaro, Nancy Mieko Abe, Maria Esther Sbampato e Alberto Monteiro dos Santos Projeto PASIL Separação Isotópica a Laser e Vapor Atômico de Terras- Raras... Marcelo G. Destro, Nicolau A. S. Rodrigues, José W. Néri, Getulio de Vasconcelos, Carlos A. B. Silveira, Kam Kwai Yum, Rudimar Riva, Carlos Schwab, Alvaro José Damião, Jaime T.Watanuki. Medidas de Temperatura de Chamas de Etanol Utilizando Espectroscopia de Emissão... Dermeval Carinhana Junior, Marcelo G. Destro, Alberto M. dos Santos Projetando um Ciclo Brayton Fechado para Aplicações Espaciais e Estratégicas... Giannino Ponchio Camillo, Lamartine Nogueira Frutuoso Guimarães, Jamil Alves do Nascimento e Eduardo Madeira Borges Ativ. P&D IEAv, v.1, p.1-130, mar./2007-fev./2008

9 Investigação do radical OH produzido na queima do Gás Liquefeito de Petróleo (GLP) usando Fluorescência Induzida por Laser (LIF)... Luiz Gilberto Barreta, Maria Esther Sbampato, Leila Ribeiro dos Santos, Alberto Monteiro dos Santos e Marcelo Geraldo Destro Microscopia Óptica da cerâmica KSr 2 Nb 5 O 15 dopada com CuO e razões CuO:B 2 O 3... Delia do Carmo Vieira, Vera L. Othero Brito, Antonio C. da Cunha Migliano Cerâmicas Magnéticas para Aplicação em Sensores Magnetomecânicos... Vera Lúcia Othéro de Brito, Délia do Carmo Vieira, Carlos Alberto Reis de Freitas, Antonio Carlos da Cunha Migliano e Cristina Bormio Nunes Análise de Ambientes Eletromagnéticos em Laboratórios da Área de RF... Stéphanie Alá Cunha, Marcella Secchi Alcântara Paiva e Antonio Carlos da Cunha Migliano Posicionamento de Radares Considerando Diferentes Camadas de Informações... Leonardo Alencar de Oliveira, Maria José Pinto Lamosa e Mônica Maria De Marchi Processo de Fabricação de Diafragmas de Túneis de Vento Hipersônico Utilizando um Laser a Fibra Pulsado... Samoel Mirachi, Rudimar Riva, David Romanelli Pinto, Marco Antonio Sala Minucci Espalhamento Brillouin e Crosstalk em Sensor Distribuído Intrínseco a Fibra Ótica... Sandro Fonseca Quirino, Antonio Osny Toledo e Osni Lisboa Caracterização de Um Aço 300M Multifásico por Microscopia de Força Atômica... Roberto Masato Anazawa, Antonio Jorge Abdalla, Walter Miyakawa, Tomaz Manabu Hashimoto, Marcelo dos Santos Pereira, Cristina de Carvalho Ares Elisei, Gabriella Reis Carrer Estudo do Efeito TRIP e Envelhecimento por Deformação em Um Aço 300M com Microestrutura Multifásica... Roberto Masato Anazawa, Antonio Jorge Abdalla, Tomaz Manabu Hashimoto, Marcelo dos Santos Pereira, Cristina de Carvalho Ares Elisei, Gabriella Reis Carrer Projeto Javari-1: Fase 3... Nicolau A.S. Rodrigues, Marcelo G. Destro, José W. Neri, Carlos A.B. Silveira, Getúlio de Vasconcelos, Kway Yum Kam, Estruturação da Superfície de Matrizes de Aço Ferramenta Usando Laser na Região do Ultravioleta... Alex Silva de Oliveira, Marcos Ribeiro de Almeida, Felipe Masui Alves e Nicolau A.S. Rodrigues Ferritas Ni-Zn Para Aplicação em Transformadores de Corrente Pulsada... Vera Lúcia Othéro de Brito, Francisco Cristóvão Lourenço de Melo e Antonio Carlos da Cunha Migliano Estimação da Posição para Navegação Autônoma usando Casamento de Imagens com Diferentes Resoluções... Kamel Bensebaa, Mauricio Pozzobon Martins Utilização da espectroscopia de absorção com lasers de diodo para medidas em túnel de vento hipersônico pulsado... Leila R. dos Santos, Paulo G. de P. Toro, Maria Esther Sbampato e Alberto M. dos Santos Desenvolvimento de um Laser de CO 2 Contínuo, de Alta Potência, para Processamento de Materiais... Gilson Carlos de Castro Correard e Nicolau André Silveira Rodrigues Controle das Dimensões das Micro-Cavidades da Estruturação Gerada em Superfícies Metálicas com um Laser de Nd:YAG Pulsado... José Guilherme Alvarenga Batista Simões, Rudimar Riva Ativ. P&D IEAv, v.1, p.1-130, mar./2007-fev./2008

10 Um Estudo de Ebulição Sub-resfriada em Núcleo de Reatores PWR... Francisco Antonio Braz Filho, Eduardo Madeira Borges, Alexandre David Caldeira Caracterização de um jato de plasma metálico gerado pelo processo de ablação a laser de vapor de cobre (LVC)... J. B. Matos, J. W. Neri, C. A. B. Silveira, N. A. S. Rodrigues Técnica de schlieren aplicada aos estudos de escoamentos hipersônicos... Antonio Carlos de Oliveira, Marco Antonio Sala Minucci, Paulo Gilberto de Paula Toro, José Brosler Chanes Jr. e Leik N. Myrabo Controle de desempenho de veículos hipersônicos por adição de energia usando radiação laser... Antonio Carlos de Oliveira, Marco Antonio Sala Minucci, Paulo Gilberto de Paula Toro, José Brosler Chanes Jr. e Leik N. Myrabo Tratamento Térmico Superficial do Aço AISI M2 Via Laser de CO 2... J.L. dos Reis, A.F. da Silva e G. de Vasconcelos Ensaios de avaliação das propriedades eletromagnéticas de cerâmicas magnéticas... Rodrigo Gabas Amaro de Lima, Vera Lúcia Othéro de Brito e Antonio Carlos da Cunha Migliano Análise Autoconsistente de Estruturas Baseadas em Poços Quânticos... Roberto Yuji Tanaka, Angelo Passaro, Nancy Mieko Abe, Gustavo Soares Vieira e Stephan Stephany Bio-Combustível, Alimentos, Floresta Amazônica... Yuji Ishiguro Representação Computacional de Ambientes para Navegação Aérea Através de Grafos de Extremidades... Felipe Leonardo Lôbo Medeiros, José Demísio Simões da Silva Desenvolvimento de Ferramentas de Simulação de Plasmas... A. Passaro, O. F. Lima, A.C.J. Paes, N.M.Abe, C.Maciel, J.M. Machado Estimativa de Austenita Retida em Um Aço 300M Multifásico por Métodos Magnéticos... Roberto Masato Anazawa, Antonio Jorge Abdalla, Antonio Carlos da Cunha Migliano, Leonardo Violim Lemos, Tomaz Manabu Hashimoto, Marcelo dos Santos Pereira, Gabriella Reis Carrer, Paulo Atsushi Suzuki Caracterização Mecânica e Microestrutural de Um Aço 300M Multifásico após Tratamentos Térmicos Intercríticos e Isotérmicos... Roberto Masato Anazawa, Antonio Jorge Abdalla, Tomaz Manabu Hashimoto, Marcelo dos Santos Pereira, Cristina de Carvalho Ares Elisei, Gabriella Reis Carrer WEB-PerformCharts: Gerando casos de teste através da internet para software embarcado usando especificações em Statecharts... Alessandro O. Arantes, Nandamudi L. Vijaykumar, Valdivino A. Santiago Jr. e Mônica M. De Marchi Inteligência Artificial Baseada em Mercados... João José de Farias Neto Implementação, Aplicações e Revisão da Metodologia para Cálculo de Queima de Combustível Nuclear... Luiz Henrique Claro Atividades do Laboratório Interativo de Ciências em O. Roberto-Neto, L. Vasconcelos-Neto, Lídia M. D. Antunes, Kam K. Yum, Cláudio J. Rocha, Antonio J.Abdalla, G. Vasconcelos, Gilson C. C. Correard, Luiz C. M. Lavras, J. L. Ferraz, M. E. Sbampato, V. H. B.Scheid, Ana Maria. L. M. L. Garcia, Carmem L Barbosa, Leila R. Santos, Claudio A. Federico Ativ. P&D IEAv, v.1, p.1-130, mar./2007-fev./2008

11 Uma Análise Numérica de Escoamentos Hipersônicos de Ar Sobre Obstáculos do Tipo Degrau... Mauricio Antoniazzi Pinheiro Rosa Fontes Ópticas para Sensores a Fibra Óptica... Camila S. Deolindo, Carmem L. Barbosa, Carlos F. R. Mateus Histereses Magnéticas em Ferritas de Ni-Zn... Leonardo Violim Lemos e Antonio Carlos da Cunha Migliano Tecnologia de Reatores Rápidos Avançados - TERRA: reatores para aplicações espaciais e estratégicas... Lamartine Nogueira Frutuoso Guimarães, Jamil Alves do Nascimento, Eduardo Madeira Borges, Alexandre David Caldeira e Artur Flávio Dias Desenvolvimento de Sensores de Infravermelho com Transições Intrabanda (nanoestruturados) e Interbanda... G. S. Vieira, A. Passaro, N. M. Abe1, R. Y. Tanaka, M.P. Pires, P.L.Souza, P.S.S. Guimarães, W.N.Rodrigues, L.F.E. Moreira, N. Studart Estimação de Dados Atmosféricos a Partir de Dados de Radiância: Abordagem de Uma Nova Rede Neural Não-Extensiva... Elcio Hideiti Shiguemori, José Demisio Simões da Silva e Haroldo Fraga de Campos Velho Projeto PEICE: Efeitos da Irradiação de Componentes Eletrônicos e Fotônicos... O. L. Gonçalez, L. S. Y. Rigolon, L. H. Claro, C. A. Federico, Josiel U. de Arruda, V. R. de Almeida, E. R. Ribeiro, G. S. Vieira, W. A. de Oliveira, A. Passaro, J. Rubini Jr, O. P. da Silva Filho, W. M. Castilho, Leandro F. Auler, G. O. Dias, P. R. Agostinho, D. C. Milagres, T. M. Arruda, O. Saotome, I. M. da Silva, Júlio C. Lucchi e Fernanda G. L.Kastensmidt Simulação Monte Carlo de Armamento Aéreo... Wilson José Vieira Introdução à Defesa Química, Biológica e Nuclear... Wilson José Vieira Aplicações da microscopia de força atômica... Walter Miyakawa, Choyu Otani 121 Uma Abordagem Integrada para tratar o Problema de Localização de Máxima Cobertura e o Problema de Roteamento... Maria José Pinto Lamosa, Mônica Maria De Marchi e Carmen Lúcia Ruybal dos Santos Alternativa para Teste de Avaliação de Tamanho de Campo do Feixe de Raios X Odontológico e Teste de Integridade de Equipamentos de Proteção no Próprio Consultório... W. A. Oliveira, C. A. Federico. e L.S. Y. Rigolon Influência de Elementos de liga no Processo de Nitretação a Plasma... Vladimir Henrique Baggio Scheid e Raiane Samantha Sampaio 124 Sensor Dinâmico de Vôo (SDV)... T. B. Caldas, H. L. R. de Lira, J. U. de Arruda, V. R. de Almeida, R. M. Cazo, J. J. de Almeida, O. Lisboa, K. V. Couto, W. C. L. Filho, F. O. Ramos, C. O. A. de Oliveira, E. C. Ferreira Metodologia Experimental para a Caracterização Eletromagnética de Materiais na Faixa de Freqüência de 100Hz a 100MHz... A. C. C. Migliano, V. L. O. Brito e L. F. F. Bernabe Recobrimento de partes metálicas com nanopartículas de negro de fumo via laser de CO 2... Gabriela Pedreira Nobre e Getúlio de Vasconcelos Efeitos da Radiação Não Ionizante (RNI) em Materiais Biológicos... Yasmara Conceição De Polli, Carlos Antonio França Sartori e Antonio Carlos da Cunha Migliano Ativ. P&D IEAv, v.1, p.1-130, mar./2007-fev./2008

12 EDITORIAL Esta publicação apresenta, em seu primeiro volume, uma visão geral do Instituto de Estudos Avançados, IEAv, órgão subordinado ao Comando-Geral de Tecnologia Aeroespacial, e atividades de pesquisa e desenvolvimento concluídas, em andamento ou em fase de planejamento no Instituto, no período de março de 2007 a fevereiro de Na apresentação da visão geral do instituto destacam-se sua história, a participação de nossos pesquisadores na formação de recursos humanos, as competências institucionais e os focos de atuação do IEAv no cenário brasileiro de Ciência, Tecnologia e Inovação (C&T&I). O Caderno é composto por um conjunto de resumos de atividades apresentados na oitava edição do Workshop Anual de Pesquisa e Desenvolvimento do Instituto de Estudos Avançados (VIII WAI). A realização desse Workshop, que ocorre desde 2001, foi uma iniciativa dos pesquisadores do IEAv e é parte do ciclo de gestão das atividades executadas no Instituto. As informações contidas nos trabalhos científicos e apresentadas durante o evento na forma de painéis e seminários, bem como a discussão de temas relevantes para a pesquisa científica brasileira no âmbito da política de defesa nacional por meio de debates, palestras, mesas-redondas, etc. fornecem subsídios para o planejamento de trabalhos e colaborações futuras e para o levantamento dos indicadores institucionais de desempenho. A submissão de trabalhos para o WAI não é obrigatória, de sorte que nem todos os trabalhos executados neste período estão contidos neste caderno. Contudo, os trabalhos aqui apresentados fornecem um panorama atualizado da atuação do Instituto no cenário de C&T&I do País e evidenciam o alinhamento das atividades de pesquisa e desenvolvimento realizadas no IEAv com a missão do Instituto, voltada para os setores aeroespacial e de Defesa, e com foco nas diretrizes estratégicas do Comando da Aeronáutica e do Ministério da Defesa. Os editores deste volume das Atividades do IEAv agradecem à comunidade técnica e científica do Instituto, que se empenhou na elaboração e revisão dos resumos aqui apresentados, aos patrocinadores do WAI, que permitiram viabilizar sua publicação, e a todos os envolvidos na sua organização e elaboração, em especial aos funcionários da Biblioteca do IEAv. Os Editores Ativ. P&D IEAv, v.1, p.11-12, mar./2007-fev./

13 Ativ. P&D IEAv, v.1, p.11-12, mar./2007-fev./

14 O Instituto de Estudos Avançados - IEAv Foto de Fábio Dondeo Origo Ativ. P&D IEAv, v.1, p.13-18, mar./2007-fev./

15 Ativ. P&D IEAv, v.1, p.13-18, mar./2007-fev./

16 Apresentação O Instituto de Estudos Avançados (IEAv) é uma Instituição de Ciência e Tecnologia do Ministério da Defesa, subordinada ao Comando-Geral de Tecnologia Aeroespacial do Comando da Aeronáutica que, a partir da Portaria n. 275/GC3 de 14 de março de 2006 (DOU n. 52, seção 1, página 4-5, de 16 de março de 2006), passou a ser classificada como uma Organização Militar com autonomia administrativa (UGR Unidade Gestora Responsável), além da autonomia Jurídica que já possuía. Idealizada para realizar pesquisa e desenvolvimento de vanguarda, a Divisão de Estudos Avançados (EAV), do então Instituto de Atividades Espaciais (IAE), foi formalizada em 28 de outubro de 1976, inaugurando suas instalações em 22 de agosto de Criada para atuar, primordialmente, no Programa Nuclear Alternativo (programa desenvolvido no Brasil por várias Instituições, no período de 1978 a 1990, que possibilitou ao País o domínio de técnicas de laser, do enriquecimento de urânio por ultracentrifugação e da propulsão nuclear naval), a Divisão tinha quatro grupos temáticos: Física Nuclear de Baixas e Altas Energias, Engenharia Nuclear, Lasers, e Computação e Matemática Aplicada. A Chefia dessa Divisão coube ao Tenente-Coronel José Alberto Albano do Amarante. Com o crescimento acelerado da Divisão de Estudos Avançados, a estrutura de Divisão tornou-se insuficiente para o atendimento da missão atribuída. Assim, no segundo semestre de 1978, foi proposto o anteprojeto de construção do Laboratório de Estudos Avançados (LEA). Em outubro de 1978, foi iniciada a preparação do terreno onde está localizado atualmente o Instituto, em São José dos Campos, com uma área de, aproximadamente, 50 hectares. Em 22 de outubro de 1981, com a conclusão das instalações mínimas para atender às suas necessidades, a Divisão desligou-se da estrutura organizacional do IAE, transferindo-se para sua nova localização. A nova instalação recebeu autorização para operar com o nome de Laboratório de Estudos Avançados, sob a direção do Tenente-Coronel Aviador Reginaldo dos Santos, em substituição ao Tenente-Coronel Amarante, falecido em 03 de outubro de O nome Laboratório de Estudos Avançados teve existência apenas extra-oficial. No dia 2 de junho de 1982, o Presidente da República, João Baptista Figueiredo, assinou o Decreto no , criando o Instituto de Estudos Avançados (IEAv), que teve como seu primeiro Diretor Interino o Tenente-Coronel Aviador Reginaldo dos Santos. No início de sua operação, o IEAv contava em suas instalações com o mais poderoso computador da América Latina: o sistema CDC-Cyber 170/750. Adequado à computação científica, foi também utilizado por Universidades, outras Instituições de pesquisa e empresas da área de defesa. As atividades do IEAv nos seus primeiros vinte anos de atuação focalizaram-se no desenvolvimento de métodos alternativos de enriquecimento de urânio por laser (métodos molecular e atômico), no desenvolvimento de processos de medida e de avaliação de dados nucleares, desenvolvimento de conceitos de reatores avançados, com tecnologia de refrigeração por metal líquido (projetos Amazonas, projeto RESPA Reatores Espaciais - e REARA Reatores Rápidos), redução e controle de rejeitos radioativos, e desenvolvimento de acelerador de elétrons (Projeto Pajé). Nesse contexto, o IEAv Ativ. P&D IEAv, v.1, p.13-18, mar./2007-fev./

17 desenvolveu uma capacitação invejável em áreas diversas, tais como, Lasers, Computação Científica, Engenharia e Física Nuclear, Desenvolvimento de Dispositivos Eletromagnéticos, dentre outras. Nesse período, o IEAv desenvolveu várias tecnologias, produtos e processos inteiramente nacionais, entre as quais podem ser destacados: lasers de vapor de cobre, lasers de gás carbônico, lasers de corante, software de simulação de equipamentos nucleares, sistema de bombeamento de fluidos metálicos, solda cerâmica-metal, estruturas de microondas periódicas. Nos primeiros vinte anos o financiamento de pesquisas do Instituto era feito pelo então Ministério da Aeronáutica e pelas Agências relacionadas com a Segurança Nacional, tal como a Secretaria de Assuntos Estratégicos (SAE). Por volta de 1994, com a redução do interesse governamental pela Área Nuclear, o Instituto passou por grandes transformações. A capacitação na área nuclear foi mantida, mas o Instituto passou a atuar em novas áreas, mais próximas de interesses de curto prazo do Comando da Aeronáutica, mas sempre mantendo o foco da pesquisa e desenvolvimento em áreas avançadas (entende-se por avançado, a P&D em áreas que venham a garantir ao País e, em particular, à Defesa Nacional, posição de destaque no cenário internacional). Tecnologias e capacitações desenvolvidas anteriormente foram adaptadas ou redirecionadas para atender outras aplicações. Por exemplo, tecnologias laser, criadas para projetos de enriquecimento de combustível nuclear, são hoje aplicadas para o processamento de materiais em diversas áreas, tais como: odontologia (em colaboração com a Faculdade de Odontologia da UNESP, em São José dos Campos), dermatologia (em colaboração com o Instituto do Coração INCOR, São Paulo), indústria automotiva (Pirelli) e aeronáutica (a região de São José dos Campos é o principal pólo de desenvolvimento do setor aeroespacial brasileiro). A capacitação em dosimetria e controle de rejeitos radioativos desenvolvida para avaliação dos processos de enriquecimento de urânio, permitiu ao IEAv contribuir de forma decisiva para a implantação de um serviço de proteção radiológica que atende atualmente a todo o Comando da Aeronáutica e fornece apoio para a CNEN em situações de acidente ou suspeita de contaminação ambiental. Atualmente, o IEAv concentra seus esforços em Fotônica, Nanotecnologia, Hipervelocidade, Propulsão com Ar Aspirado, Sistemas de Apoio à Decisão, Comando e Controle, Processamento de Alto Desempenho, Sensoriamento Remoto, Energia Nuclear e Sistemas Eletromagnéticos. Dentre os produtos e tecnologias desenvolvidas nesta segunda fase de vida do Instituto podem ser citados: giroscópios a fibra óptica, já testados em helicópteros e foguetes de sondagem; o laboratório de lasers e aplicações, o primeiro no País dedicado ao desenvolvimento de aplicações tecnológicas do laser e de óptica com laser a fibra de alta potência, concentrando-se em processos avançados de manufatura; software para processamento de imagens de radar de abertura sintética (SAR) do SIVAM; software de planejamento de missão e de defesa aérea; navegação aérea autônoma; software de auxílio ao projeto e análise de dispositivos eletromagnéticos; sensor e imageador infravermelho termal; projeto e construção de túnel de vento hipersônico pulsado, capaz de alcançar velocidades de escoamento superiores a Mach 20, o primeiro da América Latina; clusters de computadores, dentre outros. É importante lembrar que o IEAv também contribuiu de forma decisiva para o desenvolvimento da Urna Eletrônica (homologada pelo Tribunal Superior Eleitoral), motivo de orgulho nacional. Ativ. P&D IEAv, v.1, p.13-18, mar./2007-fev./

18 A capacitação desenvolvida também vem sendo aplicada na resolução de problemas de interesse imediato do Comando da Aeronáutica e do Ministério da Defesa. O IEAv participa do esforço de desenvolvimento de reatores nucleares para propulsão naval, da especificação do satélite geoestacionário brasileiro, do desenvolvimento de plataformas inerciais para aplicação em satélites, veículos lançadores, aeronaves e embarcações; de sensores ópticos inteligentes e sensores de infravermelho; da geração de parâmetros e algoritmos computacionais de filtragem de dados de radares para rastreamento de foguetes no Centro de Lançamento de Alcântara (CLA); da avaliação do risco de colisão entre aeronaves devido à implementação da redução da separação mínima padrão (RVSM) no espaço aéreo das regiões do Caribe e da América do Sul, CAR/SAM; de sistemas computacionais para o planejamento de missão e defesa aérea e de um sistema distribuído de processamento de dados SAR, das bandas X e L, coletados pelo radar imageador das aeronaves R-99B da FAB, utilizando computadores de baixo custo do tipo PC (Projeto SIVAM). Todas estas áreas são de interesse dos Ministérios da Defesa (MD) e da Ciência e Tecnologia (MCT), conforme expresso no documento Concepção Estratégica - Ciência, Tecnologia e Inovação de Interesse da Defesa Nacional (CDU5/6:355.02(8I)) e evidenciam a vocação da Instituição para o desenvolvimento de conceitos e tecnologias de uso aeroespacial. O amplo espectro de atividades e competências atualmente existentes no IEAv lhe confere um perfil de alta adaptabilidade e capacidade para participar do processo de inovação tecnológica, potenciais que devem ser explorados com efetividade para o progresso da Sociedade Brasileira. Atualmente, o IEAv conta com 75 Doutores e 34 mestres. As atividades em C&T do IEAv são realizadas em cinco Divisões de pesquisa e uma Divisão Técnica. Divisão de Aerotermodinâmica e Hipersônica (EAH) Realiza pesquisas e desenvolvimento de escoamentos em velocidades hipersônicas, para aplicação ao vôo de veículos aeroespaciais. Divisão de Física Aplicada (EFA) Sua área de atuação envolve o estudo de fenômenos físicos complexos e a pesquisa e desenvolvimento de sistemas eletromagnéticos, materiais e dispositivos de uso aeroespacial. Ativ. P&D IEAv, v.1, p.13-18, mar./2007-fev./

19 Divisão de Fotônica (EFO) Realiza pesquisa e desenvolvimento de sistemas laser, sensores a fibra óptica, materiais, componentes, dispositivos e sistemas ópticos e optoeletrônicos, e estudos experimentais em óptica aplicada, separação isotópica e espectroscopia. Divisão de Geointeligência (EGI) Realiza pesquisa e desenvolvimento em sensoriamento remoto e sistemas de auxílio à decisão. Divisão de Energia Nuclear (ENU) Realiza pesquisa e desenvolvimento nas áreas de geração de energia elétrica e calor e de aplicações da energia nuclear para o espaço e em locais de difícil acesso. Divisão de Suporte Tecnológico (EST) Participa da execução de projetos de pesquisa com sua competência e capacitação nas áreas de projeto e fabricação mecânica e eletrônica. Ativ. P&D IEAv, v.1, p.13-18, mar./2007-fev./

20 O IEAv no cenário nacional de Ciência, Tecnologia e Inovação Ativ. P&D IEAv, v.1, p.19-24, mar./2007-fev./

21 Ativ. P&D IEAv, v.1, p.19-24, mar./2007-fev./

22 Missão Prospectar, criar e desenvolver soluções científico-tecnológicas para fortalecer o Poder Aeroespacial, contribuindo para a Soberania Nacional e o progresso da sociedade brasileira, por meio da pesquisa avançada, desenvolvimento, inovação, capacitação e serviços tecnológicos de interesse do Comando da Aeronáutica. Foco de atuação O IEAv, como uma Organização Militar de Ciência, Tecnologia e Inovação, cria e transforma o conhecimento científico-tecnológico, atua fortemente em pesquisa aplicada e desenvolvimento experimental, contribui na formação de recursos humanos de alto nível e fornece serviços tecnológicos especializados, visando ao fortalecimento do Poder Aeroespacial Brasileiro. Alinhadas com a Missão do IEAv, as competências dentro destas funções são listadas a seguir. Pesquisa Aplicada 1) Fotônica 2) Engenharia Nuclear 3) Sensoriamento Remoto 4) Sistemas de Apoio à Decisão 5) Simulações Computacionais 6) Diagnóstico de Combustão Desenvolvimento experimental 1) Caracterização de Materiais (Ópticos, Magnéticos) 2) Separação Isotópica por Lasers 3) Girômetros a Fibra Óptica 4) Túneis de Vento Hipersônicos 5) Combustão Supersônica 6) Algoritmos e Processamento Paralelo 7) Processamento de Imagens e navegação aérea autônoma 8) Bombeamento Eletromagnético de Fluidos Metálicos 9) Ciclos Térmicos aplicados a processos de geração de energia elétrica e calor no espaço Pesquisa Básica 1) Espectroscopia Óptica 2) Energia Nuclear e Física de Plasma 3) Química Teórica 4) Teoria da Decisão 5) Eletromagnetismo Ativ. P&D IEAv, v.1, p.19-24, mar./2007-fev./

23 Serviços Técnicos Especializados 1) Consultoria em Sensoriamento Remoto 2) Calibração e Metrologia em Óptica 3) Fabricação de Componentes Ópticos 4) Proteção Radiológica 5) Estimativa de Seção Reta Radar (RCS) de estruturas 6) Avaliação do Risco de Colisão entre Aeronaves em Regime de Vôo de Cruzeiro 7) Espelhamento de Materiais Não Ferrosos (cobre e alumínio) Formação de Recursos Humanos 1) Óptica 2) Lasers e suas Aplicações 3) Sensoriamento Remoto 4) Cerâmicas Magnéticas 5) Compatibilidade Eletromagnética 6) Computação Aplicada 7) Comando e Controle 8) Pesquisa Operacional Transferência de Tecnologia 1) Laser de cobre-ácido bromídrico 2) Giroscópio a fibra óptica 3) Sistema imageador infravermelho termal 4) Sistema de planejamento aéreo tático e operacional. Infra-Estrutura O IEAv conta com laboratórios de pesquisa muito bem aparelhados para o desenvolvimento de pesquisa avançada e para o desenvolvimento de pesquisa aplicada. Alguns de nossos laboratórios são utilizados em projetos envolvendo empresas privadas, contribuindo ativamente para o desenvolvimento de novos produtos ou com o aperfeiçamentos de produtos, contribuindo, desta forma, diretamente para o bem estar da população. Descrever toda a infra-estrutura existente está fora do escopo desta publicação. Os interessados são convidados a obter informações adicionais com nosso setor de relações públicas, o qual encaminhará os interessados aos pesquisadores responsáveis pelos recursos de interesse ou aos chefes de Divisão. Ativ. P&D IEAv, v.1, p.19-24, mar./2007-fev./

24 Projetos de pesquisa, desenvolvimento e Inovação Historicamente, a pesquisa e desenvolvimento no âmbito do IEAv foi caracterizada pela presença de projetos financiados diretamente pelo Comando da Aeronáutica. Contudo, nos últimos anos, tem se verificado o aumento da participação de recursos provenientes de Instituições de Fomento do país, tais como a FAPESP, CNPq, FINEP (CT-Aeronáutico e CT-Infra) e Agência Espacial Brasileira (AEB). Muitos desses projetos envolvem o desenvolvimento de conceitos tecnológicos (pesquisa avançada) ou produtos inovadores. Além do fomento proveniente de agências, o Instituto também conta com recursos de projetos em parceria com a iniciativa privada, que têm viabilizado a proposta e execução de novos projetos de pesquisa e desenvolvimento de materiais, sensores e softwares em áreas de interesse do Ministério da Defesa. Ativ. P&D IEAv, v.1, p.19-24, mar./2007-fev./

25 Ativ. P&D IEAv, v.1, p.19-24, mar./2007-fev./

26 Formação de Recursos Humanos Ativ. P&D IEAv, v.1, p.25-28, mar./2007-fev./

27 Ativ. P&D IEAv, v.1, p.25-28, mar./2007-fev./

28 Formação de Recursos Humanos Ensino Superior e Pós-Graduação O IEAv, atualmente, não mantém programas regulares de ensino superior e pós-graduação. Esta atividade, no âmbito do Comando da Aeronáutica, é atribuída ao Instituto Tecnológico de Aeronáutica (ITA). Contudo, o IEAv participa ativamente na formação de recursos humanos em colaboração com o ITA, INPE e outras Universidades, públicas e particulares. Esta participação se dá na forma de orientação e co-orientação de trabalhos de conclusão de cursos, iniciação científica, dissertações e teses relacionados a projetos de interesse estratégico desenvolvidos no IEAv, além da utilização da infraestrutura e laboratórios pelos discentes e disciplinas ministradas por pesquisadores do IEAv em programas de pós-graduação do ITA e do INPE. Os programas de Pós-Graduação nos quais os pesquisadores ministram disciplinas são apresentados a seguir: Engenharia Mecânica e Aeronáutica (ITA) Engenharia Eletrônica e Computação (ITA) Física (ITA) Computação Aplicada (INPE) Engenharia e Tecnologia Espaciais (INPE) O IEAv também participa do Programa Pró-Defesa, financiado pela CAPES, em associação com o Ministério da Defesa, que visa à formação de recursos humanos em áreas de interesse da defesa nacional. Por fim, no que diz respeito ao ensino superior, desde 2005 o IEAv faz parte do Programa Institucional de Bolsa de Iniciação Científica (PIBIC), mantido pelo CNPq. No ano de 2007, o IEAv iniciou estudos para propor um curso de pós-graduação multidisciplinar, com foco nas áreas de sensores, hipersônica, aplicações de laseres e engenharia nuclear. A proposta está em fase de avaliação junto ao Instituto Tecnológico de Aeronáutica, visando sua viabilização. Cursos de Treinamento O IEAv ministra cursos básicos, avançados e de reciclagem nos campos do sensoriamento remoto, do processamento de imagens digitais, proteção radiológica, aplicações de lasers, metrologia e avaliação da incerteza na medição, dentre outros, formando recursos humanos para o Comando da Aeronáutica e demais Forças, outros órgão governamentais e para o setor produtivo. Ativ. P&D IEAv, v.1, p.25-28, mar./2007-fev./

29 Ativ. P&D IEAv, v.1, p.25-28, mar./2007-fev./

30 Parcerias Institucionais Ativ. P&D IEAv, v.1, p.29-32, mar./2007-fev./

31 Ativ. P&D IEAv, v.1, p.29-32, mar./2007-fev./

32 Instituições de Ensino e de Pesquisa Rensselaer Polytechnic Institute RPI USA Instituto de Aeronáutica e Espaço IAE/CTA Instituto Tecnológico de Aeronáutica ITA/CTA Instituto de Biociências, Letras e Ciências Exatas IBILCE/UNESP Faculdade de Engenharia de Guaratinguetá FEG/UNESP Instituto de Física de São Carlos IFSC/USP Escola Politécnica da Universidade de São Paulo EPUSP/USP Escola de Engenharia de Lorena EEL/USP Universidade Estadual de Campinas UNICAMP Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares - IPEN Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais INPE Instituto de Física da Universidade Federal do Rio de Janeiro UFRJ Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro - PUC-Rio Universidade Federal de Minas Gerais - UFMG Universidade Federal do Rio Grande do Sul UFRGS Centro de Pesquisas Renato Archer CenPRA Universidade do Estado de Mato Grosso UNEMAT Centro Federal de Educação Tecnológica do Paraná - CEFET-PR Instituto Fábrica do Milênio - IFM-CNPq/MCT Universidade do Vale do Paraíba - UNIVAP ETEP Faculdades Universidade São Judas Tadeu Universidade Braz Cubas - UBC Universidade de Taubaté UNITAU Universidade da Força Aérea - UNIFA Empresas EMBRAER - Empresa Brasileira de Aeronáutica S.A. Equatorial Sistemas S.A. IMAG Indústria e Comércio de Componentes Eletrônicos LTDA Ivision Sistemas de Imagem e Visão S.A. Optsensys Instrumentação Óptica e Eletrônica Ltda ThyssenKrupp Metalúrgica Campo Limpo Ltda Ativ. P&D IEAv, v.1, p.29-32, mar./2007-fev./

33 Fundações e Órgãos de Fomento FUNCATE Fundação de Ciência, Aplicações e Tecnologia Espaciais FUNDEP Fundação de Desenvolvimento da Pesquisa FCMF Fundação Casemiro Montenegro Filho FAPESP Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo FAPEMIG Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Minas Gerais CNPq Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico FINEP Financiadora de Estudos e Projetos CAPES Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior AEB Agência Espacial Brasileira Outras Instituições e Associações Caneus International Organization ABEN Associação Brasileira de Energia Nuclear COMGAR Comando Geral de Operações Aéreas CSEM Centro Suiço de Eletrônica e Microtecnologias CIAAR Centro de Instrução e Adaptação da Aeronáutica MAB Memorial Aeroespacial Brasileiro AAB Associação Aeroespacial Brasileira IFI Instituto de Fomento e Coordenação Industrial do Comando-Geral de Tecnologia Aeroespacial da Aeronáutica Ativ. P&D IEAv, v.1, p.29-32, mar./2007-fev./

34 Atividades de pesquisa desenvolvidas no IEAv em 2007 Resumos apresentados no VIII WAI Workshop Anual de Pesquisa e Desenvolvimento do Instituto de Estudos Avançados Ativ. P&D IEAv, v.1, p.33-34, mar./2007-fev./

35 Ativ. P&D IEAv, v.1, p.33-34, mar./2007-fev./

36 Aplicação do Algoritmo SIFT em Imagens de Navegação Autônoma Gustavo Augusto Mascarenhas Goltz 1,2, Elcio Hideiti Shiguemori 1 1 Instituto de Estudos Avançados, S.J. dos Campos, Brazil [gustavo.goltz; 2 Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais, S. J. dos Campos, Brazil Resumo Neste trabalho foram pesquisados algoritmos para encontrar automaticamente correspondências entre pontos de imagens diferentes que representam uma mesma cena. Utilizaram-se descritores de imagens gerados pelo algoritmo SIFT Scale Invariant Feature Transform. Resultados promissores foram obtidos para aplicação de robôs móveis terrestres e aéreos. Palavras Chave: correspondência, imagens, SIFT. A busca por correspondências entre imagens diferentes que representam uma mesma cena tem grande utilidade em visão computacional [1]. Esta tarefa está ligada, por exemplo, à identificação de objetos pertencentes a imagens diferentes, com o intuito de identificar obstáculos de um robô [2], ou no auxílio à navegação aérea autônoma por imagens, na qual é necessário identificar pontos comuns entre a imagem com a rota pré-definida e a imagem do terreno capturada em tempo real, sendo este de interesse do projeto PITER (Processamento de Imagens em TEmpo Real), em desenvolvimento no IEAv. Neste trabalho, a busca por correspondência entre pontos de imagens diferentes é feita utilizando-se descritores destes pontos gerados pelo algoritmo SIFT. Em algumas aplicações da área de processamento de imagens temse o problema de se construir descritores que sejam independentes de variações na imagem, como, por exemplo, escala e rotação. II. ALGORITMO SIFT O algoritmo SIFT Scale Invariant Feature Transform foi desenvolvido por [1] em 1999 e sua função é construir descritores de pontos-chave de uma imagem, sendo estes descritores independentes das mudanças de escala, rotação, translação e luminosidade que uma imagem pode sofrer. Para testar a viabilidade do SIFT nas aplicações do projeto PITER, foi utilizada uma implementação em C++ obtida em [3]. III. BUSCA POR CORREPONDÊNCIAS Neste trabalho, o SIFT é utilizado na busca por correspondências entre seqüência de imagens diferentes que contenham partes de mesma cena do sistema de imagens de navegação autônoma. A busca é feita através de pontos-chave correspondentes, utilizando-se seus descritores. Nesta pesquisa, a distância euclidiana é utilizada em três abordagens diferentes para avaliar a mais apropriada para navegação de veículos aéreos não tripulados baseada em visão. Os algoritmos de cada abordagem são: DistEuclidConvencional, o qual aplica a função de busca diretamente, sem tratar seus resultados. DistEuclidRedundante, que chama a função de busca duas vezes, a segunda chamada é feita invertendo-se os parâmetros da função, somente as correspondências que ocorram em ambas são guardadas. DistEuclidEsc onde observase a continuidade de escala entre segmentos de reta traçados entre os pontos pertencentes e às correspondências geradas por esta função. IV. RESULTADOS As três abordagens foram aplicadas em imagens de um robô móvel terrestre e imagens aéreas para serem aplicadas na navegação autônoma de VANT (Veículo Aéreo Não Tripulado). Apresenta-se neste trabalho alguns resultados com imagens aéreas de um fluxo ótico obtido num vôo de helicóptero sobre a cidade de São José dos Campos. O estudo nestas imagens tem aplicação na estimação de posição, bem como, estimação de velocidade e proa de um VANT. Renomeando de 1, 2 e 3, os algoritmos DistEuclidConvencional, DistEuclidRedundante e DistEuclidEsc, respectivamente, tem-se na Tabela 1 as porcentagens de acerto dos três algoritmos levando-se em conta as dez primeiras correspondências geradas, para seis pares de imagens diferentes. Um exemplo destas correspondências é apresentado na Figura 1. Os pontos marcados com na Figura 1(a) possuem seus correspondentes na Figura 1(b). FIGURA 1: Imagens aéreas que representam uma mesma cena: a) obtida no instante (t) e b) obtida no instante (t+n). TABELA 1: Porcentagem de acerto das dez primeiras correspondências encontradas para cada algoritmo e para cada par de imagens analisado Algoritmo: Par 1: Par 2: Par 3: Par 4: Par 5: Par 6: 1 90% 100% 100% 100% 100% 80% 2 100% 100% 100% 100% 100% 90% 3 100% 100% 100% 100% 100% 80% V. DISCUSSÃO E CONCLUSÕES A utilização do cálculo da distância euclidiana entre vetores que representam descritores de pontos gerados pelo SIFT mostrou-se bastante eficiente. A abordagem DistEuclidRedundante foi a mais precisa na avaliação realizada, no entanto, não foi a que apresentou o menor custo computacional. Trabalhos futuros concentram-se em pesquisas de algoritmos precisos e com baixo custo computacional, em implementações otimizadas a serem implementadas em dispositivos lógicos programáveis, por exemplo, FPGA, e também na implementação de outros geradores de descritores. VI. REFERÊNCIAS [1] LOWE, David G. Distinctive image features from scale-invariant keypoints. International Journal of Computer Vision, 60, 2 (2004), pp Disponível em:<http://www.cs.ubc.ca/~lowe/papers/ijcv04.pdf>. Acesso em: 25 de Outubro de [2] BELO, F. A. W. Desenvolvimento de Algoritmos de Exploração e Mapeamento Visual para Robôs Móveis de Baixo Custo, Cap. 3: Transformação SIFT. Disponível em: <http://www.ic.unicamp.br /~siome/teaching/2007/mo />. Acesso em: 22 de Outubro de [3] VEDALDI, Andrea. SIFT++: A Lightweight C++ implementation of SIFT. Disponível em: <http://vision.ucla.edu/~vedaldi/code/siftpp /siftpp.html>. Acesso em: 25 de Outubro de Ativ. P&D IEAv, v.1, p.35, mar./2007-fev./

37 Medição do fator de qualidade de um único pulso de laser de Nd:YAG Kelly Cristina Jorge*, Rudimar Riva**, Nicolau André Silveira Rodrigues** e Marcelo Geraldo Destro** * Instituto Tecnológico de Aeronáutica (ITA), São José dos Campos, Brasil ** Instituto de Estudos Avançados (IEAv), São José dos Campos, Brasil - Resumo Neste trabalho é apresentado um método que permite a medição em tempo real do fator de qualidade de um único pulso de laser utilizando uma imagem da luz espalhada da propagação do feixe de laser passando por um meio espalhador. Este método depende do meio espalhador e do sistema óptico de imagem adaptado para a aquisição da imagem espalhada. Comparando com um método tradicional, o método proposto é mais rápido, pois possibilita medir vários diâmetros do feixe com a mesma precisão em uma única imagem. Os resultados experimentais de caracterização de pulsos individuais de um laser de Nd:YAG obtidos com o método proposto são apresentados. Palavras Chave: fator de qualidade do laser, diâmetro do feixe, divergência do feixe, perfil do feixe. Nos processamentos a laser, que envolvem a aplicação de um ou mais pulsos de laser, é necessário conhecer o fator de qualidade em que o laser opera. Uma informação ainda mais valiosa seria conhecer a qualidade de cada pulso de laser individualmente. Os métodos usuais para medir a qualidade do laser não permitem a caracterização de um único pulso de laser; geralmente, mede-se a qualidade de uma média de pulsos de laser [1]. Com o método desenvolvido neste trabalho, o qual utiliza a imagem da luz espalhada do laser, é possível caracterizar um único pulso de laser [2]. Este método possui algumas vantagens com respeito aos usuais, pois permite a sua utilização no momento do processamento, uma vez que não é necessário atenuar a intensidade do feixe de laser para tal caracterização. Além desta vantagem, este método possibilita caracterizar o feixe de laser medindo a variação do seu diâmetro por, no mínimo, uma propagação equivalente a três comprimentos de Z R (Z de Rayleigh), enquanto nos outros métodos é necessário pelo menos dez comprimentos de Z R. Desta forma, com este método mede-se, no mesmo instante, tanto o diâmetro mínimo quanto a divergência do feixe de laser e torna-se possível a medição do fator de qualidade de um único pulso de laser. II. PARTE EXPERIMENTAL Na Fig.1 apresenta-se um diagrama do arranjo experimental usado neste trabalho. O feixe de laser de Nd:YAG, 532nm, 2W de potência, que equivale a 20A de corrente e uma freqüência de repetição de pulsos de 446Hz, é focalizado com uma lente de 250mm de comprimento focal para o interior de uma célula transparente que contém um líquido incolor que provoca espalhamento homogêneo. Laser lente Imagem da luz espalhada do laser Célula espalhadora Sistema óptico Sistema de aquisição Figura 1: Arranjo experimental para medir a qualidade do laser em tempo real. Na lateral da célula é obtida a imagem da luz espalhada da propagação do laser usando um sistema óptico anamórfico de imagem. Este sistema, é formado por duas lentes cilíndricas com distância focal de 80mm e abertura de 6mm, é posicionado na lateral da célula [2], com magnificação 3 no plano horizontal e magnificação inversa no plano vertical, igual a 1/3. A profundidade de campo do sistema de imagem é maior que os diâmetros do laser propagando-se na célula. O tempo de exposição da câmera é sincronizado com a mesma freqüência de repetição dos pulsos do laser para garantir a imagem de um único pulso de laser. Com esta imagem é determinada a qualidade do feixe de laser medindo-se o seu diâmetro em cada posição de propagação no meio espalhador. III. RESULTADOS E DISCUSSÕES Na Fig.1 apresenta-se a imagem da luz espalhada da propagação de um único pulso de laser no meio espalhador no plano y-z. y Figura 2: Imagem da luz espalhada de um pulso de laser de Nd:YAG. A imagem é um mapa de intensidade com 1024 níveis (10 bit). Este mapa é representado por uma matriz MA i,j onde o índice í refere-se a direção y e j a direção z, como mostrado na Fig.3. Cada coluna da matriz é um perfil de intensidade na direção y, onde cada elemento da matriz (ou pixel) indica a soma da intensidade na direção x. O diâmetro do feixe é determinado em cada posição z (cada coluna da matriz) usando o critério do segundo momento [1]. Figura 3: Mapa de intensidade e um perfil de uma coluna da matriz MA i,j. IV. CONCLUSÃO Com a comparação dos resultados deste método com os resultados do método tradicional de varredura frontal do perfil do feixe [3] foi demonstrado que o método proposto tem a mesma precisão do método tradicional. Além disso, este método permite medir o fator de qualidade de um único pulso de laser e então explicar as possíveis variações do desempenho dos processamentos feitos com laser pulsado. V. REFERÊNCIAS [1] ISO , Lasers and associates instruments. Methods for perfoming tests to determine the parameters of a laser beam. Beam width, angle of divergence, coefficient of propagation of beam. [2] Kelly C. Jorge, R. Riva, Nicolau A. S. Rodrigues and Marcelo G. Destro. Real-time measurement of laser beam quality factor (M²) by imaging transverse scattered light. Photonics West 2007, SPIE Proc , EUA. [3] Spiricon, Inc. (Logan, UT, EUA), C.B. Roundy. Method and apparatus for increasing the accuracy of dimensional measurements made with videos cameras. U.S. Patent 5,418,562, May 23, Agradecimentos: ao CNPq pela bolsa de doutorado concedida à Kelly. z Ativ. P&D IEAv, v.1, p.36, mar./2007-fev./

38 Estabelecimento de um Sistema Dosimétrico para Aplicações Aeroespaciais, Utilizando Dosimetria Termoluminescente Claudio A. Federico*, Odair Lelis Gonçalez*, Wagner M. Castilho*, Linda V. E. Caldas** * Instituto de Estudos Avançados, S. J. dos Campos, Brasil ** Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares - IPEN/CNEN, S. Paulo, Brasil Resumo Neste projeto de pesquisa está sendo desenvolvida a metodologia para medida da dose de radiação cósmica empregando-se dosímetros termoluminescentes, entre outros métodos complementares. Pretende-se implantar esta metodologia de medida no Laboratório de Dosimetria Termoluminescente do IEAv (LDT), tendo como primeira aplicação a avaliação da dose de radiação cósmica recebida por tripulações de aeronaves da FAB no espaço aéreo brasileiro. Comparando as medidas com valores calculados pode-se avaliar a influência de fatores característicos de nosso espaço aéreo, como a presença da Anomalia Magnética do Atlântico Sul (AMAS), na dose das tripulações. Pretende-se também capacitar o LDT/IEAv a efetuar medidas e estimativas de dose de radiação cósmica para finalidades aeroespaciais, em especial, em órbitas terrestres baixas, de interesse do projeto PEICE. Palavras Chave: dosimetria, radiação cósmica, termoluminescente. um amplo espectro de energia (desde kev até GeV por partícula ou fóton) e são influenciados pelo efeito de blindagem devido à atmosfera e pelo campo magnético terrestre. Grande parte do território brasileiro está sujeito aos efeitos de uma anomalia magnética, denominada Anomalia Magnética do Atlântico Sul (AMAS). Trata-se de uma região em que as linhas de campo magnético terrestre aproximam-se da crosta, permitindo que raios cósmicos e partículas carregadas penetrem mais profundamente na atmosfera terrestre, aumentando a dose devida à radiação cósmica, podendo, inclusive, interferir com comunicações, satélites e aeronaves. Na Figura 2 pode-se observar um mapa da anomalia a uma altitude de 10 km. Com o desenvolvimento de aeronaves com teto de operação mais alto, o aumento do fluxo aéreo e as restrições normativas de dose de radiação recebida pelo público em geral, o problema do controle do nível de dose recebida por tripulações de aeronaves passou, gradualmente, a ser importante na área de proteção radiológica, medicina aeroespacial e radiobiologia, motivando estudos teóricos e experimentais sobre o assunto [1,2] nestes campos de conhecimento. Figura 1 Taxas de dose equivalente devidas à radiação cósmica, em função da altitude (extraído da referência [1]). Uma ilustração comparativa das taxas de dose equivalente de radiação cósmica em função da altitude é apresentada na Figura 1, onde se observa que as taxas de dose recebidas por tripulações de aeronaves são mais de cem vezes superiores àquelas encontradas ao nível do mar. Um tripulante de aeronave, dependendo do número de horas de vôo por ano, pode acumular doses várias vezes superiores ao limite de dose para indivíduos do público, que é de 1 msv/ano. A International Commission on Radiological Protection (ICRP) estima que os profissionais de vôo estão expostos a níveis de radiação que são comparáveis aos níveis de radiação recebidos por profissionais que trabalham com radiação nas áreas de medicina e tecnologia, chegando a excedê-los em muitos casos. Como conseqüência, muitos países estão tratando tripulações de aeronaves como indivíduos ocupacionalmente expostos à radiação ionizante. Os raios cósmicos, que nas altitudes de interesse para aviação, são compostos principalmente de nêutrons, fótons e elétrons e têm origem na radiação galáctica proveniente do espaço interestelar e do Sol. Possuem, ainda, outros diferentes tipos de partículas; apresentam Figura 2 Mapa do campo magnético terrestre a uma altitude de 10 km, mostrando a AMAS, extraído de Space Environment Information System - SPENVIS (www.spenvis.oma.be). II. EXPERIMENTAL As medições de dose serão efetuadas por meio de uma combinação dos dosímetros termoluminescentes do tipo TLD-600 ( 6 LiF:Mg,Ti) e TLD-700 ( 7 LiF:Mg,Ti), que possuem características distintas de detecção, permitindo discriminar entre tipos diferentes de radiações em um campo misto, como o da radiação cósmica. Está sendo estudada ainda a complementação destes dosímetros com a utilização de dosímetros do tipo Bubble detector e, ainda, monitores do tipo TEPC ( tissue equivalent proportional counter ). III. COMENTÁRIOS E CONCLUSÕES Nunca foi efetuado um estudo detalhado das doses em tripulações no espaço aéreo brasileiro, nem, tampouco, em aeronaves da FAB. A existência da AMAS reforça a importância de se efetuar este tipo de estudo, sendo que o IEAv está em uma condição ímpar no Brasil para sediar tal tipo de capacitação, por sua subordinação e estrutura peculiares. IV. REFERÊNCIAS [1] D. T. Bartlett, Radiation Protection Aspects of The Cosmic Radiation Exposure of Aircraft Crew, Rad. Prot. Dos., vol 109, n. 4, pp , [2] F. Spurný, O. Ploc, I. Jadrnícková, K. Turek, T. Dachev, M. Gelev, Monitoring of onboard aircraft exposure to cosmic radiation: May- December 2005, Adv. in Space Res., vol. 40, pp , Agradecimentos: Agradecemos ao CNPQ pelo apoio financeiro parcial e aos Drs. Alexandre D. Caldeira e Luis Henrique Claro pelo apoio e discussões. Ativ. P&D IEAv, v.1, p.37, mar./2007-fev./

39 Análise de Dados de Bibliotecas Avaliadas com o Código SAMMY Francisco Braga Guimaraes Instituto de Estudos Avançados, S.J. dos Campos, Brazil Resumo Descrevemos a análise do "file-2" de bibliotecas avaliadas ENDF/B-VI e JEF2.2 para o material 187 Re, em comparação com os dados obtidos com o código SAMMY, através do ajuste tanto dos dados de EXFOR para reações de captura como das seções de choque geradas pelo sistema PrePro para os correspondentes arquivos avaliados. A comparação seguiu os critérios do manual endf-102, em particular a análise dos fatores de self-shielding (fatores-ss). O procedimento tem validade geral para a análise de dados de qualquer material avaliado. Concluímos que é possível obter com o SAMMY uma avaliação mais satisfatória do que ENDF/B-VI. Palavras Chave: avaliação de dados nucleares, ressonâncias resolvidas, código SAMMY, 187 Re, fatores de self-shielding. O SAMMY[1] realiza ação cálculos principalmente para a análise de dados na região de ressonâncias resolvidas (RRR), os quais são usualmente obtidos de um arquivo ( file-2 ) no formatoendf, ou diretamente da observação experimental. As reações de captura-radiativa (σ n.γ ), espalhamento elástico (σ n,n ), fissão (σ n,f ) e total (σ n,t ), tem parâmetros de ressonância dados no file-2 e as correspondentes seções de choque no file-3 para o dado material[2]. Os dados experimentais de EXFOR[3] também podem ser diretamente usados como input pelo SAMMY, o qual determina a grade de energia da função de excitação e o valor da seção de choque nos vários intervalos de energia. Os parâmetros de ressonância podem mudar durante a execução do SAMMY devido ao ajuste das diversas seções de choque. O conjunto de parâmetros de ressonância e seções de choque de uma dada avaliação devem satisfazer alguns critérios físicos para densidades de níveis, strength functions e números quânticos permitidos para as transições características das varias reações de acordo com o manual endf-102[2]. Por outro lado, o avaliador pode optar por adicionar parâmetros resolvidos fictícios mas, as ressonâncias devem ter números quânticos fisicamente permitidos e estar em acordo com a análise estatística da densidade de níveis. Para seções de choque de captura essa análise estatística usualmente segue o trabalho de Porter-Thomas[4]. II. COMPARAÇÃO DOS FATORES SS Para o 187 Re existem dois conjuntos independentes de dados correspondendo às bibliotecas ENDF/B-VI e JEF2.2. Dois cálculos independentes foram adotados para os fatores-ss. O primeiro com o código GROUPIE do sistema PrePro[5], e um outro (que chamamos "SS1 )[6] que utiliza o SAMMY para gerar as funções de excitação. Os resultados do SAMMY possuem a mesma grade de energia que os dados de entrada e estes podem ser convenientemente gerados pelo sistema PrePro para produzir uma descrição detalhada do espectro de ressonâncias. III. DISCUSSÃO E RESULTADOS A comparação do SAMMY com os resultados avaliados foi definida pela diferença percentual entre as funções-ss para todos os parâmetros dessas funções, ou seja, a seção de choque de diluição, σ 0, e energia de excitação, E x. A temperatura nuclear não foi considerada porque seu efeito corresponde apenas ao alargamento Doppler das ressonâncias. As diversas avaliações produzem fatores-ss que não são totalmente equivalentes. A comparação entre ENDF/B-VI e JEF2.2 revela duas regiões com diferenças maiores que 50% e para energias maiores do que 40 ev as ressonâncias de JEF2.2 estão localizadas em energias mais altas do que em ENDF/B-VI e JEF2.2 possui uma ressonância adicional em 46.9 ev. Por outro lado, o acordo JEF2.2 e ENDF/B-VI para energias até 94 ev, é muito melhor do que o obtido do ajuste de SAMMY para todos os dados de EXFOR. É possível porém conseguir um perfeito ajuste dos dados de EXFOR para energias acima da região 0-94 ev e ainda manter os resultados de ENDF/B-VI nessa região. Com isso o número de graus de liberdade de captura é mantido[4] em valores equivalentes ao de ENDF/B-VI bem como os valores para densidade de níveis e strength function[2]. Isso é conseguido através do condicionamento do ajuste às energia das ressonâncias ao invés dos demais parâmetros. Os resultados para a diferença entre os fatores-ss de ENDF/B-VI e SAMMY são mostrados na Fig. 1. A diferença nas posições das ressonâncias é semelhante à que existe entre JEF2.2 e ENDF/B-VI para energias entre 40 e 90 ev, sem ser necessário a adição de ressonâncias fictícias. Este resultados e o bom ajuste aos resultados experimentais de EXFOR para energias a partir de 95 ev indicam que a avaliação de SAMMY mais satisfatória do que a de ENDF/B-VI para os dados de captura do 187 Re. Fig. 1 Diferença entre os fatores-ss de ENDF/B-VI e SAMMY revela-se menor em média do que entre JEF2.2 e ENDF/B-VI. Para energias maiores do que 200 ev a diferença é sempre menor do IV. REFERÊNCIAS [1] N. M. Larson, Updated User's Guide for SAMMY: Multilevel R-matrix Fits to Neutron Data Using Bayes' Equations, ORNL/TM-9179, Martin Marietta Energy Systems, Inc., Oak Ridge National Laboratory /R4 (December 98), Oak Ridge National Laboratory U.S.A [2] ENDF-102 DATA FORMATS AND PROCEDURES FOR THE EVALUATED NUCLEAR DATA FILE ENDF-6 (April 2001), Ed. V. McLane, BNL-NCS /04-Rev. Informal Report. [3] V. Zerkin, Nuclear Reaction Database Standalone Retrieval System (EXFOR+CINDA) Version 1.50, Nuclear Data Service/International Atomic Energy Agency(IAEA), Vienna (January2004). [4] C. E. Porter and R. G. Thomas, Phys. Rev. 104, 483 (1956). [5] PREPRO2000, ENDF/B Pre-processing Codes, IAEA-NDS-39 (IAEA), Rev. 10, April 1, 2000, originally written by Dermott E. Cullen, UCLA and LLNL, L-86, P.O. Box 808, Livermore, CA 94550, U.S.A., [6] F. B Guimaraes, L. C. Leal, H. Derrien and N. M. Larson, Test of Pseudo Resonance Representation in the kev range for 235-U for Self- Shielding Parameters Calculation, Proceedings of the International Conference on Nuclear Science and Technology, Vol. 83, p. 223, ANS, Washington, D. C., November 12-16, 2000, TANSAO (2000). Ativ. P&D IEAv, v.1, p.38, mar./2007-fev./

40 Sensor de Temperatura a Fibra Óptica Utilizando o Efeito Raman Lívia Alves Ribeiro *, Antonio Osny de Toledo * e Osni Lisboa ** * Instituto de Estudos Avançados, S.J. dos Campos, Brasil **OPTSENSYS LTDA, S. J. dos Campos, Brasil Resumo O efeito Raman é um espalhamento inelástico de fóton por matéria. Quando um feixe laser se propaga numa fibra óptica (feixe de bombeamento) o espalhamento Raman transfere alguns fótons para uma nova frequência. Observa-se então, dois comprimentos adicionais diferentes do comprimento de onda de bombeamento, (deslocamentos da ordem de THz). Este efeito é sensível a alterações de temperatura e, por esse motivo, pode ser utilizado como sensor de temperatura. Estes sensores possuem resolução espacial de 1 m em 30 km de fibra e resolução de temperatura de 0,01 K. O efeito Raman em fibra óptica deve ser usado como efeito independente com o espalhamento Brillouin na determinação de pertubações por temperatura e estiramento. Por outro lado, o conhecimento do efeito Raman permitirá estudar os ruídos presentes em fibra óptica quando esta é utilizada em giroscópio a fibra óptica. Palavras Chave: espalhamento Raman, efeitos não lineares em fibra óptica, sensores distribuídos I.TEORIA O espalhamento Raman [1] é um espalhamento inelástico, ou seja, o comprimento de onda da luz espalhada é diferente do comprimento de onda da luz incidente. Quando a) o comprimento de onda da luz espalhada é maior do que o comprimento de onda da luz incidente, ele é dito espalhamento Raman Stokes (λ' > λ ) e b) quando é menor (λ < λ), anti-stokes. Na Fig. 1, os estados quânticos reais são representados por linhas cheias, enquanto que os virtuais por linhas tracejadas, com sentido de energia crescente para cima. λ' E λ λ λ a) b) Fig.1 Esquema ilustrativo das transições Raman A relação entre as intensidades espalhadas Stokes e anti-stokes apresenta uma dependência com a temperatura, dada por [2] I AS exp hδ ν R kt (1) I S onde k é a constante de Boltzmann, T é a temperatura absoluta, h é a constante de Planck e Δν R é a separação em frequência entre o Raman anti-stokes/raman Stokes e e luz do espalhamento Rayleigh. São usadas técnicas de refletometria óptica no domínio do tempo, OTDR [3], para a detecção e análise dos sinais Raman observados. II. MONTAGEM EXPERIMENTAL A montagem experimental para os ensaios preliminares é relativamente simples, Fig. 2, onde 1) é um laser Nd-YAG, emitindo em 1319 nm, acoplado diretamente a uma saída em fibra óptica com potência de até 150 mw; 2) é um isolador que evita que a onda retro espalhada retorne para dentro da cavidade do laser; 3) é um acoplador 10/90, que permite que o retroespalhamento seja analisado no analisador de espectro 4); 4) é um analisador de espectro de alta resolução, 0,01 nm em 1,5 μm; 5) é uma bobina de 2,7 km de fibra óptica monomodo de 125 μm de diâmetro e com núcleo de 4 μm; 6) é um detetor de potência Fig. 2 Esquema da montagem experimental preliminar[2]. A configuração mostrada na Fig. 2 é apropriada para se examinar retro espalhamento. Quando se pretende estudar o espalhamento para frente troca-se o analisador de espectros da posição 4) com o detetor da posição 6). III.APLICAÇÕES E COMENTÁRIO FINAL Os sensores distribuídos podem ser utilizados em sistemas de segurança em diversas áreas, como sensor de deformações em estruturas de aeronaves, em barragens hidroelétricas, em longas tubulações de petróleo, em usinas nucleares, etc., como detetores de alteração de temperatura e de estiramento (deformação). O efeito Raman é sensível somente às variações de temperatura, enquanto que o efeito Brillouin o é em relação à alterações de temperatura e de estiramento. Na prática, os efeitos são utilizados em conjunto devido à independência linear entre ambos, servindo para identificar se a perturbação é devido à variação de temperatura ou de estiramento [2] [4]. IV.REFERÊNCIAS [1] M. M. Sushchinskii,, Raman Spectra of Molecules and Crystals, New York, NY : Israel Program for Scientific Translations, [2] J. F. Rosseto, Sensores distribuídos utilizando efeitos nãolineares em fibras ópticas para aplicação em estruturas inteligentes, Tese de Doutorado, FEEC/UNICAMP, novembro/2004. [3] K Kikuchi, T. Naito, and T. Okoshi, Measurement of Raman Scattering in Single-Mode Optical Fiber by Optical Time- Domain Reflectometry,IEEE J. Quantum Electron., vol. 24, no. 10, pp , october [4] R Billington, Measurement Methods for Stimulated Raman and Brillouin Scattering in Optical Fibres, NPL Report COEM 31, June Ativ. P&D IEAv, v.1, p.39, mar./2007-fev./

41 Determinação de Novas Condições de Ensaio do Túnel Hipersônico T2 para o Veículo SARA Artur Menezes 1, David Romanelli 1,2, Francisco Rocamora 1, Mauricio Antoniazzi 1 1 Instituto de Estudos Avançados, São José dos Campos, Brasil [arturm, junior, 2 ETEP Faculdades, São José dos Campos, Brasil Resumo - Este projeto, que está sendo realizado como parte do Programa UNIESPAÇO, da Agência Espacial Brasileira-AEB, tem o objetivo de avaliar, com um nível adequado de detalhes, os limites operacionais do túnel de choque hipersônico pulsado T2 do IEAv/CTA, visando à ampliação da capacidade de simulação das condições associadas ao corredor de reentrada do SARA (Satélite de Reentrada Atmosférica), em desenvolvimento no IAE/CTA. Para tanto, um grande número de experimentos será feito, para a determinação das condições de reservatório e da distribuição de pressão na saída da tubeira, em função das condições iniciais para o driver e o driven. Adicionalmente, está sendo desenvolvido um simulador numérico para o túnel T2, utilizando um ambiente computacional amigável. Palavras-Chave: túnel de choque, escoamento hipersônico, limites operacionais A pesquisa aeroespacial, em particular aquela voltada ao desenvolvimento de veículos espaciais, não pode prescindir da realização de uma grande variedade de testes que permitam reproduzir várias das condições encontradas durante o vôo. Durante a reentrada na atmosfera terrestre, esses veículos são submetidos a escoamentos de elevadíssimas temperaturas, podendo chegar a valores da ordem de K. Nestas temperaturas, o meio que envolve o veículo já não é apenas o ar atmosférico e constitui-se essencialmente de uma mistura de átomos, íons e elétrons, o que acaba por afetar as condições de vôo e a própria integridade do veículo [1]. Esta e outras situações necessitam ser avaliadas experimentalmente, primeiramente no solo e em seguida por meio de ensaios em vôo, para que durante o desenvolvimento do projeto, quaisquer decisões relativas a eventuais alterações na geometria do veículo ou à definição do seu sistema de proteção térmica, por exemplo, sejam tomadas da forma mais segura e confiável. Para os ensaios laboratoriais no solo, são utilizados dispositivos conhecidos como túneis de choque hipersônicos do tipo pulsado, tais como os em operação no Instituto de Estudos Avançados (IEAv), e em países como Estados Unidos, Austrália, Japão e Índia, entre outros. Quanto maior for a quantidade e a qualidade dos resultados das simulações experimentais em túneis de choque, melhor a base de dados que servirá de referência para a realização dos ensaios em vôo. Há três túneis hipersônicos em operação no Laboratório de Aerotermodinâmica e Hipersônica (LAH) do IEAv. A constatação de que ainda existe uma demanda variada de atividades de P&D que podem utilizar o túnel T2 foi o principal motivador do presente projeto, que visa, essencialmente, a conhecer ainda com mais detalhes os seus limites operacionais. A expectativa é de que este conhecimento seja útil não apenas para o projeto do veículo SARA [2], que está sendo desenvolvido pelo Instituto de Aeronáutica e Espaço (IAE), mas também para outras pesquisas que venham a usar o túnel hipersônico T2 como plataforma. II. METODOLOGIA Para a avaliação dos limites operacionais do túnel hipersônico T2, vários experimentos foram planejados e estão sendo realizados, para estabelecer conjuntos de parâmetros de escoamento não-perturbado na seção de testes (número de Mach, pressão, densidade, temperatura etc), em função das condições iniciais de operação do túnel. Serão utilizadas duas tubeiras já existentes no laboratório (com diâmetros de saída 200 mm e 300 mm), acopladas a gargantas com diferentes diâmetros, com o objetivo de simular experimentalmente, na saída da tubeira, escoamentos na faixa que vai desde Mach 6 até cerca de Mach 15. Nos experimentos, estão sendo efetuadas medidas por meio de transdutores de pressão dispostos da seguinte forma: dois transdutores localizados na seção do driven, para determinar a velocidade da onda de choque incidente; um transdutor de pressão na extremidade final do driven, para medir a pressão de reservatório na entrada da tubeira e; vários transdutores de pressão instalados em um suporte cruciforme posicionado na seção de testes (Fig. 1), com o objetivo de levantar os perfis radiais de pressão na saída da tubeira. Com isto, será também possível estudar os efeitos da camada-limite na tubeira sobre o escoamento na seção de testes, importante para que se possa definir melhor o dimensionamento e o posicionamento de corpos de prova a serem usados no T2. Estabelecidos os limites operacionais do túnel, será possível identificar, com ainda maior clareza, entre os parâmetros mais importantes associados ao corredor de reentrada do SARA, quais deles poderão ser simulados no T2. Adicionalmente, está sendo desenvolvido um simulador numérico para o túnel T2, que seja de rápida execução e utilize ambientes de entrada e saída amigáveis ao usuário, com o objetivo de: a) auxiliar na escolha dos parâmetros de funcionamento do túnel (pressões iniciais no driver e no driven, gargantas e divergentes da tubeira etc.) e, principalmente, no cálculo de parâmetros que ainda não são, ou não podem ser, medidos diretamente e; b) servir como uma ferramenta complementar para treinamento. Figura 1: Suporte dos sensores de pressão instalado na seção de testes III. REFERÊNCIAS [1] John D. Anderson, Jr., Hypersonic and High Temperature Gas Dynamics. McGraw-Hill, 1989, pp [2] Marco Antonio Sala Minucci e Paulo G. P Toro, Túneis de Vento Hipersônicos, Revista Scientific American-Brasil, no. 57, pp , Fevereiro Agradecimentos: à AEB, pelo financiamento do projeto, por meio de Convênio AEB/MCT-FUNCATE. Ativ. P&D IEAv, v.1, p.40, mar./2007-fev./

42 Desenvolvimento de um Termômetro Óptico para Caracterização de Túneis de Choque Hipersônicos Dermeval Carinhana Junior Instituto de Estudos Avançados, S.J. dos Campos, Brasil Resumo O desenvolvimento de veículos hipersônicos visa, dentre outras aplicações, estabelecer um método mais barato de se atingir a órbita terrestre do que os existentes atualmente. O estudo desses veículos, conhecidos por scramjets, em geral é realizado no interior de túneis de choque hipersônico, dispositivos capazes de simular as condições de escoamento do vôo a hipervelocidades. Atualmente, encontram-se em operação no Brasil três túneis de choque hipersônicos, todos localizados no IEAv. Apesar de se encontrarem operacionais, alguns parâmetros dos túneis ainda não são conhecidos, dentre os quais, as temperaturas envolvidas durante a formação da onda de choque sobre o veículo, cuja determinação é o objetivo do presente projeto. Palavras Chave: Aerotermodinâmica, Hipersônica, Espectroscopia de Emissão I.INTRODUÇÃO O uso de técnicas de medições de temperatura convencionais, baseadas em termopares, é impraticável para a análise de escoamentos hipersônicos. Dada às extremas velocidades desses sistemas, os próprios sensores medidores funcionariam como obstáculo ao escoamento, a partir dos quais seriam originadas inúmeras ondas de choque ao longo do túnel, alterando-lhe completamente as características de operação. Mesmo que esse problema fosse superado, os resultados obtidos pelos mesmos são de difícil interpretação, uma vez que o intervalo de tempo dos eventos mensurados, da ordem de milissegundos, é muito menor que o tempo de resposta dos termopares, da ordem de décimos de segundo. Dessa forma, as medições de temperatura em túneis de choque hipersônicos requerem o uso de técnicas de medições não-intrusivas, isto é, aquelas baseadas em fenômenos físico-químicos cujo monitoramento não interfere nas características originais do sistema. Nesse sentido, os métodos ópticos, que têm por fundamento as medições associadas à emissão ou absorção de radiação pelos gases quentes de um sistema, podem ser utilizados como uma alternativa viável ao uso de termopares. II.OBJETIVOS O presente projeto tem por objetivo a caracterização dos parâmetros de temperatura em túneis hipersônicos através da espectroscopia de emissão da espécie N 2+. Como objetivo geral, o projeto visa colaborar no esforço nacional para o domínio da hipervelocidade, área do conhecimento humano em que o Brasil tem buscado assegurar tanto seus interesses comerciais, como também os de defesa. III.METODOLOGIA As medições de temperatura serão realizadas a partir de espectros de emissão natural da espécies quimioluminescentes, cujo desenvolvimento tem sido motivo de estudos há cerca de 5 anos em nosso grupo de pesquisas [1]. A espécie utilizada como termômetro será o íon N 2+, que possui emissão na região de 390 nm. Sua escolha deve-se tanto ao fato de que essa espécie pertence 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 gratuitamente, como também pelo interesse atual do IEAv no estudo do desenvolvimento de veículos a propulsão aspirada. A temperatura de uma chama, ou plasma, pode ser determinada a partir da distribuição dos estados rotacionais de qualquer espécie presente no sistema. Isso é comumente feito através do método conhecido por Gráficos de Boltzmann, que consiste em determinar o parâmetro temperatura (T) a partir das medições da intensidade dos picos (I) do espectro de emissão da espécie. A relação entre ambas as grandezas pode ser descrita segundo uma equação do tipo Boltzmann [2] ln I 4 = E J ln C (1) S J J kt em que S J J é o fator de Hönl-London correspondente à transição entre o nível rotacional superior (J ) e o inferior (J ), que diz respeito às forças relativas de linha dentro de um mesmo ramo; C uma constante de proporcionalidade de mesmo valor para todas as transições de um mesmo ramo; EJ a energia do nível rotacional superior; λ o comprimento de onda associado à transição. Antes de serem iniciados os experimentos diretamente nos túneis, inicialmente está prevista a determinação da temperatura em gases sujeitos a descargas elétricas, através da construção de um sistema de centelhamento. Dessa forma, essa etapa inicial terá por objetivo a integração e familiarização com os equipamentos a serem adquiridos com os recursos do projeto, além do domínio da técnica de aquisição de espectros durante um curto espaço de tempo. Tão logo os objetivos anteriores sejam alcançados, serão realizados experimentos nos túneis sob condições reais de operação, com a atenção voltada para as respectivas seções de testes. O espectrômetro escolhido para a condução dos experimentos é do tipo compacto, possibilitando seu fácil deslocamento para os locais de medida. Essa característica é fundamental, dado que o sistema de centelhamento se localiza em instalações em locais fisicamente separados dos túneis. No momento, esse equipamento encontra-se em fase de importação. IV.CONSIDERAÇÕES FINAIS O presente trabalho encontra-se em fase inicial de execução, com término previsto para dezembro de V. REFERÊNCIAS [1] D. Carinhana, Jr., Tese de Doutorado, Determinação de temperatura de chama por espectroscopia de emissão, Universidade Estadual de Campinas (2006). [2] J. S. Kim e M. A. Cappelli, Temperature measurements in lowpressure, diamond-forming, premixe flames, J. Appl. Phys. vol 84, no. 8, pp , Outubro de Agradecimentos: ao CNPq pelo financiamento total do projeto n o / Ativ. P&D IEAv, v.1, p.41, mar./2007-fev./

43 Aplicação da espectroscopia no infravermelho por transformada de Fourier (FT-IR) no estudo da combustão e em túneis de choque Claudio José Rocha Instituto de Estudos Avançados, S.J. dos Campos, Brazil Resumo Este projeto constitui parte de um estudo pioneiro realizado no Brasil para aplicação em veículos lançadores de satélites, da Divisão de Aerotermodinâmica e Hipersônica do Instituto de Estudos Avançados IEAv/CTA. Os experimentos iniciais, para estabelecimento dos procedimentos de medição serão realizados nos gases formados 1) em um queimador simples (regime subsônico), 2) nos gases de exaustão de uma turbina aeronáutica (regime supersônico) e 3) nos gases de teste do túnel de choque do IEAv durante o escoamento sobre a superfície de um modelo (regime hipersônico). Palavras-chave: combustão, espectroscopia, infravermelho, hipersônica. teste, sendo importante no processo de simulação das condições de vôo de objetos em velocidades hipersônicas. Neste projeto serão também caracterizados os gases de exaustão de uma turbina de aviação procurando-se identificar e quantificar os componentes da mistura.os gases ainda saem com elevada temperatura [2], o que torna possível a caracterização do escoamento por FTIR (Fig. 1). I. OBJETIVOS A espectroscopia no infravermelho por transformada de Fourier (FTIR) mostra-se apropriada para a caracterização de substâncias como H 2 O, CO, CO 2 e estimativa de temperatura de chamas em processos de combustão. Isto porque estas substâncias gasosas, resultantes das reações químicas, absorvem e emitem radiação na região do infravermelho (2 a 5 micrometros) nas condições de temperatura e pressão dos sistemas. A técnica de espectroscopia FTIR pode ser aplicada a estudos relacionados à combustão subsônica e supersônica, com destaque para experimentos em sistemas turboalimentados e em túneis de choque. Este estudo tem como objetivos a medição, usando técnica FTIR, das distribuições de intensidade de radiação absorvida e emitida por chamas durante a reação de combustão buscando a identificação das espécies formadas; determinação da distribuição de temperatura ao longo destas chamas, a fim de se estabelecer propostas para os mecanismos cinéticos das reações estudadas. A obtenção dos dados de FTIR é necessária na otimização da eficiência dos processos de queima de combustíveis e fornecerá dados para o projeto de dispositivos utilizados em combustão supersônica. Serão efetuadas medições para determinação dos parâmetros (concentração, temperatura) das espécies químicas formadas no processo. II. PLANO GERAL DE TRABALHO Serão efetuadas inicialmente medições espectrais de absorção e emissão pela técnica de FTIR em chamas tendo inicialmente GLP (Gás Liquefeito de Petróleo) como combustível e ar como comburente. Serão utilizados queimadores projetados e construídos no IEAv. A razão de equivalência da mistura combustívelcomburente é representada por, conforme a equação 1. Figura 1. Esquema de utilização de equipamento de FTIR em estudos de combustão em reatores turboalimentados. IV. REFERÊNCIAS [1] Lacava, P. T. "Elementos de Combustão" Apostila do curso Elementos de combustão - Instituto Tecnológico da Aeronáutica [2] Wang, T.; Zhu, C.; Wang, J.; Xu, F.; Chen, Z.; Luo, Y. "Study On Spectral Characterization Of Intfrared Flare Material Combustion With Remote High Resolution Fourier Transform Infrared Spectrometry " Analytica Chimica Acta pp Agradecimentos: à FAPESP pelo financiamento total do projeto. Processo n. 2007/ , além do projeto FAPESP Investigação preliminar da tecnologia de combustão supersônica, da Divisão de Aerotermodinâmica e Hipersônica do IEAv. (N F / Nox ) = (N / N ) F ox operação estequiometria (1) onde N ox e N F correspondem respectivamente aos números de mol de oxidante e combustível [1]. Além destes experimentos, a caracterização dos gases incandescentes no interior do túnel de choque devido à emissão será também efetuada por técnicas de FTIR. O uso de técnicas espectroscópicas de caracterização visa determinar a composição, bem como a temperatura dos gases de Ativ. P&D IEAv, v.1, p.42, mar./2007-fev./

44 Projeto RLL Revitalização do Laboratório de Laser: Resultados Finais Marcelo G. Destro, Nicolau A. S. Rodrigues, Rudimar Riva, Carlos Schwab, Alvaro José Damião, José W. Néri, Carlos A. B. Silveira, Getulio de Vasconcelos, Milton S. F. de Lima, Gilson C. C. Correard, José Guilherme A. Batista Simões, Jaime T. Watanuki, Kam Kwai Yum. Instituto de Estudos Avançados IEAv/EFO, S.J. dos Campos, Brazil, Resumo: Este trabalho tem por objetivo divulgar para a comunidade do IEAv o encerramento deste projeto enumerando tanto os ganhos obtidos na infra-estrutura e capacitação obtidas bem como apontar o que não foi executado dentro da concepção original do projeto. Palavras Chave: laser, espectroscopia, processamento de material. O Projeto RLL basicamente foi um projeto de infra-estrutura que consistiu em especificar, adquirir e adequar as fontes lasers e a instrumentação auxiliar necessária para modernizar e operacionalizar os laboratórios de lasers, vinculados às atividades de separação isotópica que vêm sendo desenvolvidas no IEAv desde a sua criação. Este novo laboratório foi instalado seguindo os objetivos originais do projeto que previa manter a capacitação em separação isotópica já adquirida e, também, contemplar outras atividades de pesquisa e desenvolvimento, como o processamento de materiais, óptica não linear, espectroscopia, etc. Vale ainda ressaltar que um dos critérios básicos para a especificação deste laboratório foi que ele, além de dar continuidade aos trabalhos do projeto de separação isotópica, fosse versátil o suficiente para ser utilizado em outras atividades e projetos da Divisão de Fotônica e de outros órgãos internos e externos. Este projeto foi submetido à Vice-Direção do CTA, antigo Centro Técnico Aeroespacial hoje Comando-Geral de Tecnologia Aeroespacial, e teve seu orçamento aprovado em março de 2001 que deveria ser desembolsado em 4 anos. A conclusão deste projeto estava prevista para Dezembro de Contudo, os constantes contingenciamentos de verbas pelo Governo Federal fizeram com que a conclusão do projeto fosse adiada várias vezes, e agora tem a sua conclusão prevista para o final do ano de Neste trabalho apresentamos, em linhas gerais, as aplicações dos recursos recebidos, descrevendo os sistemas de lasers e dispositivos auxiliares adquiridos, as manutenções e adequações das instalações dos laboratórios da EFO-L. Descrevemos também os problemas encontrados devido ao contingenciamento do recurso financeiro e, mais importante de tudo, as realizações obtidas na execução deste projeto, apesar de o mesmo ter sido concluído num tempo muito longo para revitalização na área de ciência e tecnologia, na qual o tempo de inovação é cada vez menor, e com apenas 80% das metas inicialmente planejadas concluídas. II. EXECUÇÃO DO PROJETO A execução do projeto teve inicio em março de 2001 com sua aprovação e liberação integral do recurso financeiro planejado e solicitado para este mesmo ano. Contudo, este foi o único ano em que o recurso planejado e solicitado foi recebido na sua totalidade sem nenhum corte. Nos anos subseqüentes os recursos planejados e solicitados foram contingenciados exigindo constantes replanejamentos nas metas para se adequar as prioridades do projeto com a disponibilidade de recursos. Além disso, a incapacidade do Centro em disponibilizar, em um só exercício, o montante equivalente a apenas 18 % do valor total do orçamento no elemento de despesa "material permanente", fez com que o projeto deixasse de adquirir seu principal sistema laser, necessário para a condução de atividade de separação isotópica, a saber, um sistema completo de laser de corante bombeado por laser de Nd:YAG. III. RESULTADOS OBTIDOS Foi alocado no projeto apenas 88% do recurso inicialmente planejado e solicitado. Este investimento orçamentário aplicado no projeto RLL, além de revitalizar a maior parte do sistema de lasers e as instrumentações auxiliares do laboratório de lasers, vinculados às atividades de separação isotópica, nucleou também o início do Laboratório de Desenvolvimento de Aplicações de Laser e Óptica, o Laboratório Dédalo, plenamente dentro do objetivo do RLL. A partir deste inicio, foi possível obter de órgãos de fomentos, tais como FAPESP, FINEP e CNPq, e do setor produtivo, a partir de convênios firmados com o IEAv no escopo da Política de Inovação Tecnológica, uma soma de recursos equivalente ao recurso financeiro orçamentário liberado e aplicado na execução do projeto RLL [1]. Estes possibilitaram aumentar a capacitação do IEAv nas áreas vinculadas às atividades de separação isotópica e de processamento de materiais a laser. Com os recursos alocados neste projeto foi também possível instalar um Laboratório de Caracterização de Materiais e Processo com a aquisição de um espectrofotômetro Jasco V-570 que opera nas regiões UV/VIS/NIR; um espectrômetro de alta resolução HR4000CG-UV-NIR, um monocromador da Jobin Yvon, modelo Triax 550, acoplado a um sistema de Câmera CCD Digital com intensificação da imagem entre outros dispositivos. Foi também obtida a ampliação da capacitação instalada no IEAv no domínio de processamento de Materiais desde o ultravioleta até o infra-vermelho através da aquisição de vários sistemas de laser, a saber, lasers de Nd:YAG, duplicados, Quantronix e Corona, Laser de UV AVIA-X, e sistema de laser a fibra entre outros. IV. CONCLUSÕES Desde que este projeto consistiu basicamente em especificar, adquirir e adequar as fontes lasers e a instrumentação auxiliar necessária para modernizar e operacionalizar os laboratórios de lasers, esta falta de planejamento em disponibilizar os recursos planejados e solicitados atrasou em quatro anos a conclusão deste projeto. Este fato, associado com as rápidas mudanças tecnológicas faz com que um projeto de investimento para revitalização dos instrumentos, nesta área, deva ser executado, também, com mesma agilidade para não se tornar obsoleto antes mesmo da sua conclusão do projeto. Apesar da falta de planejamento, em disponibilizar os recursos financeiros planejados e aprovados, a maioria das metas inicialmente planejadas foram alcançadas com êxitos, com exceção do sistema de laser de corante que não foi adquirido. V. REFERÊNCIAS [1] M. G. Destro et al, Projeto RLL Realizações in V WAI - Workshop Anual de Pesquisa e Desenvolvimento do IEAv, 2005 Ativ. P&D IEAv, v.1, p.43, mar./2007-fev./

45 Sensores utilizando mistura de quatro ondas em fibras ópticas dopadas com érbio Germano Woehl Jr. e Rogério Moreira Cazo Instituto de Estudos Avançados, São José dos Campos (SP), Brasil Resumo Geração de mistura de quatro ondas em fibras ópticas dopadas com érbio usando um laser de diodo DFB, em 1536 nm, com 10 mw de potência, como fonte para produzir a grade de Bragg e do feixe de sinal, e estudos para aplicação em sensores de temperatura e tensão. Palavras Chave: mistura de quatro ondas; óptica não linear; sensores; fibra óptica dopada com érbio. onde L o comprimento da fibra óptica. O termo de acoplamento * κ = g A A / dá a reflexão da grade de Bragg induzida pelos feixes 1 e 2 com amplitude de campo elétrico A 1 e A 2), e g ~ k / 2 1 I I / 1 2 I S [ ] = χ sendo I i as intensidades dos feixes e I s a intensidade de saturação. 2 I s Fibras ópticas dopadas com érbio bombeadas opticamente com lasers de diodo de baixa potência apresentam efeitos ópticos não lineares que as tornam muito interessantes para diversas aplicações. Uma das bandas de absorção fica em torno de 1,5 µm, ou seja, na região do infravermelho próximo, correspondente à transição entres os níveis de energia 4 I 13/2 e 4 I 15/2. Coeficiente de absorção elevado implica em grandes variações no índice de refração na fibra dopada quando a potência de bombeamento óptico (próximo ao pico da banda) é baixa. Assim, a fibra dopada com érbio atua como um meio absorvedor saturável, cuja variação no índice de refração depende da potência de bombeamento. Quando dois feixes de bombeamento idênticos são acoplados nos sentidos horário e anti-horário da fibra (contrapropagantes), o padrão de interferência produzido (máximo e mínimos de intensidade do feixe) gera uma estrutura periódica devido à variação dos índices de refração. Acoplando um terceiro feixe de laser de mesmo comprimento de onda pode ser gerado um quarto feixe de luz devido ao processo não linear denominado mistura de quatro ondas ressonante, efeito conhecido pela sigla em inglês RFWM ( resonant four-wave mixing ). Uma das possíveis e promissoras - aplicações de RFWM em fibras dopadas com érbio é na área de sensores (temperatura, tensão etc.) em tempo real [1][2], uma vez que a refletividade do feixe de sinal é muito sensível a grade formada, que por sua vez é afetada pela temperatura, tensão na fibra etc. Neste projeto propomos obter RFWM utilizando um laser de diodo DFB operando em 1,536 µm para bombear uma fibra óptica dopada com érbio e realizar estudos para demonstrar usa aplicação como sensor de temperatura e tensão. II. FUNDAMENTOS TEÓRICOS - MISTURA DE QUATRO ONDAS No processo de mistura de quatro ondas (FWM) os feixes coerentes 1 e 2 (ver Figura 1), incidindo em direções contrapropagantes num meio absorvedor saturável (fibra dopada com érbio), interferem e formam uma estrutura periódica (grade de difração de Bragg) devido à variação do índice de refração do material. Incidindo um terceiro feixe de luz, feixe 3, com vetor de onda k s, com intensidade próxima dos feixes 1 e 2, gera um quarto feixe, feixe 4, proveniente da reflexão na grade de Bragg (gravada pelos feixes 1 e 2). A refletividade deste feixe 4 em relação ao feixe 3 incidente (sinal) é o parâmetro de interesse para aplicações em sensores, principal objetivo deste projeto, cujos picos de intensidade são dados por: III. ESQUEMA EXPERIMENTAL Figura 1. Esquema experimental para gerar a mistura de quatro ondas. λ/2 são placas de meia onda. Os divisores de feixe 1 e 2 são do tipo polarizadores ( polarization beam splitter ) e o divisor de feixe 3 não é polarizador (é um combinador de feixe). Para gerar os 3 comprimentos de onda dos feixes 1, 2 (para formação da grade de Bragg) e 3 (sinal) é usado um único laser de diodo tipo DFB, em 1,536 µm, com potência total de 10 mw (acoplados em fibra óptica). O isolador óptico (rotador de Faraday, montado em fibra óptica) é de 60 db e tem a finalidade de evitar o retorno de luz que pode realimentar o laser, que causa instabilidade. IV. RESULTADOS ESPERADOS A observação do processo de geração de FWM será feita através da medida da refletividade do feixe 3, ou seja, do monitoramento do feixe 4. A demonstração deste processo (de geração de FWM) é um dos objetivos do projeto. Serão estudados os efeitos da variação de temperatura e tensão na fibra óptica dopada de érbio, ou seja, como a temperatura e pressão afetam a refletividade, que é o princípio básico para o desenvolvimento de sensores baseados neste efeito de óptica não linear. V. REFERÊNCIAS [1] Imai, Y., and H. Ueda: Temperature dependence of resonant four wave mixing in Erbium-doped optical fibers, Opt. Rev. 2000, 7(3), pp π δk = + L 2 κ ~ 2 1+ ( gl / π ) 1 2 (1) [2] Frazão, O., R. Morais, J. M. Baptista, and J. L. Santos: Fiber ring laser sensor for strain-temperature discrimination based on four-wave mixing effect, Opt. Eng (1), pp.1-3 Ativ. P&D IEAv, v.1, p.44, mar./2007-fev./

46 Bombas Eletromagnéticas: Desenvolvimento e Aplicações Eduardo Madeira Borges, Francisco Antonio Braz Filho, Lamartine Nogueira Frutuoso Guimarães Instituto de Estudos Avançados - IEAv, S.J. dos Campos, Brasil [eduardo, fbraz, Resumo Neste trabalho são apresentadas as etapas do desenvolvimento de bombas eletromagnéticas de corrente contínua no IEAv, destacando-se as bombas estudadas e suas aplicações, os programas computacionais e equipamentos usados e/ou desenvolvidos, produtos e resultados relevantes obtidos. Palavras Chave: bomba eletromagnética, reatores espaciais, reatores nucleares refrigerados a metal líquido. As bombas eletromagnéticas utilizam o princípio de Faraday, no qual a interação de corrente elétrica e campo magnético geram uma força magnetomotriz, resultando na circulação do fluido [1]. A seguir são apresentadas as etapas do desenvolvimento de bombas eletromagnéticas de corrente contínua no IEAv e suas aplicações. II. DESENVOLVIMENTO O desenvolvimento de bombas eletromagnéticas no IEAv envolveu a participação de vários pesquisadores e técnicos, devido ao alto grau de conhecimento multidisciplinar exigido e a necessidade de se fazer vários equipamentos e ensaios específicos em cada etapa. Foram desenvolvidas com total sucesso as duas primeiras bombas eletromagnéticas de corrente contínua brasileiras, uma com magneto tipo C e bobinas e outra com imãs permanentes de Samário-Cobalto, ambas tiveram um desempenho bastante satisfatório no bombeamento de Mercúrio líquido, nos circuitos experimentais projetados e utilizados. Para o projeto, ensaio e avaliação das bombas é necessário a utilização e desenvolvimento de equipamentos e programas computacionais, destacando-se as seguintes etapas: 1. simulação de campo magnético com os programas POISSON, LMAG2D e BEMTE (programa de simulação de sistemas nucleares espaciais refrigerados com bombas eletromagnéticas termoelétricas) e avaliação experimental com mesa coordenada e Gaussímetro; 2. simulação do comportamento térmico dos enrolamentos com os programas HEATING-5 e AUTHEAT e avaliação experimental com termopares, placa GPIB e programa TERMKF (desenvolvido no IEAv); 3. simulação de geração termoelétrica com os programas TECEN e BEMTE (ambos desenvolvidos no IEAv); 4. implantação de um laboratório para manuseio de Mercúrio, pois é o único metal líquido a temperatura ambiente, selecionado como fluido de trabalho a ser utilizado nas experiências; 5. avaliação de pressão estática e de vazão, em circuitos experimentais e obtenção de fatores de ajuste dos programas, que podem ser utilizados no BEMC-1 (programa desenvolvido no IEAv para o projeto e avaliação de desempenho de bombas eletromagnéticas de corrente contínua) [1]; e 6. projeto, simulação e avaliação de desempenho de bombas eletromagnéticas operando com metais líquidos de interesse para aplicação nuclear e aeroespacial. III. APLICAÇÕES NUCLEAR E ESPACIAL Reatores rápidos podem utilizar bombas eletromagnéticas para o controle do escoamento de metais líquidos nos circuitos de refrigeração. Este é o caso do reator rápido experimental norte americano EBR-II onde o escoamento de Sódio líquido do circuito secundário é controlado por bombas eletromagnéticas de corrente contínua. O uso de bombas eletromagnéticas no circuito primário de um reator nuclear facilita a circulação natural do líquido em caso de falhas ou acidentes, devido a sua pequena perda de carga. A nova geração de reatores rápidos avançados PRISM [2] utiliza bombas eletromagnéticas de corrente alternada no circuito primário de refrigeração. As bombas eletromagnéticas não têm partes móveis, apresentam alta confiabilidade e podem controlar o escoamento de um metal líquido de alta condutividade elétrica e térmica num circuito fechado. Estas características as tornam úteis em sistemas projetados para não sofrer manutenção, como os espaciais. O projeto norte-americano de reatores espaciais SP-100 [3] utiliza bombas eletromagnéticas termoelétricas (EMTE) no controle do escoamento de Lítio líquido de seus sistemas de refrigeração. Na Figura 1 apresenta-se o conceito do sistema nuclear espacial de geração elétrica. Figura 1. Conceito do sistema nuclear espacial. IV. COMENTÁRIOS FINAIS O esquema de desenvolvimento de bombas eletromagnéticas de corrente contínua no IEAv é o único com total sucesso no Brasil. Hoje o IEAv tem a capacidade de projeto e avaliação de desempenho de bombas eletromagnéticas de corrente contínua para operar com os metais líquidos de interesse para aplicação nuclear e espacial [4]. Atualmente, no Instituto de Estudos Avançados, está sendo iniciado o Programa de TEcnologia de Reatores Rápidos Avançados TERRA, que visa utilizar e aprimorar a atual capacitação do IEAv na área nuclear, num programa de desenvolvimento de tecnologias necessárias ao projeto de reatores avançados, que utilizam os conceitos de segurança inerente e passiva. Entre os equipamentos de interesse pode-se destacar a utilização de bombas eletromagnéticas. V. REFERÊNCIAS [1] E. M. Borges, et al., Software for DC Electromagnetic Pump Simulation BEMC-1, XVII Congresso Brasileiro de Engenharia Mecânica COBEM, São Paulo, SP, Brasil, [2] W. Kwant, et al., PRISM Reactor Design and Development, Safety of Next Generation Power Reactors Meeting, Washington, USA, [3] J. C. Atwell, et al., Termoelectric Electromagnetic Pump Design for the SP-100 Reference Flight System, VI Synposium on Space Nuclear Power, Albuquerque, NM, USA, [4] E. M. Borges, et al., Controle de Vazão de Metais Líquidos por Bombas Eletromagnéticas de Corrente Contínua, XI Brazilian Congress of Thermal Science and Engineering ENCIT, Curitiba, PR, Brasil, Ativ. P&D IEAv, v.1, p.45, mar./2007-fev./

47 Reconhecimento de Pontos de Controle para Navegação Aérea utilizando Redes Neurais e Transformada de Gabor Elcio Hideiti Shiguemori*, Maurício Pozzobon Martins*, Felipe Leonardo Lobo Medeiros* * Instituto de Estudos Avançados, São José dos Campos, Brasil [elcio, mauricio, Resumo Casamento de padrões em tempo real é uma tarefa fundamental em aplicações de visão computacional em visão estéreo e navegação autônoma. O objetivo deste trabalho é apresentar um sistema de reconhecimento automático de pontos de controle em imagens aéreas e em imagens georreferenciadas de imagens de satélites. Palavras Chave: Navegação aérea, reconhecimento de padrões. Na navegação autônoma de Veículos Aéreos Não Tripulados (VANTs) baseada em visão, alguns fatores devem ser considerados. O sistema de visão captura uma grande quantidade de dados que devem ser processados em tempo real de modo que informações extraídas realimentem os sistemas de controle e navegação. Estes procedimentos são fundamentais para o cumprimento seguro e eficiente de uma missão pré-planejada do VANT. Os sistemas de reconhecimentos de pontos de controle requerem baixo custo computacional e invariância a fatores como ações do homem, condições climáticas e iluminação. Este trabalho apresenta um sistema de reconhecimento de pontos de controle (PC) por redes neurais artificiais (RNA) e a partir de informações de texturas obtidas por filtros Gabor. Antes do vôo, características dos PC são selecionadas em imagens de alta resolução, a rede é treinada para reconhecer estas características em novas imagens obtidas por câmeras embarcadas. A RNA classifica (ou é ativada) quando o sistema de visão captura um ponto de controle, contribuindo para a navegação de uma missão pré-planejada. Neste trabalho, duas redes neurais foram comparadas no processo de reconhecimento, a Rede Perceptron de Múltiplas Camadas (RPMC) e o Mapa Auto- Organizado de Kohonen (SOM). II. FILTRO DE GABOR A função de Gabor descreve uma senoidal complexa com freqüência W modulada por uma Gaussiana com a duração σ. A função de Gabor bidimensional e sua transformada de Fourier pode ser escrita como [1]: x y g( x, y) = exp + + 2πjWx 2 2 2πσ xσ y 2 σ x σ y ( u W ) v G( u, v) = exp σ u σ v onde σ = 1/ 2, σ = 1/ 2 e 1/ 2 j = ( 1). u πσ x v πσ y III. REDES NEURAIS ARTIFICIAIS Os desempenhos de duas redes neurais artificiais são comparados no sistema de reconhecimento de padrões. A primeira aplicada foi a RPMC, detalhada em [2], que é uma rede com aprendizagem supervisionada, requendo dados de entrada e saída desejada para o treinamento. A segunda rede neural foi a SOM, com aprendizagem não supervisionada [2]. Esta rede é formada por grades de neurônios bidimensionais que modificam os pesos sinápticos num processo de aprendizagem competitivo. (1) (2) IV. SISTEMA DE RECONHECIMENTO DE PONTOS DE CONTROLE O objetivo do sistema é reconhecer PC capturados pelo sistema de visão do VANT em tempo real para localização do local sobrevoado. O sistema embarcado recebe as imagens capturadas por uma câmera com visada NADIR, extrai características de textura, através do filtro Gabor, e alimenta as redes neurais artificiais com estas informações. Exemplos de imagens de pontos de controle são apresentadas na Figura 1a) e 1b), respectivamente, imagem da câmera e imagens do satélite. Na Figura 1c) e 1d) não pontos de controle, respectivamente, imagem da câmera embarcada e imagem do satélite. Figura 1 (a) ponto de controle - satélite, (b) ponto de controle câmera embarcada, (c) não ponto de controle satélite (d) não ponto de controle câmera embarcada. V. RESULTADOS O banco de filtros é obtido aplicando a função de Gabor em 4 escalas e 6 orientações. A média e o desvio padrão são calculados para cada aplicação do filtro, resultando em 48 elementos, a assinatura da textura. Os resultados do treinamento das duas aproximações, RPMC e SOM, são apresentados na Tabela 1, no treinamento foram empregadas 230 imagens. Nos testes de generalização, foram utilizadas imagens obtidas por uma câmera embarcada num helicóptero que sobrevoou a cidade de São José dos Campos no dia 22 de Agosto de Uma imagem georreferenciada Ikonos, de 2002, foi usada como imagem referência. Um total de 23 imagens foram testas na generalização, os resultados do casamento também são apresentados na Tabela 1. Mais resultados são apresentados em [3]. Fase RNA Imagens PC Acerto Treinam. RPMC % Treinam. SOM % General. RPMC ,6% General. SOM ,1% VI. CONCLUSÕES No trabalho, foi proposto um sistema de reconhecimento de pontos de controle automático em imagens de diferentes resoluções. Os resultados mostraram que a aproximação é promissora para aplicações em tempo real e embarcada, linhas de interesse do Projeto PITER (Processamento de Imagens em Tempo Real) em desenvolvimento no IEAv. VII. REFERÊNCIAS [1] R. Alterson and M. Spetsakis, Object recognition with adaptive gabor features, Image and Vision Computing, 22, pp , [2] S. Haykin, Neural Networks: A Comprehensive Foundation, Macmillan, New York, [3] E.H. Shiguemori, M. P. Martins, M. Monteiro, Landmarks Recognition for Autonomous Aerial Navigation by Neural Networks and Gabor Transform. IS&T/SPIE 19th Annual Symposium Eletronic Imaging Science and Technology, v. 6497, Ativ. P&D IEAv, v.1, p.46, mar./2007-fev./

48 Alterações estruturais de carbono vítreo irradiado por laser pulsado em atmosfera ambiente. Fábio Dondeo*, Rozeli F. de Oliveira*, Alvaro Damião*, Walter Miyakawa*, Antônio R. Zanatta**, Cristina T. M. Ribeiro** *Divisão de Fotônica - IEAv **Instituto de Física de São Carlos - USP Resumo Neste trabalho estudamos as alterações superficiais e estruturais de carbono vítreo monolítico irradiado, em atmosfera ambiente, com laser pulsado de Cu:HBr (λ=510 nm). Essa alterações, geradas pela alta taxa de aquecimento e resfriamento da superfície, foram analisadas por espectroscopia Raman, microscopia de Força Atômica (AFM) e espectroscopia óptica. Palavras Chave: padrão, rugosidade, Raman. O carbono vítreo monolítico (CVM) é uma forma de carbono sintético caracterizado por apresentar uma estrutura composta por fitas grafíticas interligadas com cerca de 3 nm de largura. Essa estrutura impede que seja formada a estrutura grafítica multicamadas tridimensional, mesmo quando aquecido a altas temperaturas (atmosfera inerte). Entre as propriedades interessantes desse material, destacam-se alta condutividade elétrica, alta dureza, baixa densidade, biocompatibilidade e inércia química. Neste trabalho, o carbono vítreo foi empregado para a produção de padrões de rugosidade, pois a Divisão de Fotônica do IEAv possui um dos poucos laboratórios do Brasil Acreditados pelo INMETRO para a calibração de rugosidade. Pretende-se desenvolver um método de produção desses padrões de forma que o Brasil possa fabricar seus próprios padrões de rugosidade, sem a necessidade de compra e importação de padrões produzidos por empresas estrangeiras. O método de produção de padrões de rugosidade desenvolvido no IEAv consiste em ranhuras paralelas geradas na superfície de amostras de CVM através de irradiação com laser pulsado em atmosfera ambiente. Os resultados promissores culminaram com um depósito de pedido nacional de Patente [1]. II. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL Na presente pesquisa, estudamos as variações estruturais da superfície do carbono vítreo após a irradiação laser. Utilizando a radiação do laser pulsado de Cu:HBr (510 nm) com fluências e taxas de repetição relativamente altas, da ordem de 2,5 J/cm 2 por pulso e 14 khz, respectivamente, em atmosfera e temperatura ambientes e varrendo-se o feixe do laser sobre a superfície do CVM com velocidades da ordem de 1 cm/s. Estudou-se as alterações estruturais da superfície do CVM irradiado através de espectroscopia Raman (488 nm), comparando-se a estrutura superficial do carbono vítreo em diversas posições das amostras: dentro, próximo e distante das ranhuras. A temperatura máxima atingida durante a irradiação depende da distância ao centro da região irradiada, o que pode alterar de forma diferente a estrutura de fitas grafíticas da superfície do CVM. As amostras foram serradas (e polidas) perpendicularmente ao comprimento das ranhuras (seção transversal). Foram feitas medições de micro-raman na configuração backscattering, tanto na superfície irradiada, onde foram formadas as ranhuras, como na superfície lateral, em torno das ranhuras. Através de um espectrômetro óptico portátil conectado a uma fibra óptica, obteve-se o espectro de emissão (na região entre 190 e 1110 nm) da superfície do carbono vítreo durante a irradiação em atmosfera ambiente. Micrografias das regiões irradiadas e não irradiadas foram obtidas por microscopia de força atômica. III. RESULTADOS E CONCLUSÕES Informações sobre a estrutura de materiais carbonosos podem ser obtidas avaliando-se os picos Raman G ( cm -1 ) e D (1350 cm -1 ). A razão entre as intensidades desses dois picos - I D /I G - está relacionada com a desordem de materiais grafíticos e com o tamanho médio dos cristalitos que os compõem. Os resultados mostraram uma diminuição monotônica de I D /I G de 1,6 (CVM não irradiado) a 0.9 (Figura 1), próximo ao centro da ranhura, onde a temperatura atingida é máxima. Simultaneamente com a diminuição de I D /I G, observou-se um aumento da largura de meia altura do pico G, cujos valores variaram entre 73 e 110 cm cm -1. Estes resultados serão discutidos comparando-se com a simulação computacional da temperatura da superfície do material durante a irradiação. Imagens de Microscopia de Força Atômica obtidas em regiões próximas e distantes da ranhura mostraram a compactação do material na região aquecida. Espectroscopia óptica de emissão do CVM durante irradiação forneceu informações sobre a interação desse material com a atmosfera. O espectro de emissão do carbono vítreo durante a irradiação apresenta majoritariamente linhas espectrais correspondentes à formação de CN. Apesar disso, o espectro Raman nas regiões irradiadas são típicos de materiais puramente carbonosos, sem traços aparentes de presença de nitrogênio ligado à superfície do carbono vítreo. Resultados de AFM mostram a diminuição da quantidade de poros na superfície irradiada em relação à região não irradiada, mostrando uma compactação do material gerada pelo aquecimento. Intensidade (un. arb.) 1,2 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0, I D região irradiada região não irradiada I G Deslocamento Raman (cm -1 ) Figura 1 - Espectroscopia Raman de duas regiões de uma mesma amostra de carbono vítrea irradiada com laser de Cu:HBr. IV. REFERÊNCIAS [1] Depósito de pedido nacional de Patente de 25/07/2007 número PI Autoria: Fábio Dondeo Origo, Rozeli F. de Oliveira, Álvaro Damião. Ativ. P&D IEAv, v.1, p.47, mar./2007-fev./

49 Uma formulação para simulação de plasmas não colisionais usando o modelo PIC e o Método element-free Galerkin N.G.Marques*, S.Stephany **, A.J. Preto **, N.M.Abe*** e A.Passaro *** *Universidade do Estado de Mato Grosso UNEMAT, Campus Regional de Alto Araguaia, ** Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais, S. J. dos Campos, *** Laboratório de Engenharia Virtual, Instituto de Estudos Avançados, S.J. dos Campos, Resumo Neste trabalho apresentamos o estágio atual de desenvolvimento do método Particle-In-Diffuse-Cell (PIDC) para simulação de plasmas, fundamentado no modelo Particle-In-Cell e no método Element-Free Galerkin, o qual vem sendo amplamente estudado em eletromagnetismo e magnetohidrodinâmica. A implementação utiliza como base uma biblioteca de classes desenvolvida previamente no laboratório. Palavras Chave: simulação de plasmas, métodos meshfree, Particle- In-Cell Plasma é um assunto que tem despertado grande e crescente interesse devido, tanto às promissoras tecnologias e processos baseados em plasmas, quanto aos fenômenos globais que envolvem a ocorrência de plasmas na natureza. Dentre as diversas aplicações de plasmas podemos citar controle de escoamento de fluidos, ignição de gases combustíveis, sistemas de propulsão, fontes compactas de laser, produção de filmes finos e processamento de materiais, nanotecnologia, dentre outras. Os modelos de simulação de plasmas dividem-se basicamente em modelos de fluidos e de partículas e a escolha por um desses modelos depende do tipo e detalhamento da informação que se deseja obter a partir da simulação computacional. Efeitos eletrocinéticos e colisionais podem ser naturalmente incorporados e detalhadamente representados em modelos de partículas. Modelos PIC (Particle-In-Cell) são métodos de partícula não colisionais que resolvem a equação de Vlasov de forma indireta acoplada às equações de campo de Maxwell. As equações de movimento de Newton são resolvidas para cada partícula, alternativamente à equação de Vlasov. A força atuante é dada pelo campos elétrico e magnético autoconsistentes, proveniente da carga e corrente referentes às próprias partículas. As equações diferenciais ordinárias relativas ao movimento das partículas são usualmente resolvidas usando-se os métodos de Euler ou leap-frog e o campo é determinado resolvendo-se as equações de Maxwell. II. MÉTODOS DE PARTÍCULA E O PIDC Algumas das dificuldades enfrentadas por métodos de partículas, envolvem por exemplo, a presença e a dinâmica de regiões de acúmulo de carga e grandes variações da densidade de partículas no domínio de simulação. Devido a estas características, é desejável o emprego de métodos numéricos que permitam a incorporação de algoritmos adaptativos, como os métodos meshfree, já que processos de refinamento da discretização deverão ocorrer dinamicamente durante a simulação. A geração de malhas autoadaptativas necessárias para tratar esses fenômenos com métodos baseados em malha, como o de elementos finitos (MEF), são computacionalmente custosos. O método meshfree desenvolvido neste trabalho para simulação de plasmas é baseado no modelo de partículas PIC e no método Element-Free Galerkin (MEFG), e foi denominado Particle-In- Diffuse-Cell (PIDC). Em trabalhos anteriores foi apresentado o desenvolvimento do metodo PIC-MEF realizado no LEV. Fazendo-se considerações matemáticas apropriadas, derivamos a formulação do PIDC a partir do PIC-MEF, com a generalização do conceito geométrico das células no modelo PIC obtida com a reintrodução do conceito de elemento difuso do Método dos Elementos Difusos, precursor do MEFG. Formulações do PIC-MEF são apresentados em [1]-[2], e a formulação completa do PIDC em [3]. III. IMPLEMENTAÇÕES E TESTES Na fase atual do trabalho, uma primeira implementação do MEFG foi incluída no SDK-LEVSOFT, uma biblioteca de classes desenvolvida no Laboratório de Engenharia Virtual (LEV) e que define um framework para o desenvolvimento de softwares baseados no MEF. A partir desta implementação e considerando o recente estágio de desenvolvimento dos métodos meshfree, foram conduzidas investigações numéricas com a abordagem interpolante do MEFG, comparado ao MEF em problemas que envolvem descontinuidades em propriedades de materiais. Os resultados obtidos mostram-se em excelente acordo com os obtidos com o MEF [3]. Uma versão do PIDC foi implementada com base em implementação anterior do PIC-MEF. Essa implementação utiliza uma estratégia de decomposição estática de partículas para execução em paralelo em clusters de PCs, com a qual foi possível obter speedups quase ótimos para simulações nas quais o tempo de cálculo de campo é muito inferior ao tempo necessário para realizar o avanço de partículas [3]. Esta implementação está em fase de testes. IV. CONCLUSÕES O método Particle-In-Diffuse-Cell, proposto neste trabalho, é uma contribuição original neste campo, pois, de acordo com os levantamentos bibliográficos realizados, é a primeira formulação PIC-meshfree para simulação de plasmas proposta na Literatura. Nesta fase do trabalho foi desenvolvido um modelo matemático e computacional para simulação de plasmas via um modelo de partículas PIC meshfree e explorou-se o potencial do MEFG no cálculo das derivadas da variável de estado na vizinhança de interfaces materiais. Trabalhos futuros deverão incluir o estudo de uma arquitetura de classes mais adequada ao tratamento tanto do MEF como do MEFG que deverá ser incorporada ao SDK- LEVSOFT, a implementação de métodos adicionais de paralelização e a inclusão de efeitos colisionais, cujo estudo já foi iniciado. V. REFERÊNCIAS [1] A. C. J. Paes, N. M. Abe, V. A. Serrão, and A. Passaro, Simulations of Plasmas with Electrostatic PIC Models Using the Finite Element Method, Brazilian Journal of Physics, vol. 33, no. 2, June, [2] A. C. J. Paes, N. M. Abe, V. A. Serrão, and A. Passaro. Análise de um Mecanismo de Aceleração de Feixe Utilizando um Modelo de Partículas Autoconsistente e o Método dos Elementos Finitos. Anais do V Congresso Brasileiro de Eletromagnetismo, Nov. 2002, Gramado, RS. [3] G.N.Marques, O Método Particle In Diffuse Cell: Uma abordagem meshfree para simulação de plasmas, Tese de Doutorado, INPE, Agradecimentos: ao CNPq e ao INPE pela bolsa de doutorado que garantiu o desenvolvimento deste trabalho. Ativ. P&D IEAv, v.1, p.48, mar./2007-fev./

50 Caracterização Microestrutural de Aços Aeronáuticos Através de Microscopia Eletrônica e de Força Atômica Antonio Jorge Abdalla*, Roberto Masato Anazawa*, Walter Miyakawa *, Marcelo dos Santos Pereira**, Tomaz Manabu Hashimoto** e Cristina de Carvalho Ares Elisei** * Instituto de Estudos Avançados, S.J. dos Campos, Brasil ** Faculdade de Engenharia de Guaratinguetá, Guaratinguetá, Brasil Resumo Este trabalho mostra a possibilidade de utilização de Microscopia de Força Atômica, Eletrônica de Varredura e de Transmissão para analisar detalhes microestruturais de aços com morfologias complexas como é o caso dos aços multifásicos. É importante conhecer o potencial de cada tipo de microscopia para melhor utilizá-las no estudo dos materiais. Palavras Chave: caracterização microestrutural, microscopia eletrônica e de força atômica. INTRODUÇÃO Comumente a microscopia ótica permite analisar uma região da microestrutura de forma a se ter idéia das estruturas formadas no processo de fabricação ou através de um tratamento térmico específico. Porém, quando se deseja conhecer detalhes da morfologia da microestrutura, da composição química ou de fases complexas como a martensita ou a bainita formada, recorre-se à microscopia eletrônica. Estes detalhes complementares são essenciais para a compreensão acurada da sinergia microestrutural e das correspondentes propriedades mecânicas apresentadas pelo material.. próximo a um contorno de grão e na Fig.5 detalhes do tipo de bainita formada devido ao tratamento térmico aplicado. (a) Ferrita Bainita Martensita e Austenita retida 0-130nm nm nm (b) Figura 3 MFA: a) mostrando uma região com diferentes fases (cores) e, b) identificação das fases através do perfil de alturas. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL E RESULTADOS Visando melhorar as propriedades dos aços, foram realizados tratamentos térmicos para produzir microestruturas multifásicas. Amostras de cada microestrutura foram preparadas para cada tipo de microscopia a ser utilizada. A seguir apresentamos exemplos de micrografias em cada uma das técnicas utilizadas. 1. Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV): foi possível identificar detalhes de fases presentes como, por exemplo, a austenita retida (branca e lisa Fig.1) e o tipo de fratura do material (Fig.2). Fig.1- MEV: evidenciando as fases presentes.(ataque nital) Fig.2- MEV: mostrando o tipo de fratura (alvéolos dúctil). 2. Microscopia de força atômica (MFA): a amostra foi inicialmente atacada com nital e através de traçados de perfil foi possível identificar as fases por faixa de altura relativa (ferita menor altura, bainita intermediária e martensita e austenita retida maiores), conforme mostrado na Fig.3a e b. 3. Microscopia eletrônica de Transmissão (MET): foram preparadas lâminas finas e por eletroerosão foram criadas regiões bastante delgadas que permitissem a visualização microestrutural. Observa-se na Fig.4 subestruturas de discordâncias formadas Figura 4- MET: mostrando subestrutura de discordâncias próxima a um contorno de grão triplo. CONCLUSÕES Detalhes de grande importância para a análise do comportamento do material podem ser revelados por estas análises microscópicas que permitem grandes aumentos. Por exemplo: a Fig.1 permitiu visualizar a fase austenita retida entre as agulhas bainíticas e martensíticas, fator de grande importância para aumentar a tenacidade dos aços; na Fig.2 percebe-se a presença de grande quantidade de alvéolos, revelando que o micromecanismo de fratura foi do tipo dúctil; com o recurso do traçado de perfil do microscópio de Força Atômica, podese distinguir detalhes sutis das fases presentes na região, por diferença de alturas e, no microscópio de transmissão pode-se ver discordâncias (revelam microdeformações) no interior do grão e, ainda, analisar o tipo de bainita formada no tratamento térmico (Fig.5 - bainita superior), que pode ser correlacionada com a propriedade mecânica apresentada pelo material. IV. REFERÊNCIAS 0,5 µm Figura 5 MET: mostrando o microconstituinte bainítico formado num tratamento isotérmico a 370ºC. [1] A.J. Abdalla, R.M.Anazawa, T.M.Hashimoto, M.S.Pereira, Formação da Fase Bainítica em Aços Carbono, Rev. Bras. Apl.Vácuo v.25, nº3, 2006, pp [2] G.R.Carrer, A.J.Abdalla, R.M.Anazawa, T.M.Hashimoto, M.S.Pereira, XXI SBMM Cong. Soc. Bras. Microscopia e Microanálise, Búzios, RJ, Brasil, Ativ. P&D IEAv, v.1, p.49, mar./2007-fev./

51 Padrão de Emissão Conduzida Gerada por Microcomputadores (PCs) e Assistentes Pessoais Digitais (PDA) Mordente, A. R.**, Ferreira A.**, Real, R. C**, Freitas C. A. R. * e Migliano, A. C. C* * IEAv - Instituto de Estudos Avançados, S. J. dos Campos, Brasil ** ITA - Instituto Tecnológico de Aeronáutica, S. J. dos Campos, Brasil Resumo - Foram realizados ensaios de emissões conduzida e irradiada em Computadores Pessoais (PCs) e Assistentes Pessoais Digitais (PDA), com o objetivo de se estudar os projetos eletromagnéticos desses dispositivos e evidenciar traços característicos que possam associar aos seus componentes. As análises de EMC/EMI desses equipamentos permitirão avaliar possíveis assinaturas de identificação desses equipamentos quando presentes numa rede complexa. Palavras chaves: computadores pessoais, assistentes pessoais digitais, ambiente eletromagnético, EMC/EMI. Todo circuito elétrico de qualquer dispositivo eletro-eletrônico produz algum tipo de ruído eletromagnético, que pode alcançar níveis de potência de radiação ou de condução eletromagnéticas suficiente para interferir de forma não desejada no ambiente ou nos equipamentos ao seu redor. Quando este ruído é irradiado do equipamento para o espaço livre, na forma de ondas eletromagnéticas, tem-se a interferência eletromagnética irradiada, e quando o ruído interno é acoplado aos cabos elétricos que interligam o equipamento à rede elétrica, ou aos outros equipamentos, tem-se a interferência eletromagnética conduzida. Partindo-se do pressuposto de que cada equipamento gera um ruído característico, devido ao seu circuito elétrico, deve-se esperar que por meio de uma análise dos níveis de potência das emissões conduzida e irradiada geradas, pode-se caracterizar o equipamento ou diagnosticar possíveis não-conformidades do sistema. Assim, foram realizados ensaios de emissão conduzida e irradiada em Computadores Pessoais (PCs) e Assistentes Pessoais Digitais (PDA) com o objetivo de se estudar os projetos eletromagnéticos desses dispositivos e evidenciar traços característicos que possam associar aos seus componentes. A descrição do aparato experimental utilizado nos ensaios é realizada e são discutidas possíveis assinaturas no espectro de emissão desses equipamentos que possam identificar as suas presenças em operação no ambiente. II. ARRANJO EXPERIMENTAL Os ensaios de emissões conduzida e irradiada dos equipamentos foram realizados de acordo com procedimentos das normas FCCpart15 e CISPR22. Os equipamentos avaliados (EST) foram conectados à uma rede estabilizada de impedância (LISN - Line Impedance Stabilization Network) modelo 3810/2 da EMCO, para filtrar qualquer ruído na rede de alimentação e fornecer uma saída de impedância casada para a conexão do analisador de espectro, modelo 8593E da HP. Nos ensaios foram avaliados três equipamentos de informática: notebook modelo 2410-S203 da TOSHIBA, PC modelo TD-225 da INTERGRAPH e PDA modelo Zire 72s da PALM. Na Figura 1 é apresentado o arranjo experimental simplificado, identificando-se a necessidade de se obedecer às distâncias mínimas entre os equipamentos e a seqüência de posicionamento dos equipamentos. Figura 1. Arranjo experimental III. RESULTADO Na figura 2 é apresentado um dos resultados referentes às medidas realizadas no computador de mão Palm Zire 72s. Tensão (dbuv) Frequência (MHz) Fase Limite FCC part 15 Figura 2. Medida da fase do Palm ligado IV. CONCLUSÃO As análises de EMC/EMI em Computadores Pessoais (PCs) e Assistentes Pessoais Digitais (PDA), utilizando as normas e técnicas padrões, proporcionam o aprimoramento e capacitação tecnológica do LSE. V. REFERÊNCIAS [1] Calyton, R.P., Introduction to Electromagnetic Compatibility, New York, John Wiley &Sons, [2] Mordente, A., Ferreira, A., Real, R.C., Freitas, C.A.R., Migliano, A.C.C., Análise de emissões conduzidas e irradiadas em equipamentos portáteis, Relatório de Curso, Disciplina EC-250, ITA, Ativ. P&D IEAv, v.1, p.50, mar./2007-fev./

52 Otimização de Estruturas Semicondutoras Baseadas em Poços Quânticos A. Passaro*, N. M. Abe*, A. Muraro Jr*, R. Y. Tanaka*, O.F.Lima*, G. S. Vieira*, L.C.O.Dacal* e S. Stephany** * Laboratório de Engenharia Virtual - Instituto de Estudos Avançados, S. J. dos Campos, Brazil ** Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais, S. J. dos Campos, Resumo Este trabalho apresenta uma proposta de desenvolvimento de software para otimização de dispositivos semicondutores nanoestruturados a poços quânticos. O cálculo direto destas estruturas é baseado em um código computacional autoconsistente que utiliza o Método de Elementos Finitos e que permite tratar potenciais arbitrários com aproximação de massa efetiva, levando em conta as forças resultantes do descasamento da rede cristalina entre diferentes materiais. Dentre as metaheurísticas que se pretende utilizar são citados Algoritmos Genéticos, Recozimento Simulado, Colônia de Formigas e Busca Tabu. O objetivo final é a utilização dessas ferramentas para a otimização de sensores de infra-vermelho a poços quânticos. Palavras Chave: otimização, poço quântico, cálculo autoconsistente, método de elementos finitos, semicondutores e nanoestruturas. O contínuo aperfeiçoamento das técnicas de crescimento de heteroestruturas possibilitou a construção de poços quânticos uniformes, o que foi fundamental para o crescente uso dessas estruturas em diversos tipos de dispositivos devido às suas propriedades eletrônicas [1] e optoeletrônicas [2]. As vantagens tecnológicas de dispositivos de vigilância e segurança baseados na tecnologia de poços quânticos já é bastante conhecida [3] e é de grande interesse nas áreas de Defesa e aeroespacial [4]. As características destas estruturas, assim como de qualquer outro dispositivo nanoestruturado, tais como os fotodetectores de infravermelho a pontos quânticos, os transistores de alta mobilidade eletrônica e os lasers de cascata quântica, dependem de ajustes finos na composição do material e na espessura de cada camada que compõe a estrutura do dispositivo. Em [5] é apresentado um estudo para a otimização de projeto de múltiplos poços quânticos de InGaAsN/GaAs utilizado em lasers de diodo de forma a obter uma alta freqüência de operação, variando a concentração dos materiais (profundidade do poço) e a espessura das camadas do poço quântico. Contudo, a busca por parâmetros que otimizem determinada característica do dispositivo utilizando uma técnica de força bruta pode ser uma tarefa bastante custosa. A metaheurística Recozimento Simulado é utilizada em [6] para obter o máximo valor de coeficiente de retificação ótica de um sistema de múltiplos poços quânticos de AlGaAs/GaAs, variando a concentração de alumínio em cada poço. A proposta é aplicar o conhecimento adquirido na utilização de metaheurísticas para otimização de dispositivos semicondutores nanoestruturados a poços quânticos utilizando como máquina de cálculo direto os códigos apresentados em [7], [8]. II. SITUAÇÃO ATUAL Em trabalhos anteriores, o Laboratório de Engenharia Virtual do IEAv (LEV) desenvolveu códigos computacionais para auxiliar o projeto de dispositivos a poços, fios e pontos quânticos [7]. Esses códigos permitem o cálculo dos estados eletrônicos em poços, fios e pontos quânticos e suas respectivas forças de oscilador para absorção de fótons. Eles já foram utilizados, com sucesso, para compreender a absorção de radiação infravermelha em pontos quânticos de InAs crescidas em poços quânticos construídas com material quaternário [9]. O módulo autoconsistente está sendo desenvolvido e encontra-se em fase de validação [8]. Programas para otimização de dispositivos eletromagnéticos utilizando Algoritmos Genéticos também foram desenvolvidos recentemente no LEV e foram aplicados para estudos de otimização de sensores de alta tensão e/ou alta corrente eletroópticos [10], e para a otimização de moduladores eletroópticos [11]. III. O DESENVOLVIMENTO DO PROJETO A primeira metaheurística a ser adotada será um algoritmo genético padrão para realizar a busca de uma solução ótima global e o MEF para a realização dos cálculos das funções de onda. Na fase inicial, a otimização deverá ser efetuada sem a inclusão do cálculo autoconsistente. Os parâmetros livres do modelo (aqueles que serão variados nos limites de um intervalo pré-definido) e as características a serem otimizadas serão definidas durante o desenvolvimento do trabalho, em função das solicitações ou indicações dos colaboradores deste projeto. A configuração dos cromossomos deverá ser definida em função dos parâmetros livres adotados para os múltiplos poços quânticos. Outras metaheurísticas deverão também ser aplicadas. O método de recozimento simulado já conta com uma versão preliminar de testes monoobjetivo implementada, visando a busca de mínimos de funções multimodais. Seu uso neste projeto ainda envolve sua implementação numa estrutura de classes para aplicação de diferentes metaheurísticas (em linguagem C++) que também está sendo desenvolvida no LEV. Pretende-se ainda, realizar estudos com o uso das metaheurísticas Colônia de Formigas e Busca Tabu. IV. REFERÊNCIAS [1] Sollner, T. C. L. G. et al, Resonant tunneling through quantum wells at frequencies up to 2.5 THz. Appl. Phys. Lett., 43, , [2] Miller, D. A. B. et.al., Electric field dependence of optical absorption near the band gap of quantum-well structures. Physical Review B, 32, , [3] M. Sundaram, et.al, Multi-color IR sensors based on QWIP technology for security and surveillance applications, Proc. of SPIE, vol.6203, , 2006 [4] S.Smuk, et.al, Optimisation of QWIP detectors for space applications, Proc. of SPIE, vol.5978, 59781B B-10, 2005 [5] Bonnefont, S. et al, Optimization and Characterization of InGaAsN/GaAs Quantum-well Ridge Laser Diodes for High Frequency Operation. Optical and Quantum Electronics, 38, , [6] Radovanovic, J., et.al, Global optimization of semiconductor quantum well profile for maximal optical rectification by variational calculus. Semiconductor Science and Technology, 17, , [7] Tanaka, R. Y.; et.al. Software Tools for the Design and Analysis of Quantum Well, Quantum Wire and Quantum Dot Devices. Proceedings of IMOC 2007, p [8] Tanaka, R. Y.; et.al. Self-Consistent Analysis of Quantum Well Based Structures. Aceito para publicação pelo Conference on Electromagnetic Field Computation CEFC [9] Souza, P. L. et.al, Quantum dot structures grown on Al containing quaternary material for infrared photodetection beyond 10 µm, Appl. Phys. Lett, 90, 17351, [10] Passaro, A.; et.al Finite-Element and Genetic Algorithm Design of Multi-segmented Electro-optic Sensor for Pulsed High-Voltage Measurement. In: Proceedings of WCSMO6-6 th World Congresses of Structural and Multidisciplinary Optimization, 2005, Rio de Janeiro. [11] Muraro Jr.; et al. Design of Electrooptic Modulators using a Multiobjective Optimization Approach, IEEE/OSA Journal of Lightwave Technology, a ser publicado em maio de Ativ. P&D IEAv, v.1, p.51, mar./2007-fev./

53 Prototipagem rápida Fabricação com Lasers Hélio Esperidião 1, Getúlio de Vasconcelos 1, C. C. Ferraz 1, M.S.F Lima 1 e N. Volpato 2 1 Instituto Técnico Aeroespacial, S.J. dos Campos, Brasil 2 CEFET-PR Resumo A utilização de um processo de sinterização a laser possibilita construir objetos tridimensionais, a partir de materiais particulados. O material particulado é armazenado num reservatório que é acoplado a um braço mecânico que se movimenta através de um motor de passo comandado por um software. O braço mecânico preenche o reservatório com material particulado em uma cavidade formada na superfície de um pistão, que realiza movimentos micrométricos verticais para baixo da plataforma. Esta camada de material particulado é armazenada na superfície do pistão e irradiada com um feixe de laser. Em seguida, o pistão desloca-se novamente para baixo e processo recomeça. Palavras Chave: laser, sinterização, pós metálicos, prototipagem rápida. Prototipagem rápida é uma tecnologia que possibilita produzir protótipos e moldes a partir de fontes de dados gerados por sistemas CAD (AutoCAD). O processo é feito a partir da agregação e do ligamento de materiais líquidos, pós ou em formato de folhas de papel, agrupados seqüencialmente camada por camada de modo que se construa o objeto de interesse [1,2]. No processo de sinterização seletiva a laser (SSL), a ação do laser provoca sinterização dos materiais particulados[3,4], armazenados na superfície de um pistão que possui movimentos verticais micrométricos comandados. O feixe de laser interage com a primeira camada sinterizando o material particulado [5]. Em seguida, o pistão é deslocado verticalmente para baixo, e o recipiente é novamente preenchido com material particulado e irradiado com o feixe de laser, produzindo-se, a segunda camada e assim sucessivamente. II. MATERIAIS E MÉTODOS Parte Mecânica (Fig. 1): A SSL, ocorre sobre uma plataforma constituída por um reservatório de material particulado acoplado a um braço mecânico, que preenche uma cavidade formada na superfície de um pistão cuja base é acoplada a um motor de passo. Este pistão realiza movimentos verticais micrométricos de subida e descida que está alinhado e sustentado por uma camisa metálica. Fig 1: Ilustração do dispositivo de sinterização por laser desenvolvido neste trabalho Parte Eletrônica: Consiste de circuito eletrônico que tem o propósito de transformar sinal digital em sinal analógico para que os motores de passos se comuniquem com o software de comando. Parte Software: O software foi desenvolvido na linguagem Visual Basic, para controlar o pistão, o braço mecânico e do feixe de laser. O software envia um sinal, fazendo com que o braço mecânico preencha a cavidade com o material particulado e retorne a sua posição de origem. Na seqüência envia outro sinal, informando que o feixe de laser deve irradiar o material particulado. Em seguida, envia um sinal ao pistão para que se desloque uma unidade na vertical para baixo. Estes processos ocorrem a cada camada. III. PARTE EXPERIMENTAL E RESULTADOS Utilizou-se um fino pó de aço 1020 atomizado, com diâmetro médio de partícula da ordem de 0,1mm, recoberto com uma mistura polimérica e negro de fumo como material de partida. O braço mecânico que guia o reservatório de pó, desloca-se até a cavidade que se forma na superfície do pistão preenchendo-a e em seguida retorna a sua posição de origem. Em seguida, o laser irradia o material particulado com a geometria de interesse. Os principais parâmetros do processo são: potência do feixe de laser de 50W, diâmetro do feixe 0,3mm, velocidade de varredura de 200mm/s, resolução 600 pontos por polegada e única irradiação por camada. Fig. 2: Partes produzidas em aço 1020 por meio do dispositivo construído. A densidade dos corpos de prova, conforme apresenta a Fig 2, foi analisada pelo método de Archimedes e obteve-se densificação de 49% da densidade teórica. IV. CONCLUSÃO Testes preliminares comprovaram a eficiência do processo. A parte sinterizada apresentada possui boa rigidez mecânica e certa confiabilidade dimensional quando comparada ao previsto no projeto em auto CAD. A densificação obtida, embora seja baixa, pode ser ainda otimizada, diminuindo-se a velocidade de varredura do feixe ou, aumentando-se o número de irradiações sobre a amostra. V. REFERÊNCIAS [1] D.T.Pham, R.S.Gault, A comparison of rapid prototyping technologies, International Journal of Machine Tools & Manufature 38 (1998) [2] Xinagyou Li et alli, Laser direct fabrication of silver conductors on glass boards, Thin Solids Films 483 (2005) [3]-P. Fischer et alli, Pulsed laser sintering of metallic powders, Thin solids films (2004) [4] Z.S. Macedo et alli, Sinterização ultra rápida de materiais cerâmicos usando radiação laser, Cerâmica v.46, 300, [5] P. Regenfuss, A. Streek, L. Hartwig, S. Klötzer, Th. Brabant, M. Horn, R. Ebert and H. Exner, Principles of laser micro sintering, Laserinstitut Mittelsachsen Mittweida, Mittweida, Germany, Rapid Prototyping Journal, , Ativ. P&D IEAv, v.1, p.52, mar./2007-fev./

54 Tempera de superficial de aço AISI via laser de CO 2 Anderson Ferreira 1, J.L Reis 2, Getulio Vasconcelos 2 1 Instituto Tecnológico da Aeronáutica (ITA), S.J. dos Campos, Brasil 2 Instituto de Estudos Avançados IEAv, S.J. dos Campos, Brasil Resumo Este trabalho tem como objetivo desenvolver a tecnologia da aplicação de revestimentos de carbono amorfo em partes metálicas por métodos a laser, para atuar em sistemas de lubrificação sólida e de sistemas onde se requer tempera superficial. A técnica de deposição utilizada neste trabalho é apresenta características importantes como, por exemplo, possibilidade da aplicação de camadas de lubrificantes sólidos em atmosfera ambiente em um curto intervalo de tempo, quando comparado aos processos convencionais via PVD ou CVD, e ainda a elevação da dureza superficial de até 40%. Palavras Chave: laser, tratamento de superfície, revestimento O tratamento térmico de superfície por laser é similar aos métodos convencionais por chama, indução, metalização por plasma. Apresenta, contudo, a vantagem do reduzido tempo envolvido no processo (aquecimento/resfriamento de 0,1 a 3 s). Ligas ferrosas são mais susceptíveis ao tratamento térmico com laser, embora a reflexão na superfície do metal seja de até 95% radiação 10,6 µm proveniente do laser de CO 2, quando a liga tratada for,por exemplo, o aço. Este acoplamento, radiação incidente versus reflexão pode ser aumentado para melhorar a eficiência do processo, através da deposição de um revestimento foto-absorvedor a base de grafita. A absorção da luz incidente favorece as transformações de fase de interesse. Neste processo, a grafita atua também como lubrificante sólido. O processo é realizado em atmosfera ambiente em curto intervalo de tempo, quando comparado aos processos convencionais via PVD ou CVD, outra vantagem do processo a laser é que nenhum liquido de resfriamento é necessário e a seletividade do processo. II. PARTE EXPERIMENTAL A parte experimental deste trabalho foi dividida em duas etapas: ETAPA 1: - Aplicação do material particulado de grafita coloidal, por meio de pulverização (devido a facilidade de reprodução e remoção). A espessura da camada de grafita obtida é da ordem de µm. A Figura 1a, apresenta a Microscopia óptica (MO) do revestimento depositado sobre o substrato e a Figura 1b o modelo 3D do revestimento de grafita. ETAPA 2: - Irradiação do feixe de laser sobre a amostra. O feixe de laser irradia a superfície com potência de 50 W, diâmetro do feixe de 290 µm e resolução de 600 DPI. Variando-se a velocidade de varredura (mm/s) do feixe de laser sobre a amostra, varia-se a zona termicamente afetada (ZTA) no volume da amostra. A Figura 2 apresenta o resultado da microestrutura e da ZTA, após o tratamento com laser. Figura 2 MO da secção transversal da superfície tratada com laser do aço AISI 52100, reagente utilizado NITAL (0,6%) III. RESULTADOS OBTIDOS A microdureza superficial (MD) da amostra de aço tratada com laser apresentou aumento médio de 40% em relação ao substrato. A Figura 3 apresenta o perfil obtido. D u r e z a e m H V µm Mat de base Condição 1 Condição 2 100µm Figura 3 perfil de microdureza do material com condições de tratamento diferentes, velocidades de processamento IV. CONCLUSÃO Utilizando-se um laser de CO 2, obteve-se um aumento de 40% de dureza, com uma ZTA da ordem de 100µm e observase na superfície uma fina camada de grafita na superfície. As próximas etapas deste trabalho incluem avaliar, as mudanças nas propriedades tribológicas do substrato, por exemplo, coeficiente de fricção e desgaste. Figura 1a Apresenta a MO da superfície recoberta Fig 1b Apresenta o revestimento de grafita sobre o substrato V. REFERÊNCIAS [1] J. A.BASU, Laser surface hardening of austempered ball steel rd ed., vol. 2. Andhran, 2007 pp [2] Technical report NSK 2008 Vol 1, pp [3] Van Vlack L.H., Propriedades dos materiais cerâmicos ed., Edgard Blucher Ltda, SP. - Brasil Cap 3, Agradecimentos: à NSK pelo apoio financeiro e ao Laboratório Dedalo pela infra-estrutura e ao Ieav. Ativ. P&D IEAv, v.1, p.53, mar./2007-fev./

55 Taxa de dose eritematosa sob 100% de alto-estrato Abel A. Silva, Vanessa C. Araujo Instituto de Estudos Avançados, S.J. dos Campos, Brazil Resumo Quase 9% da energia do espectro solar é radiação ultravioleta (RUV, 100 a 400 nm). A ação biológica da RUV é muito importe para a vida na Terra. A parte dessa radiação que produz os maiores efeitos é amplamente atenuada na atmosfera terrestre especialmente por reflexão em nuvens. Neste trabalho determina-se a atenuação da taxa de dose eritematosa por uma cobertura de 100% de alto-estrato em relação à taxa de dose eritematosa de um céu sem nuvens. Palavras Chave: Radiação ultravioleta; Taxa de dose eritematosa; Nuvens. Quase 9% da energia do espectro solar é radiação ultravioleta (RUV, 100 a 400 nm) cuja ação biológica é muito importe para a vida na Terra [1]. Sua incidência depende da posição do Sol (Ângulo Solar de Zênite, ASZ), da altitude e do tipo de solo local além dos montantes de ozônio, nuvens e aerossóis. Sendo mais transparentes ao UV do que à radiação visível (400 a 780 nm), as nuvens são também o principal parâmetro atmosférico na modulação da incidência de UV na superfície do planeta [2]. Neste trabalho determina-se a atenuação da taxa de dose eritematosa (TDE, irradiânca UV ponderada pelo efeito de eritema) por uma cobertura de 100% de alto-estrato em relação à TDE de um céu sem nuvens, evidenciando o risco à saúde para o público em geral e indivíduos ocupacionalmente expostos (contingentes militares, por exemplo) numa exposição ao Sol sob tais condições. II. METODOLOGIA Um radiômetro Solar Light 501A (SL, Solar Light Co. Inc., Glenside, USA) que mede a TDE e um imageador Total Sky Imager 440A (TSI, Yankee Environmental Systems, Inc., Turners Falls, USA) que mede a cobertura de nuvens foram instalados em Belo Horizonte (BH, 19,92 o S, 43,94 o O, 858 m, 331 km 2 ) pelo Laboratório de Luz Ultravioleta (LLUV, As medidas desses dois equipamentos podem ser associadas às medidas de coluna de ozônio (O3) sobre Belo Horizonte realizadas pelo experimento Ozone Monitoring Instrument (OMI, a bordo do satélite Aura. As medidas e observações do SL, TSI e OMI foram relacionadas em dois cenários distintos: um de céu 100% encoberto por uma camada espessa de alto-estrato às 14:42:00 hora-universal (HU) do dia 21/out/2007 (a), dia do ano 294, ASZ = 9.2 o e outro com céu sem nuvens às 14:13:00 HU do dia 29/out/2007 (b), dia do ano 302, ASZ = 9.1 o. Veja na Fig. 1 as imagens obtidas pelo TSI correspondentes a esses dois cenários. A camada de alto-estrato aparentava um aspecto compacto e homogêneo. Embora não se tenha avaliado o montante de aerossóis presentes na atmosfera nos dias em estudo, considerou-se que a influência dos mesmos sobre a TDE tenha sido aproximadamente a mesma nos dois dias. III. RESULTADOS Analisaram-se medidas com praticamente o mesmo ASZ. Os valores de O3 foram 262,4 Unidades Dobson (UD) para o dia 294 e 274,6 UD para o dia 302. Para compensar o efeito sobre a TDE dos valores de 03 distintos, pode-se corrigir a TDE do dia 294 em função do montante de O3 do dia 302 através da expressão O3 a TDE ac = TDEa. (1) O3b Então, enquanto TDEb = 0,275 ± 0,015 W/m 2 a TDEa foi corrigida de 0,133 ± 0,007 W/m 2 para TDEaC = 0,127 ± 0,008 W/m 2. Portanto, a redução na TDE devido à camada de alto-estrato no dia 294 é igual a TDEb TDEaC, ou seja, 0,148 ± 0,017 W/m 2. Este valor é 54% de TDEb. Não se tem informação do que havia acima da camada de alto-estrato, sendo que a presença de outros tipos de nuvens poderia influenciar de forma significativa os resultados. Contudo, a avaliação da imagem obtida pelo TSI mostra uma camada de alto-estrato com textura homogênea indicando que esse seria o tipo predominante de nuvem naquele momento. De acordo com a escala de Índice UV (IUV, veja a TDEb corresponde a um IUV = 11+ enquanto a TDEaC a um IUV = 6. IV. CONCLUSÕES Neste trabalho avaliou-se a redução na TDE por uma camada de alto-estrato. A localidade do estudo é uma capital nos trópicos cuja atividade econômica a torna uma fonte poluidora com significativa emissão de gases e aerossóis para a atmosfera. A TDEb = 0,275 ± 0,015 W/m 2 para um cenário de céu sem nuvens contra uma TDEaC = 0,127 ± 0,008 W/m 2 num cenário de céu 100% encoberto por uma camada de alto-estrato mostra que houve uma redução de 54% na taxa de dose. Contudo, mesmo com essa redução a incidência de radiação UV ainda se mostra perigosa uma vez que corresponde a um IUV = 6. Isto demonstra experimentalmente que mesmo num cenário com 100% de céu encoberto por uma camada espessa de nuvens a incidência da radiação UV não se reduziu a um IUV 2, a faixa baixa, onde a exposição direta ao Sol não representa perigo em termos de dose eritematosa. FIGURA 1: Coberturas nos dias 294 (esquerda) e 302 (direita) de 2007 V. REFERÊNCIAS [1] A. A. Silva and L. L. P. Gabrich, Seasonal Erythemal UV Doses in Belo Horizonte, Brazil, Photochem. Photobiol., vol. 83, no. 5, pp , doi: /j x, [2] R. L. McKenzie, P. J. Aucamp, A. F. Bais, L. O. Björn and M. Ilyas, Changes in biologically-active ultraviolet radiation reaching the Earth s surface, Photochem. Photobiol. Sci., vol 6, no. 3, pp , Agradecimentos: FAPEMIG, CNPq e PUC Minas. 1.1 Ativ. P&D IEAv, v.1, p.54, mar./2007-fev./

56 Software para Automação de Processos por Laser Bruno Mourão Siqueira*, Nicolau André Silveira Rodrigues **, Angelo Passaro** * Universidade Braz Cubas, Mogi das Cruzes, Brazil ** Laboratório de Engenharia Virtual, Instituto de Estudos Avançados, S. J. dos Campos, Brazil Resumo Neste trabalho é apresentado um sistema integrado para a realização de processamento de materiais via LASER. O objetivo básico é ampliar a área útil de processamento de materiais e reduzir os problemas com o ângulo de incidência do LASER com o material que será processado. O sistema é composto por uma mesa de dois graus de liberdade (plano x-y), que utilizam motores de passo, para o deslocamento do material a ser processado, um sistema LASER de CO 2 de 50W com vários graus de liberdade (plano, inclinação e rotação do laser), e um sistema de software capaz de particionar a área total de processamento em sub-regiões de tamanho adequado à área útil de processamento do sistema LASER existente. A ferramenta computacional é composta por uma interface gráfica simples e intuitiva. Palavras Chave: automação, processamento de materiais, processamento a laser, desenvolvimento de software I.INTRODUÇÃO Lasers são utilizados atualmente em muitos campos da Ciência e Engenharia [1]. Eles são utilizados em Odontologia, para o processamento de materiais em geral (tratamentos de superfícies, texturização de superfícies, soldagem e brasagem, microusinagem, dentre outros), comunicações, armamentos, só para citar alguns exemplos. O Laboratório de Desenvolvimento de Aplicações de LASERS e Óptica (Dedalo) localizado no Instituto de Estudos Avançados, IEAv, conta com estações que permitem realizar processamentos de materiais visando a pesquisa, definição de processos e outros desenvolvimentos tecnológicos. Este trabalho, realizado no âmbito do Dedalo, envolve desenvolvimento de um sistema integrado para a realização de processamento de materiais via LASER. O objetivo básico é ampliar a área útil de processamento de materiais nos experimentos do laboratório, e reduzir os problemas com o ângulo de incidência do LASER com o material que será processado. O sistema é composto por uma mesa de dois graus de liberdade (plano x-y), que utilizam motores de passo, para o deslocamento do material a ser processado, um sistema LASER de CO 2 de 50W com vários graus de liberdade (plano e inclinação e rotação do laser) disponível no laboratório citado acima e um sistema de software capaz de particionar a área total de processamento em sub-regiões de tamanho adequado à área útil de processamento do sistema LASER existente. II. O SOFTWARE APL O software, denominado APL Automação de Processos por Laser, foi desenvolvido em linguagem de programação C++, utilizando o paradigma de programação orientada a objetos para o desenvolvimento da ferramenta computacional. O software foi desenvolvido de forma a garantir a legibilidade e facilitar a manutenção e a evolução da ferramenta. Para o particionamento da imagem vetorial foi escolhido o algoritmo Cohen Sutherland Line Clip And Draw [2] devido ao potencial de otimizações do algoritmo quando utilizado para criar grade (recorte de regiões vizinhas). Com o uso desse algoritmo, uma imagem inicial, composta por um conjunto de linhas, no formato DXF é particionada em tamanhos configuráveis. Cada partição é enviada separadamente num formato proprietário do fabricante do equipamento Laser e processada independentemente. O software controla o reposicionamento do material a ser processado por meio do acionamento independente dos motores de passo da mesa de dois graus de liberdade. Para o controle dos motores de passo foram implementados os métodos de acionamento Passo Completo com características de torque elevado; o método de acionamento por Vaga com características de baixo consumo de energia; e o método de acionamento por Meio Passo que tem uma elevada precisão de deslocamento. As características dos motores e parâmetros da mesa são dados de entrada do sistema. III.RESULTADOS OBTIDOS A Fig.1 corresponde a um desenho vetorial cujas dimensões originais são de 200x155mm, superior, portanto, à área de processamento direto do equipamento Laser, que é de 100x100mm. A imagem também ilustra um particionamento da figura original em subregiões de 25x25mm. As partições podem ter dimensões diferentes nas direções x e y. Testes de desenho em papel, com ajuste adequados da potência do Laser foram efetuados com a utilização de quatro partições. O tamanho das partições pode ser escolhido de forma a reduzir as distorções que ocorrem nos limites da região de processamento direto do equipamento Laser. FIGURA 1. Imagem vetorial com particionamento, conforme visualisada no software APL. IV.TRABALHOS FUTUROS Apesar de o sistema estar operacional, resta ainda a implementação de um conjunto de ferramentas (e respectivas interfaces gráficas) para agilizar a calibração da mesa ou mesmo para verificar essa calibração periodicamente, uma vez que os parâmetros podem variar em função de fatores externos, incluindo resíduos de processamentos anteriores acumulados nas peças mecânicas da mesa. É importante ressaltar que a inclusão de um terceiro grau de liberdade na mesa coordenada pode ser facilmente incorporado ao software desenvolvido. V. REFERÊNCIAS [1] Steen, Willian M. Laser Material Processing, Springer-Verlag, ISBN Springer-Verlag Berlin Heidelberg New York [2] Foley, James D. Feiner, Steven K. van Dam, Andries. Computer Graphics: Principles and Practice, 2nd Edition in C, Addison- Wesley, 1995 Ativ. P&D IEAv, v.1, p.55, mar./2007-fev./

57 Otimização Multiobjetivo de Moduladores Eletroópticos Usando o Método das Restrições (ε-constraint) Ademar Muraro Jr*, Angelo Passaro*, Nancy Mieko Abe*, Airam Jonatas Preto**, Stephan Stephany** *Laboratório de Engenharia Virtual, Divisão de Física Aplicada, Instituto de Estudos Avançados, LEV/IEAv, **Laboratório de Computação e Matemática Aplicada, Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais, LAC/INPE, Resumo Este trabalho apresenta uma abordagem multiobjetivo baseada no método das restrições (ε-constraint) para o projeto ótimo de geometria de moduladores eletroópticos do tipo Mach-Zehnder. Qualquer geometria ótima otimiza um conjunto de características elétricas do modulador (impedância característica, índice efetivo da onda eletromagnética, tensão de meia-onda e potência de operação do dispositivo). Um algoritmo genético é aplicado para a busca de geometrias candidatas e o Método dos Elementos Finitos é usado para avaliar o conjunto correspondente de características dos moduladores. A fronteira de Pareto gerada no espaço de soluções contém soluções que provêem um balanceamento entre as diferentes características. O método das restrições é conveniente para mapear as fronteiras de Pareto com regiões não-convexas. Palavras Chave: otimização, MEF, moduladores eletroópticos. Muitos projetos envolvem a otimização de várias funções objetivo. Estas funções são freqüentemente conflitantes entre si e não podem ser agregadas em uma única função a ser otimizada. Este tipo de problema é conhecido como problema de otimização multiobjetivo, para o qual a solução é um conjunto de pontos no espaço de soluções denominado conjunto Pareto-ótimo. Estes problemas são de difícil solução, particularmente quando a fronteira de Pareto associada apresenta regiões não-convexas. Moduladores eletroópticos do tipo Mach-Zehnder são componentes chave para a modulação externa em sistemas de comunicação por fibra óptica. Em trabalho anterior [1], soluções Pareto-ótimo para um modulador eletroóptico foram obtidas usando uma função objetivo dada pelo método das somas ponderadas, composta por pares de funções objetivo associadas a características tais como impedância característica, Z c, e índice efetivo da onda elétrica, N m. Neste trabalho, foi aplicado o método das restrições para gerar a fronteira Pareto-ótima com a finalidade de obter um melhor mapeamento das regiões não-convexas que não fazem parte da fronteira, mas que fornecem soluções de interesse do ponto de vista de engenharia. II. PROJETO ÓTIMO O método da soma ponderada agrega várias funções objetivo, compondo uma função multiobjetivo, por meio de uma soma ponderada destas funções, as quais estão associadas às características a serem otimizadas. É um método muito conveniente para definir funções multiobjetivo, mas falha no mapeamento de regiões nãoconvexas da fronteira de Pareto[2]-[3]. Tais regiões normalmente não são conhecidas a priori. O método das restrições minimiza uma das funções objetivo enquanto considera outras funções como restrições adicionais, limitadas por valores atribuídos por uma variável denominada ε u. Neste caso, a função objetivo f r (x) é minimizada, sujeita a restrições impostas pelas outras funções objetivo f u [2]-[3]: ci ( x ) = 0 i = 1, 2,...,m Min f r ( x ), sujeito a ci ( x ) 0 i = m + 1,...,m (1) fu ( x ) ε u u = 1,...,k e u r sendo x=(x 1,x 2, x n ) T um vetor de n variáveis de decisão as quais definem a geometria do modulador e c i é um conjunto de restrições. III. RESULTADOS Similarmente ao realizado em trabalho anterior [1], o problema direto é resolvido pelo método dos elementos finitos, que é adequado para tratar geometrias complexas e materiais não-homogêneos e com propriedades anisotrópicas. O problema inverso é resolvido pelo algoritmo genético visando encontrar um conjunto de geometrias ótimas do modulador que representam uma solução de compromisso entre a otimização de pares de algumas características elétricas do modulador. As regiões não-convexas do espaço de soluções foram melhor mapeadas pelo método das restrições em comparação com o método da soma ponderada para a otimização simultânea de Z c e N m, como mostrado Fig. 1. Por outro lado, o custo computacional do método de restrições é superior ao do método da soma ponderada. Uma combinação dos dois métodos pode ser adequada para a solução deste tipo de problema. O método da soma ponderada pode ser usado para a obtenção da fronteira de Pareto e verificação de existência de regiões não-convexas, seguida da aplicação do método das restrições visando realizar um mapeamento detalhado desta região. Este esquema acoplado economiza tempo de processamento. Fig. 1 Soluções Pareto-ótimo e quase-pareto-ótimo otimizando Z c e N m. IV. CONCLUSÕES E TRABALHOS FUTUROS O trabalho desenvolvido é uma nova abordagem para a síntese de componentes eletroópticos. Os métodos utilizados até o momento permitiram a obtenção de soluções Pareto-ótimas e quase Paretoótimas, entretanto, a aplicação de algoritmos genéticos adequados para aplicação em otimização multiobjetivo, que ainda não foram explorados no contexto de óptica integrada, e a análise de suas taxas de convergência para o estudo deste tipo de dispositivo é de interesse. Um framework de metaheurísticas para aplicação em problemas de otimização está sendo desenvolvido no Laboratório de Engenharia Virtual em linguagem C++ e orientado a objetos, o qual deverá ser utilizado no estudo de outros dispositivos de interesse do setor aeroespacial, tais como sensores de infravermelho. V. REFERÊNCIAS [1] A. Muraro Jr., A. Passaro, N. M. Abe, A. J. Preto, and S. Stephany, Design of Electrooptic Modulators using a Multiobjective Optimization Approach, IEEE/OSA Journal of Lightwave Technology, Maio, 2008, a ser publicado. [2] R. L. Haupt, and S. E. Haupt, Practical Genetic Algorithms, USA: John Wiley & Sons, Ltd., [3] K. Deb, Multi-Objective Optimization using Evolutionary Algorithms, England: John Wiley & Sons, Ltd., Ativ. P&D IEAv, v.1, p.56, mar./2007-fev./

58 Fabricação de Filtros de Densidade Neutra Álvaro José Damião*, Julio Cezar Faria da Silva**. * Instituto de Estudo Avançados, S.J. dos Campos, SP, Brasil [damiao, cta.br ** Universidade Estadual Paulista - FEG, BRA, Resumo Este trabalho de iniciação científica tem como objetivo a fabricação de um conjunto de filtros de densidade neutra. São filtros utilizados para diminuir a transmitância de um feixe de luz. A dificuldade está em produzir um filtro que atenue igualmente ao longo do espectro de aplicação do mesmo. Palavras Chave: Densidade, Filme Fino, Inconel, Evaporação. Este trabalho tem por finalidade a fabricação de um conjunto de filtros de densidade neutra, utilizando diferentes materiais e objetivando atingir a qualidade daqueles fornecidos pelo mercado. Filtro de densidade neutra é um componente óptico que tem por finalidade atenuar a intensidade da radiação luminosa e transmitir uniformemente em certas faixas de comprimento de onda. Essa transmissão deve ser constante. Essa é uma característica que varia de acordo com o material utilizado na fabricação do filtro. Além disso, o material depositado deve ter uma boa aderência e se distribuir uniformemente sobre toda a superfície do substrato. Essa uniformidade é uma característica do processo, onde diferentes regiões da superfície apresentarão a mesma transmitância. II. DENSIDADE NEUTRA: A densidade óptica de um filtro decresce na medida que a transmissão aumenta, ou seja, quanto mais transparente for o meio menor é sua densidade óptica. O termo Densidade Neutra (D) matematicamente é encontrado através de uma função logarítmica: D=logT -1 Onde T é o valor da transmissão que é dada por: T=I t /I 0 Sendo I t a intensidade final e I 0 a intensidade inicial do feixe luminoso. Assim temos: D=-log T A tabela 1 descreve a densidade e o percentual de transmissão de cada filtro do conjunto. TABELA 1: Caracterização dos filtros do conjunto Densidade Transmissão 0,3 50% 0,5 32% 0,6 25% 0,9 12,5% 1,0 10% 1,3 5% 1,5 3,2% 2,0 1,0% 2,5 0,3% 3,0 0,1% canhão de elétrons. O processo de evaporação utilizado neste trabalho foi o feixe de elétrons. Foram feitas evaporações com vários materiais, tais como cromo (Cr), alumínio (Al), niquel-cromo (NiCr), aço inox e Inconel (NiCrFe), em busca daquele que melhor adequaria às condições citadas anteriormente. Na evaporação de NiCrFe, o filme não apresentou boa aderência ao substrato. Para melhorar a sua aderência, adicionou-se uma camada entre o substrato e o filme. A camada de aderência ( ad layer ) escolhida foi óxido de alumínio (Al 2 O 3 ). IV. ANÁLISE DOS RESULTADOS OBTIDOS O coating de inconel (NiCrFe) foi o que mais satisfez as condições anteriormente citadas. Tal resultado pode ser observado na Figura 1, que apresenta a transmitância do filtro. Figura1 -Espéctro do filtro de NiCrFe A representação gráfica do espectro do filme de inconel (NiCrFe) evidencia a uniformidade da transmissão em função do comprimento de onda do feixe luminoso. As evaporações com outros materiais não se aproximaram do desejado, confirmando então o uso do NiCrFe para a fabricação do conjunto de filtros de densidade neutra. V. CONCLUSÃO Os filmes de inconel (NiCrFe) satisfizeram as condições de transmitância, uniformidade e aderência desejados. Com esse conjunto de filtros pode-se trabalhar com vários percentuais de transmissão, combinando filme a filme até que o percentual de atenuação desejado seja alcançado. VI. REFERÊNCIAS [1] Optics Guide 5.California: Melles Griot, [2] Thin films for optical systems.edição de F.R. Flory, New York, NY : Marcel Dekker, c1995 [3] M.Ohring.Materials science of thin films : deposition and structure. 2.ed.. San Diego, CA : Academic Press, c2002 Agradecimentos: ao CNPq pela bolsa PIBIC e ao Instituto de Estudos Avançados pela oportunidade. Ao Cabo Joely Edson Ferraz e ao pesquisador Luiz Carlos M. Lavras pelo apoio tecnológico. III. FABRICAÇÃO DOS FILTROS Para a fabricação do filtro de densidade neutra podem ser utilizadas técnicas de evaporação resistiva, de sputtering ou de Ativ. P&D IEAv, v.1, p.57, mar./2007-fev./

59 Estudo de Microssoldagem Utilizando um Laser UV Pulsado Aline Capella de Oliveira*, Rudimar Riva**, Nicolau A.S.Rodrigues** e Marcelo G.Destro** * Instituto Tecnológico de Aeronáutica, S.J. dos Campos, Brasil ** Instituto de Estudos Avançados, S.J. dos Campos, Brasil. Resumo Este trabalho teve como objetivo confirmar a viabilidade de produzir microssoldas de chapas finas utilizando um laser que emite pulsos intensos com duração de nanosegundos em alta taxa de repetição. Palavras Chave: microssolda, laser pulsado, aço inoxidável. região de interação com o laser e a fusão irregular gerada, resultou na presença excessiva de poros no cordão de solda. O uso de lasers para produzir micro-junções de chapas finas metálicas apresenta vantagens quando comparado a métodos tradicionais de soldagem, principalmente por possibilitar controle dimensional preciso e alta concentração de energia em pequenas áreas, limitando o aquecimento do material apenas à região da junção. Trabalhos recentes da literatura [1,2,3] mostram que a microssoldagem de chapas finas é geralmente obtida usando lasers contínuos (CW) ou com pulsos de longa duração (> 1 ms), que permitem gerar profundidades de penetração térmica comparáveis com a espessura da amostra. Pulsos curtos não são usados devido a limitada profundidade de penetração térmica (~1µm). Entretanto, um aumento na profundidade de penetração térmica é obtido pelo acúmulo de energia na linha de soldagem devido à superposição dos pulsos, que depende da velocidade de soldagem, do diâmetro do feixe focalizado sobre a amostra e da taxa de repetição dos pulsos de laser. Este trabalho confirma a viabilidade de controlar os parâmetros do processo para produzir soldas de penetração com alta razão de aspecto e reduzida zona termicamente afetada utilizando um laser que emite pulsos intensos em alta taxa de repetição. II. ARRANJO EXPERIMENTAL No experimento, soldas bead-on-plate autógenas foram realizadas utilizando um laser ultravioleta Nd:YAG pulsado (λ=355 nm). O feixe, originalmente com um diâmetro de 6 mm e pulsos de 20 ns, foi focalizado em uma área de 30 µm de diâmetro sobre chapas de aço inoxidável com 1,5 mm de espessura. A energia por pulso foi mantida constante em 280 µj e sua taxa de repetição variou entre 20 e 50 khz. As amostras foram colocadas sobre uma mesa de translação com velocidade de 5 mm/s. Por microscopia óptica, análises metalográficas foram realizadas nas seções transversais das regiões soldadas. III. RESULTADOS E DISCUSSÕES As primeiras pesquisas com este laser visaram estabelecer os melhores parâmetros de soldagem a fim de se obter cordões de solda com alta razão de aspecto. Para isso, mantendo a energia por pulso e a velocidade de soldagem fixas, experimentos foram conduzidos variando-se a taxa de repetição do laser entre 20 e 50 khz. As seções transversais destes resultados estão apresentados na Figura 1. Os resultados indicaram que condições otimizadas de soldagem são obtidas quando a velocidade de soldagem é baixa (até 5 mm/s) e a taxa de repetição do laser varia entre 40 e 50 khz. Como pode ser observado, os cordões de solda apresentam alta razão de aspecto (aproximadamente 10). Quando a taxa de repetição do laser variou entre 20 e 30 khz, observamos que as amostras foram perfuradas na Taxa de repetição: 40 khz Taxa de repetição: 50 khz Taxa de repetição: 20 khz Taxa de repetição: 30 khz Figura 1: Microssoldas de chapas de aço inoxidável utilizando um laser UV de Nd:YAG, variando-se a taxa de repetição dos pulsos de laser com velocidade de soldagem fixa em 5 mm/s. Os resultados obtidos mostram a dependência da morfologia da cavidade sobre o processo de microssoldagem. Esta constatação, já demonstrada anteriormente [4], aponta que uma condição ideal é obtida quando a quantidade de pulsos de laser aplicada sobre a superfície do material gera uma cavidade cônica com alta razão de aspecto na amostra. Com isso, o vapor e líquido presentes ficam aprisionados na superfície interna desse furo, redistribuindo a energia do feixe de laser em toda a extensão da cavidade durante o tempo entre pulsos. Essa situação pôde ser observada quando a taxa de repetição dos pulsos de laser foi mantida alta, entre 40 e 50 khz e em velocidades de soldagem baixas. Esta condição é muito similar ao processo de soldagem por keyhole obtida com lasers contínuos ou de pulsos longos. Entretanto, no nosso caso, a largura do cordão de solda é próxima ao diâmetro do feixe de laser e a grande profundidade de penetração obtida proporciona uma razão de aspecto da ordem de 10. IV. CONCLUSÕES Neste trabalho foi confirmada a viabilidade de realizar microssoldas de penetração em chapas de aço inoxidável, utilizando um laser de pulsos curtos e alta taxa de repetição. Em condições experimentais controladas, foram obtidas soldas de penetração com alta razão de aspecto (~10) e reduzida zona térmica, resultados não possíveis com o uso de lasers contínuos ou de pulsos longos. V. REFERÊNCIAS [1] J. Du, J. Longobardi, W.P. Lathan, A. Kar, Laser marginal lap microwelding for ultrathin sheet metal, Journal of Laser Applications, vol. 14, no. 1, pp. 4-8, Feb [2] I. Miyamoto, S. Park, T. Ooie. Ultrafine keyhole welding process using single-mode fiber laser, LMP Section A, pp , [3] K.F. Kleine, K.G. Watkins, Micro-welding with single mode fiber lasers, In: International WLT Conference on Lasers in Manufacturing, 3o, pp , Jun [4] A. Capella de Oliveira, Microssoldagem em chapas finas utilizando um laser de Cu-HBr p. Tese (Mestrado), Instituto Tecnológico de Aeronáutica, São José dos Campos. Agradecimentos: ao CNPq pelo financiamento parcial do projeto. processo n / Ativ. P&D IEAv, v.1, p.58, mar./2007-fev./

60 Desenvolvimento de Ataques Químicos para a Caracterização Microestrutural de Aços Aeronáuticos Antonio Jorge Abdalla*, Roberto Masato Anazawa*, Gabriela Reis Carrer *, Marcelo dos Santos Pereira**, Tomaz Manabu Hashimoto** e Sirlei Brandão** * Instituto de Estudos Avançados, S.J. dos Campos, Brasil ** Faculdade de Engenharia de Guaratinguetá, Guaratinguetá, Brasil Resumo Este trabalho visa desenvolver ataques químicos específicos que permitam distinguir as diferentes fases presentes em um aço aeronáutico ASTM 300M, por microscopia óptica. A morfologia das fases e a fração volumétrica de cada microconstituinte presente são de fundamental importância para a compreensão das propriedades mecânicas do material. Palavras Chave: aços aeronáuticos, caracterização microestrutural, microscopia óptica. A microscopia óptica não substitui a microscopia eletrônica quando se deseja obter informações sobre detalhes microestruturais ou sobre a composição química dos constituintes. Porém, em muitos casos, ela é suficiente para revelar as fases presentes e fornecer informações relevantes como o tamanho de grão, morfologia e fração volumétrica das fases. São, portanto, técnicas complementares. Porém, a obtenção de uma boa imagem depende de um procedimento metalográfico criterioso e de um ataque químico cuidadoso. Neste trabalho foram utilizados quatro diferentes tipos de ataques químicos, o nital (tradicional) e foram testados e adaptados três outros reagentes: solução de metabissulfito de sódio em água, LePera com modificações e um ataque colorido a quente. Figura 1- Aço 300M normalizado. Ataque: Nital 2%. MA B B Figura 2 Aço 300 M multifásico. Ataque: metabissulfito de sódio 10%. II. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL Inicialmente foram realizados tratamentos térmicos para produzir microestruturas multifásica, processos que podem otimizar as propriedades mecânicas destes aços.as amostras foram preparadas metalograficamente e atacadas com os seguintes reagentes: 1.Nital 2% (solução de ácido nítrico em etanol); 2.Solução aquosa de metabissulfito de sódio 10%; 3.LePera, que consiste na mistura de dois reagentes: a) solução de ácido pícrico (4g) em etanol (100ml) e b) solução de metabissulfito (1g) em água (100ml); e 4. Ataque colorido a quente após o ataque com nital a amostra é deixada no forno a 260ºC por 2,5 horas. III. RESULTADOS E DISCUSSÕES É apresentada a seguir uma imagem de cada um dos ataques utilizados. A combinação dos ataques permitiu, por técnicas de análise de imagens, quantificar as fases presentes. A Fig.1 mostra a micrografia de um aço 300M normalizado, atacado com nital. Destacam-se duas tonalidades de cinza, mais clara (ferrita e austenita retida) e mais escura (martensita, bainita e perlita). A Fig.2 mostra a micrografia de um aço 300M com microestrutura multifásica, atacada com solução de metabissulfito de sódio, este ataque destaca a fase austenita retida, em branco, das demais fases. A Fig.3 ilustra a aparência típica do aço 300M, atacado com o reagente LePera, a coloração marrom destaca a presença da bainita e o azul esbranquiçado a martensita e austenita retida. A Fig.4 Mostra a aparência da microestrutura após o ataque colorido a quente ( heat tintitng ). Destaca-se entre outras cores a austenita retida em tons de rosa. Figura 3 Aço 300 M predominantemente bainítico. Ataque: LePera.(B-bainita, MA- Martensita + Austenita) IV. CONCLUSÕES Os ataques químicos utilizados podem ser utilizados para distinguir microestruturas com fases complexas como as apresentadas neste trabalho. Com imagens semelhantes, é possível quantificar a fração volumétrica de martensita, ferrita, bainita e austenita retida e correlacionar a presença destes microconstituintes com as propriedades mecânicas. V. REFERÊNCIAS Figura 4 Aço 300 M bainítico. Ataque heat tinting - nital2%, 260ºC por 2,5 horas. (AR Austenita Retida) [1] A.J. Abdalla, R.M.Anazawa, T.M.Hashimoto, M.S.Pereira, Efeito dos Tratamentos Térmicos Intercríticos e Isotérmicos sobre as Propriedades Mecânicas e a Microestrutura de um aço 300M, Rev. Bras. Apl.Vácuo v.25, 2006, pp [2] G.R.Carrer, A.J.Abdalla, R.M.Anazawa, T.M.Hashimoto, M.S.Pereira, Microstructural characterization of a multiphase steel after isothermal and intercritical heat treatments, XXI Cong. Soc. Bras. Microscopia e Microanálise, Búzios, RJ, Brasil, [3] I.B. Timokhina, P.D. Hodgson, and E.V. Pereloma, Effect of Microstructure on the Stability of Retained Austenitein Transformation-Induced-Plasticity Steels, Metalurgical and Materials Transactions A, v. 35A, 2004, pp Ativ. P&D IEAv, v.1, p.59, mar./2007-fev./

61 C 2 OLISEU Um Meta-Modelo para a Pesquisa de Comando e Controle em Sistemas Complexos em Rede André Luiz Pimentel Uruguay Maj Av* * Instituto de Estudos Avançados, S.J. dos Campos, Brasil Resumo A complexidade é uma tendência clara no desenvolvimento de sistemas de Comando e Controle (C 2 ) conectados em rede. Contudo, o suporte à pesquisa e desenvolvimento da dinâmica de tais sistemas tem sido tímido. O presente resumo apresenta os resultados recentes na criação de um meta-modelo conceitual para o estudo da dinâmica de sistemas de C 2 operando em redes. O meta-modelo engloba quatro domínios-chave: social, cognitivo, da informação e físico. Palavras Chave: Comando e Controle, Sistemas Complexos, Redes Complexas, Simulação. I.O META-MODELO C 2 OLISEU A doutrina atual sobre sistemas complexos operando em rede pressupõe a existência dos quatro domínios-chave já citados. O metamodelo C 2 OLISEU reúne um conjunto simples de conceitos que visam capturar um vasto espaço de comportamentos possíveis de ocorrer em sistemas complexos, distribuídos geograficamente, com observabilidade parcial e presença de cognição. A tabela 1 apresenta uma definição para tais conceitos, separados por domínio-chave. Domínio- Chave Social Cognitivo Informação Físico TABELA 1 : Definição de Conceitos C 2 OLISEU Conceito Papel Relacionamento Crença Objetivo Nó Operacional Atividade Operacional Informação Intercâmbio Nó Sistêmico Função Dado Enlace Objeto Energia Definição Comportamento imposto pela Organização. Modo de interação entre dois papéis. Fato conhecido por cada nó, seja operacional ou sistêmico. Desejo ou intencionalidade de um nó. Nós que desempenham papéis organizacionais. Ações realizadas em prol da organização. Dados refinados e contextualizados. Requisito de intercâmbio de informações entre nós operacionais. Nós com identificação e alocação de recursos. Transformações de dados em apoio a atividades operacionais. Representação de fatos, conceitos ou instruções. Realização física da conectividade entre nós sistêmicos. Instanciação da matéria física. Relacionamento entre objetos físicos, por variadas formas. II. UM AGENTE TÍPICO C 2 OLISEU Uma vez que uma das aplicações do meta-modelo é apoiar atividades de modelagem e simulação, é apresentada uma descrição da arquitetura de um típico agente que englobasse os conceitos apresentados. A figura 1 apresenta o esboço, em alto nível de abstração, dessa arquitetura. Figura 1 - Um Agente C 2 OLISEU Cada nó, operacional ou sistêmico, pode assumir o compromisso de desempenhar um papel numa dada organização. Tal papel pode impor objetivos a serem atingidos pelo agente. Como o nó pode ter variados graus de autonomia, o mesmo pode ter seus próprios objetivos. Além disso, como membro de uma organização, um nó está sujeito aos relacionamentos com outros nós, ditados pela estrutura da organização. Um nó pode ter crenças, que podem ser assumidas como parte do contexto que o agente conhece. Com base nos seus objetivos e crenças, um agente pode selecionar atividades operacionais ou funções para tentar atingir seus objetivos. Tais atividades operacionais e funções podem exercer influência sobre o objeto físico relacionado ao agente e, por conseguinte, fazer com que esse objeto interaja com outros, segundo alguma forma de energia (eletromagnética, acústica, térmica, mecânica, etc.). III.VALIDADE DO META-MODELO A validade do meta-modelo pode ser avaliada através dos cinco requisitos-chave apresentados na tabela 2. TABELA 2 : Definição de Conceitos C 2 OLISEU Requisito-Chave Avaliação Ser tão genérico quanto possível, Sim. C 2 OLISEU é independente do aplicável a diversos domínios domínio de aplicação. Facilitar o entendimento de noções A ser determinado, dependendo de da Teoria da Complexidade pesquisas futuras. Prover diretrizes sobre como tratar A ser determinado, dependendo de problemas complexos pesquisas futuras. Sim. C 2 OLISEU faz uso de Facilitar o reuso de soluções conceitos consagrados para comprovadas representar organizações, cognição e sistemas de informação. Refletir conceitos comuns na literatura da Teoria da Complexidade IV. REFERÊNCIAS Sim, parcialmente. C 2 OLISEU faz uso de conceitos ligados à Ciência de Redes. [1] A.L.P. Uruguay, P.C.G. Costa, C 2 OLISEU A Meta-Model for Research and Development of Complex Network-Centric Operations, 13 th International Symposium of Command and Control Research and Technology, 2008, a ser editado. Ativ. P&D IEAv, v.1, p.60, mar./2007-fev./

62 Ameaça a uma aeronave por um míssil de ombro José Ricardo Schwarz Santos *, Alvaro José Damião** * Instituto Tecnológico de Aeronáutica - S.J. dos Campos, Brasil, ** Instituto de Estudos Avançados - J. dos Campos, Brasil, Resumo Os mísseis de ombro têm representado uma séria ameaça às missões de paz e outras atividades das forças aéreas. Dispositivos de contra medidas eletrônicas necessitam informações que os preparem para a utilização. Serão apresentados neste trabalho os diagramas de estimativas dos tempos de reação disponíveis para aeronaves de transporte ameaçadas por míssil de ombro. Este tipo de estudo visa formar um banco de dados para a elaboração de doutrinas e procedimentos a serem adotados em teatros de operação. Palavras Chave: MAWS, mathcad, modelos. I. USO DO MODELO Este trabalho tem por objetivo gerar diagramas que representem os níveis de ameaça de mísseis de ombro às aeronaves de transporte, como função das suas posições e velocidades relativas. As cores dos pontos de lançamentos dos mísseis irão representar o nível de letalidade esperado para cada dada situação. Será utilizado o software Mathcad como ferramenta matemática e geradora dos gráficos. Inicialmente foi feito um levantamento bibliográfico, utilizando e valorizando os trabalhos já apresentados no Curso de Especialização em Análise de Ambiente Eletromagnético, do ITA[1,2]. Foram obtidos dados básicos de alguns mísseis de ombro e de algumas aeronaves de transporte. Foram levados em conta também os tempos de reação de contramedidas eletrônicas. Neste primeiro trabalho toma-se como condição de contorno que a aeronave não mudará de curso ou de velocidade. Serão simulados mísseis de 1ª e 2ª gerações lançados contra aeronaves com e sem MAWS (Missile Approach Warning Systems). O objetivo específico deste trabalho é proporcionar ao COMGAR, V FAE e Unidades Aéreas que estão equipadas com o sistema MAWS, uma simulação, não distante da realidade, quanto da ameaça representada por um míssil de ombro contra uma aeronave com pequena capacidade de manobra, como o C-130. IV. RESULTADOS Os resultados são apresentados sob a forma de diagrama, indicando a letalidade nas escalas de cinza mais escuras e a faixa estimada como segura nas regiões mais claras, com as demais indicando as regiões de transição. Por ser considerada esta uma área sensível, os resultados serão apresentados sem maiores detalhamentos. O diagrama da figura 1 mostra uma das fases do cálculo, apresentado o tempo de impacto, sem a interferência de contra medidas eletrônicas. Figura 1- Diagrama de ameaça, o eixo Z representa o nível de ameaça e os eixos X e Y representam a distância em metros /10. II. DADOS BÁSICOS Foram tomados como características típicas de uma aeronave de transporte velocidades entre 300 km/h e 600 km/h. Para os mísseis foram assumidas velocidades em torno de 1800 km/h. Tomando-se 10 s como tempo de vôo de um míssil, foi considerado que pode ser desprezada a taxa de letalidade para tempos maiores que este. Não foram consideradas altitudes maiores que m, pois isto coloca a aeronave praticamente fora do alcance deste tipo de ameaça. O envelope de emissão do sinal emitido pela aeronave, na faixa de interesse para o seguidor do míssil também foi considerado. III. MODELO ADOTADO O modelo matemático adotado toma a posição e a velocidade da aeronave como referencial do problema, ou seja, o sistema de referência está na aeronave. O míssil pode ser lançado de uma área de 2 km (eixo x) por 4 km (eixo y), estando à aeronave na posição x= y = 1 km. As velocidades do míssil e da aeronave e a altitude da aeronave são informadas no diagrama. V. CONCLUSÕES O conjunto dos diagramas obtidos permite uma fácil visualização de cada um dos cenários propostos. O modelo tem uma série de simplificações que tornam possível o seu rápido processamento por um computador pessoal, o que é o seu fator limitante. A sofisticação do modelo adotado e inclusão de outras condições de contorno serão avaliados nos próximos passos deste trabalho. VI. REFERÊNCIAS [1] Jeferson D.C. de Medeiros, TI apresentado no Curso de Especialização de Análise em Ambiente Eletromagnético, ITA. [2] Ricardo A. Tavares Santos, Tese de mestrado, ITA, Ativ. P&D IEAv, v.1, p.61, mar./2007-fev./

63 Um Sistema Robusto para Gerenciamento de Processamento Distribuído em Clusters Heterogêneos C. D. Marins*, A. Passaro**, N. M. Abe**, R.Y.Tanaka**, O.F.Lima**,A. Muraro Jr.** * Universidade Braz Cubas, Mogi das Cruzes, Brazil ** Laboratório de Engenharia Virtual - Instituto de Estudos Avançados, S. J. dos Campos, Brazil Resumo Este trabalho apresenta um novo modelo para o gerenciamento de processamento distribuído em clusters heterogêneos, desenvolvido no Laboratório de Engenharia Virtual do Instituto de Estudos Avançados, suprindo mecanismos robustos para balanceamento de carga e o tratamento da eventual perda de nós de processamento durante a execução de processamento paralelo. Os modelos MPI e o PVM apresentam deficiências nestes quesitos. O novo modelo foi desenvolvido em linguagem Java e utiliza a tecnologia RMI como base para a comunicação. Palavras Chave: processamento distribuído, processamento paralelo, cluster, ambientes heterogêneos, paradigma de troca de mensagens. O paradigma de troca de mensagens é muito utilizado para realizar cálculos e simulações em paralelo na área de computação científica. Nesse paradigma, uma biblioteca de funções provê mecanismos de comunicação entre processos, mas todo o sincronismo entre os processos é de responsabilidade do programador. Existem vários pacotes baseados neste paradigma, sendo que dois dos mais conhecidos são o MPI (Message Passing Interface), o qual não possui uma implementação nativa tolerante à falhas [1], e o PVM (Parallel Virtual Machine), o qual apresenta uma implementação tolerante à falhas, mas que delega ao programador o desencadeamento dos mecanismos para o fluxo de recuperação dos possíveis dados perdidos em caso de falha [2]. Uma abordagem alternativa foi adotada neste trabalho, utilizando a linguagem Java. A ferramenta desenvolvida utiliza a invocação remota a métodos, RMI (Remote Method Invocation), uma tecnologia que proporciona a possibilidade de invocar remotamente um método de um objeto em outra JVM (Java Virtual Machine) [3]. Um dos principais focos do projeto foi criar um sistema para distribuição de processos com balanceamento de carga e com o tratamento de possíveis falhas de processadores do cluster em tempo de execução, com um mínimo investimento de tempo de programação. II. O DESENVOLVIMENTO DO PROJETO O modelo de distribuição proposto foi desenvolvido com base no paradigma de orientação a objetos e implementado em linguagem Java. No projeto, foram desenvolvidas 39 classes, separadas em 6 pacotes, de acordo com suas atribuições. Dois métodos para detecção de falha foram implementados: o método de estimativa de tempo, no qual é mantido o registro do tempo de resposta de cada slave e após um certo número definido de amostras para cada slave, é calculado o desvio padrão dos tempos coletados visando prever o tempo estimado da próxima resposta. Caso o tempo estimado de uma tarefa dada a um slave expire, esta será invalidada e será disponibilizada novamente para seu processamento. O segundo método, denominado método de detecção a falha direta, se habilitado, envia uma mensagem ao objeto responsável pela distribuição de tarefas quando um slave estiver indisponível. O objeto responsável pela distribuição por sua vez, invalida e novamente disponibiliza a tarefa para ser processada em outro slave. O esquema de controle adotado garante balanceamento de carga nos computadores que compõem o cluster, uma vez que o objeto responsável pela distribuição envia as tarefas conforme demanda dos clientes. O sistema desenvolvido apresenta as seguintes características: é multiplataforma, ou seja, permite ser executado em diferentes sistemas operacionais; possui um mecanismo que realiza a descoberta de slaves na rede; o número máximo de slaves participantes no processamento é configurável; realiza dinamicamente o balanceamento de carga; exige baixo nível de codificação; é tolerante a falhas de maneira transparente para a aplicação final, e permite transmitir objetos entre masters e slaves. A versão atual não provê a possibilidade de troca de mensagens entre slaves, o que deverá ser implementado em futuras versões. III. RESULTADOS Foram realizados testes com duas aplicações paralelizadas em grão grosso, uma busca de padrão em arquivo texto e otimizações com algoritmos genéticos. Os testes foram executados em clusters homogêneos e heterogêneos. Nesses clusters, os computadores estavam interconectados por uma switch com suporte para velocidade de 100 Mbps em cada porta. Os testes realizados permitiram verificar as funcionalidades básicas do modelo assim como sua capacidade de se recuperar da falha de um ou mais slaves identificados a partir dos métodos de estimativa de tempo e de detecção a falha direta. A distribuição dinâmica de carga foi avaliada com um software de otimização com algoritmos genéticos (GA) de moduladores eletroópticos [4], em função dos tempos de resposta dos computadores e considerando também diferentes otimizações nos códigos compilados, Fig 1. A aplicação GA foi escrita em linguagem C++ e disparado como um processo a partir da implementação Java. O speedup obtido nos testes foi próximo ao ideal, já que se trata de aplicações de grão grosso. Desempenho relativo # Processador FIGURA 1. Distribuição dinâmica de carga no cluster heterogêneo. Os pontos indicam o desempenho relativo de cada processador (eixo da esquerda) e o histograma representa o número de processos distribuídos para cada um dos processadores (eixo da direita). IV. REFERÊNCIAS [1] Karniadakis, G. E.; Kirby II, R. M., Parallel Scientific Computing in C++ and MPI: A seamless approach to parallel algorithms and their implementation, Cambridge University Press,2003. [2] Geist, A.; Beguelin, A.; Dongarra, J.; Jiang, W.; Manchek, R.; Sunderam, V., PVM Parallel Virtual Machine: A Users Guide and Tutorial for Networked Parallel Computing, MIT Press, 1994 [3] Sun Microsystems Java Remote Method Invocation Specification: Revision 1.10, Java 2 SDK, Std Ed, v1.5.0, 2004 [4] Muraro Jr.; et al. Design of Electrooptic Modulators using a Multiobjective Optimization Approach, IEEE/OSA Journal of Lightwave Technology, a ser publicado em maio de Tarefas executadas Ativ. P&D IEAv, v.1, p.62, mar./2007-fev./

64 Desenvolvimento da soldagem a laser para a fabricação de aeronaves Rudimar Riva*, Milton Sergio Fernandes de Lima*, Aline Capella de Oliveira* e Gabriel Ribeiro Siqueira** * Instituto de Estudos Avançados, São José dos Campos, SP, Brasil ** EMBRAER - Empresa Brasileira de Aeronáutica SA, Unidade Eugênio de Mello, São José dos Campos, SP, Brasil. Resumo O presente trabalho apresenta os últimos desenvolvimentos na soldagem a laser da liga AA6013 realizadas no IEAv. Palavras Chave: soldagem a laser, aeronáutica, lasers, desenvolvimento de novos materiais. Na indústria aeroespacial, diferentes ligas de alumínio são usadas na fabricação de aeronaves e o método tradicional de união da fuselagem é a rebitagem. Embora seja altamente automatizado, este processo já se encontra no limite da sua evolução tecnológica. Estudos realizados nos últimos dez anos por institutos de pesquisas, como The Welding Institute (TWI) e o Edison Welding Institute (EWI), e por empresas, como a ESAB e a Trumpf, apontam vantagens evidentes na substituição parcial da rebitagem mecânica pela soldagem na construção de aeronaves, trens e navios. Com a inerente automatização dos processos, ganhos de produtividade e redução nos custos de manufatura em até 30%, virtualmente todas as empresas fabricantes de aeronaves já possuem programas de soldagem avançados. Evidentemente, nem todos os processos de soldagem são elegíveis para a fabricação de aeronaves. Os critérios rígidos de qualidade metalúrgica, limitações na extensão da zona afetada pelo calor e no controle de defeitos e distorções fizeram com que os fabricantes de aeronaves investissem em duas tecnologias de soldagem para estruturas: a soldagem por movimento de fricção (Friction Stir Welding FSW) e a soldagem a laser (Laser Beam Welding LBW). O Instituto de Estudo Avançados possui competência de longa data no processamento de materiais com lasers. Esta competência foi agrupada e sistematizada dentro no Laboratório DEDALO (Desenvolvimento de Aplicações de Lasers e Óptica) que conta com 6 professores doutores, 11 engenheiros, 9 fontes de lasers e com 4 empresas parceiras nos seus desenvolvimentos. Baseado nesta experiência, um projeto específico para o desenvolvimento de tecnologias de soldagem a laser de alumínio de alta-resistência para aplicações aeronáuticas foi estabelecido entre a EMBRAER e o IEAv (PROLASER-FINEP Convênio n ). O projeto, coordenado pelo Pesquisador Rudimar Riva, pretende criar um espaço de experimentação de conceitos de LBW e fazer algumas experiências preliminares sobre a soldabilidade de ligas de interesse da EMBRAER. A seguir serão apresentados os equipamentos que foram adquiridos para o projeto, assim como alguns resultados preliminares. II. EQUIPAMENTO PARA LBW O laser a fibra que é utilizado neste trabalho está instalado no Laboratório DEDALO, do Instituto de Estudos Avançados (IEAv/CTA). Trata-se de um laser de 2 kw de potência média (IPG, Modelo YLR-2000) dotado de uma fibra de saída com 50 μm de diâmetro e 5 metros de extensão. Uma unidade de acoplamento de fibras faz a conexão de uma segunda fibra com 100 μm de diâmetro e 10 metros de comprimento que será utilizada nos processos de solda. A fibra secundária é conectada a um colimador óptico formando o sistema de acoplamento do feixe. Este laser está inserido numa cabine de processamento em alumínio (3x3x3 m 3 ) equipada com sistemas de gases auxiliares de processo e de exaustão de fumos. Os ensaios de soldagem são efetuados em uma mesa linear acionada por servo-motor com velocidade controlada entre 5 mm/s e 150 mm/s, e com curso total de 150 mm. A mesa é controlada por um microprocessador que permite variar a velocidade e posição durante o ensaio. A cabeça de processamento é mantida fixa e a posição de foco é ajustada manualmente. Para os ensaios de soldagem com geometria mais complexa, é utilizado uma mesa CNC XYZ + ângulo, controlada por computador e acionada por motores de passo, com velocidade controlada entre 0,01 mm/s até 8 mm/s e curso dos eixos XY de 200 mm, altura Z de 90 mm e cabeçote de ângulo adaptável aos eixos lineares. No sistema instalado, duas ópticas de focalização com distância focal de 160 mm e 120 mm, produzem um diâmetro de feixe de laser de 0,1 mm e 0,15 mm respectivamente. A distância focal das lentes é precisamente ajustável em +/- 5 mm, o que facilita posicionar corretamente o foco do feixe de laser sobre a amostra. Nos ensaios de solda utilizamos um bocal coaxial ao feixe (abertura de 10 mm) com fluxo de cerca de 30 l/min de argônio. III. RESULTADOS INICIAIS OBTIDOS O material utilizado neste trabalho foi o alumínio AA6013 (Al- Mg-Si). Esta série, tratável termicamente, apresenta dentre suas características principais: baixa densidade, excelente resistência à corrosão e alta extrudabilidade. A escolha deste tipo de material para o nosso estudo foi pelas características descritas acima e por sua grande aplicabilidade atual, por exemplo nas indústrias aeronáuticas, automotivas e naval. A soldagem a laser possui muitos parâmetros envolvidos, que influenciam diretamente nos resultados do processo. Nos experimentos deste trabalho, além da espessura das chapas de alumínio de 0,05' (1,27 mm) e 0,063' (1,60 mm), os parâmetros variados foram: a) velocidade de soldagem e b) potência do laser. O laser foi focalizado na superfície das chapas (z=0) e o gás de processo foi o argônio a 30 l/min. Os resultados obtidos para níveis de potência (CW) entre 600 e 1400 W e velocidades entre 60 e 140 mm/s, mostram várias evoluções microestruturais interessantes. Em altos níveis de potência e baixas velocidades o cordão de solda se apresenta muito poroso, com diâmetros de poros excedendo metade da profundidade de solda. Por outro lado, soldas com alta velocidade/baixa potência apresentam pequena penetração. Os melhores resultados são aqueles obtidos em regiões no centro da carta de processo, i.e W e 100 mm/s (Figura 1), onde cordões com boa qualidade macroscópica e microestrutural foram Figura 1 Solda com penetração total. obtidos. A pesquisa, ainda em desenvolvimento, aponta para um processo estável e altamente competitivo, em relação aos processos convencionais, para junção de conjuntos revestimento-reforçador e revestimento-clipe em aplicações aeronáuticas. Agradecimentos: à FINEP pelo financiamento ao projeto e ao Instituto Fábrica do Milênio (IFM-CNPq/MCT) pelo apoio e financiamento parcial. Ativ. P&D IEAv, v.1, p.63, mar./2007-fev./

65 Evolução temporal da densidade de elétrons e íons de Cobre, Tungstênio e Alumínio produzidos por ablação a laser José W. Neri, Juliana B. Matos *, Carlos A.B. Silveira, Marcelo G Destro, e Nicolau A.S. Rodrigues Instituto de Estudos Avançados IEAv/CTA,*Instituto Tecnológico da Aeronáutica ITA/CTA, São José dos Campos - SP Brazil, RESUMO: Uma sonda de Langmuir foi usada para diagnosticar a evolução temporal da densidade de elétrons e íons de cobre, tungstênio e alumínio em um plasma gerado por ablação a laser. O laser utilizado para ablação foi o Laser Vapor Cobre (510 e 578 nm, τ = 30 ns) para densidades de potência de ~50 KW/cm 2 no alvo. Este trabalho tem aplicação direta no projeto de separação isotópica. Palavra Chave: Sonda Langmuir, Ablação a laser, Separação isotópica Embora vários tratamentos teóricos estejam disponíveis para a interpretação de dados de sondas cilíndricas e esféricas em plasmas estacionários, poucos trabalhos foram feitos para plasmas gerados por lasers, onde as distribuições do plasma e dos potenciais não podem ser assumidos na análise. A análise da curva de Langmuir característica (I/V) nos dá informação sobre a densidade de íons e elétrons. Considerando a região de aceleração de elétron e assumindo regime estacionário, sem colisões e uma distribuição de energia de elétrons Maxwelliana, a teoria de movimento orbital prediz que a corrente numa sonda cilíndrica, pode ser escrita como [1]: ( V ) 2 kt e V e p 2 I = 2 1 2π + e enerl (1) me kte π Esta equação foi derivada para a corrente numa sonda cilíndrica de raio r e comprimento L transversal ao fluxo de partículas fluindo com densidade N e, massa m e, T e a temperatura, carga e, quando o potencial V é aplicado em relação ao potencial de plasma V p,que a espécie é atraída. Temos então que quando I 2 é traçado contra a V, resulta uma reta, cuja inclinação produz o valor de N e e N i [1] π m di e dvp N e = 2 3 2A e II. (2) EXPERIMENTAL 2 4πm di i dvp N i = 2 3 3A e O laser utilizado foi o LVC, duração de pulso 30 ns, taxa de repetição de 5 KHz. A pressão na câmara 10-6 mbar. O laser foi focado com uma lente f=30 cm sobre os alvos de Cu, W e Al na incidência normal. A sonda de Langmuir é um fio de Tungstênio de comprimento 10 mm e diâmetro de 0,125 mm. A sonda foi posicionada 4 cm de distância da superfície de alvo. O comprimento e o diâmetro da sonda foram escolhidos tais que as teorias de sonda fossem aplicáveis. A tensão foi medida através de um resistor e registrada em um Osciloscópio Tektronix TDS 520. Os dados foram obtidos tomando-se a média de 500 eventos consecutivos, com tensão sobre a sonda de -300 a 300 V. III. RESULTADOS E DISCUSSÕES A evolução temporal da corrente na sonda está mostrada na Fig. 1. Um sinal característico da sonda de Langmuir está mostrado na Fig. 2. A região de coleta de íons e elétrons podem ser identificada (3) Corrente (A) 3,0x10-3 Vp = -5 V 2,0x10-3 Vp = 0 V 1,0x10 Vp = 1 V -3 0,0-1,0x ,0x ,0x Tempo (µs) Figura 1: Evolução temporal da corrente típica na sonda. Corrente (A) 7,0x10-4 6,0x10-4 5,0x10-4 4,0x10-4 3,0x10-4 2,0x10-4 1,0x10-4 0,0-1,0x Voltagem na Sonda (V) Figura 2: Curva característica (I/V) de Langmuir. A Fig. 3 mostra o quadrado da corrente contra a tensão na sonda. Os dados mostram regiões de quase-linearidade. Os N e e N i são determinados da inclinação destas retas. [Corrente (A)] 2 2,0x10-7 1,5x10-7 1,0x10-7 5,0x10-8 0,0-5,0x Voltagem na Sonda (V) [ Corrente Íons ] 2 (A) 2 3,0x ,5x ,0x ,5x ,0x ,0x , Voltagem na Sonda (V) Figura 3: Gráfico do quadrado da corrente versus a tensão na sonda. A Fig. 4 mostra a evolução temporal da densidade de íons, para os 3 materiais analisados, e elétrons calculada pela Eq. (2) e Eq. (3). Densidade Íons (cm -3 ) 1,5x10 10 Ni-AL Ni-W Ni-Cu 1,0x ,0x10 9 0, Tempo (µs) Densidade Eletrons (cm -3 ) 5x10 8 4x10 8 3x10 8 2x10 8 1x Ne-AL Ne-W Ne-Cu Tempo (µs) Figura 4: Evolução temporal da densidade de elétrons e íons de Al, W, e Cu, 4 cm do alvo. IV. CONCLUSÕES As densidades elétrons e íons, considerando a região de saturação na curva característica (I/V) para sonda de Langmuir, são especialmente importantes, pois, a interpretação dos dados é relativamente simples não requerendo informações adicionais, por exemplo, a temperatura de elétrons ou potencial de plasma, tornandose portanto um método de diagnóstico altamente atrativo para o setor industrial. Uma vez que, se um número de sondas idênticas forem posicionadas simetricamente dentro de uma pluma que se expande, é possível determinar as distribuições da densidade de elétrons e íons em uma única experiência. Observamos que a evolução temporal da densidade de íons é diferente para cada material, dependendo provavelmente da massa de íon. A evaporação de Al por LVC foi menos eficiente do que para Cu e W, provavelmente devido a refletividade do Al para os comprimentos de onda LVC serem alta. V. REFERENCIA [1] J. D. Swift and M. J. R. Schwar, Electrical Probes for Plasma Diagnostics, Elsevier, New York, 1969, p. 15. Ativ. P&D IEAv, v.1, p.64, mar./2007-fev./

66 Um Programa Computacional para Cálculo de Escoamentos no Túnel de Choque Hipersônico T2 do IEAv Mauricio A. P. Rosa*, Francisco D. Rocamora Jr.*, Artur C. Menezes* *Instituto de Estudos Avançados, São José dos Campos, Brasil Resumo - Este trabalho tem como objetivo principal a apresentação do desenvolvimento de uma ferramenta computacional para cálculos de propriedades do escoamento do gás do driven, que não são ou não podem ser medidas diretamente, em experimentos com túneis de choque hipersônicos. Por se tratar principalmente de uma ferramenta de auxílio experimental, este programa computacional foi planejado para ser de rápida execução, produzir resultados suficientemente precisos e ser de fácil utilização e interpretação dos resultados pelo usuário. Assim sendo, adotou-se uma modelagem simples para o escoamento do gás no túnel de choque associada a métodos de solução eficazes e o emprego de interfaces gráficas de entrada e saída de dados. A modelagem do gás escoando nas diversas regiões do túnel de choque inclui dois modelos: a) gás caloricamente perfeito e; b) mistura de gases reativos em equilíbrio químico e termodinâmico para o ar. Palavras-Chave: túnel de choque, escoamento hipersônico, simulação numérica Este trabalho faz parte dos estudos em andamento no projeto Determinação de Novas Condições de Ensaio do Túnel Hipersônico T2 para o Veículo SARA, que está sendo realizado como parte do Programa UNIESPAÇO, financiado pela Agência Espacial Brasileira-AEB, através do Convênio AEB/MCT-FUNCATE. O Laboratório de Aerotermodinâmica e Hipersônica (LAH) Prof. Henry T. Nagamatsu, do Instituto de Estudos Avançados (IEAv), possui atualmente três túneis de vento hipersônicos pulsados com características distintas de escoamento e tempo de testes, onde são realizados diversos experimentos, dentre os quais os modelos do SARA ( Satélite de Reentrada Atmosférica ) e de scramjets. O emprego de ferramentas computacionais que resolvem modelos teóricos do escoamento dos gases em túneis de choque e sobre corpos de prova é também essencial em estudos experimentais. Talvez a principal aplicação seja calcular parâmetros do escoamento do gás no driven, tubeira e seção de teste, que não são, ou não podem ser, medidos diretamente durante o experimento, mas que são igualmente importantes para a análise dos resultados. Com este objetivo desenvolveu-se a presente versão do simulador numérico do T2 o qual também deveria apresentar as seguintes características: execução rápida; resultados suficientemente precisos; e de fácil utilização e visualização dos resultados pelo usuário. O modelo para o escoamento de ar no driven considera que as ondas de choque incidente e refletida sejam normais e, portanto, podem ser descritas por um modelo unidimensional não-viscoso, resultando em sistemas de equações algébricas não-lineares em variáveis do escoamento atrás e na frente do choque. Estes sistemas são resolvidos através de um método iterativo de minimização de funções [2]. Uma vez estabelecidas as condições do ar na entrada da tubeira, procedimentos iterativos de cálculos da expansão do ar em seu interior são então empregados. Condições do escoamento não perturbado na saída da tubeira podem ser determinadas de duas maneiras distintas: a) empregando-se a relação entre as áreas da garganta e da saída da tubeira; e b) através da medida de pressão de um sensor colocado ao longo do eixo de simetria e na saída da tubeira. No intuito de facilitar a utilização do simulador numérico do túnel de choque T2, foi desenvolvida uma interface gráfica utilizando a linguagem Visual Basic, que torna amigável a entrada e saída de dados do programa de simulação. Desta forma, dados de operação do túnel (pressão e temperatura do ar no driven, tempo de trânsito da onda de choque incidente e pressão de reservatório), modelos de gás para o ar, diâmetros da tubeira, e maneiras de se calcular o escoamento não perturbado, podem ser facilmente fornecidos ou selecionados (vide figura abaixo). Os resultados de saída do simulador são aqueles para as ondas de choque incidente e refletida no tubo de choque e para o escoamento na tubeira em sua entrada, garganta e saída. As propriedades mais importantes destes escoamentos são calculadas e apresentadas em diversas janelas distintas previamente selecionadas. II. DESCRIÇÃO DO PROGRAMA Esta versão do simulador numérico considera que o T2 opera com ar no driven e também no modo refletido. Além disso, medidas experimentais do tempo de trânsito da onda de choque incidente e da pressão de reservatório são utilizadas como dados de entrada para o programa, com a finalidade de simplificar a modelagem e melhorar a qualidade das estimativas. Dois modelos distintos para o ar escoando no driven, tubeira e seção de teste do túnel de choque foram incorporados ao programa: a) modelo de gás caloricamente perfeito e; b) modelo de mistura de gases reativos em equilíbrio químico e termodinâmico através de funções polinomiais [1]. Para este último caso, uma biblioteca de funções das propriedades do ar está disponível no programa. Figura 1. Janela de entrada de dados para o programa. III. REFERÊNCIAS [1] S. Srinivasan, J. C. Tannehill, K. J. Weilmuenster, Simplified Curve Fits for the Thermodynamics Properties of Equilibrium Air, NASA Reference Publication 1181, [2] R. O Neill, Algorithm AS47. Function Minimization Using a Simplex Algorithm, Applied Statistics, 20: , Ativ. P&D IEAv, v.1, p.65, mar./2007-fev./

67 Fabricação de nanopartículas de titânio com laser Keila Beatriz Garcia Leite*, Jose Guilherme Alvarenga Batista Simões**, Jaime Tsutomu Watanuki**, Rudimar Riva**, Milton Sergio Fernandes de Lima** * Instituto Tecnológico de Aeronáutica, São José dos Campos, SP, Brasil ** Instituto de Estudos Avançados, São José dos Campos, SP, Brasil Resumo Foi desenvolvido uma célula de processamento para fabricação de nanopartículas a partir de alvos sólidos em líquidos, bem como a metodologia para a análise dos componentes em solução. As partículas formadas a partir de um alvo de titânio puro são esféricas e apresentam a fase β-ti. A distribuição de tamanhos depende das condições de processamento, a maioria situando-se entre 80 e 160 nm. Palavras Chave: nanopartículas, nanomateriais, titânio, lasers. Nanopartículas são partículas que tem pelo menos uma de suas dimensões menor que 1000 nm, possuindo uma ou mais fases cristalinas ou amorfas. Existem várias aplicações de nanopartículas atualmente. Os fluidos magnéticos, que são nanopartículas dispersas em um líquido carreador orgânico ou inorgânico, são muito usados para aumentar a capacidade de armazenamento e processamento de dados de computadores ou para criar um veículo para entrega de medicamentos. Nanopartículas de dióxido de titânio (TiO 2 ) são usadas nos revestimento no secador de cabelo para combater microrganismos presentes no ar. Nanopartículas de fosfato de alumínio são usadas como pigmento para tintas a base de água como é o caso do Biphorâ. As nanopartículas do óxido titânio e do dióxido de zinco são usadas em um grande número de cosméticos e protetores solares. As nanopartículas podem ser produzidas por vários métodos, entre eles a ablação a laser. Na ablação a laser, o processo de evaporação ocorre pela interação do feixe de laser com a superfície do alvo a ser evaporado. Esta interação depende das condições do feixe do laser, das propriedades físicas do material alvo e da atmosfera ao redor. Durante a interação, diversos efeitos, como termo-ionização, liquefação de bordas, vaporização e surgimento de plasma, ocorrem pela transferência da energia do feixe de laser para a superfície do material. De acordo com estudos realizados, a ablação a laser de sólidos imersos em líquidos é o caminho mais simples para gerar nanopartículas de diversos materiais. As nanopartículas ejetadas permanecem no liquido formando, deste modo, uma solução coloidal. A geração de nanopartículas via ablação laser em meio líquido são potencialmente livres de qualquer substancia de superfície ativa e íons. A formação de nanopartículas ocorre até que a intensidade do laser esteja suficientemente alta para vaporizar a superfície do sólido. O objetivo do trabalho de mestrado (Keila B.G. Leite) é desenvolver uma técnica de produção de nanopartículas em líquido com uso do laser CuHBr, bem como caracterizar o tamanho e a composição das partículas obtidas. II. MATERIAIS E MÉTODOS Este trabalho utiliza um laser CuHBr, projetado e construído no IEAv, e uma célula de processamento (Figura 1) para a produção Figura 1. Célula de processamento de nanopartículas. O material usado como alvo foi uma chapa de titânio comercialmente puro (grau 2) e o líquido foi etanol PA. As análises nanoestruturais foram realizadas por microscopia eletrônica de varredura de alta resolução, análise química EDX e difratometria de raios-x em baixo ângulo. III. RESULTADOS E DISCUSSÃO A distribuição de tamanhos de partículas obtidas nas condições: potência média do laser de 9 W; tempo de exposição de 1 hora; diâmetro focal aparente 600 μm, é mostrada na Figura 2. A intensidade o laser foi de 7, W.cm -2. Verifica-se 95% das partículas estão abaixo de 200 nm, com a maioria entre 80 e 160 nm. As partículas são esféricas, conforme visto no microscópio de varredura FEG- SEM. Foi observado também algumas placas finas, que carregam no feixe de elétrons do microscópio, associadas a formação de óxido de titânio. Análises no difratômetro de raios-x mostram que estas placas são amorfas e que as nanopartículas apresentam a fase β-ti. Uma análise pormenorizada dos difratogramas de raios-x mostram que o tamanho do cristalito é de algumas dezenas de ângstrons. Portanto, a hipótese é que as nanopartículas se formaram a partir da aglutinação e coalescência de cristais menores produzidos pelo colapso do plasma em alta temperatura e pressão. Frequência Frequência Cumulativo More Tamanhos de partículas (nm) Figura 2 Distribuição de tamanhos de nanopartículas IV. CONCLUSÕES Neste trabalho foi desenvolvida uma metodologia para a obtenção de nanopartículas de titânio com uso do laser de CuHBr. As nanopartículas produzidas após uma hora de exposição, com intensidade de 7, W.cm -2, do titânio no etanol têm diâmetro médio entre 80 e 200 nm. As partículas são esféricas e formadas pela fase β-ti com algumas placas amorfas de óxido de titânio. Os difratogramas de raios-x sugerem que o mecanismo de formação de nanopartículas se dá pela aglutinação e coalescência de cristais menores. Agradecimentos: ao IFM-Instituto Fábrica do Milênio pelo apoio e financiamento. Os autores também agradecem o apoio em difratometria de raios-x do Dr. Eduardo Abramof e Eng. Beatriz Dias (LAS/INPE) e ao Laboratório de Microscopia Eletrônica do Laboratório Nacional de Luz Síncrotron (LNLS) pelo apoio em microscopia eletrônica de varredura (FEG-SEM). 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% Porcentagem acumulada Ativ. P&D IEAv, v.1, p.66, mar./2007-fev./

68 Reatores Avançados: Desafios para a Tecnologia de Materiais Jamil A. do Nascimento *, Lamartine N. F. Guimarães * e Shizuca Ono* * Instituto de Estudos Avançados (IEAv), S.J. dos Campos - SP, Brasil Resumo Nos reatores de IV geração, para uso após 2030, predomina a tecnologia de reatores rápidos e alta temperatura para melhorar a eficiência de conversão e possibilitar aplicações industriais. Estas características impõem um grande desafio à tecnologia de materiais, ou seja, P&D em ligas resistentes a alta e altíssimas temperaturas e a corrosão, em ambiente radioativo. Materiais pesquisados para utilização em dispositivos nucleares espaciais são candidatos à utilização nestes reatores. Palavras Chave: alta temperatura, GEN IV, materiais. Em 2000 o Departamento de Energia americano coordenou a criação do Gen IV International Forum (GIF) [1] para avaliar e propor conceitos emergentes de reatores e estabelecer um programa de desenvolvimento, para utilização após A estratégia adotada pelo GIF foi: (i) gerar um conjunto de critérios para avaliação, (ii) convocar a comunidade nuclear mundial a propor conceitos que satisfizessem os critérios, (iii) avaliar os conceitos submetidos em vários passos, e (iv) escolher os mais promissores. A partir do passo (iv) foram constituídas equipes para avaliar mais profundamente cada conceito a fim de se estabelecer os gargalos tecnológicos e propor um cronograma para superá-los de modo a atingir o objetivo de longo prazo. Este processo ficou conhecido como Gen-IV Road Map. No passo (ii), em 2001, foram enviados cerca de cem conceitos que cobriam os tipos de reatores estudados à época. Nascimento (IEAv) et al [2] propuseram o Integral Lead Reactor. Após o passo (iii) ficaram estabelecidos seis conceitos que englobavam as melhores características dos reatores propostos em (ii) e que melhor satisfaziam os critérios estabelecidos em (i). A Tab. 1 mostra os reatores escolhidos após o passo (iv) e que estão em P&D. TABELA 1 : Reatores definidos pelo GIF Conceito Refrigerante T ( o C) P (MPa) Aplicação GFR He Eletric., H 2 LFR Pb/Bi, Pb ,1 Eletric., H 2 MSR Sal fundido ,1 Eletric., H 2 SFR Na 550 0,1 Eletric. SCWR H 2O Eletric. VHTR He Eletric., H 2 A tabela mostra que três reatores são rápidos: GFR, LFR e SFR, um é epitérmico (MSR), um térmico (VHTR) e um térmico ou rápido (SCWR). Os conceitos visam a geração elétrica e aplicações industriais. Todos apresentam temperaturas maiores que nos reatores atuais o que permite o uso de ciclo a gás (Brayton) na conversão termo/elétrica e aumento no leque de aplicações industriais. As mudanças na temperatura e no refrigerante impõem desafios para as tecnologias de materiais estruturais e combustíveis. Os materiais utilizados no circuito primário deverão ser qualificados para uso por tempo longo, sem perdas nas propriedades. Atualmente, o UO 2 é o principal material combustível. Embora ele possa ser usado em altas temperaturas a tendência é qualificar combustíveis mais densos, como nitreto ou carbeto. Combustível cerâmico, em matriz metálica (CERMET), também está sendo considerado. Já existe uma experiência limitada com estes materiais, mas suas qualificações para a IV geração ainda estão por ser feitas. O refrigerante sódio, dada a sua temperatura de ebulição, ~900 o C, tem utilização restrita a ~600 o C. Para o chumbo ou sua liga eutética Pb-Bi, o problema é controlar a corrosão e a erosão do material estrutural nos circuitos e, neste caso, os materiais candidatos são os aços: Cr-Mo, AISI 304, 316 e HT9 para altas temperaturas (~850 o C) [3]. Para altíssima temperatura (~1000 o C), ligas a base de Ni, com Cr em alta porcentagem, ligas refratárias, materiais cerâmicos (SiC), monolítico ou compósito, ligas inoxidáveis com óxido disperso (ODS) são candidatos [4]. Dispositivos nucleares, reator ou gerador a radioisótopo, para geração de energia no espaço são desenvolvidos desde a década de 50. Estes sistemas já utilizam altas temperaturas para uma maior eficiência na conversão termo/elétrica. Algumas ligas desenvolvidas para esta aplicação são candidatas naturais para a utilização nos reatores de IV geração. A Tab. 2 apresenta algumas destas ligas. TABELA 2 : Materiais para reatores de altíssimas temperaturas Base liga Tântalo ASTAR-811, T-111, Ta-W Nióbio FS-85, PWC Molibdênio Mo-Re, ODS-Mo Comentários Oxigênio degrada a liga. Problemas com UN, UO 2 e atividade residual Oxigênio degrada a liga. Problemas com UN e UO 2 -Menos problema com oxigênio e nitrogênio Tungstênio - W, W-Re Compatível com UN e UO 2 Superligas de níquel Usadas com sucesso no PFR Carbeto de silício (SiC) composto ou monolítico Problemas com o Pb II. COMENTÁRIO FINAL Os conceitos propostos para a IV geração de reatores apresentam temperaturas de saída de até 1000 o C e podem ser refrigerados por metal líquido. Os materiais para uso no circuito primário destes reatores necessitam de qualificação para operação nestas condições por longo tempo. Esta qualificação é um desafio para a tecnologia de materiais e exigirá um grande esforço de P&D. III. REFERÊNCIAS [1] [2] J. A. do Nascimento e A. Santos, Integral Lead Reactor Concept (ILR), Proposta enviada ao GIF, Abril [3] Joyo-1 irradiation test campaign technical close-out, for Information. Knolls Atomic Power Laboratory, Bechtel Bettis. MDO , B- MT(SRME)-52, 2006 [4] W. R. Corwin et all, Updated generation IV reactors integrated materials technology program plan revision 2, ORNL/TM-2003/244/R2, Ativ. P&D IEAv, v.1, p.67, mar./2007-fev./

69 Propriedades Microestruturais e Elétricas de Cerâmicas Niobato de Estrôncio e Potássio Dopadas com Razões CuO:B 2 O 3 Delia do Carmo Vieira*, Vera L. Othero de Brito*, Antonio C. da Cunha Migliano* * Instituto de Estudo Avançados, S.J. dos Campos, Brazil [vieiradc, vlobrito, Resumo Este trabalho apresenta estudos sobre o processo de sinterização da cerâmica KSN dopada com razões CuO:B 2 O 3. As cerâmicas dopadas são bem mais densas do que a cerâmica KSN sem dopante. Estudos sobre caracterizações microestruturais (DRX e MEV) foram realizados e caracterizações elétricas estão em desenvolvimento no Laboratório de Sistemas Eletromagnéticos (LSE) e no laboratório de Materiais Eletromagnéticos (LME). Palavras Chave: niobato de estrôncio e potássio, sinterização fase líquida, propriedades elétricas. KSr 2 Nb 5 O 15 é um óxido pertencente à classe dos materiais com estrutura tungstênio bronze (TTB) denominado de KSN. Estes óxidos são nos dias de hoje bastante investigados, pois apresentam alta constante dielétrica, polarização alta e propriedades piezelétricas [1]. Esses materiais têm aplicações tecnológicas relevantes tais como dielétricos lineares e não lineares (ferroelétricos) para a área de comunicação digital de base móvel na região de microondas wireless comunication. Contudo, os materiais com estrutura TTB requerem em geral alta temperatura de síntese ou tecnologias novas de processamento [1, 2]. A temperatura comum de sinterização do óxido KSN está entre 1300 e 1550 C [1]. Assim, um dos objetivos da pesquisa envolvida neste trabalho é o desenvolvimento de tecnologia de processamento simples para obtenção de cerâmicas KSN densas em temperaturas inferiores a temperatura de sinterização reportada na literatura [1]. Os materiais cerâmicos foram obtidos por método de processamento cerâmico convencional. E a sinterização via fase líquida foi investigada como uma rota simples de processamento de cerâmica KSN de alta densidade. Razões CuO:B 2 O 3 foram investigadas como ajudante do processo de sinterização da cerâmica KSN. II. MATERIAIS E MÉTODOS A fase KSN foi processada por mistura de óxidos. A calcinação do pó foi realizada: (i) aquecimento desde a temperatura ambiente até 350 C, com uma taxa de aquecimento de 15 C min -1 e patamar de 120 min; (ii) em seguida aquecimento até 1250 C com uma taxa de aquecimento de 20 C min -1 com patamar de 600 min. Os ciclos foram realizados em atmosfera de oxigênio e o resfriamento de acordo com a queda natural da temperatura do forno. Pastilhas de 10,00 mm x 1,91 mm foram conformadas com e sem dopante e prensadas a 62 MPa. Razões em massa de CuO:B 2 O 3 foram utilizadas como ajudante de sinterização. Condições do processo de sinterização: aquecimento até 550 C, taxa de 3 C min -1 e patamar de 3 h; em seguida aquecimento até 1200 C com uma taxa de 5 C min -1 durante 5 h, em atmosfera não controlada (ar). As cerâmicas foram caracterizadas por difração de raios X e seções transversais das pastilhas polidas por técnicas de ceramografia e tratadas termicamente (1150 C, taxa de 10 C min -1 por 5 min) foram analisadas em um microscópio eletrônico de varredura (MEV). III. RESULTADOS E DISCUSSÃO Os resultados de sinterização mostraram que a cerâmica KSN sem dopante tem uma baixa densidade. Enquanto que os materiais dopados são mais densos e apresentam retração linear bem superior. As curvas de densidade dos materiais dopados apresentam um comportamento anômalo, ou seja, a densidade diminuiu em função do aumento do teor de BB2O 3. A Figura 1 mostra as micrografias MEV de alguns dos materiais investigados. A microestrutura da cerâmica KSN sem dopante é composta de grãos grandes e pequenos, sendo bastante porosa. Observa-se que ocorreu o crescimento de grãos sem atingir uma alta densidade. Para os materiais dopados, a microestrutura desenvolvida é formada de grãos maiores na forma de placas alongadas que estão circundados por grãos menores de morfologia variada. Constata-se ainda que, conforme o aumento do teor de óxido de boro, não se observa a formação de fase secundária nos contornos ou nas junções dos grãos. Os resultados de difratometria de raios X mostraram que a KSN é a única fase cristalina identificada nos difratogramas (dados não mostrados). Os difratogramas das cerâmicas KSN dopada com razões CuO:B 2 O 3 apresentam modificações notáveis quanto as posições dos picos e intensidade de alguns picos. O material dopado com razão CuO:B 2 O 3 igual 1:1 houve a formação de um novo pico. Entretanto, nenhum composto a base cobre ou de boro pode ser atribuído a este pico. Figura 1. Micrografia MEV da cerâmica KSN: (a) sem dopante, (b) KSN dopada com razão 1:2 CuO:B 2 O 3. III. CONCLUSÕES A cerâmica KSN tem baixa sinterabilidade no estado sólido. Os materiais dopados são bem mais densos com microestrutura de grãos de diâmetro médio maior e alta razão de aspecto, que estão circundados por grãos menores de morfologia variada. A KSN é a única fase cristalina identificada nos difratogramas. Propriedades elétricas de condutividade e de permissividade serão investigadas na faixa de 100 Hz até 100 MHz no laboratório de Sistemas Eletromagnéticos (LSE). IV. REFERÊNCIAS [1] Tribotté, G. Desgardin, Materials Science and Engineering B, vol. 40, 1996, pp [2] Wang, R. Xie, T. Sekiya, Y. Shimojo, Materials Research Bulletin, vol. 39, 2004, pp Agradecimentos: à FAPESP pelo financiamento total do projeto, processo n.03/ Ativ. P&D IEAv, v.1, p.68, mar./2007-fev./

70 Avaliação da Anisotropia Elétrica em Compósitos de Fibra Carbono F. E. Carvalho*, C. A. R. Freitas** e A. C. C. Migliano** * Instituto Tecnológico de Aeronáutica, S.J. dos Campos, Brasil ** Instituto de Estudos Avançados, S J Campos, Brasil [careis, Resumo O estudo dos efeitos de descargas elétricas em estruturas aeronáuticas abrange o conhecimento das propriedades elétricas dos materiais constitutivos. Desta forma, a avaliação precisa dessas propriedades permitirá aperfeiçoar a montagem dessas estruturas sem que ocorram prejuízos estruturais quando submetidos aos pulsos de corrente. Assim, estudou-se a anisotropia elétrica em amostras de Fibra de Carbono Composto (CFC) e definiu-se um modelo equivalente elétrico que possibilite determinar as condições de contorno de sua montagem, em camadas, e garanta sua rigidez dielétrica. As medidas de permissividade elétrica foram obtidas em amostras de CFC, considerando-se o campo TEM aplicado nas direções longitudinal e transversal da fibra. Os resultados são apresentados para a faixa de freqüência de 100 Hz a 100 MHz, na temperatura de 25ºC. Palavras-chave Fibra de Carbono Composto (CFC), Permissividade Complexa, Anisotropia Elétrica, Medidas de permissividade complexa. O entendimento das características eletromagnéticas dos compósitos tem se tornado importante na medida em que painéis compostos de fibras de carbono vêm sendo usados na construção de aeronaves, em substituição aos materiais metálicos, com vantagens em relação às propriedades mecânicas e químicas, tais como: baixo peso, alta rigidez e robustez, baixa corrosão, baixo custo de usinagem, e facilidade de fabricação [1]. A qualidade desses painéis sob efeitos de descargas elétricas vem sendo avaliada nesta última década, visando a garantia de robustez das aeronaves sob um ambiente eletromagnético com altos níveis de potência de radiação não-ionizante (RNI). Desta forma, este projeto tem por objetivo a avaliação da anisotropia elétrica de um CFC, visando a otimização de montagem de placas de carbono em camadas, para garantir a rigidez dielétrica numa estrutura aeronáutica. Para analisar os efeitos de anisotropia efetiva na montagem de um CFC, foram extraídas amostras de uma placa multicamadas de fibra de carbono, conforme apresentado na Figura 1. Os eixos das amostras cilíndricas são paralelos aos eixos cartesianos, proporcionando a avaliação qualitativa da anisotropia na permissividade complexa do material. Desta maneira, a permissividade efetiva da estrutura do CFC pode ser representada pelo tensor: αei βe j 0 ε eft = βe e j γ. (1) 0 k αei 0 γek A avaliação da anisotropia elétrica poderá ser avaliada após diagonalização do tensor de permissividade. Fig. 1- Estrutura de compósito Painel múltiplo II. RESULTADOS EXPERIMENTAIS As medidas serão obtidas utilizando-se um analisador de impedâncias, ganho e fase, modelo 4194A, da HP. Por meio de medidas de impedâncias (capacitância e fator de dissipação), na faixa de freqüência de 100 Hz a 100 MHz, serão obtidas as permissividades complexas do CFC [2] para as três direções, apresentadas na Figura 1. Como resultado parcial desse projeto, a Figura 2 apresenta os dados de permissividade complexa (partes real e imaginária, ε ' e ε" ) para o CFC, considerando o eixo de simetria da amostra o versor i r. Figura Medida de permissividade do ACM III. CONCLUSÃO O processo de análise continua sendo realizado no LSE, e espera obter-se,resultados em pesquisa para avaliação da anisotropia elétrica. IV. REFERÊNCIAS [1] Holloway,C.L., Sarto M.S.,Johanson, Analyzing Carbon-Fiber Composite Materials With Equivalent-Layer Models, IEEE Transactions on Electromagnetics Compatibility, VOL.47,NO 4, November, 2005, p [2] A. Cortes, A. C. C. Migliano, V. L. O. Brito, A. J. F. Orlando Faro, Progress In Electromagnetics Research Symposium, Beijing, China, pp , mach, 2007 Ativ. P&D IEAv, v.1, p.69, mar./2007-fev./

71 Estudo Experimental do Lançador Hipersônico de Massa Marcos de Melo Borges, Marco Antonio Sala Minucci, Daniel Burger, Elenias de Oliveira Ferraz, Paulo Gilberto de Paula Toro e Alberto Monteiro dos Santos. Instituto de Estudos Avançados, S.J. dos Campos, Brazil Resumo - O lançador hipersônico de massa vem merecendo considerável interesse, tanto no campo experimental quanto no teórico. O IEAv desenvolveu no passado um trabalho nessa linha de pesquisa [1], porém por motivos diversos estas atividades foram paralisadas. Com a necessidade de adquirir conhecimentos experimentais de modelos viajando em altas velocidades, foram retomadas suas atividades em No passado as instalações do lançador eram precárias, fator este que contribuiu para que fossem mudados alguns conceitos iniciais do lançador, fazendo com que ele fosse reconstruído em um outro local com uma nova configuração. A idéia inicial deste trabalho é conseguir que o modelo viaje a velocidades hipersônicas próximas de 3500 m/s. Palavras Chave: Compressor a pistão livre, modelo, diafragma. II. LANÇADOR HIPERSÔNICO DE MASSA O lançador pode ser dividido em duas seções: a seção de compressão e a seção de aceleração como visto na fig. (2), e a separação delas é feita por um diafragma de aço carbono. A seção de compressão é composta por um compressor a pistão livre. Uma tecnologia para acelerar modelos a velocidades hipersônicas, próximas a 8 Km/s. Foi desenvolvido na Universidade de Washington desde 1983 pelo Professor Abrahan Hertzberg et. al. [2,3]. O princípio de funcionamento baseia-se em um tubo longo pressurizado com uma mistura energética composta de um combustível, oxidante e diluente. O modelo é lançado no interior deste tubo com velocidade supersônica empurrado pela expans ão de um gás a alta pressão. Estas altas temperaturas e pressões são obtidas através de um compressor a pistão livre. A onda de choque formada no nariz do modelo é refletida nas paredes do tubo, concentrado -se na sua traseira, produzindo um aumento de temp eratura suficiente para detonar a mistura energética, criando uma onda de detonação que empurra o modelo aumentando a sua aceleração [4]. O fenômeno está representado na fig. (1) e os gases mais utilizados neste processo são o metano como combustível, o ox igênio como oxidante e o nitrogênio como diluente. Figura 1. Funcionamento de um lançador hipersônico de massa. Figura 2. Vista geral do lançador hipersônico de massa do IEAv. A seção de aceleração é composta de vários estágios de aceleração cada um deles com uma mistura energética diferente e um tanque de recuperação que é utilizado para desacelerar o movimento do modelo e serve também para que sejam efetuadas algumas medições através de técnicas não intrusivas de coleta de dados experimentais. O tanque de recuperação possui uma área controlada por pressão contendo duas janelas de observação. O controle da p ressão é importante para simular a altitude de vôo do modelo. Para a desaceleração do modelo é utilizado um tubo contendo para fina. III. REFERÊNCIAS [1] Morales, M. M., Minucci, M. A. S., Chanes Júnior, J. B., Ramos, A. G., Bastos Netto, D. : Numerical Investigation on Subdetonative Mode Ramjet-in-a-Tube. In: Third International Workshop on Ram Accelerators, 1997, Sendai. Proceedings of the Third International Workshop on Ram Accelerators. Berlin : Springer-Verlag, p , [2] Hertzberg, A., Bruckner, A.P., Bogdanoff, D.W. The ram accelerator: A new chemical method for achieving ultrahigh velocities. Proc 37th meeting of aeroballistic range assoc, Quebec, Canada. September 9-12, [3] Hertzberg, A., Bruckner, A. P., Bogdanoff, D. W. Ram Accelerator: A new chemical method for accelerating projectiles to ultrahigh velocities. AIAA J., Vol. 26, No. 2, pp , [4] Bruckner, A.P.: The ram accelerator: overview and state of the art. In: Third International Workshop on Ram Accelerators, Sendai. Proceedings of the Third International Workshop on Ram Accelerators. Berlin : Springer-Verlag, p. 3-23, Ativ. P&D IEAv, v.1, p.70, mar./2007-fev./

72 Compressor a Pistão Livre para Tubos e Túneis de Choque Marcos de Melo Borges, Marco Antonio Sala Minucci, Daniel Burger, Elenias de Oliveira Ferraz, Paulo Gilberto de Paula Toro e Alberto Monteiro dos Santos. Instituto de Estudos Avançados, S.J. dos Campos, Brazil Resumo Os avanços na tecnologia aeroespacial tornaram imprescindíveis ensaios em laboratórios de veículos hipersônicos. Em conseqüência houve a necessidade de desenvolver instrumentos capazes de obter altos números de Mach e altas temperaturas de estagnação. Um dos métodos utilizados para simular essas condições são os tubos de choque que podem ser modificados através do acoplamento de tubeiras, dando origens aos túneis de choque. Uma maneira de se conseguir um gás a altas temperaturas e pressões para tubos e túneis de choque é através de um compressor a pistão livre. Este trabalho descreve este dispositivo que é utilizado na Divisão de Aerotermodinâmica e Hipersônica do Instituto de Estudos Avançados. Serão rela tados dados experimentais, analisando os elementos básicos constituintes do compressor a pistão livre como: tanque de alta pressão; válvula de disparo; pistão; tubo de compressão e diafragma. Palavras Chave: compressor, pistão, tubo de choque, túnel de choque. velocidade do som no meio. Os elementos constituintes do compressor a pistão livre são: tanque de alta pressão; válvula de disparo; pistão; tubo de compressão e diafragma, que podem ser vistos na figura (2). O funcionamento do compressor é simples: a válvula de disparo ao se abrir, provoca uma diferença de pressão entre os lados do pistão, fazendo com que ele acelere no interior do tubo de compressão até o momento em que as pressões sejam equalizadas. A partir deste momento o pistão é desacelerado, mas ainda possui energia cinética suficiente para comprimir o gás no interior do tubo de compressão até temperaturas e pressões maiores que as do gás no tanque de alta pressão. O compressor a pistão livre vem merecendo considerável interesse, tanto no campo experimental quanto no teórico. Este dispositivo foi inicialmente proposto por Stalker [1,2]. As altas temperaturas e pressões do gás produzidas no compressor a pistão livre podem ser utilizadas em túneis e tubos de choque que necessitam destas condições para uma bo a operação [3]. Com o objetivo de aumentar a eficiência de um tubo de choque da Divisão de Aerotermodinânica e Hipersônica, um compressor a pistão livre está sendo desenvolvido e testado [4]. A figura (1) mostra a importância de se ter um gás a altas temperaturas e pressões no driver de um túnel de choque, como é indicado pelo número de Mach da onda de choque produzida (Ms) em função das razões de temperaturas e de pressões do gás nas regiões de alta (driver) e baixa (driven) pressões do túnel [5]. Foram considerados gases ideais, gás do driver = Hélio; gás do driven = ar. III. Figura 2. Vista geral do compressor a pistão livre da Divisão de Aerotermodinânica e Hipersônica do Instituto de Estudos Avançados. RESULTADOS OBTIDOS NO COMPRESSOR A PISTÃO LIVRE. A tabela (1) abaixo mostra os resultados obtidos para uma pressão de 0,3 MPa de gás Hélio no tubo de compressão e 12 MPa de nitrogênio gasoso no tanque de alta pressã o. Tabela 1. Resultados obtidos no compressor a pistão livr e. Diafragma (mm) Pressão Final (MPa) 3,0 80,0 4,2 140,0 Figura 1. Dependência do número de Mach em função das razões de temperaturas e pressões entre o driver/driven. II. COMPRESSOR A PISTÃO LIVRE Neste dispositivo a compressão é analisada como sendo um processo adiabático, onde as velocidades envolvidas estão abaixo da IV. REFERÊNCIAS [1] Stalker, R.J. An investigation of free piston compression of shock tube driver gas. Division of Mechanical Engineering. National Research Council, Canada. Report MT-44,1961. [2] Stalker, R.J. The free piston shock tube. The Aeronautical Quaterly, November [3] Lukasiewicz, J. Experimental Methods of Hypersonics, p. 145 ( Edited by Peter P. Wegener ) Marcel Dekker, INC. New York, [4] Moreira, A.M. and Minucci, M.A.S. : Modelamento Nu mérico de um compressor a Pistão Livre para tubos e túneis de choque. Trabal ho de conclusão de curso de graduação do ITA, [5] Nagamatsu, H. T. Shock Tube Technology and Design. Fundamental data obtained from shock-tube experiments. p. 86. ( Edited by Ferri ) Pergamon Press, New York, Ativ. P&D IEAv, v.1, p.71, mar./2007-fev./

73 Texturização a laser como precursor da colagem para aços Fábio Yutaka Sakata*, Ana Maria do Espirito Santo**, Walter Miyakawa***, Rudimar Riva***, Milton Sergio Fernandes de Lima*** * Escola de Engenharia de Lorena, Universidade de São Paulo, Lorena, (SP), Brasil. ** Universidade do Vale do Paraíba, Instituto de Pesquisa e Desenvolvimento (IP&D), São José dos Campos, SP, Brasil. *** Instituto de Estudos Avançados, São José dos Campos, SP, Brasil Resumo A qualidade das superfícies a serem unidas por colagem é um parâmetro essencial para a produção de juntas com boa tenacidade. O presente estudo compara os resultados obtidos com a texturização a laser da superfície de um aço galvanizado automotivo com a superfície sem tratamento sob o ponto de vista microestrutural e mecânico. A colagem foi realizada com um adesivo estrutural comercial. Observando-se a microestrutura superficial formada com intensidades do laser entre 170 e 1700 MW/cm 2, nota-se a fusão da camada de zinco e a estruturação da superfície em forma de sulcos. Os ensaios mecânicos de tensão em cisalhamento, mostram que as placas tratadas com laser a- presentam um limite de resistência médio de 88 MPa, enquanto a junta sem tratamento a laser resiste até cerca de 23 MPa. Palavras Chave: união por adesivos, lasers, tratamentos de superfície com lasers. placas soldadas. Estas foram ordenadas em resultados crescentes de resistência para cada classe. A variação nos valores obtidos é normal para ensaios de tração, uma vez que pequenas imperfeições ou desalinhamentos podem diminuir o seu valor. Assim, considerando apenas o valor máximo obtido em cada condição, o limite de resistência passa de 23 à 88 MPa quando a chapa é texturizada na condição 1W. Estes valores indicam uma melhoria de 380% na resistência mecânica das amostras texturizadas em comparação com a placa revestida convencional. Os resultados obtidos nas outras condições são sempre superiores ao melhor resultado obtido na placa sem texturização. Associa-se este efeito a uma microestrutura refundida de Zn mais apropriada para a adesividade, pois pode haver descolamento das placas na condição como revestida. Conforme se vê na Figura 1, as amostras preparadas com laser também têm limite de deformação superior passando de 0.07% para quase 1%. E METODOLOGIA Durante os processos de união por adesivos é verificado que a preparação das superfícies é essencial para a obtenção de uma união com boa resistência mecânica. Em alguns centros de pesquisa, estudos preliminares têm indicado a limpeza ou texturização a laser como um processo preliminar à união por soldagem, levando a juntas com alta resistência mecânica e, em particular, alta resistência a fadiga, que é um parâmetro crítico na determinação da qualidade das junções na indústria automotiva e aeroespacial. O objetivo deste trabalho é investigar o efeito da texturização de chapas de aço C-Mn automotivo como um precursor da união por colagem. O efeito da intensidade do laser será analisado sob o ponto de vista microestrutural e mecânico. O laser escolhido foi um do tipo vapor de cobre, projetado e construído no IEAv, que já se mostrou eficaz na texturização de ferramentas de usinagem antes do recobrimento PVD para aumento do tempo de vida. As superfícies serão analisadas por microscopia eletrônica de varredura. A determinação da resistência da junta será realizada por ensaios de tração do tipo peel strength testing. O laser utilizado no presente estudo é do tipo CuHBr, pulsado com freqüência de 13,8 khz, comprimento de onda de 510 nm (verde) e tempo de pulso de aproximadamente 30 ns. O feixe varre a superfície da chapa de aço com auxílio de uma cabeça galvanométrica (scanning-head ScanLab hurryscan II) dotada de um sistema de espelhos e lentes que permite o direcionamento preciso do feixe de laser em velocidades até 5 m/s. O material usado no presente estudo são chapas de aço de baixo carbono laminados a frio com 1,5 mm de espessura e eletrogalvanizadas com uma camada de Zn de 6 mm de espessura. II. RESULTADOS E DISCUSSÃO A microestrutura na superfície do aço sem tratamento apresenta placas de Zn com até cerca de 1 μm de espessura. Esta microestrutura é alterada quando o laser texturiza a superfície. Na condição com 1 W (pot. média) a superfície fica mais lisa e a fusão do Zn é evidente. Com o aumento da intensidade do feixe de laser, condições 1W à 4W, os sulcos produzidos pelo laser ficam mais evidentes e a superfície fica mais rugosa. Os valores obtidos para o Ra e Rz mostram claramente que o laser promove um aumento da rugosidade na superfície. A Figura 1 apresenta os resultados do limite de resistência das Figura 1. Limite de resistência mecânica em ensaios de tração para amostras tratadas com laser. Os números da abcissa correspondem à potência média do laser. Os números acima das barras representam o limite de deformação. III. CONCLUSÕES O presente estudo mostra que é possível obter soldas com alta resistência mecânica em aços galvanizados pelo tratamento de texturização a laser antes da união por adesivos. Embora o laser não elimine o Zn da superfície, a microestrutura e rugosidade formada se mostrou eficaz no aumento da adesividade. Comparando os melhores resultados obtidos nas amostras sem tratamento laser com a condição 1 (I = 3,4x10 8 W/cm 2 ), o limite de resistência aumenta de 23 à 88 MPa (aumento de 380% na resistência mecânica em tração). Agradecimentos: Os autores agradecem o auxílio em microscopia eletrônica de varredura e ensaios mecânicos pela Divisão de Materiais (AMR) do Instituto de Aeronáutica e Espaço (IAE) e pelo AFM cedido pelo Laboratório de Caracterização de Materiais do Instituto Tecnológico de Aeronáutica (ITA). Agradecem também ao Dr. A.A. Martin (LEVB/IP&D/UNIVAP) e à Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo pelo equipamento de microfluorescência de raios-x (processo 2005/ ). Um dos autores, Fábio Yutaka Sakata, agradece ao CNPq pela bolsa de Iniciação Científica associada ao processo / Este projeto é apoiado pelo Instituto Fábrica do Milênio (IFM-CNPq/MCT). Ativ. P&D IEAv, v.1, p.72, mar./2007-fev./

74 Estudo do ganho em um conjunto de lasers de CO 2 na configuração MOPA composto de um oscilador q-switched e um amplificador CW M. L. Oliveira 1, M. A. S. Minucci 2, N. A. S. Rodrigues 2 1 Instituto Tecnológico de Aeronáutica, S.J. dos Campos, Brasil 2 Instituto de Estudos Avançados, S.J. dos Campos, Brasil Resumo Este trabalho descreve o estudo do ganho em um conjunto de lasers de CO 2 na configuração de Oscilador Mestre + Amplificador de Potência, MOPA. O oscilador mestre opera em regime de q-switching à baixa pressão com bombeamento contínuo, o amplificador de potência é composto de duas células de descarga à baixa pressão com 40 cm cada uma, bombeadas continuamente. Foram obtidos potências de pico de 1,4kW com largura do pulso (FWHM) na ordem de 500 ns. O amplificador apresentou ganhos entre 1,1 e 2,4. Palavras Chave: Laser de CO 2, MOPA, q-switching. Para estudar a amplificação dos pulsos foi utilizado o arranjo experimental mostrado na Fig. 1. Primeiro o laser operou com o amplificador desligado, ou seja, o feixe de laser gerado pelo oscilador percorreu todo o percurso oscilador-amplificador, e foram medidas potências de pico, energia por pulso para diferentes taxas de repetição. Depois com o amplificador ligado foram repetidas as medidas. I.INTRODUÇÃO Foi desenvolvida no IEAv uma nova configuração de cavidade ressonante, de construção extremamente simples, que permite a operação em regime de Q-switching em um laser de CO 2 bombeado continuamente. Esta cavidade ressonante tem em um lado um espelho plano de acoplamento de germânio, e de outro lado uma lente positiva e um espelho plano 100% refletor, que emula um refletor total côncavo. O feixe do laser é focalizado sobre o espelho 100% e um chopper próximo deste espelho para chavear a cavidade ressonante. Foram obtidas taxas de repetição na faixa de 45 a 1090 Hz, potência de pico na faixa de 35 a 1400W e largura de pulso (FWHM) na faixa de 400 a 950 ns [1]. A este oscilador foi acrescentado um amplificador composto de duas células de descarga com 40 cm cada uma, operando à baixa pressão com bombeamento contínuo formando um conjunto em configuração MOPA. Este trabalho descreve um estudo dos ganhos no conjunto de lasers de CO 2 na configuração MOPA. II. PARTE EXPERIMENTAL O oscilador laser é formado por um tubo de descarga feito em vidro borosilicato com 1,2 m de distância entre eletrodos, diâmetro interno de 10,5 mm, com uma camisa d'água de refrigeração. A descarga é mantida por uma fonte de alta tensão regulável de 0-20 kv, ma, e a corrente elétrica é limitada por um resistor de lastro de 100 kω em série com o tubo de descarga. Uma das flanges que suporta e veda o tubo de descarga também suporta o espelho de acoplamento plano de Ge, com 85% de refletividade. A outra flange suporta a lente de ZnSe com 127 mm de distância focal. A entrada de gás é feita pelas flanges e a remoção do gás é feita por uma bomba de vácuo mecânica no centro do tubo. O espelho plano total, de cobre, é suportado por uma mesa óptica que permite o ajuste angular e a distância entre este espelho e a lente. O chopper foi construído usando um motor DC de até rpm, alimentado com 9 V e sem carga. Os discos do chopper têm 100 mm de diâmetro e foram cortados a laser de uma placa de alumínio anodizado, de 0,3 mm de espessura. Os discos podem ter 2, 4 ou 6 fendas com aberturas de 0,5 mm, 0,75 mm ou 1 mm. Este oscilador é descrito com maiores detalhes em [1]. O amplificador é feito de dois tubos de descarga, com 40 cm de comprimento e 15 mm de diâmetro cada, com uma camisa d'água de refrigeração. A descarga é mantida por uma fonte de alta tensão regulável de 0 10 kv, ma. Ambos os lados são selados por uma janela de ZnSe com cobertura anti-refletora. III. RESULTADOS E DISCUSSÕES Foi feito um estudo paramétrico da amplificação dos pulsos de laser para o amplificador de 80 cm operando em um regime de baixo sinal utilizando discos do chopper de 2 fendas com aberturas de 0,5 mm e 1 mm. O ganho de baixo sinal do laser é de aproximadamente de 1m -1. Comparando os pulsos de saída com o amplificador ligado e desligado, para diferentes pressões e correntes foi possível medir uma faixa de ganhos. A Fig. 2 mostra esta comparação. O máximo ganho medido na potência de pico foi de 2,4 e na energia de 1,9. Potência (u. a.) Figura 1: Arranjo Experimental. 100 Hz 200 Hz 300 Hz 400 Hz Tempo (µ s) Figura 2: Amplificação em várias taxas de repetição. IV. REFERÊNCIA [1] M.L. Oliveira, N.A.S. Rodrigues, M.A.S. Minucci, Geração de pulsos de laser de CO2 Q-switched com uma cavidade inédita feita de um par de espelhos planos e uma lente positiva, RBAV- Revista Brasileira de Aplicações de Vácuo,vol. 26, nº 2, pp 75-78, Ativ. P&D IEAv, v.1, p.73, mar./2007-fev./

75 Um código PIC-FEM Eletromagnético para simulação de plasmas C. Maciel *, A. Passaro **, A. C. J. Paes **, N. M. Abe ** * Instituto Tecnológico de Aeronáutica, São José dos Campos, SP, Brasil ** Laboratório de Engenharia Virtual, Instituto de Estudos Avançados, São José dos Campos, SP, Brasil Resumo O método particle-in-cell (PIC) é uma ferramenta importante para estudar a dinâmica autoconsistente das partículas carregadas em um plasma e há grande interesse no desenvolvimento de metodologias para representar um plasma real. O método dos elementos finitos (MEF) é uma das abordagens gerais para adicionar realismo à simulação. Neste trabalho, é apresentado o estágio atual do desenvolvimento de um código utilizando o método PIC acoplado ao MEF, completamente eletromagnético e relativístico, que permite utilizar diferentes métodos de integração no tempo. Palavras Chave: Particle-in-cell, método dos elementos finitos, simulação, plasma, desenvolvimento de software. Plasmas despertam grande e crescente interesse porque suas características físicas podem ser utilizadas em uma enorme quantidade de aplicações tecnológicas, novas e promissoras. Dentre muitas tecnologias, podemos citar o controle de escoamento de fluidos assistidos a plasmas em diferentes regimes de escoamento, construção de filtros e refletores de campos eletromagnéticos (diminuição de RCS), produção de filmes finos e processamentos de materiais e micro-chips (CI s e processadores). Neste contexto, softwares de simulação são importantes ferramentas para o estudo de plasmas e para o projeto e análise de dispositivos que utilizam plasmas. Em trabalhos anteriores foram desenvolvidas ferramentas computacionais para a simulação de plasmas utilizando modelos de partículas na aproximação eletrostática [1]. Este trabalho apresenta uma ferramenta de simulação de plasmas que utiliza o modelo de partículas Particle-in-cell (PIC) acoplado ao Método dos Elementos Finitos (MEF), denominado PIC-MEF, que permite descrever a trajetória de superpartículas com o cálculo de campos eletromagnéticos autoconsistentes. II. PROCEDIMENTO DE SIMULAÇÃO O procedimento de simulação de plasma utilizando o modelo PIC- MEF, envolve os cálculos dos campos elétrico e magnético via equações de Maxwell e das equações relativísticas de movimento das partículas, utilizando a equação da força de Lorentz. Partindo das posições e velocidades das partículas num dado instante, acumulamse as densidades de carga e corrente em uma malha. A contribuição de carga e corrente em cada ponto nodal da malha é feita utilizando as funções de base na formulação do MEF, explorando a característica de partição de unidade dessas funções. Utilizando o MEF, calculam-se os campos elétrico e magnético autoconsistentes e usando estes campos, avançam-se no tempo, a posição e a velocidade das partículas. Este ciclo básico é repetido quantas vezes for necessário, sempre utilizando um intervalo de tempo escolhido com base na freqüência do plasma-elétron. A integração no tempo utiliza a equação de parametrização (1) que possibilita alternar entre métodos de integração no tempo apenas alterando o valor da constante θ [2]. Para θ = 0 tem-se o método de Euler, θ = 1/2 o método Crank-Nicholson, θ = 2/3 o método de Galerkin e θ = 1 o método Backward difference. Tk Tk Tk Tk 1 θ + θ 1 = 1 (1) t t t ( ) III. PROJETO E DESENVOLVIMENTO A versão unidimensional (1D) do código implementado está em fase inicial de testes e são adotadas condições periódicas de contorno. O desenvolvimento e a implementação são orientados a objetos. Para sua implementação foram estendidas e generalizadas classes da biblioteca SDK-LEVSOFT, desenvolvida no Laboratório de Engenharia Virtual (LEV). O código PIC-MEF eletromagnético 1D foi implementado com base no código eletrostático 2D, desenvolvido anteriormente. Este último sofreu uma série de alterações e, agora, também possibilita simulações 1D. O resultado é uma estrutura de classes que permite simulações de plasma com os modelos eletrostático 1D e 2D e, no presente estado, eletromagnético 1D. O pacote de classes desenvolvido, possibilita implementar outros métodos de integração no tempo ou de resolução dos campos de forma mais fácil e rápida, bastando apenas derivar algumas classes e ou sobrecarregar os métodos das classes (hot spots). O diagnóstico da simulação em função do tempo é realizado utilizando várias saídas do programa. Podem ser analisadas informações sobre espaço de fase, intensidade dos campos elétrico e magnético no domínio de estudo, distribuição de cargas e correntes, evolução das energias armazenadas nos campos elétrico e magnético, cinética e energia total. A Fig. 1 ilustra um exemplo da distribuição de fase x-vy para uma simulação que envolve partículas (prótons e elétrons) e 300 passos de tempo. FIGURA 1: Gráfico da distribuição de velocidade x-vy dos prótons. IV. CONCLUSÕES Neste trabalho foi apresentado o estado atual do desenvolvimento de um código PIC-MEF eletromagnético para simulação de plasma na aproximação 1D [3]. O próximo passo é a inclusão de campos elétricos e magnéticos externos e feixes de partículas. Num passo posterior, deverá ser implementado o modelo 2D. A estrutura de classes desenvolvida até esta fase deve simplificar a implementação dessa nova aproximação. V. REFERENCIAS [1] A. C. J. Paes, N. M. Abe, V. A. Serrão and A. Passaro, Simulation of plasmas with electrostatic PIC models using the finite element method, Brazilian Journal of Physics, vol. 33, pp [2] O. C. Zienkiewics and R. L. Taylor, The Finite Element Method, 5rd edition, Butterworf-Heinemann, London, [3] C. Maciel, A. Passaro, A. C. J. Paes, N. M. Abe e V. H. Baggio-Scheid, Plasma Simulation Using Electromagnetic PIC-FEM Codes. 9º Encontro Brasileiro de Física dos Plasmas, São Pedro, SP, Brasil, Agradecimentos: à CAPES Programa Pró-Defesa - pelo financiamento parcial do projeto e ao Dr. Paulo Gilberto de Paula Toro, coordenador do projeto Pró-Defesa. Ativ. P&D IEAv, v.1, p.74, mar./2007-fev./

76 Brasagem a laser de conectores elétricos para aviões Milton Sergio Fernandes de Lima*, Rudimar Riva*, Marcelo Geraldo Destro*, Ana Maria do Espírito Santo**, Sérgio Moreira Guimarães*** * Instituto de Estudos Avançados, São José dos Campos, SP, Brasil ** Universidade do Vale do Paraíba, Instituto de Pesquisa e Desenvolvimento (IP&D), São José dos Campos, SP, Brasil. *** EMBRAER - Empresa Brasileira de Aeronáutica SA, Unidade Eugênio de Mello, São José dos Campos, SP, Brasil. Resumo Conjuntos cabo-conectores usados em aviões foram soldados com laser usando uma pasta sem chumbo. Foi verificado que existe uma camada de reação de cerca de 2 μm entre os fios do cabo e a pasta sem chumbo, além de certa difusão de cobre entre fio e a pasta. Esta difusão permite obter juntas brasadas a laser que apresentam condutividade elétrica o dobro superior aos conjuntos crimpados. Ademais, as junções caboconectores são cerca de 113% mais resistentes a fratura sob tração em comparação com os crimpados. Palavras Chave: brasagem a laser, lasers, soldagem de aviônicos. A legislação ambiental atual impede a comercialização de produtos que contenham materiais potencialmente perigosos ou danosos ao meio ambiente na maioria das nações desenvolvidas. Isto impede a exportação de produtos eletro-eletrônicos que contenham chumbo. Embora o segmento de mercado de produtos eletrônicos para o setor aeroespacial seja menor que 1%, a maioria das empresas do setor já tem programas de parcerias para o desenvolvimento de soluções de soldagem ou brasagem sem chumbo. Um das vertentes do desenvolvimento destas aplicações reside no uso de ligas do tipo Sn-Ag-Cu (SAC) no lugar do Pb-Sn. Dois desafios para este tipo de abordagem são: a temperatura de soldagem superior ao Pb-Sn e a reatividade do Sn com os cabos de cobre. Seria, portanto, muito interessante que fosse desenvolvido um método automatizável que permitisse trabalhar em altas temperaturas com ciclos térmicos relativamente curtos. Neste espírito, foi desenvolvido um processo de brasagem com laser Nd:YAG para conectores e cabos unidos por uma pasta do tipo SAC. II. METODOLOGIA E RESULTADOS A figura 1 apresenta o projeto desenvolvido para soldagem dos conjuntos. O sistema consiste de um laser emitindo no segundo harmônico (verde, λ=532nm) do Nd:YAG (1), cujo feixe tem 2,6 mm de diâmetro na saída (2). O feixe atinge o conjunto conector e fio, com espaço já previamente preenchido com pasta de solda sem chumbo (3). O diâmetro do feixe é maior que o diâmetro do conector e, portanto, uma parte do feixe passa sem interagir. O conector é fixado à posição por meio de um suporte (4) contendo um furo com diâmetro ligeiramente superior àquele do conector. O posicionamento correto do conector em relação ao feixe de laser é obtido pelo deslocamento Figura 1. Equipamento desenvolvido para brasagem. horizontal do suporte por meio de uma mesa micrométrica (5) e pelo deslocamento vertical proporcionado pelo elevador (6). Uma vez que o feixe passa pelo conector, uma sombra é gerada. Se o feixe continuar com um diâmetro de 2,6 mm, ele será muito pequeno para que um operador possa verificar se o sistema está alinhado, portando uma lente é colocada no mesmo eixo óptico do laser (7). O feixe diverge (8) segundo a distância focal da lente e produz uma imagem grande sobre um anteparo escuro (9). No presente estudo o anteparo é uma placa de alumínio com pintura preta. Todo o conjunto é suportado por uma mesa óptica (10) com guias lineares para permitir a montagem e desmontagem de todos os componentes móveis. A intensidade do laser foi de 402 e 500 W.cm -2 e os tempos de exposição foram 10, 20 e 30 segundos. Os resultados dos ensaios de condutividade elétrica em função do processo de união são apresentados na Figura 2. Como se verifica na Figura 2, a condutividade elétrica do conjunto soldado a 60 laser é, no mínimo, 55 35% superior ao 50 conjunto crimpado. 45 Na condição , a condutividade é 30 quase o dobro acima Crimpado Estado daquela obtida pela crimpagem. Isto indica uma melhoria na ligação elétrica entre o cabo e o conector devido ao material de solda. A Figura 3 apresenta os resultados dos ensaios de tração em conjuntos soldados a laser e crimpados. Os Condutivid ade elétrica (Mho) Limite de resistência (MPa) Figura 2. Condutividade elétrica. Crimpado resultados obtidos são sempre superiores no caso dos conjuntos soldados, com um máximo na condição alcançando 113% do valor dos conjuntos crimpados. Não é incomum que o rompimento durante o ensaio de tração ocorra no fio e não na solda, como se poderia esperar. Nas condições com laser, foi verificado, por fluorescência de raios-x, que existe uma camada de reação entre o cobre dos fios e a pasta de brasagem. III. CONCLUSÕES O presente estudo mostra que é viável a brasagem de conjuntos conectores-cabos com uso de um laser e pasta SAC sem chumbo, com resistência mecânica e condutividade superior aos conjuntos crimpados e em tempos de processamento tão curtos como 10 segundos. Agradecimentos: Os autores agradecem o auxílio da EMBRAER. Agradecem também ao Dr. A.A. Martin (LEVB/IP&D/UNIVAP) e à Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo pelo equipamento de microfluorescência de raios-x (processo 2005/ ). Estado Figura 3. Limite de resistência Ativ. P&D IEAv, v.1, p.75, mar./2007-fev./

77 Simulação de Espectros do Radical C 2 para Estudos de Combustão Enizete Aparecida Gonçalves*, Angelo Passaro**, Nancy Mieko Abe**Maria Esther Sbampato** e Alberto Monteiro dos Santos** * Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais, Cachoeira Paulista, Brasil ** Instituto de Estudos Avançados, S.J. dos Campos, Brasil Resumo O objetivo deste trabalho é o desenvolvimento de um programa de simulação de espectros de emissão do radical C 2, espécie importante na combustão de hidrocarbonetos. O programa será usado para estudos de temperaturas de chamas e medição da concentração desta espécie, que é um precursor importante da fuligem. Foram utilizados os parâmetros espectroscópicos para o radical encontrados na literatura. A simulação levou em conta os alargamentos de linhas devido à temperatura, pressão e resolução do instrumento de medição (monocromador). Os dados experimentais em chamas prémisturadas de GLP comparado com os resultados da simulação mostraram uma boa coincidência, o que indica uma temperatura da chama próxima do valor correspondente ao espectro simulado. Palavras Chave: Radical C 2, Espectroscopia de Emissão, Banda Swan. O diagnóstico das espécies particulares dos processos de combustão é peça fundamental para o desenvolvimento de artefatos de combustão, como queimadores, câmaras, etc, e também para a compreensão destes processos, através da implementação de modelos matemáticos [1]. A espectroscopia de emissão (quimiluminescência) é um método não intrusivo e que apresenta facilidade na interpretação de dados experimentais. Pellerin et al.[2] propuseram a determinação de temperatura de plasmas a partir do espectro de emissão molecular da banda de Swan do radical C 2, que aparece na região espectral de 520 nm. Estes espectros já foram usados para a determinação da temperatura rotacional de plasmas, por exemplo, em ar aquecido em um tubo de carbono, descarga em gases nobres e arcos de hidrocarboneto [3]. A banda de Swan do radical C 2, que foi descoberta em 1856 em estudos de chamas de hidrocarbonetos, aparece em outros tipos de descarga também. Portanto, mesmo através de processos químicos em plasmas desconhecidos, elas são freqüentemente usadas como termômetros para estimar a temperatura do gás na região de emissão correspondente. O radical C 2 é produzido em diversas reações químicas como, por exemplo, quando hidrocarbonetos são submetidos a tratamentos envolvendo irradiação, exposição a altas temperaturas ou reações exotérmicas, como a combustão. A determinação de temperatura de chamas, através da espectroscopia de emissão de radicais, baseia-se na distribuição da população das moléculas pelos seus diversos níveis de energia do estado eletrônico excitado. Para cada temperatura, as moléculas dos radicais preenchem estes níveis seguindo uma distribuição de Boltzmann. II. FORMULAÇÃO MATEMÁTICA Para radicais cujas constantes espectroscópicas são conhecidas, é possível calcular os espectros de emissão em função da temperatura. O coeficiente de emissão ε da transição do estado mais alto ul u n ν J i p para o estado mais baixo l n ν J i p (denotando u l ) é dado pela expressão: 4 64π c 4 Nu n' v' j' i' p' > ε ul = Nu hcσ ul Aul = σ ul S n'' v'' j'' i'' p'' > (1) 3 4π ε g 0 u onde h, c, ε e 0 k são constantes físicas convencionais, e B J são os números quânticos vibracional e rotacional respectivamente, o subscrito i denota o componente do multipleto, p é a paridade, N é a densidade das moléculas no estado superior, estatístico do nível eletrônico mais alto, onda da linha espectral emitida, S n ν J i p n ν J i p σ ul u u g é o peso é o comprimento de A é a probabilidade de transição e ul é a força de linha total. [2]. A distribuição de Boltzmann fornece a relação entre a população do estado N u e a temperatura: Fv' i' ( J ', p') k T N u e (2) em que F v i (J,p ) é a energia do estado rovibracional superior e T a temperatura absoluta III. RESULTADOS Variarando a temperatura (k) na simulação de espectros, levando em conta a resolução do equipamento, é possível obter uma boa aproximação do espectro experimental para determinar a sua temperatura. A Figura 1 mostra um exemplo da aplicação do método. O gráfico à esquerda mostra o espectro de emissão de uma chama de GLP com uma razão de equivalência próxima de 1 (chama estequiométrica) e o gráfico da direita mostra o espectro simulado para uma temperatura de 2800 K. Intensidade (u.a.) Espectro Experimental Comprimento de onda (nm) Figura 1_ Comparação do espectro experimental com o simulado IV. CONCLUSÃO A comparação dos dois gráficos mostra uma boa coincidência, o que indica uma temperatura da chama próxima do valor correspondente ao espectro simulado. Os valores encontrados para a temperatura são próximos aos obtidos por outros métodos [4]. Deste modo o método pode ser utilizado para a determinação de temperatura de chamas de hidrocarbonetos. V. REFERÊNCIAS Espectro Simulado [1] Bechtel, J.H.: Appl.Opt.18, 2100, [2] Pellerin, S., Musiol, K., Motret, O., Pokrzywka, B., Chapelle, J., J.Phys., D, Appl.Phys.29, 2850, [3] Kroepelin,H, Proc. 5th. Int. Conf.on Ionization Phenomena in Gases, Amsterdam North Holland, Vol.2, pp1830, [4] Carinhana Júnior, D. (Determinação de temperatura de chama por espectroscopia de emissão) Tese de Doutorado (2006) Intensidade (u.a.) Comprimento de onda (nm) Ativ. P&D IEAv, v.1, p.76, mar./2007-fev./

78 Projeto PASIL Separação Isotópica a Laser e Vapor Atômico de Terras-Raras Marcelo G. Destro, Nicolau A. S. Rodrigues, José W. Néri, Getulio de Vasconcelos, Carlos A. B. Silveira, Kam Kwai Yum, Rudimar Riva, Carlos Schwab, Alvaro José Damião, Jaime T. Watanuki,. Instituto de Estudos Avançados IEAv/EFO, S.J. dos Campos, Brazil Resumo Este projeto tem por objetivo estudar o processo de separação isotópica de terras-raras a partir de evaporação a laser combinada com separação isotópica a laser. Este estudo compreende: estudar a ablação a laser para a produção de vapor atômico a partir de alvos complexos; estudar a fotoionização seletiva em vapor produzido por ablação a laser; estudar a extração de íons por campos eletromagnéticos, para a separação isotópica de terras raras. Palavras Chave: laser, espectroscopia, ablação, terras-raras. Terras-raras são elementos muito importantes na área nuclear, de fotônica, no desenvolvimento de novos materiais e na exploração do espaço. Embora abundante na natureza, a separação de terras-raras do minério é dispendiosa e tecnologicamente complexa. Este projeto pretende aplicar a capacitação desenvolvida em mais de 20 anos no desenvolvimento de separação a laser de urânio no desenvolvimento da separação a laser de terras-raras. Os terras-raras possuem potenciais de ionização entre 4,7 e 6,6 ev, ou seja, muito próximo ao do urânio, o que os torna candidatos muito fortes para serem fotoionizados seletivamente utilizando os mesmos sistemas de lasers já implementados para o urânio. Ou seja, grande parte da infra-estrutura e da capacitação necessária para o desenvolvimento do projeto já foi implementada durante o desenvolvimento do projeto de enriquecimento de urânio a laser. A evaporação de sólidos por ablação a laser tem potencialmente a capacidade de gerar feixes monoatômicos a partir de alvos sólidos, assim, é possível gerar o vapor para separação a laser a partir de material complexo, como o minério, por exemplo. Neste trabalho pretende-se apresentar à comunidade do IEAv o resumo executivo da proposta preliminar do Projeto PASIL que foi enviada à Subdiretoria de Empreendimentos do Comando-Geral de Tecnologia Aeroespacial em Esta proposta preliminar foi aprovada por esta Subdiretoria a qual nos informou que o recurso financeiro planejado e solicitado para ser executado em 4 (quatro) anos começaria a ser implementado a partir de II. METODOLOGIA A metodologia a ser empregada no processo de fotoionização seletiva a laser em isótopos de terras-raras será a mesma que já foi empregada nos experimentos de separação isotópica de urânio via lasers no IEAv e, portanto, a maioria das etapas a serem vencidas já é de amplo conhecimento da nossa equipe de pesquisa e desenvolvimento. Além disso, já possuímos a grande maioria das instrumentações auxiliares e sistemas de lasers necessários instalados em nossos laboratórios. Para obter a fotoionização seletiva a laser em isótopos de terrasraras é necessário obter a identificação das seqüências de fotoionização a múltiplos passos, para cada um dos elementos escolhido. Para cada seqüência existente é necessário determinar e escolher aquela cujo desvio isotópico possibilite o uso dos nossos sistemas de laser, com a finalidade de obter um alto fator de seletividade do isótopo desejado. Um novo sistema de laser de corante sintonizável desde a região do ultravioleta até a do vermelho, com largura de linha suficientemente estreita, para possibilitar a fotoionização dos elementos das terras-raras e/ou outros elementos de interesse, está sendo especificado e será adquirido com recursos destinados para o Projeto PASIL. Será necessário também estudar o processo de evaporação de terras-raras. Um processo muito promissor que está sendo estudado atualmente no IEAv é a evaporação por ablação a laser, em combinação com a evaporação por canhão de elétrons, hoje utilizada no enriquecimento de urânio. Uma última etapa será estudar a coleta de material enriquecido através da aplicação de campos eletromagnéticos. III. RESULTADOS ESPERADOS Na condução deste projeto almeja-se obter um método de produção de terras-raras com separação a laser a partir do minério Além disso, espera-se obter os seguintes resultados com a condução deste projeto: adequação e operacionalização dos sistemas de lasers e dispositivos auxiliares para consolidação do Processo de Fotoionização Seletiva a Laser em Isótopos de Terras-Raras; realizações de várias medidas experimentais e obtenção de espectros de absorção optgalvânicas dos elementos das terrasraras escolhidos; obtenção de resultados espectroscópicos que indicam a obtenção de seletividades do processo de fotoionização, para os diferentes isótopos de terras-raras escolhidos; identificações das seqüências mais apropriadas que conduzam à fotoionização seletiva a múltiplos passos dos isótopos de terrasraras escolhidos; desenvolvimento de processos eficientes de evaporação de terras-raras; desenvolvimento da coleta seletiva de material fotoionizado. O projeto prevê inicialmente a formação de RH através de bolsas de Mestrado, de Doutorado e bolsas de Desenvolvimento Tecnológico (DTI e ITI). O treinamento/formação deste pessoal será realizado parte por membros da equipe atual do projeto e parte em cursos de pós-graduação no ITA. Com o transcorrer do projeto, será necessário contratar RH através de concursos públicos, para reposição de pessoal, uma vez que a equipe atual do projeto tem uma expectativa de dissolução (aposentadoria) em um horizonte de 6 anos. IV. CONCLUSÕES Motivados pelo comunicado verbal da Subdiretoria de Empreendimentos do CTA este ano foi elaborado a proposta orçamentária para o ano de 2009 e iniciou-se o trabalho de seleção de candidatos a participar de programas de formação de RH através de bolsas de mestrado e doutorado. Além disso, iniciou-se um trabalho de especificação de equipamentos e estudos das possibilidades de ajustes dos sistemas de lasers existentes para atender os requisitos para serem utilizados para estudar o processo de separação isotópica de terras-raras. Ativ. P&D IEAv, v.1, p.77, mar./2007-fev./

79 Medidas de Temperatura de Chamas de Etanol Utilizando Espectroscopia de Emissão Dermeval Carinhana Junior, Marcelo G. Destro, Alberto M. dos Santos Instituto de Estudos Avançados, S.J. dos Campos, Brasil Resumo Embora o etanol venha sendo empregado em larga escala como combustível ou aditivo, existem poucos estudos envolvendo a determinação de parâmetros de combustão desses sistemas, como determinação de temperatura e concentração de radicais livres e outras espécies intermediárias. Nesse trabalho, a emissão natural de chamas pré-misturadas de etanol foi usada na determinação da temperatura rotacional do radical CH*. Os valores de temperatura obtidos, da ordem de 2830 K, são cerca de 20% superiores aos obtidos com outras técnicas de emissão, como Fluorescência Induzida por Laser (LIF), o que sugere que os modos rotacionais do CH* representam uma distribuição fora de equilíbrio. Palavras Chave: Biocombustíveis, Diagnóstico de combustão, Equilíbrio termodinâmico. I.INTRODUÇÃO O etanol é apontado como um dos principais combustíveis alternativos para veículos automotores. De fato, o etanol derivado da cana-de-açúcar, tem sido adicionado à gasolina no Brasil desde Embora seja empregado em larga escala a cada dia que passa por mais países, esse biocombustível carece de estudos mais profundos no que diz respeito à determinação de parâmetros de combustão como a temperatura de chama e concentração de espécies intermediárias. No caso da temperatura, cujos valores são fundamentais para uma análise adequada da eficiência de combustão do sistema, em geral são utilizados métodos convencionais de determinação, como termopares. Contudo, o emprego de técnicas ópticas, como a espectroscopia de emissão, possui uma série de vantagens, principalmente no que diz respeito à sua característica não-intrusiva. De posse do espectro de emissão de uma espécie presente na chama, pode-se determinar sua temperatura rotacional que, sob certas condições, é muito próxima da temperatura cinética, isto é, do conceito comum de temperatura, em virtude de ambas as energias translacional e rotacional rapidamente atingirem o equilíbrio termodinâmico. II.OBJETIVOS O objetivo do presente trabalho consiste na medição da temperatura de chamas atmosféricas de etanol através da determinação da temperatura rotacional da espécie CH * pela espectroscopia de emissão. espectral da banda de emissão A-X da espécie CH *. A resolução espectral obtida foi da ordem de 0,05 nm. Todas os espectros foram obtidos a uma altura de 1,5 mm a partir do orifício de saída dos gases do queimador. A temperatura rotacional foi determinada através do método conhecido por Gráficos de Boltzmann [1], que consiste em determinar o parâmetro temperatura a partir da análise comparativa dos picos de emissão de uma espécie presente na chama. A temperatura rotacional média para as chamas de etanol investigadas foi de 2836 ± 32 K. A Figura 1 mostra o gráfico de Boltzmann da média de três espectros (N 2 = 17 mmols min -1 ). ln(iλ 4 /S J'J'' ) 29,0 28,5 28,0 27,5 27,0 26, Figura 1 Gráfico de Boltzmann do espectro de CH * Medições de absorção LIF de OH * [2] mostraram valores cerca de 20% menores para as chamas investigadas. Essa diferença sugere que os espectros de emissão obtidos não correspondem a uma distribuição em equilíbrio termodinâmico. Esse comportamento pode ser atribuído ao fato de que, no caso de chamas atmosféricas de etanol, o tempo de vida do radical CH * não é suficiente para que haja uma relaxação dos modos rotacionais até, de fato, a temperatura rotacional corresponder à temperatura cinética. Esses resultados, contudo, contrastaram com nossos trabalhos anteriores envolvendo chamas de gás liqüefeito de petróleo (GLP) [3], em que foi observado uma boa concordância entre ambas as técnicas. IV.CONCLUSÕES A espectroscopia de emissão de chamas de etanol revelou que o ambiente químico das chamas de etanol não favorece seu emprego na determinação da temperatura das mesmas. E J' /k III.METOLOGIA, RESULTADOS E DISCUSSÃO As chamas de etanol foram produzidas usando um sistema de combustão alimentado por uma mistura gasosa de etanol/nitrogênio/oxigênio. O etanol foi evaporado utilizando-se uma serpentina de cobre acoplada à entrada do queimador. A vazão de nitrogênio foi variada de 10 a 30 mmols min -1 a fim de verificar a influência na temperatura. O sistema óptico utilizado consistiu de fibra óptica integrada a um monocromador de distância focal de 0,5 m (TRIAX 550), equipado com uma grade de difração de 1200 linhas mm -1. O sinal de emissão foi detectado por uma câmera ICCD (DICAM-PRO), operando na faixa de 418 a 427 nm, que corresponde à região V. REFERÊNCIAS [1] J. S. Kim e M. A. Cappelli, Temperature measurements in lowpressure, diamond-forming, premixe flames, J. Appl. Phys. vol 84, no. 8, pp , Outubro de [2] L. R. dos Santos, "Medições de Temperaturas de Chamas de Etanol Utilizando Fluorescência Induzida por Laser, USP (2005). [3] D. Carinhana, Jr., Tese de Doutorado, Determinação de temperatura de chama por espectroscopia de emissão, Universidade Estadual de Campinas (2006). Agradecimentos: ao Laboratório Dédalo, da Divisão de Fotônica, pelo espectrômetro utilizado nos experimentos. Ativ. P&D IEAv, v.1, p.78, mar./2007-fev./

80 Projetando um Ciclo Brayton Fechado para Aplicações Espaciais e Estratégicas Giannino Ponchio Camillo *, Lamartine Nogueira Frutuoso Guimarães *, Jamil Alves do Nascimento * e Eduardo Madeira Borges * * Instituto de Estudos Avançados (IEAv), S.J. dos Campos - SP, Brasil Resumo Neste trabalho apresenta-se uma visão geral do ciclo Brayton que se pretende desenvolver e construir. Este trabalho está inserido no programa de TEcnologia de Reatores Rápidos Avançados, TERRA. Palavras Chave: alta temperatura, ciclo Brayton, uso estratégico da energia nuclear, microrreatores nucleares. O ciclo Brayton fechado é considerado como uma forte possibilidade técnica para ser usado como balanço térmico de planta para reatores nucleares de aplicação espacial [1, 2 e 3]. O balanço térmico de planta envolve extração de calor de um reator nuclear, a transformação de parte desse calor em energia elétrica e a rejeição para um meio externo (no caso do reator espacial o meio seria o espaço) do calor restante. O objetivo deste trabalho é relatar os avanços no projeto de um ciclo Brayton fechado que vem sendo conduzido na Divisão de Energia Nuclear. Este projeto do ciclo Brayton fechado está relacionado com o programa TERRA, abreviatura de TEcnologia de Reatores Rápidos Avançados [4]. II. O CICLO BRAYTON FECHADO Este desenvolvimento está em seu início. A produção de um ciclo Brayton fechado depende basicamente de um equipamento crítico, uma turbina a gás. No momento, estudos computacionais de redesenho estão sendo realizados utilizando-se uma unidade auxiliar de energia (APU) de aviões Mirage, fornecida pela Aeronáutica. Esta turbina foi desmontada e um trabalho de extração de medidas de seus componentes internos foi realizado. Neste momento foi também identificado o caminho interno seguido pelo fluído de trabalho, neste caso, o ar e sua mistura com combustível queimado após combustão que ocorre na câmara de combustão. Para se construir o ciclo Brayton fechado é necessário que a câmara de combustão seja removida e que o caminho do fluído de trabalho seja quase que integralmente refeito. Um economizador de calor deve ser acrescentado ao novo desenho. A finalidade deste equipamento é preservar uma parte do calor gerado dentro do circuito, visando manter as temperaturas de operação do ciclo em valores altos (de 600 o C para cima) de maneira a tirar vantagens da boa eficiência de conversão do ciclo Brayton operando em altas temperaturas. Neste primeiro momento é fundamental estabelecer-se uma fonte quente e uma fonte fria que sejam fáceis de construir e manter. Neste momento pensa-se em uma fonte quente que seja baseada em tubos metálicos aquecidos pela queima de gás de cozinha ou natural. Obviamente, o fluido de trabalho do circuito corre internamente a estes tubos. O gás de cozinha ou natural mencionado fornece calor para os tubos metálicos que por condução e convecção é transferido ao fluido de trabalho. A fonte fria também apresenta um desenho simples e prático. Trata-se também de um conjunto de tubos mergulhados em uma caixa d água comum, do tipo usado em residências. Como se pode inferir desta explicação, percebe-se que o maior detalhe é deixado para a turbina e seu recuperador de calor. O trabalho de redesenho vem sendo realizado com softwares do tipo CAD/CAE e um programa [5] desenvolvido em MATLAB que permite simular o ciclo Brayton fechado operando em estado estacionário. Neste momento, para efeitos de simulação considera-se o gás He como fluido de trabalho. Outros gases (CO 2, He, N 2, ar e suas combinações) serão considerados em fases futuras desta pesquisa. Mesmo neste início de desenvolvimento já é possível identificar algumas dificuldades técnicas que precisam ser resolvidas. A primeira seria a necessidade de se estender o eixo da turbina axialmente. Esta necessidade vem do fato de ser necessário o uso de um motor elétrico para dar a rotação inicial da turbina. Além do que a extração de potência para geração de eletricidade deve ser feita, também, a partir deste eixo. Outro problema é como se manter a lubrificação dos rolamentos internos da turbina. Estas dificuldades técnicas estão sendo trabalhadas e eventualmente serão resolvidas. O desenvolvimento e construção deste ciclo Brayton fechado irá permitir: a definição dos principais parâmetros para extração de calor e geração de energia elétrica; e a demonstração da viabilidade do uso deste ciclo. A existência do ciclo permitirá o desenvolvimento e a construção de protótipos de sistemas de tubos de calor para utilização como fonte fria ou rejeição de calor de forma passiva. Como o ciclo é visualizado para funcionar em locais de difícil acesso e remotos é importante que seus componentes possuam características de baixa manutenção e operação passiva. Com isto em mente, percebe-se que os tubos de calor são ideais para realizar a rejeição de calor por incorporarem exatamente esta característica. III. COMENTÁRIOS FINAIS E CONCLUSÃO O redesenho permitiu o estabelecimento conceitual do ciclo Brayton fechado. Este trabalho já produziu um programa de cálculo para estimar dimensões dos componentes do ciclo. Foram identificados obstáculos técnicos, os quais já estão em processo de solução. Este trabalho já produziu a formação de recursos humanos na forma do TG do primeiro autor. IV. REFERÊNCIAS [1] R. Taylor, Prometheus Project Final Report, 982-R120461, NASA- JPL, October, [2] J.C. King and M. El-Genk, Solid Core, Gas-Cooled Reactor for Space and Surface Power, Space Technology and Applications International Forum STAIF 2006, 2006, edited by M. S. El Genk, American Institute of Physics, Albuquerque, NM, pp [3] M. El-Genk, and J.M. Tournier, High Temperature Water Pipes Radiator for a Brayton Space Reactor Power System, Space Technology and Applications International Forum STAIF 2006, 2006, edited by M. S. El Genk, American Institute of Physics, Albuquerque, NM, pp [4] L.N.F. Guimarães, J.A. do Nascimento, E.M. Borges, A.D. Caldeira e A.F. Dias; Atividades da ENU na área de tecnologia nuclear avançada: previsão de recursos necessários para a primeira fase do programa TERRA, IEAv-ENU/012/2007, [5] G.P. Camillo; Modelamento Preliminar de uma Máquina Operando em Ciclo Brayton Fechado para Aplicação em um Reator Espacial, CTA/ITA, São José dos Campos, SP, Ativ. P&D IEAv, v.1, p.79, mar./2007-fev./

81 Investigação do radical OH produzido na queima do Gás Liquefeito de Petróleo (GLP) usando Fluorescência Induzida por Laser (LIF) Luiz Gilberto Barreta, Maria Esther Sbampato, Leila Ribeiro dos Santos, Alberto Monteiro dos Santos e Marcelo Geraldo Destro Instituto de Estudos Avançados/CTA, S.J. dos Campos-SP, Brasil Resumo A técnica de Fluorescência Induzida por Laser é uma técnica bastante usada no estudo de diagnóstico de combustão, porque fornece subsídios que permitem investigar a estrutura da chama bem como a dinâmica de reações químicas transientes que ocorrem durante a combustão. O radical OH é bastante utilizado no estudo da combustão, porque ele está presente praticamente em todas as regiões da chama que contem hidrogênio e oxigênio, tem linhas na região do espectro eletromagnético onde existem lasers comercialmente disponíveis e suas propriedades físico-químicas são bem estudadas. Por isso LIF do radical OH é uma das técnicas mais utilizadas na investigação de fenômenos relacionados à combustão. O trabalho mostra a influência de diferentes linhas de excitação do radical OH no espectro de emissão LIF do mesmo, obtido numa chama pré-misturada de GLP estequiométrica, cuja temperatura é de aproximadamente 2000K. Palavras Chave: LIF,chamas de GLP,radical OH,Transferência de Energia Rotacional (RET). II. RESULTADOS E DISCUSSÃO Os dados mostram que o espectro de emissão LIF do OH em chamas de GLP à pressão atmosférica dependem da linha utilizada para excitação. Os espectros indicam que as colisões não são suficientes para promover o equilíbrio térmico antes que a emissão espontânea ocorra. Um dos efeitos das colisões é provocar quenching da população do estado excitado (decaimento sem emissão de luz) diminuindo o rendimento da fluorescência e também induz transferência de energia para outros estados diferentes daqueles que foram populados inicialmente pela excitação. Esses processos são dependentes dos números quânticos J iniciais, da temperatura, da pressão e do meio (composição da chama). Comparando o espectro quimiluminescente do radical OH* experimental e o simulado fica evidente que não é possível utilizar espectroscopia de emissão para determinar a temperatura da chama com precisão. Também o espectro de emissão LIF não pode ser empregado para determinar temperaturas porque diferentes linhas de excitação fornece diferentes espectros de emissão. I. ARRANJO EXPERIMENTAL O arranjo experimental é composto de um laser de corante SIRAH bombeado por um laser de Ns-YAG (INDI), uma lente colimadora de quartzo de 300mm de distância focal para excitação, o queimador para chama pré-misturada, uma lente de quartzo de 50 mm de distância focal para coletar a fluorescência da chama, fibra ótica e uma câmara ICCD acoplada a um monocromador para a detecção da mesma. Fig. 2 Espectros do OH: simulado, quimilumescente e Induzido por Laser Fig. 1 Esquema Experimental Três linhas de excitação foram empregadas: 282,927 nm (Q1(6)+Q2(1)), 283,632 nm (Q2(6)) e 283,384 nm (Q2(6)). Foram obtidos também, os espectros quimiluminescente do radical OH com o mesmo arranjo experimental. Esses processos são dependentes dos números quânticos J iniciais, da temperatura, da pressão e do meio (composição da chama). Comparando o espectro quimiluminescente do radical OH* experimental e o simulado fica evidente que não é possível utilizar espectroscopia de emissão para determinar a temperatura da chama com precisão. Também o espectro de emissão LIF não pode ser empregado para determinar temperaturas porque diferentes linhas de excitação fornece diferentes espectros de emissão. Ativ. P&D IEAv, v.1, p.80, mar./2007-fev./

82 Microscopia Óptica da cerâmica KSr 2 Nb 5 O 15 dopada com CuO e razões CuO:B 2 O 3 Delia do Carmo Vieira*, Vera L. Othero Brito*, Antonio C. da Cunha Migliano* * Instituto de Estudos Avançados, S.J. dos Campos, Brazil [vieiradc, vlobrito, Resumo KSr 2 Nb 5 O 15 é um óxido com diversas aplicações de relevância tecnológica, por exemplo, em sistemas eletro-ópticos e sensores piezelétricos. A microscopia óptica é uma técnica simples e barata que pode ser utilizada no controle de processamento de materiais cerâmicos, metálicos ou compósitos. Este trabalho apresenta a metodologia de polimento da cerâmica KSr 2 Nb 5 O 15 dopada com CuO e razões CuO:B 2 O 3. As propriedades elétricas desses materiais serão investigadas no Laboratório de Sistemas Eletromagnéticos (LSE) e no laboratório de Materiais Eletromagnéticos (LME). Palavras Chave: niobato de estrôncio e potássio, técnica de polimento, microscopia óptica. KSr 2 Nb 5 O 15 é um material ferroelétrico pertencente à classe dos materiais com estrutura tungstênio bronze (TTB) denominado de KSN. Estes óxidos estão inseridos em diversas aplicações, pois apresentam alta constante dielétrica, polarização alta e propriedades piezelétricas [1, 2]. Esses materiais têm aplicações tecnológicas relevantes, tais como dielétricos lineares e não lineares (ferroelétricos) para a área de comunicação digital de base móvel na região de microondas wireless comunication. A caracterização estrutural é fundamental no desenvolvimento de materiais cerâmicos ou compósitos. Assim como a identificação da estrutura detalhada de macro defeitos em materiais cerâmicos são de grande importância, pois a resistência desses materiais está relacionada com estes defeitos presentes nos materiais após sinterização. A microscopia óptica é uma técnica essencial no controle do processamento de materiais cerâmicos ou compósitos, visando à produção de cerâmicas com qualidade. Este trabalho, apresenta a metodologia utilizada no polimento de cerâmica niobato de estrôncio e potássio (KSN) dopada com CuO e razões CuO:B 2 O 3. II. MATERIAIS E MÉTODOS A fase KSN foi processada por mistura de óxidos e o procedimento experimental detalhado encontra-se na referência [3]. Os materiais cerâmicos foram polidos em um equipamento da Buehler Fibermet (Optical Fibra Polisher): (i) as amostras foram desgastadas com uma lixa de SiC de 400 μm e o tempo utilizado variou de amostra para amostra, em geral foram gastos 10 a 20 min; (ii) lixa de Al 2 O 3 de 12 μm por 15 min; (iii) lixa de Al 2 O 3 de 9 μm por 15 min; (iv) lixa de SiC de 3 μm por 15 min; (v) lixa de Al 2 O 3 de 1 μm por 20 min e (vi) lixa de Al 2 O 3 de 0,3 μm por 20 min. Para a cerâmica KSN pura, o tempo utilizado com a lixa de SiC de 400 μm foi de 5 min e a lixa de SiC de 3 μm não foi utilizada. O polimento das amostras foi avaliado em um microscópio óptico (Leica, modelo AG ); acoplado a uma câmera: color CCD da marca Kodo. III. RESULTADOS E DISCUSSÃO A Figura 1 apresenta as fotografias de uma das superfícies dos materiais cerâmicos após o polimento, na qual é possível constatar a mudança de cor imposta pelos dopantes e a retração dos materiais. A cerâmica KSN dopada com 1,0 % CuO apresentou maior retração após sinterização em relação aos demais materiais investigados. As micrografias mostraram que o procedimento adotado para o polimento é adequado, pois os materiais são bastante uniformes. Em relação à microestrutura pode-se afirmar que a região clara observada na micrografia da Figura 2 (a) constitui de grãos do óxido KSN e a parte escura deve estar relacionada com a região de poros. As micrografias das cerâmicas dopadas também são uniformes e um bom polimento foi obtido em suas superfícies. A Figura 2 (b) mostra a micrografia do material dopado com 1,0 % CuO e, constata-se a formação de uma matriz bem mais densa em relação a cerâmica KSN. Portanto, através das micrografias ópticas podemos controlar o processo de fabricação de forma a produzir cerâmicas de alta qualidade. Figura 1. Fotografias da cerâmica KSN após polimento: (a) sem dopante, (b) cerâmica KSN dopada com 1,0 % CuO, (c) KSN dopada com razão 1:1 CuO:B 2 O 3 ; (d) KSN dopada com razão 1:2 CuO:B 2 O 3 Figura 2. Micrografia óptica da cerâmica KSN após polimento com aumento de 200x, análise da superfície das amostras: (a) cerâmica sem dopante, (b) cerâmica KSN dopada com 1,0 % CuO. IV. CONCLUSÕES O procedimento adotado para o polimento das cerâmicas KSN é adequado, pois houve a formação de superfícies espelhadas e a condição de superfícies planas também foi obtida. A microscopia óptica mostrou que a cerâmica KSN sem dopante é constituída de uma estrutura porosa e os materiais dopados apresentaram uma estrutura bem mais densa. V. REFERÊNCIAS [1] Tribotté, G. Desgardin, Materials Science and Engineering B, vol. 40, 1996, pp [2] Wang, R. Xie, T. Sekiya, Y. Shimojo, Materials Research Bulletin, vol. 39, 2004, pp [3] Vieira, D. C., M. O. A. Balan, R. M. Duran. Cerâmica, submetido em dezembro Agradecimentos: à FAPESP pelo financiamento total do projeto, processo n.03/ À Dra. Márcia A. Fogarim Destro, da subdivisão de Óptica Aplicada, IEAv São José dos Campos, SP. Aos técnicos: Ana Maria L. Mendonça do laboratório de Manufatura de Componentes Ópticos (LMCO) e Joely Edson Ferraz do laboratório de Filmes Finos. Ambos do IEAv. Ativ. P&D IEAv, v.1, p.81, mar./2007-fev./

83 Cerâmicas Magnéticas para Aplicação em Sensores Magnetomecânicos Vera Lúcia Othéro de Brito*, Délia do Carmo Vieira*, Carlos Alberto Reis de Freitas*, Antonio Carlos da Cunha Migliano* e Cristina Bormio Nunes** *Instituto de Estudos Avançados, S.J. dos Campos, Brasil [vlobrito, vieiradc, careis, **USP Escola de Engenharia de Lorena, Lorena, Brasil Resumo Na última década, a equipe da EFA tem desenvolvidos diversas pesquisas na área de materiais magnéticos. Um projeto foi submetido ao CNPq, por meio do edital , visando a complementação da infra-estrura do Laboratório de Materiais Eletromagnéticos da EFA, para a continuidade das pesquisas nessa área. Neste trabalho são descritas as etapas do projeto e apresentados os resultados esperados. Palavras Chave: cerâmicas magnéticas, sensores magnetomecânicos, propriedades magnéticas. forno de sinterização, uma prensa hidráulica de precisão, matériaprima para a fabricação de diversos tipos de cerâmicas magnéticas e parte do material de consumo necessário para a execução do projeto. Na terceira etapa, serão executadas as atividades experimentais, utilizando-se a infra-estrutura instalada. Os materiais cerâmicos desenvolvidos serão processados no LME e caracterizados no Laboratório de Sistemas Eletromagnéticos (LSE) e na USP-EEL (Lorena). As equipes do Laboratório de Sistemas Eletromagnéticos (LSE) e do Laboratório de Materiais Eletromagnéticos (LME) da Divisão de Física Aplicada (EFA) têm desenvolvido, nos últimos anos, pesquisas em cerâmicas magnéticas para aplicações em dispositivos eletromagnéticos. Até o momento foram concluídas duas teses de doutorado sobre este tipo de material [1, 2]. Trabalhos de graduação e dissertações de mestrado também têm sido desenvolvidos na caracterização eletromagnética e aplicações dessas cerâmicas. A literatura, tanto de artigos técnicos quanto de patentes, tem mostrado que ferritas, tais como as dos tipos Ni-Zn, Mn-Zn e à base de cobalto, são apropriadas para a aplicação em sensores de tensões mecânicas. Em comparação a outros materiais utilizados nesta aplicação, tais como o Terfenol e outros compostos de ferro com terras-raras, as ferritas apresentam as vantagens do menor custo e da maior resistência à corrosão. Este trabalho apresenta dados do projeto submetido ao CNPq, por meio do edital , cujo objetivo é obter recursos para a complementação da infra-estrutura do LME. Propõe-se utilizar a infra-estrutura instalada para o desenvolvimento e fabricação de ferritas aplicáveis em sensores magnetomecânicos. Este tema de pesquisa despertou recentemente o interesse da Petrobras e existe a possibilidade de uma parceria com a empresa para o desenvolvimento de um sensor de temperatura e pressão a ser utilizado na área de exploração de petróleo. II. ETAPAS DO PROJETO Na primeira etapa do projeto serão executadas obras para adequação da infra-estrutura do LME. Será necessário, por exemplo, a instalação de uma capela, dois exaustores, armários embutidos sob as bancadas de alvenaria existentes e tubulação de gases para ajuste da atmosfera de sinterização nos fornos. Atualmente o LME ocupa uma área de cerca de 40 m 2 no prédio da EAP, que foi reformada em 2005 com recursos da FINEP [3]. A Figura 1 mostra uma foto recente do LME. Na segunda etapa, serão adquiridos e instalados equipamentos para o processamento de materiais cerâmicos. Dentre tais equipamentos, destaca-se um forno para sinterização com atmosfera controlada e um moinho planetário de alta energia que permite a obtenção de partículas de tamanhos na escala nanométrica do pó após o processamento. O material adquirido nesta etapa do projeto complementará o existente no LME, que atualmente conta com um Figura 1: Foto do LME, destacando o forno de sinterização existente. III. EQUIPE O projeto tem como coordenadora a tecnologista Dra. Vera Lúcia Othéro de Brito. A equipe executora do projeto é constituída de mais dois doutores da EFA, uma colaboradora no nível de pós-doutorado (alocada na EFA), uma doutora da USP-EEL, um técnico (EFA), uma especialista colaboradora (alocada na EFA) e dois alunos de mestrado. IV. RESULTADOS ESPERADOS São esperados os seguintes resultados do projeto submetido: Complementação da infra-estrutura necessária para a continuidade das pesquisas em cerâmicas magnéticas na EFA. Formação de recursos humanos (mestrado). Consolidação de parcerias do IEAv com grupos de pesquisa de instituições da região. Obtenção de materiais cerâmicos e dispositivos magnetomecânicos patenteáveis. V. REFERÊNCIAS [1] C. A. R. Freitas. Efeito dos aditivos à base de MnO-MgO-Fe 2 O 3 em mantas absorvedoras para aplicação aeroespacial, Guaratinguetá: Universidade Estadual Paulista Júlio de Mesquita Filho, tese de doutorado, [2] V. L. O. Brito. Seleção, elaboração e caracterização de ferritas Ni-Zn para aplicação em monitores de corrente pulsada. Instituto Tecnológico de Aeronáutica, Tese de Doutorado, [3] FINEP Prog. FINEP CT-INFRA, Termo de Convênio n o Ref.1940/03. Ativ. P&D IEAv, v.1, p.82, mar./2007-fev./

84 Análise de Ambientes Eletromagnéticos em Laboratórios da Área de RF Stéphanie Alá Cunha, Marcella Secchi Alcântara Paiva e Antonio Carlos da Cunha Migliano Instituto de Estudos Avançados, S.J. dos Campos, Brasil [scunha, m.paiva, Resumo A infra-estrutura do Laboratório de Sistemas Eletromagnéticos (LSE) foi implementada para apoiar pesquisas na área de análise de um ambiente eletromagnético, avaliando possíveis fontes de radiações não-ionizantes (RNI), na faixa de freqüência de 9 khz a 20 GHz. Este trabalho tem por objetivo detectar as fontes de RNI presentes num ambiente, conhecido como eletrosmog, seguindo as Normas Internacionais existentes. O ambiente em estudo foi de um laboratório situado na região do Vale do Paraíba, SP, que desenvolve pesquisa e desenvolvimento na área de telecomunicações. O aparato experimental utilizado no ensaio e a disposição dos equipamentos são descritos neste trabalho, acompanhados pelos resultados das varreduras dos espectros de freqüência com suas possíveis origens, conforme o plano de destinação de faixas de freqüências da Agência Nacional de Telecomunicações (ANATEL). Palavras Chave: Eletrosmog, Ambiente Eletromagnético, Ruído Eletromagnético, Compatibilidade Eletromagnética, EMC/EMI O Ambiente Eletromagnético é a região física onde ocorre a emissão de ondas eletromagnéticas, que podem ser: ondas de transmissões de rádio (AM, FM, etc), estações rádio base (ERB) de telefones celulares, transmissores de televisão (VHF e UHF), forno de microondas, radar, equipamentos eletrônicos em geral (aparelhos de televisão, monitores de vídeo, etc). A poluição eletromagnética gerada por essas fontes emissoras é denominada eletrosmog. Essa poluição de campos eletromagnéticos pode ser observada em áreas residenciais, indústrias e comerciais. O ser humano não possui sensores fisiológicos capazes de detectar tais campos, mas é prejudicado biologicamente por eles. Estudos sobre o assunto são discutidos em diversos países. Essa poluição cobre todos os espectros de freqüências, afetando o meio ambiente e os seres humanos. Este trabalho foi desenvolvido para detectar ruídos de RNI no ambiente eletromagnético do laboratório em estudo e analisar as suas interferências de fundo, na faixa de freqüência de 200MHz a 2GHz, detectando suas possíveis fontes emissoras. Esta faixa de freqüência se caracteriza pela presença de sinais de telefones celulares (Analógicos 800MHz / 900MHz, PCS 1.8GHz / 1.9GHz), faixas de rádio AM e FM e sinais de televisão de UHF e VHF. várias faixas de freqüências, principalmente nas faixas de FM (rádio) e de telefonia móvel (celulares). Foi realizada uma estimativa das possíveis fontes de ondas eletromagnéticas coletadas em função da regulamentação imposta pela Agência Nacional de Telecomunicações (ANATEL). III. RESULTADOS Foi analisada a faixa de freqüência de 200MHz a 2GHz, observando os sinais no espectro da freqüência que apresentem relevância, conforme Tab.1. TABELA 1 : Freqüências e amplitudes dos possíveis sinais encontrados no ambiente eletromagnético Freqüência (MHz) Amplitude (dbµv) Descrição ,35 Fixo, móvel, radiodifusão ,50 Fixo, móvel, radioamador , , , ,25 Comunicação multimídia, móvel pessoal, fixo comutável. IV. CONCLUSÃO Os sinais encontrados foram classificados conforme regulamentação da Agência Nacional de Telecomunicações (ANATEL), apresentando valores consideráveis de 835 MHz até 1,784 GHz. Esses dados corroboram a informação de interferências eletromagnéticas no ambiente em estudo. V. REFERÊNCIAS [1] User s Guide Agilent Technologies EMC Series Analyzers, Agilent Technologies, 2001, USA. [2] Owner s manual & reference, Garmin Agradecimentos: IEAv por disponibilizar a infra-estrutura necessária. II. ARRANJO EXPERIMENTAL O aparato experimental utilizado no ensaio foi composto de um analisador de espectro modelo E7405A, da Agilent Co., operacional na faixa de freqüência de 9kHz a 26,5GHz [1], uma antena Log Periodic Dipole Array modelo 93148, da ETS/ESCO Co., para ensaios na faixa de freqüência de 200MHz a 2GHz e um cabo coaxial padrão N com comprimento total de 10 m. Todos os equipamentos foram calibrados, com rastreabilidade do National Institute of Standards and Technology, NIST/USA. A análise ambiental foi realizada na mesma faixa de freqüência de operação da antena. Com o auxilio de um GPS (Garmin GPS II Plus [2]), a antena foi posicionada com a parte frontal voltada para cada um dos quatros pontos cardeais, coletando dados desse espectro nas polarizações horizontal e vertical. Na análise desses dados verificou-se a presença de picos de potências em Ativ. P&D IEAv, v.1, p.83, mar./2007-fev./

85 Posicionamento de Radares Considerando Diferentes Camadas de Informações Leonardo Alencar de Oliveira*, Maria José Pinto Lamosa** e Mônica Maria De Marchi** * Instituto Tecnológico de Aeronáutica, S. J. dos Campos, Brasil ** Instituto de Estudos Avançados, S. J. dos Campos, Brasil [maju, Resumo O problema do posicionamento de radares de vigilância tem sido estudado pela EGI-A. Entretanto, para que os resultados obtidos até o momento considerem aspectos relevantes em uma situação real, alguns refinamentos e adaptações devem ser considerados. Desta forma, o objetivo deste trabalho é incorporar ao modelo diferentes camadas de informações como, por exemplo, a acessibilidade aos locais de posicionamento dos radares. O resultado deste trabalho será incorporado ao ambiente computacional utilizado nos trabalhos anteriores. Palavras Chave:MCLP, radar, camadas de informações, framework. Este trabalho está inserido numa linha de pesquisa que busca gerar sistemas que auxiliem tomadas de decisões em cenário de comando e controle. Neste tipo de cenário, existem vários fatores (ou informações) que devem ser considerados na definição das estratégias de operação, como mostra a Fig. 1. Dentre estas informações, encontram-se as fornecidas pelos radares, que podem ser de diferentes tipos, sendo de nosso interesse as informações referentes à área de cobertura pela relevância em contextos como: definição de áreas vulneráveis, segurança do espaço aéreo, planejamento de missões aéreas, entre outros. Os resultados obtidos serão incorporados à Plataforma AEROGRAF (ambiente computacional, fruto dos desenvolvimentos realizados pela EGI-A), através de plug-ins. II. DESCRIÇÃO DO AMBIENTE COMPUTACIONAL O ambiente computacional baseia-se no conceito de componentes do tipo plug-ins, que são adicionados à uma estrutura de desenvolvimento que denominou-se de framework. Este framework fornece as principais funcionalidades requeridas nas tarefas de visualização de um cenário georeferenciado como, por exemplo, a troca automática dos mapas de pano de fundo de acordo com o grau de zoom especificado. O plug-in PDA, ponto de entrada para a aplicação de Planejamento de Defesa Aeroespacial é utilizado para gerar os mapas de intervisibilidade ou cobertura dos radares considerando-se, até o momento, somente as limitações impostas pela elevação geológica definida pelo MNE. Assim, quando um objeto é inserido no cenário (por exemplo, um novo radar) suas coordenadas são passadas para o plug-in, que retorna a altitude do terreno naquela posição. III. METODOLOGIA O trabalho consistirá em incorporar as demais camadas de informações, além do MNE, ao ambiente computacional descrito anteriormente. Para isto, uma pesquisa será realizada com o objetivo de buscar bancos de dados de mapas digitalizados disponíveis e que contenham estas informações. Em seguida, será estudada a melhor forma de extrair e disponibilizar estes dados para que os modelos de cobertura já desenvolvidos, para resolução do problema de posicionamento de radares, possam utilizá-los. FIGURA 1: Visão geral de um processo de tomada de decisão Este tipo de abordagem vem sendo estudada pela EGI-A (Subdivisão de Sistemas de Apoio a Decisão), onde buscou-se tratar o problema de posicionamento de radares de vigilância em uma determinada área de interesse [1,2]. O problema trata a escolha de locais propícios para instalação de radares terrestres e a área efetivamente coberta pelos equipamentos, buscando a máxima eficiência, principalmente no que se refere à cobertura do sinal gerado. Na literatura, este tipo de problema pode ser visto como um problema de localização com máxima cobertura (MCLP, do inglês Maximum Covering Location Problem), visto existir um número prédefinido de facilidades, que devem ser distribuídas de forma a maximizar o número de demandas a serem atendidas [3,4]. Para que os resultados obtidos até o momento considerem aspectos relevantes em uma situação real, alguns refinamentos e adaptações devem ser incorporados ao modelo, tendo em vista que somente o MNE (Modelo Numérico de Elevação) foi considerado. Uma primeira sugestão consiste em incorporar ao modelo, além do MNE, outros fatores como, por exemplo: a acessibilidade aos locais de posicionamento dos radares (inclinação do terreno, existência de estradas, rios, etc.), população, pontos vulneráveis, entre outros. IV. CONSIDERAÇÕES FINAIS Neste resumo, descrevemos o trabalho a ser desenvolvido onde buscaremos aprimorar os resultados obtidos por trabalhos anteriores incluindo camadas de informações ao framework. O trabalho encontra-se em fase inicial de desenvolvimento. Nossa expectativa é tornar os resultados, obtidos pelos métodos de otimização, mais próximos de uma situação real, de forma a auxiliar nos processos decisórios no contexto de um sistema de vigilância e de monitoramento aéreo. V. REFERÊNCIAS [1] M. M. De Marchi, M. J. Pinto; F. L. L. Medeiros e C. L. R. Santos Aplicação do Método GRASP no Problema de Posicionamento de Radares de Vigilância, In: XXXVII Simpósio Brasileiro de Pesquisa Operacional (SBPO), Gramado, R.S., pp , [2] C. L. R. Santos, M. M. De Marchi, M. J. P. Lamosa, J. C. Silva, V. Novackoski e F. J. Petersen, Estudo Preliminar da Cobertura Radar no Espaço Aéreo Brasileiro, In: VII Workshop Anual do IEAv (WAI), São José dos Campos, S.P., [3] M. Daskin, Network and Discrete Location: Models, Algorithms and Applications, Wiley Interscience, New York, EUA, [4] M. C. Goldbarg e H. P. L. Luna, Otimização Combinatória e Programação Linear: Modelos e Algoritmos, Editora Campus, R. J., Ativ. P&D IEAv, v.1, p.84, mar./2007-fev./

86 Processo de Fabricação de Diafragmas de Túneis de Vento Hipersônico Utilizando um Laser a Fibra Pulsado Samoel Mirachi*,**, Rudimar Riva**, David Romanelli Pinto**, Marco Antonio Sala Minucci** * Instituto Tecnológico de Aeronáutica, S. J. dos Campos, Brasil, ** Instituto de Estudos Avançados, S. J. dos Campos, Brasil, Resumo: É apresentado um estudo preliminar do processo de usinagem de micro ranhuras com laser a fibra para induzir fraturas em diafragmas metálicos utilizados no controle de escoamento de gás de túneis de vento hipersônicos. Os resultados obtidos indicam que é possível controlar a profundidade das micro-ranhuras com precisão micro-métrica, e dessa forma controlar melhor a pressão de ruptura dos diafragmas. Palavras Chave: Laser a Fibra, diafragma, fratura. A pressão de ruptura de túneis de choque hipersônicos, como os desenvolvidos no IEAv, é controlada normalmente utilizando-se diafragmas metálicos, em cuja superfície são inscritas micro-ranhuras que tem por função direcional e facilitar o processo de fratura. A fabricação das micro-ranhuras pelo processo convencional utilizado até o presente é obtida por usinagem mecânica e tem como principal problema, a dificuldade de reproduzir as dimensões das microranhuras devido ao desgaste das ferramentas de corte. Devido à concentração de tensão nas micro-ranhuras a ruptura do diafragma é extremamente direcionada pela linha dos riscos em forma de cruz. Neste trabalho pretende-se desenvolver um novo método de fabricação dos diafragmas, utilizando um laser pulsado a fibra. Uma vez estabelecido os parâmetros de processo adequados espera-se com este método inovador garantir uma maior reprodutibilidade dos parâmetros de operação do túnel de vento hipersônico do IEAv, e reduzir drasticamente o tempo de fabricação dos mesmos. II. PARTE EXPERIMENTAL Para usinagem das micro-ranhuras nos diafragmas estão sendo usados os seguintes equipamentos e materiais do IEAv: Laser a fibra de Itérbio pulsado (IPG Photonics), com comprimento de onda de 1070 nm, potência máxima de 20W, tempo de pulso de 150 ns e taxa de repetição de pulsos variável de20 khz à 100 khz. O feixe do laser é focalizado sobre a chapa com um diâmetro de 50 µm utilizando-se uma lente de distância focal de 200 mm. Mesa CNC XYZ (Sherline), com velocidade linear máxima de 8 mm/s e resolução de passo de 0,005 mm. Diafragmas de chapas de Aço 1020 com espessura de 0,9 e 1,1 mm, largura e comprimento de 125 mm III. RESULTADOS E DISCUSSÕES Com o intuito de se obter micro-ranhuras extremamente direcionadas, e com larguras da ordem de dezenas de µm, foram realizados testes variando-se a potência do laser, a velocidade de corte e a espessura dos diafragmas. Inicialmente foram feitos teste com potência fixa de 20 W e com variação da velocidade entre 1 mm/s e 8 mm/s, com passo de 1 mm/s. A profundidade das micro-ranhuras foi medida por microscopia óptica, cortando-se as amostras na direção transversal a linha da micro-ranhura. Observou-se que as micro-ranhuras estão completamente preenchidas com material resolidificado. Nesse caso definiu-se a profundidade da micro-ranhura como sendo a região afetada térmicamente, visível após ataque químico (Nital 7%) das amostras polidas. Uma profundidade máxima de 600 µm foi obtida para uma potência de 20 W, taxa de repetição de pulsos de 20 khz e velocidade de corte de 1mm/s. A partir destes resultados, foram realizados testes com três velocidades e nove valores de potência variando entre 7,5 e 20 W. Os resultados destes testes, mostrados na Figura 1, indicam que é possível controlar precisamente a profundidade de corte entre 100 µm e 600 µm tanto variando-se a potência média do laser como a velocidade de corte. Figura 1: Profundidade da micro-ranhura em função da potência para três velocidades diferentes. Os ensaios no Tubo de Vento Hipersônico T1 do IEAv foram realizados com diafragmas de espessura de 0.9 mm e usinados com três velocidades diferentes: 8mm/s, 5mm/s e 1mm/s, mantendo-se a potencia do laser a fibra em 20 W. O formato das micro-ranhuras em cruz (+) é mostrado na Figura 2-a. A Figura 2-b mostra o diafragma usinado com velocidade de 1mm/s após o ensaio no túnel T1. Neste caso, correspondente à máxima profundidade de corte, a pressão de ruptura do diafragma ocorreu a uma pressão de 25 bar. Figura 2: Diafragma em Aço 1020: a) micro-ranhura em forma de cruz (+); b) Resultado após ensaio do T1. IV. REFERÊNCIAS [1] Fukuda, S., Eto, H.: Development of fracture splitting connecting rod. JSAE Review 23, (2002), [2] Riva, R. Lima, M. S. F.: Rodrigues, N.A.S., Cardoso, J.C.M. Using an Ytterbium fiber laser to fracture splitting of compacted graphite iron bearing caps, Proceedings of the Fourth International WLT-Conference on Lasers in Manufacturing 2007, Munich. Agradecimentos: Ao Lab. Dedalo/IEAv pela disponibilização dos laboratórios e ao IEAv pelo financiamento parcial do projeto. Ativ. P&D IEAv, v.1, p.85, mar./2007-fev./

87 Espalhamento Brillouin e Crosstalk em Sensor Distribuído Intrínseco a Fibra Ótica. Sandro Fonseca Quirino*, Antonio Osny Toledo* e Osni Lisboa** * Instituto Técnico Aeroespacial(IEAv/EFO-S), S.J. dos Campos, Brasil Resumo Neste trabalho é apresentado um resumo hitórico e um modelo para o espalhamento Brillouin em fibra ótico. É abordado o conceito de sensor distribuído à fibra ótica e feita ma breve análise sobre a transferência de energia do retroespalhamento Rayleigh para o retro-espalhamento Brillouin- Stokes, fenômeno conhecido como Crosstalk. Palavras Chave: espalhamento brillouin, sensor distribuído, retroespalhamento, crosstalk. I.INTRODUÇÃO O espalhamento Brillouin foi previsto por Leon Brillouin em 1920 e observado experimentalmente em 1964 nos materiais quartzo e na safira, após o advento do laser. Na fibra ótica este efeito começou a ser estudado nos anos 70 motivado por sua influência na transmissão de sinal. Este efeito é não linear sendo decorrente da interação entre um campo ótico de bombeio, campos óticos retro-espalhado e uma onda acústica. Os campos retroespalhados são chamados de Brillouin Stokes e Brillouin Anti- Stokes. A velocidade da onda acústica depende da temperatura do meio de propagação e de deformações mecânicas que possam ocorrer, desta forma qualquer alteração desta natureza pode ser notada pelo desvio Brillouin de freqüência. Sendo assim cada ponto da fibra ótica funciona com um sensor de forma que a fibra como um todo é um sensor, sensor distribuído a fibra ótica. A alteração na potência do campo incidente revela que existe uma transferência de energia do retro-espalhamento Rayleigh para o retro-espalhamento Brillouin Stokes, sendo o segundo mais intenso que o primeiro acima de uma determinada potência incidente, este fenômeno é chamado de conversa cruzada ou crosstalk. II. ESPALHAMENTO BRILLOUIN E SENSOR DISTRIBUÍDO, TRANSFERÊNCIA A.Espalhamento Brillouin DE ENERGIA O espalhamento Brillouin é inelástico, não linear e tem seu limiar por volta de 20 mw. A fig.1 representa um modelo para este efeito. Quando a onda eletromagnética incide no meio estabelece uma perturbação, eletrostricção, fazendo a rede vibrar. Esta pertubação relaxa emitindo uma onda acústica. Em termos quânticos fótons incidentes são aniquilados e fônons são gerados. A relação de dispersão mostra que existe dois tipos de fônons, óticos com Hz e acústicos com 10 8 Hz. Seta fina representa fóton, seta cheia representa fônon. Meio dielétrico Os sensores a fibra ótica se dividem em dois grupos, os sensores extrínsecos e os intrínsecos. No primeiro caso a luz tem obrigatoriamente que sair da fibra interagir com um transdutor e torna para a fibra, já no segundo caso a luz interagindo com a própria fibra fornece as medidas de interesse, não sendo necessários dispositivos auxiliares. O sensor usado neste trabalho é do tipo intrinseco. B.Transferência de Energia Os dois espectros apresentados na Fig.2 foram obtidos para diferentes potências incidentes. Eles mostram que o aumento da potência incidente aumenta tambem o retro-espalhamento Brillouin e diminui o retro-espalhamento rayleigh. Essa troca de transferência de energia é conhecida na literatura como crosstalk. Figura 2. Espectro do Espalhamento Brillouin III.COLOCAÇÕES FINAIS O espalhamento Brillouin em fibra ótica vem sendo estudado motivado por dois fatores: Atrapalhar a comunicação feita via fibra ótica e por outro lado funciona como sensor para grandezas como temperatura e deformação mecânica. Desta maneira este efeito atua negativamente na fibra ótica para o comunicação e positivamente quando a mesma é usada como sensor. O retroespalhamento Anti-Stokes não é tema deste trabalho. IV. REFERENCIAS [1] J. Fred Rossetto, E. Ch. Ferreira, Sensores distribuídos utilizando efeitos não-lineares em fibras ópticas para aplicação em estruturas inteligentes, FEEC/UNICAMP, Novembro [2] P. C. Dainese Junoir, H. L. Fragnito, Espalhamento Brillouin em fibras fotônicas, Universidade Estadual Campinas: Instituto de Física Gleb Wataghin, Setembro [3] A. Mussot, E. Lantz, A. Durécu-Legrand, C. Simonneau, D.Bayart, H. Maillotte, T. Silvestre, Simple Methods for crosstalk reduction in fiber optical parametric amplifiers,optics Comunications, vol. 275, pp ,Março Agradecimentos: à FUNDEP pelo financiamento total do projeto Figura 1. Modelo de Espalhamento Brilloiun Ativ. P&D IEAv, v.1, p.86, mar./2007-fev./

88 Caracterização de Um Aço 300M Multifásico por Microscopia de Força Atômica Roberto Masato Anazawa*, Antonio Jorge Abdalla*, Walter Miyakawa*, Tomaz Manabu Hashimoto**, Marcelo dos Santos Pereira**, Cristina de Carvalho Ares Elisei**, Gabriella Reis Carrer** * Instituto de Estudos Avançados do Comando-Geral de Tecnologia Aeroespacial, (IEAv-CTA), S.J. dos Campos, SP, Brazil ** Faculdade de Engenharia de Guaratinguetá da Universidade Estadual Paulista (FEG-UNESP), Guaratinguetá, SP, Brasil. Resumo Nos últimos anos, os aços multifásicos têm atraído um grande interesse devido a sua combinação de alta resistência e ductilidade. A caracterização das microestruturas é necessária para a compreensão da relação entre microestrutura e as propriedades mecânicas. Neste trabalho, um esforço para determinar a fração volumétrica de várias fases foi feita para o aço de uso aeronáutico, o 300M. As microestruturas deste aço foram caracterizadas por microscopia óptica e, em especial, foi desenvolvido um método para identificar as microestruturas multifásicas por microscopia de força atômica, baseado em diferença de alturas. Palavras Chave: caracterização microestrutural, aços multifásicos, microscopia de força atômica. Recentemente, a topografia e outras informações de superfície de materiais duros eram caracterizadas por microscopia eletrônica de varredura (MEV). A grande vantagem da microscopia de força atômica (MFA) em relação a MEV é a possibilidade de obter imagens de superfície em ambientes diferentes, sem nenhum vácuo ou qualquer tratamento especial, com uma resolução muito alta. Também é uma poderosa ferramenta de obtenção de imagens de superfície bi e tridimensionais, de alta resolução (micro e nanoestruturas) e alto contraste, com informações quantitativas e com a mesma precisão nos três eixos x-y-z. Permite a obtenção de gráficos, alturas e profundidades de superfície de uma imagem, de uma subárea dessa imagem ou de várias imagens, etc., mas, a característica mais atraente da MFA, particularmente para os biomateriais e ciências da vida, é o fato de que as amostras são preservadas em seu estado natural: não há necessidade de tingimento, desidratação, recobrimento com filmes finos ou trabalho sob vácuo. A principal desvantagem, por outro lado, é que, como a imagem é construída ponto a ponto, dependendo da taxa de varredura a aquisição de uma única imagem de superfície pode ser muito demorada. II. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL Estudou-se um aço de ultra-alta resistência, o 300M, utilizado na confecção de envelopes motores (propulsores) do Veiculo Lançador de Satélites (VLS) e alguns veículos de sondagem, os quais fazem parte do Programa Espacial Brasileiro. O microscópio utilizado neste trabalho é um microscópio de força atômica SHIMADZU modelo SPM 9500 J3 do Departamento de Física do Instituto Tecnológico Aeroespacial (ITA). O método de aquisição foi pela técnica de modo de contato. Neste trabalho, a utilização do modo de contato tem vantagens devido a superfície da amostra do aço 300M ser dura, porque não há perigo da ponta provocar um prejuízo ou deformar a superfície da amostra, como no caso de algumas amostras biológicas ou de polímeros. A microscopia óptica (MO) mostrou-se uma forte ferramenta na caracterização das fases das amostras submetidas aos diferentes tratamento térmicos As microestruturas foram caracterizadas com auxilio da técnica de tríplice ataque [1]. III. RESULTADOS E DISCUSSÃO Observações em MO e MEV nas amostras atacadas por nital não podem ser utilizadas para distinguir a bainita, austenita retida e martensita pelo seu contraste, enquanto a matriz de ferrita é claramente observável. Isto acontece devido ao ataque químico do nital nos grãos de ferrita e vizinhanças, deixando a austenita retida e martensita intactas e resultando em diferentes alturas das várias fases. Em MFA foi observado que, com o nital, a ferrita é mais atacada que as outras fases e, por esta razão, as regiões ferríticas sempre são mais baixas em relação as outras fases, permitindo desta maneira a sua fácil identificação. Então, foi utilizado um método que toma como critério as alturas em relação à ferrita, que permite o reconhecimento das fases. Por meio de análises topográficas, podem ser identificados três diferentes níveis de altura: mais baixo (região escura), correspondendo claramente à ferrita, utilizada como referência zero; intermediário, correspondendo à bainita e o mais alto (regiões esbranquiçadas), composto de martensita e austenita retida. A Fig. 1 apresenta a linha para análise de perfil de altura e identificação das fases do aço multifásico 300M. FIGURA 1 Linhas para análise de perfil e identificação das fases do aço multifásico 300M. IV. CONCLUSÕES Foi verificada a viabilidade de caracterização por MFA, porque oferece benefícios diferenciais e pode complementar outras técnicas microscópicas, principalmente aquisição de dados em três dimensões e a capacidade de avaliar qualitativamente características da superfície selecionada, por exemplo pela altura das fases. A comparação com as técnicas mais tradicionais, como MO e MEV, revela que as técnicas são complementares, ou seja, existem situações em que algumas características morfológicas e topográficas são mais facilmente visualizadas em uma delas e as variações de aspecto observadas estão intimamente ligadas conforme o modo com que cada uma constrói a imagem. Informações quantitativas de topografia são diretamente extraídas pela MFA, enquanto aspectos morfológicos mais gerais (forma da superfície) podem ser visualizados por MO ou MEV. V. REFERÊNCIAS [1] R. M. Anazawa, Caracterização mecânica e microestrutural de um aço 300M com microestrutura multifásica, 2007, 194f. Tese (Doutorado) Faculdade de Engenharia do Campus de Guaratinguetá, Universidade Estadual Paulista, Guaratinguetá, Ativ. P&D IEAv, v.1, p.87, mar./2007-fev./

89 Estudo do Efeito TRIP e Envelhecimento por Deformação em Um Aço 300M com Microestrutura Multifásica Roberto Masato Anazawa*, Antonio Jorge Abdalla*, Tomaz Manabu Hashimoto**, Marcelo dos Santos Pereira**, Cristina de Carvalho Ares Elisei**, Gabriella Reis Carrer** * Instituto de Estudos Avançados do Comando-Geral de Tecnologia Aeroespacial, (IEAv - CTA), S.J. dos Campos, SP, Brazil ** Faculdade de Engenharia de Guaratinguetá da Universidade Estadual Paulista (FEG - UNESP), Guaratinguetá, SP, Brasil. Resumo O envelhecimento por deformação à temperatura ambiente associado ao efeito TRIP (TRansformation Induced Plastiticity) no aço 300M com microestrutura multifásica (ferrita, bainita, martensita e austenita retida), foi estudado após ser submetido a tratamentos térmicos intercríticos e isotérmicos. As condições de pré-deformação utilizadas resultaram em transformação da austenita em martensita (efeito TRIP). Os resultados obtidos para o limite de escoamento foram surpreendentes, ocorrendo um aumento de até 87%. Palavras Chave: aço 300M, aços multifásicos, limite de escoamento, envelhecimento por deformação. O envelhecimento por deformação em ligas de aços é um fenômeno que provoca variações nas propriedades com o tempo à temperatura ambiente, sendo o processo acelerado pela elevação da temperatura. Assim, por exemplo, tem-se o aumento da dureza, do limite de escoamento, da resistência à tração e diminuição do alongamento, da estricção e da condutividade térmica [1]. Já o efeito TRIP [2 ] é responsável pelo acréscimo significativo do alongamento total e conseqüentemente da ductilidade destes aços. Durante o processo de deformação de um aço multifásico, que contém austenita retida à temperatura ambiente, a transformação da austenita em martensita ocorre progressivamente, resultando em aumento nos valores de alongamento. II. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL Estudou-se um aço de ultra-alta resistência, o 300M, utilizado na confecção de envelopes motores (propulsores) do Veiculo Lançador de Satélites (VLS) e alguns veículos de sondagem, os quais fazem parte do Programa Espacial Brasileiro. Para o estudo do envelhecimento foram utilizados dois lotes de corpos-de-prova para cada tratamento térmico. No primeiro foi aplicada uma pré-deformação (3 a 5%) na região de deformação uniforme. Foram pré-deformados corpos-de-prova, de cada condição estudada até σ D (tensão de pré-deformação) e armazenados à temperatura ambiente por 226 dias. Após esse período, os corpos-deprova foram ensaiados à tração até a ruptura, obtendo-se novos valores de limite de escoamento. O segundo lote também permaneceu à temperatura ambiente pelo mesmo período, porém, este não foi pré-deformado e em seguida ensaiados à tração. O equipamento utilizado para esses ensaios foi uma máquina MTS com célula de carga com capacidade de 250 kn. Nos ensaios de tração foram avaliados as seguintes propriedades mecânicas: o limite de escoamento (σ e ), o limite de resistência (σ res ) e alongamento. III. RESULTADOS E DISCUSSÃO A Fig. 1 mostra as curvas tensão versus deformação. A curva A representa o ensaio de tração de corpo-de-prova sem pré-deformação, observando-se uma ausência de limite de escoamento definido e elevada capacidade de encruamento e deformação uniforme. A curva B1 representa o ensaio de tração do corpo-de-prova submetido a uma pré-deformação em tração sem o surgimento de estricção, para desenvolver o efeito TRIP. A curva B2 representa uma nova curva de ensaio de tração da mesma condição de tratamento térmico após deformação e envelhecimento, levado até a ruptura. Tensão (MPa) σ' e =1501 MPa * *σ e =1006 MPa * σ D =1363 MPa B1 B2 A IT370 0 C Deformação (mm/mm) FIGURA 1 : Curvas tensão versus deformaçaõ para o aço 300M no tratamento IT370ºC. A Tab. 1 apresenta os novos limites de escoamento para o corpode-prova deformado e percebe-se que tiveram um aumento elevado em todos os tratamentos. TABELA 1: Valores de σ e, σ e, σ D e percentual do aumento do σ e. Tratamento Térmico σ e (MPa) σ e (MPa) σ D (MPa) Percentual do aumento do limite de escoamento (%) Recozido ,0 IT320ºC ,1 IT350ºC ,4 IT370ºC ,2 IT400ºC ,1 IC760ºC ,4 TRC ,5 IV. CONCLUSÕES Em relação ao envelhecimento por deformação à temperatura ambiente, por um período de 226 dias, foi observado o seguinte: sem a aplicação de pré-deformação não ocorre o envelhecimento para nenhuma condição microestrutural estudada, e com a aplicação de uma pré-deformação (3 a 5%) na região plástica ocorreu envelhecimento para todas as condições microestruturais estudadas. Este efeito foi avaliado devido ao aumento no limite de escoamento após o envelhecimento por deformação. O aumento observado após o envelhecimento por deformação chegou em ate 87%. V. REFERÊNCIAS [1] A. J. Abdalla, T. M. Hashimoto, M. S. Pereira, L. R. O. Hein, Mechanical behavior of strain aged dual phase steels, Materials Science and Technology, vol. 15, fasc. 10, pp , [2] V. F. Zackay, The enhancement of ductility in high strength steels, Transactions ASM, vol. 60, pp , Ativ. P&D IEAv, v.1, p.88, mar./2007-fev./

90 Projeto Javari-1: Fase 3. Nicolau A.S. Rodrigues, Marcelo G. Destro, José W. Neri, Carlos A.B. Silveira, Getúlio de Vasconcelos, Kway Yum Kam, Instituto de Estudos Avançados, S.J. dos Campos, Brasil Resumo O projeto Javari-1, o mais antigo ainda em atividade no IEAv, recebeu do Comando Geral de Tecnologia Aeroespacial a determinação de retomar as atividades e pesquisa em separação isotópica de urânio, com objetivo de se produzir combustível nuclear. Em função das alterações de equipe, cenário interno do instituto, nacional e internacional, houve um redirecionamento no sentido de formar recursos humanos e recuperar capacidade de trabalho na área de separação isotópica a laser. Neste trabalho são apresentados o planejamento para esta nova fase do projeto, chamada de fase 3, e os critérios nos quais foi baseado este planejamento. Palavras Chave: separação isotópica a laser, combustível nuclear, projeto JA-1 O projeto Javari-1 tem por objetivo desenvolver o processo de enriquecimento de urânio usando a separação isotópica via laser e vapor atômico[1]. A origem deste projeto se confunde com a do próprio Instituto, tendo sido uma parte importante do Programa Nuclear Autônomo, que visava o controle sobre todas as fases do ciclo nuclear. Após o Governo Collor o projeto sofreu uma forte desaceleração, tendo sido necessário redesenhá-lo conceitualmente, de modo que se mantivesse como atividade de pesquisa. Esta etapa do projeto foi chamada de fase 2. Com o decréscimo acentuado de financiamento, as atividades em separação isotópica estiveram perto de ser paralisadas. Em março de 2003 foram sugeridas ao Diretor do Centro Técnico Aeroespacial três alternativas de continuação para as atividades de pesquisa do grupo envolvido em separação isotópica no IEAv: a-) continuar desenvolvendo enriquecimento de urânio como linha de pesquisa, b-) focar a separação isotópica de outros elementos, de interesse aeroespacial, ou c-) se concentrar em aplicações tecnológicas do laser. A recomendação na época foi que fossem contempladas as três hipóteses. No entanto, pouco foi feito de prático para que se preservasse a capacitação na área de separação isotópica. No fim de 2006 e durante o ano de 2007 foram retomadas intensamente as discussões sobre a manutenção da capacitação na área de separação isotópica de urânio no IEAv. Conduzidas pela Subdiretoria de empreendimentos do Comando Geral de Tecnologia Aeroespacial, foram realizadas discussões, que envolveram o Ministério da Defesa, o Ministério de Ciência e Tecnologia, as Indústrias Nucleares Brasileiras, a Eletronuclear, a Comissão Nacional de Energia Nuclear, a respeito do projeto Javari-1. Foi decidido pela manutenção da capacitação na área de separação isotópica de urânio. Iniciou-se então o planejamento do que passou a ser chamada de Terceira fase do projeto Javari-1. Este trabalho pretende sumarizar os aspectos gerais deste planejamento. necessidades de um projeto como o Javari-1. É natural então que a primeira grande meta do projeto seja a de recompor a equipe, o que, devido as especificidades dos conhecimentos necessários ao projeto, deve ser contemplada pela formação de RH no âmbito do próprio projeto. Após o recrutamento e treinamento de RH, será necessário retomar atividades que já foram desenvolvidas anteriormente no IEAv. Estima-se que serão necessários no mínimo três anos para que se retome o mesmo nível de capacitação técnica-humana para o desenvolvimento de enriquecimento de urânio. Numa terceira etapa somente serão realizadas as pesquisas referentes ao enriquecimento e à coleta de material enriquecido propriamente ditos. III. ATIVIDADES PREVISTAS No diagrama abaixo são mostradas as atividades previstas. Como mencionado, a primeira, Formação de Equipe, é na realidade a atividade condicionante da evolução do projeto e será executada em paralelo e permeando a maior parte das atividades do projeto nos três primeiros anos. Por exemplo, a manutenção e desenvolvimento de lasers será realizada integrando desde o início das atividades o novo RH recrutado, o treinamento será realizado nos laboratórios do projeto, enquanto as atividades do projeto são realizadas Atividades 1 S 2 S 1 S 2 S 1 S 2 S 1 S 2 S 1 S 2 S Formação de Equipe Manut. Aquis. Desenv. Lasers Des. Evaporação de U Estudos de Fotoionização Simulação de coleta c/ ablação Coleta de material enriquecido Análise de material Materiais especiais Figura 1: Diagrama das atividades do projeto Javari-1: fase 3. IV. CONCLUSÃO Há segurança quanto à viabilidade técnica desta fase do projeto. O principal risco se refere à não alocação de RH, que inviabilizaria o projeto como um todo e, devido ao envelhecimento da equipe remanescente do projeto, implicaria na perda da capacitação adquirida pelo IEAv na área de separação isotópica. V. REFERENCIAS [1] C. Schwab, A.J. Damião, C.A.B. Silveira, J.W. Neri, M.G. Destro, N.A.S. Rodrigues, R. Riva, A. Mirage, Laser Techniques Applied to Isotope Separation of Uranium, Progress in Nuclear Energy, 33, , II. FATORES CONDICIONANTES Devido ao longo período sem investimento, aliado à dedicação de pesquisadores ao desenvolvimento de aplicações tecnológicas do laser, estimulada pelo Diretor do Centro Técnico Aeroespacial, a equipe dedicada ao projeto foi quase extinta. O projeto conta hoje com uma equipe extremamente experiente, porém em número extremamente reduzido, que não atende minimamente as Ativ. P&D IEAv, v.1, p.89, mar./2007-fev./

91 Estruturação da Superfície de Matrizes de Aço Ferramenta Usando Laser na Região do Ultravioleta Alex Silva de Oliveira*, Marcos Ribeiro de Almeida*, Felipe Masui Alves* e Nicolau A.S. Rodrigues** * Universidade Braz Cubas, Mogi das Cruzes, São Paulo ** Instituto de Estudos Avançados, São José dos Campos, São Paulo Resumo Neste trabalho é descrito o estudo de estruturação de superfícies de matrizes de aço ferramenta usando um laser de Nd-YAG, com gerador de terceiro harmônico, na região do ultravioleta, realizado por solicitação da Thyssekrupp do Brasil. Foram estruturadas matrizes de aço ferramenta: recobertas com PVD com furos de 2 µm de profundidade; temperadas e revenidas com furos de 10 µm de profundidade e temperadas, revenidas e nitretadas com furos de 6 µm. No primeiro e no segundo caso, foi obtida uma densidade de furos (área recoberta pelos furos pela área total tratada) de 10%, e no caso das matrizes nitretadas, foi obtida uma densidade de furos de 6%. Palavras Chave: laser, processamento de materiais a laser, microusinagem a laser, estruturação a laser. Polyvar 2. A partir desses dados foi decida qual a separação entre furos para a obtenção de uma densidade de furos desejada. I.INTRODUÇÃO O tratamento de superfície chamado de estruturação a laser consiste em realizar um arranjo de microfuros com diâmetro, profundidade e periodicidade controlados, com pulsos curtos provenientes de um laser. Há evidências de que a estruturação a laser de componentes mecânicos que sofrem grandes esforços de contato pode diminuir o atrito e aumentar a vida útil desses componentes[1]. No IEAv já foi demostrada a viabilidade da estruturação da superfície interna de peças cilíndricas usando laser de cobre e o aumento de vida útil de matrizes de forja a frio é de interesse da indústria metal-mecânica em geral[2]. Neste trabalho são mostrados resultados parciais do estudo de estruturação de matrizes planas de aço ferramentas, usando um laser emitindo no ultravioleta. Este estudo foi financiado pela Thyssenkrupp do Brasil, através de convênio com a Fundação Casimiro Montenegro Filho. Figura 2: Profundidade dos furos em função da energia cumulada em cada furo. IV.RESULTADOS E CONCLUSÕES Doze matrizes foram estruturadas (Fig. 3) e enviadas para testes de operação na Thyssenkrupp, com resultados mostrados na Tabela I. Estas matrizes serão testadas em linha de produção para verificar se há aumento de vida útil devido ao tratamento empregado. II. ARRANJO EXPERIMENTAL É utilizado um laser de Nd-YAG emitindo em 355 nm (3 o harmônico), pulsado, com taxa de repetição de até 100 khz, montado na horizontal sobre uma estrutura metálica, como mostrado na Fig. 1. Seu feixe é defletido para baixo por um espelho plano e focalizado por uma lente convergente (f = 200 mm) sobre a superfície de trabalho. As matrizes são fixadas sobre uma mesa XY e um programa escrito em Pascal controla a mesa XY e o laser, de modo a permitir a realização de matrizes de furos com distância entre furos e número de pulsos por furo controlados. Figura 3: Superfície de matriz com PVD estruturada. Aumento 20 X. Tabela I: Resultados. Tipo de tratamento Profund. (µm) Dens.furos(%) Tempo médio PVD 1,9 ± 0,3 9 ± 1 1h 50min Temperada e revenida 10,3 ± 0,4 10,0 ± 0,9 3h 10 min Nitretada 5,6 ± 0,4 5,9 ± 0,7 2 h Figura 1: Arranjo experimental. III.PROCEDIMENTO Para cada matriz em particular foi realizado um estudo da profundidade de furos em função da energia acumulada em cada furo, como mostrado na Fig. 2. A profundidade e o diâmetro dos furos foram medidos usando um microscópio Leica Reichert V. REFERENCIAS [1] K. Wagner, A. Putz, U. Engel, J. Mat. Proces. Tech., 177, , [2] R. Riva et all., Microstructuring of steel cylindrical inner surfaces with a 532 nm diode pumped solid state laser. XXIX ENFMC, Optics Technical Digest, Ed. N.U. Wetter. São Paulo : SBF, Agradecimentos: ao CNPq pelas bolsas de ITI concedidas aos dois primeiros autores. Ativ. P&D IEAv, v.1, p.90, mar./2007-fev./

92 Ferritas Ni-Zn Para Aplicação em Transformadores de Corrente Pulsada Vera Lúcia Othéro de Brito*, Francisco Cristóvão Lourenço de Melo** e Antonio Carlos da Cunha Migliano* * Instituto de Estudos Avançados, S.J. dos Campos, Brasil [vlobrito, ** Instituto de Aeronáutica e Espaço, Resumo Este trabalho mostra alguns dos resultados obtidos da avaliação da microestrutura e das propriedades magnéticas de uma ferrita Ni-Zn, adequada para aplicação como transdutor de um monitor de corrente pulsada. Verificou-se que a ferrita avaliada é apropriada para o monitoramento de pulsos de 1 µs de duração. Palavras Chave: Cerâmicas magnéticas, ferritas, permeabilidade magnética, sensores de corrente Na Divisão de Física Aplicada (EFA) do IEAv, a pesquisa de ferritas para aplicação em monitores de corrente pulsada teve início em meados da década de 80, motivada pela necessidade da construção desse tipo de componente para uso no acelerador linear de elétrons. A partir de então, outros trabalhos vêm sendo desenvolvidos nos temas de caracterização, aplicação e processamento de materiais magnéticos [1, 2, 3]. Este trabalho tem como objetivo mostrar os principais resultados da pesquisa desenvolvida no Laboratório de Sistemas Eletromagnéticos da EFA e na Divisão de Materiais do Instituto de Aeronáutica e Espaço, com o apoio do Instituto Tecnológico de Aeronáutica, no período O tema do trabalho foi a aplicação de ferritas em transdutores de monitores de corrente pulsada [4]. Foram estudadas três ferritas do tipo Ni-Zn para se verificar a mais adequada para utilização em um monitor para pulsos de corrente com duração de 1 µs. Das três ferritas, a que se mostrou mais adequada foi a do tipo Ni 0,5 Zn 0,5 Fe 2 O 4. Este trabalho mostra alguns dos resultados obtidos da caracterização magnética dessa ferrita. II. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL As ferritas do tipo Ni 0,5 Zn 0,5 Fe 2 O 4 foram preparadas empregando-se o método cerâmico convencional, a partir dos óxidos ZnO, NiO e Fe 2 O 3. Essas matérias-primas foram misturadas a úmido em moinho de bolas por 8h. A mistura, após seca, foi prensada em cilindros e pré-sinterizada a 900 o C por 2h ao ar. Os cilindros prensados foram triturados a seco e o material triturado foi moído em um moinho de alta energia, do tipo Spex, por 2h. A partir do material moído e acrescido de 0,6% em peso de carboximetilcelulose, foram preparadas amostras tubulares por prensagem uniaxial. Foram preparados três tipos de amostras: Tipo 1: prensadas a partir do pó como moído. Tipo 2: prensadas a partir do pó acrescido de 200 ppm de Nb 2 O 5 com agitação por ultrassom, em acetona, durante 15 min. Tipo 3: prensadas a partir do pó desagregado com ultrassom em acetona por 15 min. As amostras foram sinterizadas ao ar por 2h a 1300 o C. Após a sinterização, as mesmas sofreram ajustes por usinagem na Oficina de Óptica da Divisão de Fotônica e na Oficina Mecânica da Divisão de Suporte Tecnológico. Utilizou-se um analisador de impedância na caracterização da permeabilidade magnética complexa µ* (µ* = µ - iµ ) e as medidas foram realizadas sob variação de temperatura (-40 o C a +50 o C), utilizando-se uma câmara térmica. Também foram traçadas curvas de histerese magnética das amostras. A microestrutura das amostras foi avaliada em superfícies de fratura e a densidade foi avaliada pelo método de Arquimedes. III. RESULTADOS E DISCUSSÃO Para que a ferrita apresente um bom desempenho no monitor para pulsos de corrente de 1 µs, µ deve ser alto o suficiente para que a ferrita não seja saturada pela corrente monitorada e constante até freqüências mais altas que 1 MHz. Em gráficos de µ em função da freqüência até 100 MHz, verificou-se que a amostra do tipo 3 apresentou os valores mais altos de µ, constantes até cerca de 4 MHz. Verificou-se também que a adição de 200 ppm de Nb 2 O 5, cujo objetivo foi a redução das perdas (µ ), teve um efeito pouco perceptível em µ. Foi avaliada a variação de µ das amostras em função da temperatura, na freqüência de 1 MHz, entre -40 o C e +50 o C. Estas medidas demonstraram o desempenho da ferrita sob variações ambientais de temperatura. Verificou-se que µ das amostras variam conforme as expressões (1), (2) e (3), sendo T a temperatura em o C. Tipo 1: µ = 162,9 + 0,9039T + 0,0033T 2 (1) Tipo 2: µ = 189,6 + 1,0514T + 0,0037T 2 (2) Tipo 3: µ = 203,2 + 1,1494T + 0,0039T 2 (3) Das curvas de histerese traçadas, obteve-se o valor médio de 0,088T para a indução magnética de saturação (B s ) da amostra do Tipo 3. Na microestrutura das amostras, observou-se uma predominância de grãos menores que 10 µm. Observou-se também que a aplicação de ultrassom no processamento resultou em amostras mais densas. IV. CONCLUSÕES A desagregação com ultrassom durante o processamento, na etapa anterior à formação da amostra, resultou em maior densidade das amostras e em permeabilidade magnética mais alta. Verificou-se que a ferrita Ni 0,5 Zn 0,5 Fe 2 O 4 é apropriada para a aplicação proposta e outros parâmetros necessários, tais como B s e o comportamento de µ com variações ambientais de temperatura, foram determinados. V. REFERÊNCIAS [1] Y. C. de Polli, A. C. C. Migliano, C. R. S. Stopa, S. I. Nabeta and J. R. Cardoso. Finite element analysis of impedance of an electron beam current monitor, IEEE Transactions on Magnetics, v. 35, no. 3, pp , [2] C. A. R. Freitas. Efeito dos aditivos à base de MnO-MgO-Fe 2 O 3 em mantas absorvedoras para aplicação aeroespacial, Guaratinguetá: Universidade Estadual Paulista Júlio de Mesquita Filho, tese de doutorado, [3] L. V. Lemos. Transdutores de Corrente Pulsada, Mogi das Cruzes: Universidade Brás Cubas, trabalho de graduação interdisciplinar, [4] V. L. O. Brito. Seleção, elaboração e caracterização de ferritas Ni-Zn para aplicação em monitores de corrente pulsada, São José dos Campos: Instituto Tecnológico de Aeronáutica, tese de doutorado, Ativ. P&D IEAv, v.1, p.91, mar./2007-fev./

93 Estimação da Posição para Navegação Autônoma usando Casamento de Imagens com Diferentes Resoluções Kamel Bensebaa *, Mauricio Pozzobon Martins * * Instituto de Estudos Avançados (IEAV), S.J. dos Campos, Brasil [kamel.bensebaa, Resumo Neste trabalho, apresenta-se uma abordagem para estimar a localização dos Veículos Aéreos Não Tripulados (VANT), usando imagens com diferentes resoluções: uma imagem de alta resolução e uma imagem de baixa resolução capturadas em alturas diferentes. Este método consiste, em primeiro lugar, na detecção de pontos de interesse através do detector de cantos de Harris. Em segundo lugar, o método consiste em emparelhar os pontos que correspondem respectivamente aos pontos extraídos do quadro de imagem de vídeo do VANT e da imagem georeferenciada. Finalmente, utilizou-se a estimação do modelo geométrico para mapear a imagem de alta resolução com a imagem de baixa resolução, que resulta na estimação da posição do VANT. Palavras Chave: VANT, Detector de Harris, Emparelhamento, Resolutions, Posição. Os Veículos Aéreos Não Tripulados (VANT) se tornaram um importante meio de navegação autônoma altamente apropriada para diferentes tarefas da área de sensoriamento remoto. O Módulo de Visão Computacional do projeto PITER (Processamento de Imagens em Tempo Real) é responsável pela estimação da posição do VANT através do processamento de imagens aéreas capturadas por um sensor óptico embarcado (câmera) em visada nadir, reconhecendo feições do quadro de imagem vídeo em uma base georeferenciada (imagem), identificando dessa maneira, a posição recentemente sobrevoada pelo VANT. A fim de alcançar uma posição precisa, antes que o erro de navegação se torne incorrigível, o principal objetivo deste trabalho é desenvolver uma técnica que permita a estimação da localização da navegação autônoma aérea, usando emparelhamento de imagens com diferentes resoluções [1]. II. PRÉ-PROCESSAMENTO O primeiro passo deste trabalho consiste em selecionar subimagens da mesma cena, que serão utilizadas como imagens teste na técnica desenvolvida. Assim, duas subimagens de diferentes resoluções, representando o estádio municipal de futebol da cidade de São José dos Campos, foram selecionadas. A primeira subimagem de alta resolução se refere ao quadro de imagem vídeo capturado pela câmera fixada no helicóptero e a segunda subimagem, de menor resolução é extraída do mosaico. Devido ao problema de interlacing presente nas imagens de vídeo, uma operação de pré-processamento foi realizada usando um filtro Gaussiano, para eliminar o efeito précitado. III. METODOLOGIA Esta seção apresenta a metodologia para estimar a localização do VANT, usando emparelhamento de imagens com diferentes resoluções: imagens de alta resolução e imagens de baixa resolução. A. Detecção de pontos de interesse Os pontos de interesse que se procura numa imagem são geralmente pontos que podem ser associados aos objetos presentes na imagem, tais como cantos ou interseções de contornos, comumente chamados de junções. Neste trabalho, para detectar os pontos de interesse, o detector de Harris melhorado (improved Harris) [3] foi aplicado na imagem de baixa resolução enquanto o detector de Harris multiescala [2] foi aplicado na imagem de alta resolução para detectar os pontos em cada escala. B. Emparelhamento O emparelhamento dos pontos, em cada escala, é realizado aplicando-se o critério de similaridade, utilizando a distância de Mahalanobis para encontrar a correspondência entre os pontos de interesse. As características locais usadas na correspondência são baseadas sobre os invariantes diferenciais de níveis de cinza. C. Estimação do modelo geométrico Uma vez que as correspondências das feições foram estabelecidas, utiliza-se a estimação do modelo de transformação geométrica baseado na transformação de similaridade (Eq. 1). Este modelo consiste na estimação dos parâmetros de translação (tx, ty), de rotação (θ) e de escala (s). A estimação dos parâmetros do modelo permite encontrar numa imagem de referência as coordenadas (u,v) correspondentes a certa posição (x,y) no quadro da imagem vídeo capturado pela câmera fixada na aeronave. u cosθ sinθ s 0 x = + t x (1) v sinθ cosθ 0 s y t y IV. EXPERIMENTOS E RESULTADOS Os experimentos, de acordo com os diferentes estágios do algoritmo, foram realizados utilizando as seguintes escalas 1.4, 1.8, 2.4, 2.8, 3.4, 4.4. Assim, as Figuras 1a e 1b ilustram, respectivamente, os resultados dos pontos detectados pelo operador de Harris na imagem de referência e no quadro de imagem vídeo. As Figuras 1c e 1d ilustram, respectivamente, o quadro de imagem de vídeo com certa posição e a imagem de referência com as correspondentes coordenadas. (a) (b) (c) (d) Figura 1: Imagem de referência e quadro de imagem vídeo. V. CONCLUSÃO Os experimentos realizados neste trabalho indicaram resultados satisfatórios, porém esta abordagem se limita apenas no uso de imagens capturadas no visível, visto que a correspondência de pontos de interesse é baseada em feições radiométricas. Portanto, há necessidade de desenvolver novas técnicas que permitam emparelhar feições geométricas extraídas em imagens de diferentes canais e capturadas por diferentes sensores. VI. REFERÊNCIAS [1] K. Bensebaa, M. P. Martins. Localization Estimation for Autonomous Aerial Navigation by matching Images with Different Resolutions..In: Proc. of the 6th WSEAS International Conference on Circuits, Systems, Electronics, Control & Signal Processing (CSECS '07), Cairo, Egypt, December 29-31, [2] Y. Dufournaud, C. Schmid, R. Horaud. Matching Image with Different Resolutions. Computer Vision and Pattern Recognition, v. 1, , [3] C. Schmid, R. Mohr, C. Bauckhage. Comparing and evaluating interest points. In: Proc. Int. Conf. Comp. Vis., p , Ativ. P&D IEAv, v.1, p.92, mar./2007-fev./

94 Utilização da espectroscopia de absorção com lasers de diodo para medidas em túnel de vento hipersônico pulsado Leila R. dos Santos*, Paulo G. de P. Toro*, Maria Esther Sbampato* e Alberto M. dos Santos* * Instituto de Estudos Avançados, S.J. dos Campos, Brasil [leila, toro, esther, Resumo A espectroscopia de absorção com laser de diodo é uma técnica não intrusiva que é aplicada para a determinação de temperatura e concentração de espécies químicas em chamas. Para a utilização em túneis de vento hipersônicos pulsados, algumas modificações devem ser feitas em conseqüência dos curtos tempos de medição. São descritos o arranjo experimental utilizado e os resultados de medidas de concentração obtidos. Descreve-se também o método para medição de temperatura que será aplicado nos túneis de vento da Divisão de Aerotermodinâmica e Hipersônica do IEAv. Palavras Chave: espectroscopia de absorção, laser de diodo, temperatura, túnel de vento hipersônico. controle de sua temperatura e da corrente elétrica que o atravessa. O feixe de cada laser acoplado em uma fibra ótica e é dividido para a medida do valor de I 0 e introduzido em um interferômetro para a medição precisa da variação do comprimento de onda emitido com a corrente do laser. Os feixes dos dois lasers são acoplados em uma única fibra e o feixe único é enviado ao túnel de choque através de janelas de quartzo. Após atravessar o meio onde se deseja realizar as medidas o feixe é novamente acoplado a uma fibra ótica e separado nos dois comprimentos de onda por meio de grades de Bragg e enviados aos detetores. A espectroscopia de emissão consiste em um método não intrusivo em que medidas de temperatura e concentrações de espécies químicas podem ser obtidas com precisão e com um arranjo experimental relativamente simples [1]. A utilização em chamas tem sido aplicada para a medição da absorção de moléculas de água da radiação de dois lasers de diodo que emitem em dois comprimentos de onda distintos no infravermelho. A medida em túneis de choque exige um sistema rápido de aquisição de dados de modo a se obter dados no intervalo de tempo dos experimentos, da ordem de milisegundos. II. TEORIA RESUMIDA A absorção de radiação por uma substância é descrita pela lei de Beer-Lambert, representada pela equação: I = exp( S( T ) g( ν ) Pl i ) I (1) 0 em que I é a intensidade da radiação transmitida, I 0 a intensidade da radiação incidente com freqüência ν, S (em cm -2 atm 1 ) é a força de linha da transição, que depende da temperatura T, g (em cm) é uma função que depende da forma da linha no espectro de absorção, P (em atm) a pressão parcial da espécie que absorve a radiação e l (em cm) é o caminho ótico através do meio absorvedor. A medida da relação I/I 0 fornece a concentração da espécie. Para a determinação da temperatura é feita a medida de absorção em duas linhas diferentes, correspondentes às absorções partindo de dois estados iniciais diferentes. A intensidade de radiação absorvida é proporcional à população desses estados iniciais, representada por uma distribuição de Boltzmann: E i hc / kt N g e (2) i i em que g i é a degenerescência do nível, E i a energia do nível, T a temperatura absoluta e h, c e k são as constantes de Planck, a velocidade da luz e a constante de Boltzmann, respectivamente. III. PARTE EXPERIMENTAL A figura 1 mostra o arranjo experimental utilizado para as medidas de temperatura e concentração em túnel de choque. Utilizam-se dois lasers de diodo emitindo em 1391,7 nm e 1343,3 nm, correspondente a duas linhas de absorção da água. Os lasers são estabilizados nesses comprimentos de onda através do Figura 1: Montagem experimental para medidas de temperatura em túnel de choque utilizando a espectroscopia de absorção IV. RESULTADOS PRELIMINARES A figura 2 mostra resultados de medidas de concentração de água contida no ar existente no tanque de descarga do túnel de choque. Utilizou-se apenas um laser de diodo nas medidas. O intervalo entre cada espectro é de 100 µs. intensidade normalizada 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 ar ambiente presença de moléculas de água 0, Tempo (µs) Figura 2: Espectro obtido da análise utilizando no interior da célula apenas com ar ambiente V. REFERÊNCIAS [1] Baer, D. S., Hanson, R. K., 1994, Multiplexed Diode-laser Sensor System for Simultaneous H 2O, O 2, and temperature measurements, Opt. Lett., v. 19, n. 22, pp Ativ. P&D IEAv, v.1, p.93, mar./2007-fev./

95 Desenvolvimento de um Laser de CO 2 Contínuo, de Alta Potência, para Processamento de Materiais Gilson Carlos de Castro Correard e Nicolau André Silveira Rodrigues Instituto de Estudos Avançados /CTA - São José dos Campos SP Resumo No laboratório de Desenvolvimento de Aplicações de Laser e Óptica (DedALO) da Divisão de Fotônica do IEAv, se faz necessário a construção de um laser de CO 2 contínuo com potência da ordem de 1 kw, para o desenvolvimento de aplicações em solda e corte de metais. Este laser deve ser de construção simples, compacta, flexível, estável, confiável e escalável, para permitir modificações rápidas de configuração e a expansão para potências maiores. Palavras Chave: laser, CO 2, solda e corte. Decidiu-se pela montagem de um dispositivo de alto fluxo de gás, longitudinal ao eixo óptico, por ser uma configuração muito compacta de alta potência de saída [1,2]. Este tipo de laser tem uma região de descarga, onde ocorre o laser, separado dos trocadores de calor, com o gás fluindo por convecção forçada por uma bomba em um circuito fechado. Optou-se por excitação com descarga elétrica DC, por ser uma tecnologia bem conhecida no IEAv. Para que o laser seja escalável, a bomba de alto fluxo e os trocadores de calor foram superdimensionados e toda a montagem será feita sobre uma mesa que permite a colocação de mais uma linha de meio ativo, paralela a original. II. DESCRIÇÃO DOS COMPONENTES Os principais componentes podem ser vistos na Fig. 1. Foi adotado o padrão ISO KF 40 em aço inox para todas as conexões dos tubos, por serem facilmente encontradas no mercado em várias configurações. Para a cabeça do laser, foi desenvolvida uma estrutura, composta por um cilindro envolvido por dois flanges que são unidos através de um conjunto de três parafusos longos, com molas e porcas, para que o alinhamento possa ser feito pela parte traseira da cabeça. As tampas utilizadas para a fixação da óptica permitem que se possa variar o diâmetro da óptica, utilizando-se a mesma cabeça, bastando para isso, trocá-las por outras com diâmetros internos diferentes. O trocador de calor é composto pela carcaça cilíndrica, com duas paredes, entre as quais circula água de refrigeração e um cilindro interno aletado, com três condutos no seu interior, por onde circula água de refrigeração. Para refrigerar a vedação da conexão do tubo laser com o trocador de calor, foram confeccionados tubos com uma camisa de água externa. O tubo laser é composto por dois tubos de quartzo com comprimento de 60 cm. A interligação entre os trocadores é composta por quatro tubos, sendo dois com comprimento de 72,5 cm e dois com comprimento de 60 cm. Todos os tubos possuem 2,4 cm de diâmetro interno, formando um circuito fechado de 6 tubos. Como meio ativo será utilizada uma mistura de gases de CO 2, N 2 e He. O anodo será a própria cabeça do laser em ambos os lados. O catodo será o trocador de calor aterrado junto ao pólo negativo da fonte. A bomba de alto fluxo possui capacidade de sucção de 8,34 m3/min, pressão de entrada de 60 mbar e pressão de saída de 80 mbar à temperatura de 30ºC. Funciona por intermédio de dois rotores trilobulares, montados dentro de uma câmara adequadamente dimensionada, apoiados em duas laterais onde estão montados os rolamentos, os elementos de vedação e o cárter. Devido ao fato dos rotores girarem entre si e contra as paredes da câmara da bomba, sem atrito, não há necessidade de lubrificação, razão pela qual o transporte do gás se processa inteiramente sem arraste de óleo. Para amortecer vibrações, na conexão da bomba com o trocador, foram utilizados acoplamentos flexíveis (bellows). Uma bomba de vácuo será conectada em dois pontos: ao sistema de circulação de gás do laser, para que o laser opere somente com a mistura do gás; nos cárteres nas laterais de apoio dos lóbulos da bomba de alto fluxo, mantendo assim, a câmara dos rotores isenta de óleo. Para a descarga elétrica, foi disponibilizada uma fonte trifásica já existente no IEAv com tensão de saída máxima de 22 kv e 700mA de corrente máxima (DC), limitada por um circuito de proteção. Para limitar a corrente da descarga serão empregados dois bancos de resistores ballast na saída da fonte, um para cada tubo. III. CONCLUSÃO No estágio atual, todas os componentes já foram adquiridos ou construídos nas oficinas do IEAv. A montagem do laser encontra-se na finalização, restando apenas a conclusão das ligações do circuito de alta tensão, a montagem dos tubos laser, tubos de interligação e a ligação do cilindro da mistura de gás. Após o término da montagem, será efetuada a caracterização do feixe de laser. Fig. 1 Montagem do Laser de Alto Fluxo IV. REFERÊNCIAS [1] Kozlov, G. I.; Kuznetsov, V.A., Multibeam industrial cw CO 2 laser with an output power of 10 kw, Proc. SPIE, Vol. 2109, p , [2] K. Dul, J. Biesenbach1, D. Ehrlichmann1, U. Habich1, U. Jarosch1, J. Klein1, P. loosen1, J. Niehoff1 and R. Wester1, Lasers for materials processing: specifications and trends, Optical and Quantum Electronics, 27, 1089, Agradecimentos: à SUTEC pela confecção dos principais componentes do laser. Ativ. P&D IEAv, v.1, p.94, mar./2007-fev./

96 Controle das Dimensões das Micro-Cavidades da Estruturação Gerada em Superfícies Metálicas com um Laser de Nd:YAG Pulsado José Guilherme Alvarenga Batista Simões, Rudimar Riva Instituto de Estudos Avançados IEAv - S.J. dos Campos, Brasil Resumo O processo de estruturação a laser consiste basicamente na fabricação de micro-cavidades em superfícies polidas. Tem por objetivo melhorar as propriedades tribológicas, em especial a diminuição do atrito de contato entre peças em movimento. Também pode servir como uma superfície (texturizada) de ancoragem para vários tipos de revestimentos e tratamentos de superfície para mudança nas propriedades físicas. Para esta aplicação, as cavidades têm dimensões micrométricas (diâmetro e profundidade) e devem preencher toda a superfície do metal. Mostra-se que podemos controlar precisamente as propriedades geométricas, alterando-se os parâmetros do laser. Palavras Chave: estruturação, ablação a laser, atrito, desgaste. I. A ESTRUTURAÇÃO DE SUPERFÍCIES COM LASER Estruturar uma superfície sólida é realizar micro-cavidades com um padrão de forma determinadas. Geralmente, busca-se uma melhor uniformidade e reprodutibilidade possíveis. Na estruturação, diferentemente da texturização, uma porcentagem da superfície natural não é modificada. Já a texturização toda a superfície é modificada. Superfícies são estruturadas ou texturizadas pelo homem por motivos: estéticos; para obtenção de aderência ou ancoragem de um material em outro; alteração das propriedades físicas dos materiais; e em nosso estudo, pelo aspecto tribológico. Foi realizada a estruturação de superfícies de contato de componentes de motores, cujo objetivo é diminuir o coeficiente de atrito das superfícies dos componentes, melhorando a vida útil e o rendimento em potência dos motores. Uma superfície estruturada (fig.1) consegue manter uma camada de óleo melhor distribuída que em uma superfície lisa, pois se formam pequenos reservatórios de lubrificante, agindo como uma interface mais permanente ao longo das áreas requisitadas pelos esforços, além de servir como um local onde particulados resultantes do desgaste possam ficar guardados, elevando a vida útil da peça mecânica [1]. sendo є o coeficiente de absorção do material, E p a energia por pulso laser, A c a área da cavidade, ρ é a densidade do material, L v e L f são o calor latente de vaporização e fusão do material, c p é o calor específico do material e T v e T a são as temperaturas de vaporização do material e ambiente [2]. De acordo com a expressão (1), as dimensões da cavidade podem ser bem controladas variando-se o diâmetro (área) do feixe de laser e a sua energia de pulso. II. PARTE EXPERIMENTAL A superfície interna de um cilindro de aço 1070 foi estruturada utilizando um laser Nd:YAG (pulsado - 532nm). Um dispositivo mecânico de precisão foi desenvolvido para controle da geometria da estruturação, onde um espelho direciona o feixe de laser focalizando-o na superfície cilíndrica internamente, proporcionando uma cobertura de toda a área. O número de pulsos do laser que determina a profundidade das micro-cavidades da estruturação é controlado por um CLP, que por sua vez também controla a velocidade de giro e avanço do espelho. III. RESULTADOS E DISCUSSÕES Em nosso projeto foi realizado um estudo experimental dos parâmetros de laser (diâmetro, tempo de pulso e energia) que influenciam nas dimensões da micro-cavidades. Mais de micro-cavidades são geradas (fig.2), aproximadamente, em uma superfície interna de um cilindro de 40mm de diâmetro e 30mm de comprimento. As profundidades podem ser controladas desde 3 +/- 1 micrometro até 23 +/- 2 micrometros, enquanto que o diâmetro de entrada pode variar desde 50 +/- 2 micrometros a 120 +/- 2 micrometros. A densidade de micro-cavidades em relação a superfície tem ampla possibilidade de variação [3]. Figura 2. Uma cavidade em aço (sem brunimento) e uma Metalização de alumínio no molde de acrílico de uma estruturação. Figura 1. Superfícies (estruturadas) em atrito e lubrificadas. Conhecendo-se algumas propriedades físicas do material, podese por meio de (1) estimar a profundidade L C por pulso de laser. IV. REFERÊNCIAS [1] Etsion, Izhak - State of the Art in Laser Surface Texturing. [2] LIA Handbook Of Laser Materials Processing Laser Institute Of America - Magnolia Publishing, Inc. [3] Rudimar Riva, José Guilherme A. B. Simões, Marcelo G. Destro, SérgioS. Guerreiro. Micro-Struturing Of Steel Cylindrical Inner Surfaces with a 532 nm Diode Pumped Solid State Laser. Agradecimentos: a ThyssenKrupp Metalúrgica Campo Limpo Ltda pelo apoio financeiro. L C = εe p 1, (1) A ρ [ L + L + c ( T T )] C V f P V a Ativ. P&D IEAv, v.1, p.95, mar./2007-fev./

97 Um Estudo de Ebulição Sub-resfriada em Núcleo de Reatores PWR Francisco Antonio Braz Filho, Eduardo Madeira Borges, Alexandre David Caldeira Instituto de Estudos Avançados - IEAv, S.J. dos Campos, Brasil [fbraz, eduardo, Resumo: No escoamento do refrigerante em núcleos de reatores nucleares do tipo PWR ( Pressurized Water Reactor ), em situações normais de operação, a temperatura média do fluido encontra-se abaixo da temperatura de saturação. Porém, em algumas regiões a temperatura da parede do combustível excede a temperatura de saturação do fluido, propiciando a ocorrência de escoamento bifásico em regime de ebulição sub-resfriada. O software COTHA-2tp, desenvolvido no Instituto de Estudos Avançados, utiliza o modelo homogêneo para o estudo de escoamento bifásico no núcleo de reatores PWR. O modelo homogêneo, em princípio, não percebe a ocorrência da ebulição sub-resfriada. Neste sentido, foram acrescentados ao COTHA-2tp dois modelos empíricos que corrigem o modelo homogêneo para o caso de regime de ebulição sub-resfriada. Os resultados obtidos foram satisfatórios quando comparados com aqueles do programa computacional COBRA-EN e dados experimentais. Palavras Chave: ebulição, ebulição sub-resfriada, escoamento bifásico. Os reatores nucleares refrigerados a água, PWRs ( Pressurized Water Reactors ), são projetados para trabalhar, em condições normais, com o refrigerante abaixo da temperatura de saturação, ou seja, com o escoamento do fluido na forma líquida. No entanto, principalmente nos canais mais quentes, a temperatura do refrigerante encontra-se muito próxima da temperatura de saturação e, além disto, a temperatura da parede do revestimento de combustível excede esta temperatura. Isto propicia a ocorrência de bolhas de vapor e o escoamento torna-se bifásico em um regime de ebulição sub-resfriada. O estudo da ebulição sub-resfriada para reatores PWR é muito importante, uma vez que alguns fenômenos podem ocorrer com o surgimento de bolhas no núcleo do reator, como por exemplo: a realimentação da potência do reator e a deposição de boro no revestimento da vareta de combustível. Além disto, o escoamento bifásico em regime de ebulição sub-resfriada leva a um súbito aumento do coeficiente de transferência de calor e um acréscimo da perda de carga que pode levar à instabilidade do escoamento. O modelo homogêneo é uma técnica mais simples para se analisar escoamento bifásico (ou multifásico). Adotando-se propriedades médias adequadas, pode-se tratar a mistura como um só fluido e aplicar-se as equações de conservação para um único componente. A partir desta hipótese, os métodos convencionais da mecânica dos fluidos podem ser utilizados. O software COTHA-2tp [1], desenvolvido no Instituto de Estudos Avançados (IEAv), utiliza o modelo homogêneo para a análise de escoamento bifásico em núcleos de reatores PWR. Este modelo, em princípio, não percebe o regime de escoamento bifásico em ebulição sub-resfriada. O objetivo deste trabalho é acrescentar ao COTHA-2tp modelos empíricos que possam detectar e analisar o escoamento em ebulição sub-resfriada. II. RESULTADOS Os modelos de Levy [2] e Lellouche [3] foram inseridos ao software COTHA-2tp para se considerar a ebulição sub-resfriada. Para validação destes modelos, foi simulado um canal aquecido submetido à alta pressão, típico de um PWR, onde os resultados foram comparados aos do software COBRA-EN [4], um dos principais softwares de análise termoidráulica de núcleo de reatores. A Figura 1 mostra o valor da qualidade obtida utilizando-se vários tipos de formulações: i) modelo homogêneo no COTHA-2tp sem correção para o regime de ebulição sub-resfriada (COTHA-2tp); ii) modelo de Levy no software COTHA-2tp (LEVY); iii) modelo de Lellouche no software COTHA-2tp (LELLOUCHE); e modelo de 4 equações do COBRA-EN (COBRA-EN (4E)). O modelo homogêneo sem correção não percebe a ebulição sub-resfriada, ou seja, a qualidade de equilíbrio termodinâmico permanece igual a zero enquanto a entalpia não atingir a entalpia do líquido saturado. Os resultados dos modelos de Levy, Lellouche e de 4 equações do COBRA-EN encontram-se bem próximos. O modelo de Levy superestima um pouco os resultados (ordem de 2 %) em relação aos do COBRA-EN. Na região de saturação, os modelos de Lellouche, homogêneo sem correção e do COBRA-EN são praticamente coincidentes. Qualidade 0,16 0,14 0,12 0,1 0,08 0,06 0,04 0,02 COTHA-2tp LEVY LELLOUCHE COBRA-EN (4E) 0 2 2,5 3 3,5 4 Nível Axial [m] Figura 1. Qualidade ao longo do canal. III. COMENTÁRIOS FINAIS Os modelos de Levy e Lellouche foram obtidos para experiências a altas pressões, como ocorre em reatores de potência. Nesta situação, os resultados são confiáveis. Este trabalho faz parte dos estudos iniciados em conjunto com o Centro Técnico da Marinha em São Paulo (CTMSP). IV. REFERÊNCIAS [1] Braz Filho, F. A. et al., Desenvolvimento de um Programa Computacional para Análise Termoidráulica de Núcleos de Reatores Nucleares do Tipo PWR, Pesquisa Naval (Suplemento Especial da Revista Marítima Brasileira), ISSN , V. 17, pp , Brasília, [2] Levy S., Forced Convection Subcooled Boiling Prediction of Vapor Volumetric Fraction, Int. J. Heat Mass Transfer, V. 10, pp , [3] International Atomic Energy Agency, Thermohydraulic Relationships for Advanced Water Cooled Reactors, IAEA-TECDOC-1203, IAEA, Vienna, Austria, [4] Basile, D. et al., COBRA-EN: an Upgraded Version of the COBRA- 3C/MIT Code for Thermal-Hydraulic Transient Analysis of Light Water Reactor Fuel Assemblies and Cores, Report 1010/1, Ativ. P&D IEAv, v.1, p.96, mar./2007-fev./

98 Caracterização de um jato de plasma metálico gerado pelo processo de ablação a laser de vapor de cobre (LVC) J. B. Matos 1, J. W. Neri 2, C. A. B. Silveira 2, N. A. S. Rodrigues 2 1 Instituto Tecnológico de Aeronáutica, S.J. dos Campos, Brasil 2 Instituto de Estudos Avançados, S.J. dos Campos, Brasil Resumo - O objetivo deste trabalho é diagnosticar parâmetros macroscópicos do plasma gerado pela interação do laser de vapor de cobre (LVC) com a superfície de uma amostra metálica (Al, Cu e W). Os parâmetros do jato de plasma de interesse são: temperatura e densidade de elétrons, densidade de íons e velocidade de expansão do jato. Esses parâmetros visam um estudo para a área de separação de isótopos de alvos simples e complexos, como por exemplo, elementos de Terras Raras. Palavras Chave: ablação a laser, diagnóstico de plasma, sonda de Langmuir. II.ARRANJO EXPERIMENTAL O laser de vapor de cobre incide na superfície da amostra gerando um jato de plasma decorrente do processo de ablação a laser. A Figura 1 mostra o diagrama esquemático do arranjo experimental para produção e diagnóstico do jato de plasma I.INTRODUÇÃO O processo de ablação à laser [1] tem sido estudado extensivamente ao longo dos anos em diversas aplicações, como: deposição de filmes finos, processamento de materiais, separação isotópica de materiais radioativos, espectroscopia em vapores metálicos, entre outras. Quando a radiação incide na superfície do metal, diversos processos físicos como condução térmica, fusão, evaporação e ionização, precedem a formação do plasma. Este processo é bastante complexo e depende fundamentalmente dos parâmetros do feixe de laser e das propriedades físico-térmicas do alvo a ser evaporado. A utilização de uma sonda de Langmuir para caracterização dos parâmetros macroscópicos do plasma se deve a simplicidade de implementação e baixo custo, o que justifica o uso desta técnica para diagnóstico de plasma estacionário ou jato de plasma [2]. A sonda foi confeccionada na configuração cilíndrica. Para cada conjunto obtido de dados foram variados: tensão de polarização da sonda (-300 V a 300 V), potência do laser de vapor de cobre (4 W a 10 W), amostras metálicas (Cu, Al, e W), e distância alvo e sonda (4 cm a 6,5 cm). O laser de vapor de cobre não é mencionado com freqüência em aplicações de ablação, possuindo um conjunto de características interessantes para este fim e que não pode ser encontrado em qualquer outro tipo de laser, como: emissão no visível, pulsos de curta duração, alta taxa de repetição e alta potência de pico. A Tabela (1) mostra algumas dessas características importantes para nossos estudos em ablação. A análise dos resultados deste estudo foi embasada pela Teoria de Sonda de Langmuir juntamente com aproximações da Teoria de Expansão Hidrodinâmica, adequada para tratamento de plasmas em expansão. TABELA 1 : Valores característicos de operação do laser de vapor de cobre utilizado para evaporação de metais como alumínio, cobre e tungstênio. Características (Unidades) Valores Comprimento de Onda (nm) Largura do pulso 40 (ns) Freqüência de Repetição 5 (khz) Energia por pulso 0,5 2,5 (mj) Potência de Pico (kw) Potência Média 4 12 (W) Intensidade (W/cm 2 ) 7 6 Figura 1: Diagrama experimental para obtenção de um plasma metálico gerado pelo processo de ablação a laser, onde (1) é o feixe de laser de vapor de cobre incidindo em um alvo metálico (2), posicionado sobre um passador de rotação (8). A interação de (1) e (2) gera um plasma metálico (3). O diagnóstico deste plasma se dá através de uma sonda eletrostática representada por (4). A variação de distância entre (2) e (4) é realizada pelo suporte da sonda cilíndrica (5). O circuito de polarização de (4) está representado em (6). Em (7) temos a representação de um osciloscópio que fornece o sinal de tensão de (4). III. RESULTADOS E DISCUSSÕES Plotando corrente versus tensão aplicada à sonda obtém-se a curva característica de Langmuir, necessária para se determinar os parâmetros do jato de plasma. Os valores típicos de temperatura de elétrons foi da ordem de 15 ev, de densidade de elétrons e íons foram da ordem de /cm 3 e de /cm 3, respectivamente. O valor de velocidade de expansão do plasma foi da ordem de 10 km/s para todas as amostras evaporadas. Apesar da desigualdade entre valores de densidades, ambas obtidas através dos valores de temperatura de elétrons, há na literatura suposições de que a expansão individual de íons e de elétrons seja diferente. Uma conclusão a respeito desta desigualdade demanda ainda um estudo específico mais detalhado. Todos estes resultados obtidos são de especial interesse para um futuro projeto de armadilhas de plasma na área de separação isotópica, onde o vapor carregado será separado do vapor neutro. IV. REFERÊNCIAS [1] JS. AMORUSO, R. BRUNEZZE. N. SPINELLI and R. VELOTTA, Characterization of laser-ablation plasmas, J. Phys. B:At. Mol. Opt. Phys. 32 (1999). [2] SEGALL, S. B., KOOPMAN, D. W., Application of cylindrical Langmuir probes to streaming plasma diagnostics. Physics of Fluids, Vol. 16, nº 7, Agradecimentos: A autora agradece à CAPES e ao CNPq pelo auxílio financeiro e ao IEAv pela infra-estrutura cedida Ativ. P&D IEAv, v.1, p.97, mar./2007-fev./

99 Técnica de schlieren aplicada aos estudos de escoamentos hipersônicos Antonio Carlos de Oliveira*, Marco Antonio Sala Minucci*, Paulo Gilberto de Paula Toro*, José Brosler Chanes Jr*. e Leik N. Myrabo** * Instituto Técnico Aeroespacial, S.J. dos Campos, Brazil [acoc, sala, toro, ** Rensselaer Polytechnic Institute, Troy, New York , EUA, Resumo A técnica de visualização não intrusiva de schlieren associada a uma câmera de alta velocidade foi implantada no Laboratório de Aerotermodinâmica LAH/IEAv e é amplamente usada nos experimentos, por fornecer com riqueza de detalhes informações a respeito do escoamento. Palavras Chave: schlieren, hipersônica, interação laser - plasma, redução de arrasto aerodinâmico. Experimentos para o setor de hipersônica são normalmente realizados em túneis de choque pulsados. Neste regime de escoamento, técnicas de medida não intrusivas são importantes, porque qualquer superfície submetida ao escoamento será uma fonte de indesejáveis ondas de choque. A técnica de visualização não intrusiva de schlieren é baseada na deflexão angular sofrida por um feixe de luz colimado ao passar por um meio que possui um gradiente do índice de refração. Ela é usada nos estudos de escoamentos hipersônicos, por permitir a visualização de ondas de choque, camadas limite, mistura de jatos, entre outros, e, ainda, por ser de fácil alinhamento, não possuir custo de implantação alto e fornecer excelentes imagens. O principio de funcionamento do schlieren é bastante simples, um feixe colimado é produzido na região de interesse por meio de uma fonte luminosa colocada no foco de um espelho parabólico. Após atravessar a região de teste, o feixe é coletado por um segundo espelho parabólico que o focaliza. No plano focal deste espelho, um filtro espacial (lâmina de barbear) obstrui parte da luz incidente e cria um padrão de imagem que destaca as variações de densidade do meio. II. DISPONIBILIDADES DO LAH O LAH/IEAv possui três túneis de choque (T1,T2 e T3) e a técnica de schlieren está sendo incorporada como ferramenta nestas unidades. A técnica é usada associada a uma câmera de alta velocidade (CORDIN 550), que permite obter 32 fotos com velocidade de até dois milhões de quadros por segundo. Como fonte de luz para o schlieren, são usados flashs comerciais de máquinas fotográficas, adaptados para serem disparados por um comando sincronizado com o experimento. Como os túneis são de diferentes portes, cada unidade possui um conjunto óptico compatível com a abertura das janelas de observação da seção de teste. O laboratório possui duas câmeras de alta velocidade e atualmente está em fase de desenvolvimento a montagem de um sistema óptico que permitirá o compartilhamento da mesma câmera pelos túneis T2 e T3. III. RESULTADOS EXPERIMENTAIS A técnica já foi usada nos experimentos de adição de energia por laser para controle de desempenho de veículos hipersônicos [1], nos experimentos do projeto SARA (satélite reutilizável) e do SCRAMJET, realizados no T2, atualmente ela é usada nos ensaios de um compressor supersônico, realizados no T1, e também nos experimentos do modelo de avião hipersônico 14X, que são conduzidos no T3. Exemplos de imagens coletadas nestes experimentos são apresentados pelas fotografias mostradas a seguir. Figura 1 Fotografias schlieren de experimentos realizados no LAH, (a) SCRAMJET, (b) SARA, (c) adição de energia, (d) compressor supersônico. A Fig. 1 mostra as diferentes aplicações da técnica, em (a) ela foi usada para visualizar a injeção de H 2 na combustão do SCRAMJET, em (b) para visualizar a onda de choque sobre o modelo SARA, em (c) na observação da deformação da onda de choque por adição de energia usando lasers e em (d) na visualização das ondas de choque no compressor supersônico. IV. CONCLUSÕES A técnica de schlieren é uma ferramenta extremamente útil para pesquisas realizadas nos setores de hipersônica e supersônica, forncendo imagens que permitem análises de ondas de choque, perfis aerodinâmicos, injeção de combustíveis, validações de modelos teóricos, entre outras. V. REFERÊNCIAS [1] A. C. Oliveira, M. A. S. Minucci, P. G. P. Toro, J. B. Chanes Jr, L. N. Myrabo e H. T. Nagamatsu, Bow Shock Wave Mitigation by Laser- Plasma Energy Addition in Hypersonic Flow, aceito para publicação na revista da AIAA Spacecraft and Rockets. [2] A. C. Oliveira, M. A. S. Minucci, P. G. P. Toro, J. B. Chanes Jr e L. N. Myrabo, Schlieren Visualization of the Energy Addition by Multi Laser Pulse in Hypersonic Flow., Proceedings of Fifth International Symposium on Beamed Energy Propulsion, vol. 1, pp , May Ativ. P&D IEAv, v.1, p.98, mar./2007-fev./

100 Controle de desempenho de veículos hipersônicos por adição de energia usando radiação laser Antonio Carlos de Oliveira*, Marco Antonio Sala Minucci*, Paulo Gilberto de Paula Toro*, José Brosler Chanes Jr*. e Leik N. Myrabo** * Instituto Técnico Aeroespacial, S.J. dos Campos, Brazil [acoc, sala, toro, ** Rensselaer Polytechnic Institute, Troy, New York , EUA, Resumo Pesquisas direcionadas para o estudo da adição de energia a frente de um veículo hipersônico para a redução do seu arrasto aerodinâmico e da transferência de calor para sua carenagem estão sendo conduzidas em um túnel de choque hipersônico usando dois lasers de CO 2 de alta potência (33 MW). Foram feitos experimentos com defasagem temporal entre lasers de 30, 40, 50 e 80 µs para averiguar os efeitos da taxa de inserção de energia. Foi desenvolvida a técnica de visualização de schlieren para acompanhar todas as etapas do fenômeno e excelentes resultados foram obtidos. Palavras Chave: hipersônica, interação laser - plasma, redução de arrasto aerodinâmico, schlieren. modelo e a onda de choque formada sobre o modelo pelo escoamento hipersônico a Mach 7 e na segunda foto (instante 75 µs) a deformação do perfil da onda provocada pela adição de energia. A adição de energia a frente de um veículo hipersônico ou supersônico pode mudar significativamente o perfil da onda de choque destacada (bow shock), que é inerente a estes regimes de vôo, e a focalização do pulso óptico de lasers de alta potência pode ser usada para esta finalidade. Quando um feixe de laser de alta potência é focalizado em um meio gasoso, acima de certo limiar, ocorre a ruptura dielétrica do gás e um plasma é gerado. O plasma obtido nestas circunstâncias possui alta temperatura e pressão e estas características provocam a sua rápida expansão hidrodinâmica e cria uma região de baixa densidade. Desta maneira, com a inserção de pulsos de laser a uma taxa de repetição adequada, uma trajetória de densidade mais baixa poderia ser criada a frente do veículo, que passaria a viajar em uma condição de vôo em que teria menor resistência ao seu movimento, com a conseqüente redução do arrasto aerodinâmico e da transferência de calor para a sua superfície. II. ARRANJO EXPERIMENTAL Os experimentos foram conduzidos no Túnel de Choque Hipersônico T2 do Laboratório de Aerotermodinâmica e Hipersônica LAH/IEAv. Foram simuladas condições de vôo a 30 km de altitude, a números de Mach de 5,8 e 7, com a velocidade do escoamento do ar a 1,6 km/s e a 3,4 km/s [1]. Dois lasers de CO 2 TEA foram montados compartilhando a mesma cavidade óptica para fornecer dois pulsos ópticos de alta potência, dentro do tempo de teste do túnel de choque (0,4 a 1,5 ms). A seção de teste do T2 foi adaptada para a inserção dos pulsos ópticos com a instalação de uma luneta onde uma lente de focalização de NaCl foi instalada. Um modelo hemisférico (55 mm de diâmetro), equipado com um transdutor de pressão no ponto de estagnação foi construído e instalado na seção de teste, sendo usado para medir a redução de pressão provocada pela adição de energia. Para melhor elucidar os efeitos da adição de energia por laser, um sistema de visualização não intrusivo de schlieren associado a uma câmera de altíssima velocidade (CORDIN 550, 32 fotos com taxa de até dois milhões de fotos por segundo) foi desenvolvido [2]. III. RESULTADOS EXPERIMENTAIS Como exemplos do tipo de imagens capturadas nos experimentos [3], a figura abaixo mostra o instante em que o laser foi injetado (instante 10 µs) e nela podem se vistos o plasma gerado a frente do Figura 1 Fotografias schlieren mostrando o efeito da adição de energia a Mach 7; energia do laser 6,5 J, potência de 27 MW (FWHM). As medidas de pressão feitas com o transdutor instalado no modelo corroboraram os resultados obtidos com as imagens schlieren e serviram para quantificar a redução de pressão sobre o modelo causada pela adição de energia IV. CONCLUSÕES Nos experimentos realizados por esta pesquisa foi obtida uma redução média de 45% da pressão de impacto sobre o modelo. Foram realizados ensaios com um e dois pulsos de laser e, nas condições da montagem experimental, foi possível averiguar a influência da taxa de inserção dos pulsos ópticos capaz de produzir um efeito estacionário de redução de pressão. As imagens obtidas com a técnica de schlieren mostraram com riqueza de detalhes a completa deformação do perfil da onda de choque destacada formada sobre o modelo e esta técnica permitiu o acompanhamento dos efeitos da adição de energia por laser. Assim, foi possível obter imagens que registraram a geração do plasma, a sua expansão e o seu arrasto pelo escoamento, a incidência sobre o modelo, com a drástica mudança do perfil do choque, e, por fim, a reconstituição da onda com o término da interação. V. REFERÊNCIAS [1] A. C. Oliveira, M. A. S. Minucci, P. G. P. Toro, J. B. Chanes Jr, L. N. Myrabo e H. T. Nagamatsu, Bow Shock Wave Mitigation by Laser- Plasma Energy Addition in Hypersonic Flow, aceito para publicação na revista da AIAA Spacecraft and Rockets. [2] A. C. Oliveira, M. A. S. Minucci, P. G. P. Toro, J. B. Chanes Jr e L. N. Myrabo, Schlieren Visualization of the Energy Addition by Multi Laser Pulse in Hypersonic Flow., Proceedings of Fifth International Symposium on Beamed Energy Propulsion, vol. 1, pp , May [3] A. C. Oliveira, M. A. S. Minucci, P. G. P. Toro, J. B. Chanes Jr e L. N. Myrabo, Drag Reduction by Laser-plasma Energy Addition in Hypersonic Flow., Proceedings of Fifth International Symposium on Beamed Energy Propulsion, vol. 1, pp , May Ativ. P&D IEAv, v.1, p.99, mar./2007-fev./

101 Tratamento Térmico Superficial do Aço AISI M2 Via Laser de CO 2 J.L. dos Reis* A.F. da Silva** e G. de Vasconcelos** IEAv-CTA**, Rodovia dos Tamoios, Km 5,5, CEP , São José dos Campos - São Paulo, Brasil, ITA-CTA*, Resumo Este trabalho visa avaliar a utilização de um laser de CO 2 (50W) para promover o tratamento térmico de aços AISI M2. Um inconveniente durante o tratamento térmico do aço a laser, é que cerca de 90% da radiação incidente (10,5µm) é refletida. Para minimizar esta reflexão, aplicou-se na superfície do aço, um material que atua como um absorvedor da radiação incidente para em seguida, transferir parte do calor absorvido a superfície do aço..às alterações micro-estruturais, promovidas ao aço, foram avaliadas através de microscopia ótica (MO) e análise de microdureza (MD). Por MO observou-se na secção transversal da região tratada por laser a presença de uma camada mais clara que o núcleo da amostra, com espessura da ordem de 40 micrometros e por MD constatou-se que esta camada possui dureza cerca de 30% maior que as regiões sem tratamento com o laser. Palavras Chave: têmpera, laser, aço rápido, microdureza. O tratamento térmico de metais e ligas por lasers baseia-se no aquecimento local da superfície, promovido pela absorção do feixe, e pelo resfriamento subseqüente. A têmpera por lasers consiste na formação de uma estrutura austenítica no estado de aquecimento e subseqüente transformação da martensita no estágio de resfriamento[1,2]. As principais vantagens da têmpera por laser são: a possibilidade de selecionar somente a região de interesse; o rápido aquecimento de uma superfície; tratamento de finas camadas; reduzidas distorções. III. RESULTADOS E DISCUSSÕES Novos experimentos foram realizados, irradiando 16 trilhas de 2,5 x 4,0 mm 2. Em cada trilha, utilizou-se velocidade constante de varredura do feixe de 200 mm/s, variou-se o número de ciclos de aquecimento e a potência do laser conforme demonstrado na Tab.2. Tabela 2: Parâmetros do tratamento térmico e resultados de MD. Velocidade do feixe (mm/s) Potência (W) Número de ciclos Dureza superficial média (Hv 0,1 ) ± ± ±15 Pode ser observado na Tabela 2 que um aumento na dureza superficial foi atingido à medida que se aumentou o número de ciclos de aquecimento. Observa-se também, que a micro dureza pode também ser aumentada reduzindo-se a potência do feixe, porém, aumentando-se ainda mais o número de ciclos de aquecimento. A Figura 1 apresenta as trilhas formadas no processo de irradiação em que o feixe de laser movimenta-se sobre a superfície da amostra através de espelhos galvanométricos. A Figura 2 apresenta os resultados da microdureza superficial em função da profundidade antes e após a irradiação com laser. II.MATERIAIS E MÉTODOS O desenvolvimento experimental deste trabalho foi dividido em duas etapas básicas, a saber: 1º Etapa: preparação e aplicação da solução absorvedora da radiação incidente obtida a partir do pó de grafita diluído em álcool etílico. 2º Etapa: irradiação da superfície do aço AISI M2 por laser de CO 2, cuja potência de saída é de 50W. Para cada trilha utilizou-se um diferente parâmetro de processamento, plotados na Tab.1. Tabela 1: Parâmetro de processamento utilizado em cada trilha. Número da Trilha Velocidade do feixe (m/s) Potência (W) Número de ciclos Dureza superficial média (Hv 0,1 ) ± Danos na superfície Com base nos resultados apresentados na Tab.1, fixou-se o parâmetro de velocidade em 200 mm/s para os subseqüentes tratamentos térmicos. Figura 1: Foto das trilhas na superfície da parte irradiada por laser. Figura 2: Resultados da Microdureza antes e após a irradiação laser. IV.CONCLUSÃO A aplicação de revestimentos absorvedores favoreceu o aclopamento da radiação incidente possibilitando o uso de um laser de CO 2 de baixa potência, para promover tratamento térmico do aço AISI M2. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS [1] Aços e ligas especiais André Luis da Costa e Silva e Paulo Roberto Mei ELETROMETAL. [2] T.L.CHEN et. al. - A study on austenite transformation during laser heating-journal of Materials Processing Technology 63 (1997) p Ativ. P&D IEAv, v.1, p.100, mar./2007-fev./

102 Ensaios de avaliação das propriedades eletromagnéticas de cerâmicas magnéticas Rodrigo Gabas Amaro de Lima, Vera Lúcia Othéro de Brito e Antonio Carlos da Cunha Migliano Instituto de Estudos Avançados, São José dos Campos, Brasil [gabas, Resumo Nas últimas três décadas, tem havido uma demanda contínua para medir com exatidão as propriedades magnéticas e dielétricas de materiais sólidos. Paralelamente, vários métodos foram desenvolvidos para medir a permeabilidade magnética (μ) e a permissividade elétrica (ε) destes materiais. As técnicas de linha curto-circuitada (SCL), de guia de onda e de linha de transmissão/reflexão (T/R) são as mais utilizadas, pois possibilitam a medida em ampla faixa de freqüência. Assim, o objetivo deste trabalho foi o desenvolvimento de uma rotina computacional que possibilite obter os valores de permeabilidade e permissividade complexas, μr* e εr*, a partir dos dados de parâmetro de espalhamento S de uma linha coaxial de ar, utilizada como porta-amostra, empregando-se o modelo matemático de Nicolson, Ross e Weir. Palavras Chave: Propriedades eletromagnéticas, Cerâmicas magnéticas, permeabilidade e permissividade magnéticas complexas. A infra-estrutura disponível no Laboratório de Sistemas Eletromagnéticos (LSE) vem apoiando pesquisas sobre os efeitos de um ambiente eletromagnético (E3): impacto do ambiente eletromagnético sobre a capacidade operacional das forças militares, equipamentos, sistemas e plataformas. Sendo assim, o uso adequado das ferramentas computacionais de auxílio aos projetos de engenharia (CAE/CAD), disponíveis no Laboratório, tais como XFDTD, FLUX2 e FLUX3D, utilizadas na análise de fenômenos eletromagnéticos, ou no projeto de dispositivos, têm como principal exigência o fornecimento das propriedades eletromagnéticas dos materiais empregados. O LSE dispõe de um programa computacional 85071E, da AGILENT Co., que auxilia na determinação das propriedades dos materiais eletromagnéticos. Este programa tem seu código fechado, o que dificulta ao usuário ter acesso ao controle das variáveis e ao método de cálculo. Desta forma, o desenvolvimento de uma rotina computacional onde se possa ter acesso às variáveis utilizadas e ao método de cálculo, foi a principal motivação desse trabalho. II. ARRANJO EXPERIMENTAL Uma amostra de ferrita[1] (Ni n Zn n-1fe 2 O 3 preparada pelo método cerâmico convencional) é posicionada no interior de um porta-amostra, sendo um guia de ondas ou uma linha coaxial de ar padrão. A partir dos parâmetros de espalhamento S (direto ou reverso) medidos nas interfaces entre o espaço de ar e a amostra, os valores de permeabilidade (μr*) e permissividade (εr*) complexos são calculados em equações não lineares. A faixa de freqüência estudada foi a de 50MHz a 200MHz, e os resultados obtidos foram comparados com os extraídos do programa comercial AGILENT 85071E. III. RESULTADOS A amostra de ferrita usada para análise nesse trabalho foi posicionada em um porta-amostra para analise utilizando um Analisador de Redes da Agilent Co., modelo 8722ES. São apresentados os valores da permissividade relativa complexa εr* na forma (εr* = ε - jε ), ou seja, parte real ε e parte imaginária ε e também a permeabilidade relativa complexa μr* na forma (μr* = μ jμ ), ou seja, parte real μ e parte imaginária μ em função da freqüência na faixa de 50MHz a 200MHz. Dados da permissividade ε são mostrados no gráfico abaixo, comparados com os dados extraídos do software comercial. e' M 80.0M 120.0M 160.0M 200.0M frequência (Hz) e' medido e' calculado Figura 1. Valores medidos e calculados da parte real da permissividade relativa complexa IV. CONCLUSÃO Através do Método NRW [2-3] foram calculados os parâmetros eletromagnéticos relativos complexos μ* e ε* da ferrita, utilizandose as rotinas computacionais criadas em ambiente VEE Pro 7.5, dentro da faixa de freqüência de 50MHz a 200MHz a partir dos parâmetros de espalhamento S obtidos usando o sistema de teste de linha coaxial T/R (transmissão e recepção), pôde-se então comparar os valores medidos de μ* e ε* no Agilent 8722ES com o Software 85071E e constatar a efetividade dos métodos. V. REFERÊNCIAS [1] V. L. O. Brito. Seleção, elaboração e caracterização de ferritas Ni-Zn para aplicação em monitores de corrente pulsada. Instituto Tecnológico de Aeronáutica, Tese de Doutorado, [2] NICOLSON, A. M; ROSS, G. F. Measurement of the intrinsic properties of materials by time-domain techniques. IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, v. 19, n. 4, p , Nov., [3] WEIR, W. B. Automatic measurement of complex dieletric constant and permeability at microwave frequencies. Proceedings of the IEEE, v. 62, issue 1, p , Agradecimentos: CNPQ e FINEP pelo financiamento ao projeto. Aos pesquisadores e colaboradores do Laboratório de Sistemas Eletromagnéticos por auxiliar no desenvolvimento deste projeto. Ao IEAv por disponibilizar a infra-estrutura necessária. Ativ. P&D IEAv, v.1, p.101, mar./2007-fev./

103 Análise Autoconsistente de Estruturas Baseadas em Poços Quânticos Roberto Yuji Tanaka*, Angelo Passaro*, Nancy Mieko Abe*, Gustavo Soares Vieira* e Stephan Stephany** * Laboratório de Engenharia Virtual, Instituto de Estudos Avançados, S. J. dos Campos, Brazil ** Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais, S. J. dos Campos, Resumo Este trabalho apresenta um código computacional autoconsistente baseado no Método de Elementos Finitos para auxílio ao projeto e análise de dispositivos baseados em poços quânticos. O código permite tratar potenciais arbitrários com aproximação de massa efetiva e leva em conta as forças resultantes do desalinhamento da rede cristalina entre diferentes materiais. O código computacional permite o cálculo de autovalores, autovetores e das forças de oscilador para transições ópticas e a determinação das regiões de depleção e distribuição das cargas na estrutura. Alguns resultados estão incluídos. Palavras Chave: poço quântico, cálculo autoconsistente, método de elementos finitos, semicondutores nanoestruturados, nanoestruturas Atualmente, encontram-se, disponíveis no mercado, grandes matrizes bidimensionais, com plano focal altamente uniforme, de sensores de GaAs baseados em transições intersubbanda de semicondutores a poços quânticos que são utilizados na fabricação de fotodetectores de infravermelho. Esta tecnologia apresenta baixo custo, alta homogeneidade nas matrizes de sensores, seletividade e flexibilidade de projeto. As características destas estruturas, assim como de qualquer outro dispositivo nanoestruturado, tais como fotodetectores de infravermelho a pontos quânticos, transistores de alta mobilidade eletrônica e lasers de cascata quântica, dependem de ajustes finos na composição do material e na espessura de cada camada que compõe a estrutura do dispositivo. Em trabalhos anteriores, apresentou-se o desenvolvimento de códigos computacionais para auxiliar o projeto de dispositivos a poços, fios e pontos quânticos [1]. Estes códigos permitem o cálculo dos estados eletrônicos em poços, fios e pontos quânticos e suas respectivas forças de oscilador para absorção de fótons. Eles já foram utilizados, com sucesso, para compreender a absorção de radiação infravermelha em pontos quânticos de InAs crescidas em poços quânticos construídas com material quaternário [2]. Neste trabalho, a análise autoconsistente foi incluída no código computacional desenvolvido anteriormente, para tratar a presença de impurezas ionizantes em etruturas de poços quânticos e alguns resultados são apresentados. II. FORMULAÇÃO MATEMÁTICA No primeiro passo do tratamento autoconsistente, a equação de Schrödinger com aproximação de massa efetiva para a banda de condução do elétron em heteroestruturas quânticas: h 2 1 r r r r r Ψ( ) + V ( ) Ψ( ) = EΨ( ), (1) 2 m *( ) é resolvida, para encontrar os níveis de energia e as funcões de onda dos elétrons. Aqui, (r r ) m * r, a Ψ representa a função de onda, ( ) massa efetiva do elétron e V ( r ) é a energia potencial relativa do elétron na banda de condução. Para a primeira iteração, V ( r ) representa o potencial induzido pelo desalinhamento das bandas entre os diferentes materiais. A massa efetiva e o potencial inicial são determinados de acordo com os procedimentos e parâmentros de material apresentados em [3]. No segundo passo, a energia de Fermi é calculada iterativamente para definir a região de depleção. A energia de Fermi é determinada de tal forma que os elétrons fornecidos pelo doadores ionizantes ocupem os estados do poço quântico com energias inferiores às da energia de Fermi. No terceiro passo, definida a região de depleção e a distribuição de cargas positivas e negativas, a equação de Poisson é resolvida para obter a energia potencial V ( r ) alterada pela distribuição das cargas. O processo iterativo continua, retornando ao primeiro passo, mas usando a nova energia potencial calculada no terceiro passo. O processo iterativo é bem descrito em [4]. O Método de Elementos Finitos é aplicado para resolver as equações de Schrödinger e de Poisson. III. RESULTADOS O código computacional implementado neste trabalho é capaz de reproduzir resultados apresentados na Literatura [4]. Para ilustração, a Figura 1 mostra os resultados obtidos no cálculo autoconsistente para um poço quântico simples com diferentes concetrações de dopantes. A dopagem foi feita apenas na região das barreiras. Energia (ev ) Potential Inicial Potential Autoconsistente Primeiro Autoestado Segundo Autoestado X (Angstron) Distribuição de Íons Distribuição de Elétrons X (Angstron) FIGURA 1 : Poço quântico simples com diferentes concentrações de dopantes: 1x10 17 cm 3 na figura da direita e 5x10 17 cm 3 na figura da esquerda IV. CONCLUSÃO Este trabalho apresenta mais um passo no caminho para se obter um software de auxílio ao projeto de dispositivos semicondutores nanoestruturados, com a inclusão do cálculo autoconsistente, para estudo destas estruturas. V. REFERÊNCIAS [1] R. Y. Tanaka, A. Passaro, N. M. Abe, J. M. Villas-Bôas, G. S. Vieira, and S. Stephany, Software Tools for the Design and Analysis of Quantum Well, Quantum Wire and Quantum Dot Devices. Proceedings of IMOC 2007, p [2] P. L. Souza, et.al, Quantum dot structures grown on Al containing quaternary material for infrared photodetection beyond 10 µm, Appl. Phys. Lett, 90, 17351, [3] I. Vurgaftman, J. R. Meyer e L. R. Ram-Mohan, Band parameters for III - V compound semiconductors and their alloys, J. Appl. Phys., vol. 89, 5815, [4] L. Ramdas Ram-Mohan, Finite Element and Boundary Element Applications in Quantum Mechanics. Oxford University Press, ISBN , Agradecimentos: à FINEP Financiadora de Estudos e Projetos pelo financiamento parcial do projeto. processo n.1753/ ca rg a /e le m e n to (1e -14 e V ) Ativ. P&D IEAv, v.1, p.102, mar./2007-fev./

104 Bio-Combustível, Alimento, Floresta Amazônica Yuji Ishiguro Instituto de Estudos Avançados, S.J. dos Campos, Brasil Resumo A inevitável falta de petróleo nas próximas décadas é a maior ameaça à civilização global, até maior que o aquecimento global no curto tempo. A falta de combustível líquido causaria a paralisação imediata da indústria, comércio, transporte, infra-estruturas sociais e vida diária da população, levando a conflitos internacionais e tumultos sociais. A produção de etanol e bio-diesel não é uma solução, e é simplesmente uma mudança do problema para uma maior falta de alimento, fornecendo argumentos para a intensificação do desmatamento, especialmente da mata amazônica no Brasil. Para a solução destes e outros problemas, são necessárias mudanças profundas nos princípios e no funcionamento das sociedades. As medidas mais fundamentais são o controle de natalidade e de consumo. A humanidade precisa reconhecer que o planeta Terra é um sistema finito, com espaço, recursos e capacidades limitados. Palavras Chave: bio-diesel, controle de natalidade, sustentabilidade. Após cerca de dez mil anos de civilização, a humanidade está num cruzamento no sentido de que ou mudanças fundamentais no modo em que pessoas e nações vivem sejam adotadas ou catástrofes ecológicas e/ou sociais terão um impacto sem precedência em uma grande parcela da população mundial. Pequenos grupos de pessoas sobreviverão e Homo sapiens não será extinto. Mas a transição será trágica com sofrimento da maioria. E, esta solução é contrária à imagem de uma espécie racional e inteligente que nós desejamos acreditar que somos. A produção de bio-combustível, promovida como a solução à falta do petróleo, aceleraria o desmatamento e diminuiria a produção de alimentos, aumentando a fome mundial. II. SITUAÇÃO DA CIVILIZAÇÃO Como bem conhecido atualmente a civilização humana enfrenta diversos problemas que ameaçam a sua continuação e estabilidade, tais como aquecimento global, extinção de espécies, desmatamento. Além destes problemas ambientais e ecológicos, há também problemas sociais tais como polarização entre nações e entre classes sociais, fome de centenas de milhões de pessoas, doenças e mortes evitáveis. Um dos problemas mais sérios que enfrentamos é o inevitável esgotamento do petróleo de fontes tradicionais. A falta de combustíveis líquidos causaria a paralisação imediata de indústria, comercio, transpote, infra-estruturas sociais, e vida diária de pessoas. III. CAUSAS As causas para os problemas que enfrentamos são todas originadas da ação humana. Cinco aspectos podem ser considerados: (1) natureza humana como miopia e idealismo impraticável, (2) percepção da natureza como fonte inesgotável de recursos e como depósito de lixo, (3) conceito limitado de comunidade, (4) conceito de desenvolvimento humano que enfatiza o crescimento da população e da economia, e (5) princípios de sociedade e economia que enfatizam competição e acumulo de riqueza. IV. PRINCÍPIOS DE SUSTENTABILIDADE Os seguintes itens sumarizam os princípios da sustentabilidade da civilização global e do ecossistema. A Terra é finita em espaço, recursos e capacidades dos sistemas, Homem está adaptado ao equilíbrio atual nos sistemas da Terra, Uma biosfera saudável é essencial para o equilíbrio, A biosfera está sendo mantida por fotossíntese nas plantas e algas, Há um limite à grandeza da biosfera, Aumento da população humana significa redução das de outras espécies, Perturbações na biosfera ou em outros sistemas podem quebrar o equilíbrio, Num sistema fechado a fertilidade efetiva de todas as espécies precisa ser de reposição, Não pode haver direitos humanos que levam a sociedade à falência, O conceito de comunidade precisa ser estendido à humanidade global e à biosfera, Eventualmente a humanidade precisará viver com recursos renováveis, Os princípios de economia precisam ser modificados, A equidade requer uma limitação de acúmulo de riqueza, O significado da vida precisa ser encontrado em algo além de procriação e consumo, Não é possível realizar todos os ideais, Certa racionalidade precisa ser adicionada às regras de comunidade, A Terra pode suportar indefinidamente uma vida abundante numa civilização global limitada, O sucesso evolucionário do Homo sapiens será maior numa pequena comunidade eterna, Muitas guerras ocorreram devido a diferença entre a população humana e recursos disponíveis, É necessário o controle de natalidade, visando um ajuste da população humana aos recursos renováveis realmente disponíveis. V. ENERGIA E SOBERANIA NACIONAL A extensão do problema relacionado com a falta de petróleo no futuro, com conseqüente aumento do seu preço no mercado internacional é hoje um tópico de discussão de âmbito mundial. A questão tem implicações que abrangem a questão de bio-combustível, aumento da fome e na ampliação do desmatamento. Alguns fatos podem ser ressaltados. Atualmente o consumo mundial do petróleo é cerca de 84 milhões de barris por dia, 4 bilhões de toneladas (ton) por ano. Nos Estados Unidos 2,6 ton de milho são necessários para produzir 1 m 3 (~ 0,8 ton) de etanol. A produção mundial de grãos é cerca de 2 bilhões de ton por ano. Dois bilhões de ton de milho produziria um pouco mais de 600 milhões de ton de etanol. No Brasil, no ano 2004, 16,4 milhões de m 3 de etanol foi produzido de cana de açúcar em km 2 de terra. O consumo do petróleo no Brasil é cerca de 2 milhões de barris por dia, ou 116 milhões de m 3 por ano. Para produzir este volume de etanol, será necessária uma área de km 2. Na maioria dos últimos anos a produção mundial de grãos foi menor que o consumo. Os preços de grãos estão aumentando mundialmente nos últimos anos. Essas questões relacionadas com a produção de energia, juntamente com o problema da escassez de água doce no mundo, são tratados como questões estratégicas atualmente, e poderão ser os principais motivos de conflitos em anos futuros, o que coloca o assunto como de interesse para a Defesa da Soberania Nacional. Ativ. P&D IEAv, v.1, p.103, mar./2007-fev./

105 Representação Computacional de Ambientes para Navegação Aérea Através de Grafos de Extremidades Felipe Leonardo Lôbo Medeiros*, José Demísio Simões da Silva** * Instituto de Estudos Avançados, S.J. dos Campos, Brazil, ** Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais, S.J. dos Campos, Brazil, Resumo Este trabalho propõe uma técnica para construção automática de grafos de extremidades com o objetivo de representar ambientes para navegação aérea autônoma, considerando características dinâmicas dos veículos autônomos. Resultados são apresentados neste trabalho. Palavras Chave: navegação aérea autônoma, grafos de extremidades, raio de curva, modelo digital de elevação. Este trabalho propõe uma técnica para construção automática de grafos de extremidades [1][2] com a finalidade de representar ambientes para navegação aérea. Tais representações devem permitir o planejamento de trajetórias dinamicamente viáveis para a navegação de veículos autônomos. Os grafos são construídos a partir de grades binárias, considerando a característica dinâmica raio de curva do veículo e considerando constante a altitude de navegação. II. GRADES BINÁRIAS Uma grade binária é uma discretização da matriz de altitudes que compõe o modelo digital de elevação do ambiente para a navegação aérea autônoma. As células da grade binária indicam quais regiões do ambiente são obstáculos, considerando determinada altitude de navegação e altura de segurança. Cada célula da grade binária corresponde à região Cada célula b lc da grade binária é definida por 0, para al < al 1 i l2 c1 j c2 b =. (1) lc 1, para al i l c j c al Onde: a ij são os componentes da matriz de altitudes do modelo digital de elevação; e al é a diferença entre a altitude de navegação desejada e uma altura de segurança. A ordem da grade binária é definida por n ng =. (2) rs Onde: n é a ordem da matriz de altitudes; e rs é uma resolução para discretização da matriz de altitudes. O tamanho do menor lado de cada célula da grade binária é associado com o raio de curva do veículo, com a finalidade de garantir segurança à navegação dentro de cada célula. A associação é feita com o cálculo da resolução rs baseado no raio de curva do veículo 2 2k rc n 2k v n rs = =. (3) D g D tan β ( ) Onde: D é a medida em metros do menor lado da célula binária multiplicado por ng; v é a velocidade do veículo (airspeed); k é parâmetro de segurança; β é o ângulo de inclinação (bank angle); P é o peso do veículo; F é a força centrípeta; e g é a aceleração da gravidade. FIGURA 1 : Raio de curva rc de um veículo aéreo. III. TÉCNICA PARA CONSTRUÇÃO DE GRAFOS DE EXTREMIDADES A técnica consiste em duas etapas: o cálculo dos nós do grafo a partir da determinação das extremidades dos obstáculos da grade binária; e a determinação das arestas do grafo, com eliminação das arestas que cortam ou passam próximo a células não navegáveis da grade. célula não navegável nós/waypoints FIGURA 2 : Padrões para identificação das extremidades e determinação dos nós do grafo. A eliminação das arestas é realizada através da técnica de verificação de situações de colisão proposta em [3]. A Figura 3 apresenta uma representação de um ambiente para navegação aérea através de um grafo de extremidades, considerando: a altitude al = 1600 metros; a ordem da matriz de altitudes n = 1201; o raio de curva rc = metros para a velocidade v = 200 km/h e o ângulo de inclinação β = 30º. FIGURA 3 : Exemplo de representação por grafo de extremidades. IV. CONCLUSÃO Através dos resultados obtidos foi possível verificar a viabilidade da aplicação de grafos de extremidades na representação de ambientes para navegação aérea autônoma, considerando a característica dinâmica raio de curva do veículo aéreo. V. REFERÊNCIAS [1] Tozour, P. (2003). Search Space Representations. In AI Game Programming Wisdom 2, páginas Charles River Media. [2] Lee, J., Kim, H. J. (2007) Trajectory Generation for Rendezvous of Unmanned Aerial Vehicles with Kinematic Constraints, IEEE International Conference on Robotics and Automation, p [3] Medeiros, F. L. L., Shiguemori, E. H., Monteiro, M. V. T., Domiciano, M. A. P., Martins, M. P. (2007) Verificação Automática de Situações de Colisão na Navegação de Veículos Aéreos Não Tripulados, VI Encontro Nacional de Inteligência Artificial (ENIA'07), p Ativ. P&D IEAv, v.1, p.104, mar./2007-fev./

106 Desenvolvimento de Ferramentas de Simulação de Plasmas A. Passaro*, O. F. Lima *, A.C.J. Paes*, N.M.Abe*, C.Maciel**J.M. Machado*** * Laboratório de Engenharia Virtual, Instituto de Estudos Avançados, S.J. dos Campos, Brazil **Instituto Tecnológico de Aeronáutica, S.J. dos Campos, Brazil ***Instituto de Biociências, Letras e Ciências Exatas, Universidade Estadual Paulista, São José do Rio Preto, Brazil, Resumo Neste trabalho são evidenciados a importância da tecnologia de plasmas em futuras aplicações aeroespaciais e de Defesa, o estado atual de desenvolvimento das ferramentas disponíveis no Laboratório de Engenharia Virtual e as perspectivas das próximas fases de desenvolvimento previstas. Palavras Chave: plasmas, simulação, controle de escoamento de fluido, RCS, desenvolvimento de software, magnetohidrodinâmica I.INTRODUÇÃO Plasmas são utilizados no processo e fabricação de dispositivos e componentes eletrônicos em escalas micro e nanométricas, saúde, saneamento básico, dentre outros. As perspectivas de uso de dispositivos baseados em tecnologia de plasmas nos setores aeroespacial e de Defesa são cada vez maiores. Duas áreas de interesse estratégico podem ser evidenciadas de imediato. A primeira diz respeito ao controle de escoamento de fluidos. Trabalhos recentes vêm avaliando o uso de plasmas para o controle de escoamento em vários regimes. Resultados experimentais são apresentados na literatura para velocidades de escoamento de alguns poucos metros por segundo [1], [2], velocidades de dezenas a centenas de metros por segundo, correspondente a situações de decolagem de aeronaves [3], e para regime hipersônico [4]. Vários estudos vêm sendo apresentados na literatura sobre o uso de plasmas para alterar as propriedades elétricas de meios gasosos, visando o controle do espalhamento e absorção de ondas eletromagnéticas. Há um evidente interesse na questão de controle ativo da assinatura radar (RCS) e ampliação do alcance de radares e sistemas de comunicações, sem uso de satélites [5]-[7]. II. STATUS ATUAL Simulações de plasmas podem ser efetuadas utilizando duas abordagens distintas. Na primeira, mais adequada para o estudo da evolução do plasma em longos períodos de tempo, são utilizados modelos de fluidos. A segunda, mais adequada para o estudo de propriedades microscópicas de plasmas, envolve o uso de métodos de partículas (abordagem Lagrangeana). O LEV vem trabalhando nos últimos anos no desenvolvimento de ferramentas computacionais para simulações de plasmas utilizando métodos de partículas acoplados ao método dos elementos finitos ou ao método EFG (Element Free Galerkin). Este não usa malha e também é baseado na técnica de Galerkin. Sua implementação vem ocorrendo no escopo do sistema LEVSOFT, desenvolvido no LEV. Incorporado ao LEVSOFT encontram-se os núcleos de software para simulações com os modelos eletrostático [8], [9], inclusive com versões paralelizadas [10] e eletromagnético [11], [12]. Esses softwares permitem avaliar a evolução de plasmas em domínios retangulares com condições de contorno periódicas, mas sua aplicação em problemas de interesse tecnológico, que envolvem domínios com geometrias mais complexas, depende de implementações adicionais. No caso do uso da abordagem de fluidos, devem ser incluídas forças elétricas e magnéticas nas equações de escoamento. A avaliação dessas forças depende de cálculos acurados de campos elétricos e magnéticos. Dentre os trabalhos realizados recentemente, há avaliações da adequação do LEVSOFT para obter valores acurados de campos elétricos em problemas que envolvem pontas [13] e em dispositivos atuadores de plasma [14], os quais vêm sendo utilizados para estudos de controle de escoamento montados em perfis alares. Trata-se do primeiro passo para o desenvolvimento de módulos de software para a realização de simulações eletro e magnetohidrodinâmicas. III.TRABALHOS FUTUROS Para o próximo período de dois anos, pretende-se investir no tratamento de domínios mais complexos em simulações com métodos de partículas, na implementação de ferramentas de diagnóstico e atuação na simulação em tempo real. Pretende-se ainda investir na inclusão do tratamento de plasmas colisionais [15]. Outra linha que se pretende adotar é a simulação com modelos de fluidos. O próximo passo envolve o cálculo da geração de cargas em situações de campo elétrico elevado, com e sem a presença de chamas, que podem resultar em descargas elétricas do tipo glow, corona ou disruptivas, e acoplamento com equações de escoamento de fluidos, com aplicação no estudo de atuadores de plasma. IV. REFERÊNCIAS [1] J. R. Roth, Subsonic Plasma Aerodynamics for Flight Control of Aircraft, In: Proceedings of 2006 International Symposium on Electrohydrodynamics, ISEHD, [2] Y. WU, Y. LI, P. Zhang, C. Su, H. Song, Experimental Investigation of Plasma Assisted Flow Control on NACA 0015 Airfoil, XVI International Conference on Gas Discharges and their Applications, Xi'an (china), [3] M.M. Nudnova, et.al, Plasma Assisted Aerodynamics, XVI International Conference on Gas Discharges and their Applications, Xi'an (China), [4] M.A.S. Minucci, P.G.P. Toro, A.C. Oliveira e J.B. Chanes Jr., Multi laser pulse investigation of the DEAS concept in hypersonic flow, In: Proc. 2nd. Int. Symp. On Beamed Energy Propulsion, Sendai, (2003). [5] B. Chaudhury, S. Chaturvedi, Three-Dimensional Computation of Reduction in Radar Cross Section Using Plasma Shielding, IEEE Transaction on Plasma Science, Vol 33, No 6, December [6] M. Laroussi and J. R. Roth, Numerical Calculation of the Reflection, Absorption, and Transmission of Microwaves by a Nonuniform Plasma Slab, IEEE Transactions on Plasma Science, vol. 21, No. 4, Aug [7] R. J. Vidmar, On the Use of Atmospheric Pressure Plasmas as Electromagnetic Reflectors and Absorbers, IEEE Transaction on Plasma Science, Vol. 18. No. 4. Aug [8] A. C. J. Paes, N. M. Abe, V. A. Serrao, and A. Passaro, Simulations of Plasmas with Electrostatic PIC Models Using the Finite Element Method, Brazilian Journal of Physics, vol. 33, no. 2, June, [9] G. N. Marques, et.al, Uma Abordagem Meshfree para Simulaçao de Plasmas nao-colisionais, CMNE/CILAMCE [10] A. Passaro, N.M Abe, A.C.J Paes, G.N. Marques, A.J. Preto, S. Stephany, A Parallel and Object-Oriented Plasma Simulation Code Based on Electrostatic PIC Model and the Finite Element Method, XXV Iberian Latin American Congress on Computational Methods in Engineering, Brasil, 2004, CILAMCE, Recife (2004), s/p. [11] A. C. J. Paes, N. M. Abe, V. A. Serrao, and A. Passaro. Análise de um Mecanismo de Aceleração de Feixe Utilizando um Modelo de Partículas Autoconsistente e o Método dos Elementos Finitos. In: Anais do V Congresso Brasileiro de Eletromagnetismo - CBMag 2002, em CD, Nov., 2002, Gramado, RS. [12] C. Maciel, et.al, Plasma Simulation Using Electromagnetic PIC-FEM Codes. 9º Encontro Brasileiro de Física dos Plasmas, São Pedro, SP, Brasil, [13] Y. Shiyou, J. M. Machado, N. M. Abe and A. Passaro, Simulation of Needle-Type Corona Electrodes by The Finite Element Method, Plasma Science and Technology, Vol.9, No.6, Dec [14] N. M. Abe, Y. Shiyou, A. Passaro, J. M. Machado. Computer simulation of corona electrode devices by the finite element method. In: Proceedings of 2006 International Symposium on Electrohydrodynamics, p [15] G. N. Marques, et al, Particle-In-Cell/Monte-Carlo Modeling of Collisional and Non-Collisional Plasmas, VI Workshop Anual de Pesquisa e Desenvolvimento do IEAv, Jun Ativ. P&D IEAv, v.1, p.105, mar./2007-fev./

107 Estimativa de Austenita Retida em Um Aço 300M Multifásico por Métodos Magnéticos Roberto Masato Anazawa*, Antonio Jorge Abdalla*, Antonio Carlos da Cunha Migliano*, Leonardo Violim Lemos*, Tomaz Manabu Hashimoto**, Marcelo dos Santos Pereira**, Gabriella Reis Carrer**, Paulo Atsushi Suzuki*** * Instituto de Estudos Avançados do Comando-Geral de Tecnologia Aeroespacial, (IEAv - CTA), S.J. dos Campos, SP, Brazil ** Faculdade de Engenharia de Guaratinguetá da Universidade Estadual Paulista (FEG - UNESP), Guaratinguetá, SP, Brasil. ***Escola de Engenharia de Lorena da Universidade de São Paulo (EEL - USP), Lorena, SP, Brasil. Resumo A determinação quantitativa da fração volumétrica da austenita retida é fundamental para a avaliação das propriedades dos aços multifásicos. A austenita retida é uma fase de grande importância para os aços multifásicos, pois é responsável pela melhoria de algumas propriedades nestes aços, estando presente em quantidade superiores a 5%. A principal contribuição deste trabalho foi a quantificação da austenita retida de um aço 300M com microestrutura multifásica após ser submetido a tratamentos térmicos intercríticos e isotérmicos, por meio de medidas de saturação magnética e foram comparadas com as medidas obtidas por difratometria de raios X e microscopia óptica. Palavras Chave: aços multifásicos, austenita retida, aço 300M. A ferrita, a martensita, a bainita e a cementita são todas ferromagnéticas, enquanto somente a austenita é paramagnética. Assim a fração volumétrica da austenita retida (%AR) pode ser determinada comparando as propriedades magnéticas de um aço multifásico contendo austenita retida em relação ao um aço livre de austenita retida de mesma composição química (que será chamado de referência=ref) [1]. Em geral, para a saturação magnética B SAT, têm-se: B B LIGA SAT M % AR =, (1) LIGA BSAT onde B M é magnetização de saturação da amostra a ser medida. Ela é obtida medindo-se a magnetização de saturação de uma amostra de referência de mesmo material com a garantia que não há nenhuma austenita retida nesta amostra. II. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL Estudou-se um aço de ultra-alta resistência, o 300M, utilizado na confecção de envelopes motores (propulsores) do Veiculo Lançador de Satélites (VLS) e alguns veículos de sondagem, os quais fazem parte do Programa Espacial Brasileiro. Para o estudo da determinação de austenita retida utilizou-se um roteiro de tratamentos térmicos baseado no estudo feito por Tomita e Okawa [2], que estudando o mesmo tipo de aço, obtiveram quantidade de austenita retida na faixa de 2 a 22%. O resultado por microscopia óptica da fração da austenita retida, fez-se ataque com solução aquosa metabissulfito de sódio (10 g de Na 2 S 2 O ml de água destilada). Após o ataque químico, as amostras foram imediatamente observadas ao microscópio óptico de marca Nikon, modelo Epiphot 200, onde é acoplada uma câmara para aquisição de imagens. As análises por difratometria de raios X foram feitas no equipamento XRDD6000 da Shimadzu. As medidas foram feitas varrendo as amostras de 2θ = 20º até 95º, com passo angular de 0,05º e tempo de contagem de 1 s por passo. As medidas pelo método magnético foram realizadas com o equipamento Traçador de Curvas de Histerese Magnética (TCHM) da Brasmag, modelo BM 250-A. A caracterização magnética consiste, basicamente, em expor uma amostra do material a um campo magnético H, e medir sua indução magnética B através da curva de histerese magnética. A coleta de dados da curva de histerese magnética foi feita por um osciloscópio digital modelo 54610B da HP. Esses dados foram processados em um notebook Toshiba Satellite Pentium 4 de 2,66 GHz, por meio de uma interface GPIB/USB Agilent 82357A e do software VEE Pro 6.2 da Agilent. No software VEE Pro 6.2, foi desenvolvido um programa especificamente para fazer tratamento dos sinais coletados pelo osciloscópio, cálculos matemáticos para armazenamento de dados e obtenção de parâmetros de nosso interesse. III. RESULTADOS E DISCUSSÃO A Tab.1 apresenta os resultados obtidos por todas as técnicas utilizadas neste trabalho e valores de austenita retida de alguns tratamentos térmicos obtido por Tomita e Okawa [2]. Tratamento Térmico TABELA 1 Fração volumétrica de austenita retida Tomita Difratometria Metabissulfito e de raios X de sódio Okawa (%) (%) (%) Medidas magnéticas (%) Recozido - 8,3 7,3 9,2 IT 320ºC 12 7,7 9,0 13,7 IT 350ºC 18 * 18,4 23,7 IT 370ºC 22 5,8 21,8 24,6 IT 400ºC 25 14,3 21,2 26,1 IC 760ºC - ** 4,1 4,6 TRC 2 ** 3,1 3,1 * não apresentaram picos de austenita retida. ** percentual abaixo de 5%. IT: isotérmico; IC: intercrítico; TRC: têmpera e revenimento convencional. IV. CONCLUSÕES A quantificação da austenita retida por métodos magnéticos, mostrou-se bastante eficaz, coerentes com os resultados obtidos na literatura [2]. A austenita retida medida por microscopia óptica é uma opção viável, pois fornece um valor aproximado da fase. A dificuldade em quantificar a austenita por difratometria de raios X, está relacionada à identificação clara dos picos do ferro gama, que conforme o tipo de processamento e tratamento térmico do material pode dificultar esta identificação devido às alterações nos parâmetros de rede ou orientação preferencial dos grãos. Esta técnica é também ineficaz para baixos percentuais de austenita retida. Pode-esse concluir que o método de medida de magnetização de saturação é mais uma nova técnica efetiva para determinar a fração volumétrica da austenita retida. V. REFERÊNCIAS [1] E. Wirthl et al., Determination of the volume amount of retained austenite and ferrite in small specimens by magnetic measurements, Int. Conf. on TRIP-Aided High Strength Ferrous, pp ,2002. [2] Y. Tomita, T. Okawa, Effect of microstructure on mechanical properties of isothermally bainite-transformed 300M steel, Materials Science and Engineering A, vol. A172, pp , Ativ. P&D IEAv, v.1, p.106, mar./2007-fev./

108 Caracterização Mecânica e Microestrutural de Um Aço 300M Multifásico após Tratamentos Térmicos Intercríticos e Isotérmicos Roberto Masato Anazawa*, Antonio Jorge Abdalla*, Tomaz Manabu Hashimoto**, Marcelo dos Santos Pereira**, Cristina de Carvalho Ares Elisei**, Gabriella Reis Carrer** * Instituto de Estudos Avançados do Comando-Geral de Tecnologia Aeroespacial, (IEAv-CTA), S.J. dos Campos, SP, Brazil ** Faculdade de Engenharia de Guaratinguetá da Universidade Estadual Paulista (FEG-UNESP), Guaratinguetá, SP, Brasil. Resumo Este trabalho estuda os efeitos da microestrutura nas propriedades mecânicas do aço de uso aeronáutico (AISI 300M). Este aço foi submetido à aplicação de tratamentos térmicos intercríticos e isotérmicos com o objetivo de formação de microestruturas com diferentes frações volumétricas das fases ferrita, bainita, martensita e austenita retida. Para a caracterização microestrutural, as amostras são submetidas a um tríplice ataque químico (nital, metabissulfito de sódio e reagente LePera) que permitiu não só identificar, mas também quantificar as fases presentes através de observações por microscopia óptica. Devido à microestrutura refinada deste aço, é utilizado um microscópio eletrônico de varredura (MEV) que permite obter micrografias de detalhes da microestrutura. A avaliação das propriedades mecânicas é feita com base nos resultados de ensaios de tração. Palavras Chave: caracterização microestrutural, aços multifásicos. I. OBJETIVOS Este trabalho tem como objetivos específicos: realização de rotas de tratamentos térmicos específicos que permitam a formação de microestruturas multifásicas, com alto teor de austenita retida, além de martensita e bainita, visando uma melhoria nas propriedades mecânicas; caracterização microestrutural, identificando e quantificando as fases com a utilização e desenvolvimento de diferentes técnicas para caracterização microestrutural através de microscopia óptica, aplicando-se diferentes ataques químicos e avaliar as propriedades mecânicas por meio de ensaios de tração e correlacionar estas propriedades com as diversas microestruturas formadas. II. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL Estudou-se um aço de ultra-alta resistência, o 300M, utilizado na confecção de envelopes motores (propulsores) do Veiculo Lançador de Satélites (VLS) e alguns veículos de sondagem, os quais fazem parte do Programa Espacial Brasileiro. Na falta de um reagente químico adequado para caracterizar todos os constituintes de uma microestrutura multifásica, neste trabalho foi desenvolvida uma técnica de tríplice ataque químico com reagentes já conhecidos como nital, metabissulfito de sódio e reativo de LePera [1]. Após cada ataque, a amostra foi imediatamente observada ao microscópio óptico de marca Nikon, modelo Epiphot 200. O processamento (captura e armazenamento) e a quantificação das fases foram utilizados o programa Image J (Image Processing and Analysis in Java). Este programa é de acesso livre e gratuito, podendo ser obtido pela Internet (http://rsb.info.nih.gov/ij). A análise de microscopia eletrônica de varredura (MEV) foi feita em um microscópio eletrônico de varredura LEO 451 VPi, com o método de elétrons retro-espalhados (back scattering electrons BSE). Os ensaios de tração foram realizados em uma máquina MTS com 250 kn de carga. No ensaio de tração foram avaliados os seguintes parâmetros: 1) limite de escoamento; 2) limite de resistência à tração e 3) alongamento. III. RESULTADOS E DISCUSSÃO Fez-se a caracterização microestrutural pelo tríplice ataque, a quantificação de cada fase foi feita utilizando o software Image J. Os resultados são apresentados na Tab.1. TABELA 1 Fração volumétrica das fases presentes. Tratamento Térmico Bainita (%) Ferrita (%) Martensita (%) Austenita Retida (%) Recozido 78±8 5±4 8±2 7,3±2 IT 320ºC 86±4 * 4,3±1 9,0±3 IT 350ºC 76±9 * 4,4±4 18,4±5 IT 370ºC 76±±9 * 3,7±3 21,8±7 IT 400ºC 78±6 * 2,2±2 21,2±4 IC 760ºC 61±10 22±7 12,0±2 4,1±0,5 TRC 53±11 6±5 36,9±2 3,1±2 A Fig. 1 apresenta as curvas de tensão versus deformação dos ensaios de tração para os casos estudados. Tensão (MPa) Deformação (mm/mm) Recozido IT320ºC IT350ºC IT370ºC IT400ºC IC760ºC TRC FIGURA 1 Medidas de tração. IV. CONCLUSÕES Os ensaios de tração permitiram observar que alguns tratamentos térmicos possibilitaram combinações de propriedades mecânicas vantajosas (associação de elevadas resistência a tração e mantendo níveis aceitáveis de ductilidade); A microscopia óptica, associada à técnica de tríplice ataque químico, mostrou-se uma forte ferramenta na caracterização das amostras submetidas aos diferentes tratamentos térmicos e permitiu a quantificação das fases presentes; A microscopia eletrônica (MEV) também se mostrou bastante útil para revelar detalhes das fases presentes, sendo eficiente para caracterização de morfologia e topografia da superfície, porém não permite contraste de cor, dificultando a quantificação das fases por análise de imagens. V. REFERÊNCIAS [1] R. M. Anazawa, Caracterização mecânica e microestrutural de um aço 300M com microestrutura multifásicas, 2007, 194f. Tese (Doutorado)- Faculdade de Engenharia do Campus de Guaratinguetá, Universidade Estadual Paulista, Guaratinguetá, Ativ. P&D IEAv, v.1, p.107, mar./2007-fev./

109 WEB-PerformCharts: Gerando casos de teste através da internet para software embarcado usando especificações em Statecharts Alessandro O. Arantes*, Nandamudi L. Vijaykumar**, Valdivino A. Santiago Jr.** e Mônica M. De Marchi* * Instituto de Estudos Avançados, S. J. dos Campos, Brazil [aarantes, ** Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais, S. J. dos Campos, Brazil Resumo Softwares embarcados são aplicações complexas e críticas. Assim como seu processo de desenvolvimento, as atividades de testes devem ser formais a fim de garantir o funcionamento do sistema sob qualquer condição. Isso leva à necessidade de gerar seqüências adequadas de testes e ter uma especificação formal do sistema por onde tais seqüências são obtidas. A ferramenta WEB-PerformCharts foi desenvolvida para proporcionar a geração de casos de teste através da internet utilizando como base as especificações em Statecharts. Palavras Chave: Ferramenta web-based, Statecharts, caso de testes, software embarcado. base de fatos para a aplicação do método Switch Cover da ferramenta Condado. Os resultados obtidos podem ser observados na Tabela 1. I. SOFTWARE E TRABALHO COLABORATIVO Trabalho colaborativo nada mais é do que unir esforços para atingir uma meta. No campo acadêmico e aeroespacial existe a tendência de equipes trabalharem em locais diferentes e dedicadas ao mesmo projeto. Neste sentido, uma ferramenta colaborativa com acesso pela internet seria bem vinda para possibilitar o trabalho em grupo e o armazenamento de informações organizadas em banco de dados ao invés de arquivos locais espalhados em vários computadores. Dessa forma, as especificações e seus respectivos casos de teste podem ser obtidos em tempo real por qualquer membro de equipe. II. STATECHARTS E GERAÇÃO DE CASOS DE TESTE Software embarcado é tipicamente reativo e classificado como autômato. Uma técnica adequada para a especificação de autômatos é a baseada em máquinas de estados finitos (MEF). No entanto, softwares complexos utilizam recursos como paralelismo que são muito difíceis de representar acarretando a necessidade de se buscar uma técnica de nível mais alto. Statecharts é um formalismo visual formal e pode ser utilizado para especificar sistemas reativos. Para isso, a especificação deve ser convertida em MEF a fim de que os casos de teste possam ser obtidos utilizando técnicas baseadas em teoria de grafos. A ferramenta WEB-PerformCharts integra o conversor de especificações de sistemas em Statecharts para MEF, além de métodos apropriados para a geração dos casos de teste. Até o momento dois métodos estão disponíveis para utilização: O método Transition Tour que está implementado na própria ferramenta WEB- PerformCharts, e o método Switch Cover que está implementado na ferramenta Condado, desenvolvida pela Unicamp. Embora sejam ferramentas independentes, é possível utilizá-las em conjunto pois a ferramenta WEB-PerformCharts tem capacidade de exportar a base de fatos da MEF que é necessária para executar o método Switch Cover da ferramenta Condado. III. RESULTADOS PRELIMINARES Na Figura 1 tem-se a representação em Statecharts de parte do sistema OBDH (On-Board Data Handler) desenvolvido pelo INPE. Sua especificação foi escrita em PcML (PerformCharts Markup Language) e, através do WEB-PerformCharts, foi convertida em uma MEF composta por 41 estados e 304 transições. Esta MEF foi utilizada para a geração dos casos de teste pelo método Transition Tour da ferramenta WEB-PerformCharts, e exportada em formato de FIGURA 1 : Modelagem de parte do sistema OBDH em Statecharts TABELA 1 : Resultados obtidos pelos métodos aplicados Método Tamanho da sequência Tempo de execução Transition Tour (WEB-PerformCharts) 1049 eventos ~ 3 segundos Switch Cover (Condado) > 1632 eventos > 5 minutos IV. CONSIDERAÇÕES FINAIS O método Transition Tour foi capaz de gerar a seqüência de teste do grafo completo aplicando 1049 eventos ao mesmo. Já o Switch Cover aplicou 1632 eventos e, ao contrário do Transition Tour, sua execução não chegou ao final. Isto sugere que o tamanho da seqüência gerada até o final da execução deve ser maior do que o da seqüência obtida ou que, na pior hipótese, o algoritmo que percorre o grafo possa ter entrado em um loop sem saída. Pelos resultados observados até o momento verifica-se que o método Transition Tour é mais rápido e eficiente para a geração de casos de teste do que o método Switch Cover. Futuramente, os métodos Switch Cover, DS e UIO serão implementados e integrados ao WEB-PerformCharts para que a eficácia de cada método possa ser comparada independente de sua plataforma de desenvolvimento. V. REFERÊNCIAS [1] A. Arantes, N. Vijaykumar, V. Santiago, A. Carvalho, Automatic Test Case Generation Through a Collaborative Web Application, IASTED International Conference on Internet and Multimedia Systems and Applications (EuroIMSA 2008), Innsbruck, Austria, March, Ativ. P&D IEAv, v.1, p.108, mar./2007-fev./

110 Inteligência Artificial Baseada em Mercados João José de Farias Neto Divisão de Geointeligência, Instituto de Estudos Avançados, S.J. dos Campos, Brasil Resumo Existe um ramo da inteligência artificial (IA) que se propõe a usar o paradigma das economias de mercado para obter soluções inteligentes para diversos problemas. Sistemas com um grande número de componentes requerem freqüentemente, para terem seu funcionamento otimizado, o uso de algoritmos cujo tempo de execução aumenta exponencialmente com o número de nós da árvore decisória e/ou de componentes. Nesse caso, algoritmos descentralizados podem ser vantajosos, por permitir que os próprios subsistemas, dotados de alguma inteligência, contribuam para a solução do problema global; ganha-se também em flexibilidade e robustez. Sugere-se aqui a adoção dessa como uma das linhas de pesquisa da Subdivisão de Sistemas de Auxílio à Decisão. Palavras Chaves: IA, mercados, redes, otimização, descentralização. I. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA PRELIMINAR Em [1], Wellman (pioneiro da área) apresenta uma breve exposição de motivos, na qual argumenta que muitos problemas de IA podem ser formulados como alocação de recursos. Esse autor desenvolveu, com seu grupo de pesquisa na University of Michigan, um programa de computador chamado WALRAS, que obtém preços de equilíbrio (walrasiano ver, por exemplo, [2]) dos diversos recursos, permitindo, assim, que decisões racionais descentralizadas sejam tomadas pelos agentes computacionais autônomos que fazem parte de um sistema decisório coletivo, que, como um fenômeno emergente, proporá uma solução para o problema. Uma coletânea de artigos pode ser encontrada no livro [3]. Em [4] é proposto um método baseado em leilões, para a alocação de tarefas a robôs e agentes computacionais, permitindo a formação espontânea de grupos de agentes cooperativos para desempenhar uma mesma tarefa. Os autores desenvolveram um programa de computador denominado RACHNA, para implementar o método. Em [5], os autores apresentam um método (e o programa Hayek4, que o implementa) que reduz problemas decisórios ao de sistemas de classificação baseado em agentes autônomos e leilões. Em [6], o autor descreve o programa WALRAS e aponta aplicações, como o projeto de configurações distribuídas. Muitos outros artigos existem a respeito desse enfoque. O denominador comum é o uso de funções-utilidades (sobre isso, ver, por exemplo, [7]) e mecanismos de formação de preço, que servem para orientar o processo decisório coletivo. A idéia é mais antiga do que parece, estando presente já na teoria de programação linear; ver, por exemplo [8]. A referência [9], como a [8], tem um enfoque mais matemático e reformula o segundo teorema do bem-estar (da microeconomia) para englobar dois problemas da literatura como casos particulares. A [10] propõe eliminar a formação de preços baseada em leilões e descentralizar completamente a economia virtual implementando a negociação direta entre os agentes computacionais. A [11] descreve um sistema para comunicação entre vendedores, representante comercial e cliente baseado em agentes computacionais que interagem com base em preços de recursos computacionais estabelecidos por leilões. A [12] apresenta um arcabouço computacional orientado a objetos parecido com o WALRAS, mas que difere dele em dois pontos: W++ permite a troca de algoritmos, sendo assim mais flexível; por outro lado, ao contrário do WALRAS, não incorpora produção na economia virtual (apenas trocas entre os agentes). Um projeto grande em andamento, ligando várias universidades européias, é o CATNETS [13]. Trata-se de um experimento, previsto para durar três anos, que visa testar, em uma rede física real de grande porte, um modelo, já aprovado em simulações, de alocação de recursos computacionais distribuídos com base em mercados. Os componentes da rede negociarão diretamente entre si com base em suas próprias funções-utilidades. Além da obtenção de estratégias ótimas em cenários de guerra, patrulhamento ou ajuda humanitária, esse enfoque poderia servir também para a alocação de recursos em geral no COMAER, bem como para a otimização da interação entre elementos da rede de comunicação entre computadores e pessoas da Aeronáutica. O livro [14] aborda muitos casos em que o paradigma econômico talvez possa ser empregado com vantagens. II. REFERÊNCIAS 1. Michael P. Wellman, The Economic Approach to Artificial Intelligence, ACM Computing Surveys, vol. 27, n. 3, pp Setembro, Andreu Mas-Colell, Michael D. Whinston, e Jerry R. Green, Microeconomic Theory, Oxford University Press, S. H. Clearwater (editor), Market-based Control A Paradigm for Distributed Resource Allocation, World Scientific, Lovekesh Vig, e Julie A. Adams, Market-based Multi-robot Coalition Formation, Working paper, Vanderbilt University, Nashville, Ivo Kwee, Marcus Hutter e Jürgen Schmidhuber,. Market-based Reinforcement Learning in Partially Observable Worlds Arxiv:cs/ v1, Michael P. Wellman, Market-oriented Programming: Some Early Lessons, Working paper, Depto. Eng. Elet. e Ciência da Computação,University of Michigan, João J. Farias Neto, Utilidades em S e os Paradoxos do Mercado Financeiro Tese de doutorado, FEA-USP, Sergio Granville, e Jack Schechtman, A market equilibrium approach for solving large scale linear programming models Informes de Matemática. Série B, 7, IMPA, Rio de Janeiro, Karlsson, Maria; Ygge, Fredrik e Arne Anderson, Market-based Approaches to Optimization Computational Intelligence, vol. 23, n. 1, pp , Dave Cliff e Janet Bruten, Simple Bargaining Agents for Descentralized Market-based Control, Working paper, Hewlett Packard e AI Lab do MIT JonathanBredin, David Kotz e Daniela Rus, Market-based Resource Control for Mobile Agents, Working paper, Dpto. de Ciência da Computação do Dartmouth College, Fredrik Ygge, W++, an Object-Oriented Framework for the Design of Computational Markets, Working paper, Depto. de Ciência da Computação, Universidade de Karlskrona/Ronneby. Suécia, Jeff Shamma (editor), Cooperative Control of Distributed Multi- Agent Systems, Wiley, Ativ. P&D IEAv, v.1, p.109, mar./2007-fev./

111 Implementação, Aplicações e Revisão da Metodologia para Cálculo de Queima de Combustível Nuclear Luiz Henrique Claro Instituto de Estudos Avançados, S.J. dos Campos, Brasil Resumo Neste trabalho são comparados os resultados obtidos para as concentrações de nuclídeos que são gerados e consumidos ao se realizar a queima de combustível nuclear em um reator PWR convencional. Este trabalho faz parte da linha de pesquisa na área tecnologia de combustíveis da Divisão de Energia Nuclear. Palavras Chave: burnup, combustível nuclear, reator PWR. Os cálculos de queima do combustível na produção de energia por processos nucleares são de fundamental importância no projeto e na operação destes sistemas. Neste trabalho, são apresentados alguns resultados obtidos pela linha de pesquisa tecnologia de combustíveis, desenvolvida na Divisão de Energia Nuclear. Esta linha engloba a realização de estudos, a implementação de programas já existentes, a revisão e a melhoria da metodologia aplicada no cálculo de queima de combustível nuclear. Sua aplicação se estende por várias áreas de aplicação da energia nuclear. Como parte do teste de validação de um programa computacional e dos seus dados nucleares, foi calculada a queima do combustível [1] de um reator PWR e os resultados foram comparados com os valores padrões obtidos em outras instituições de pesquisas. Figura 1 Concentração de actinídeos após 10 anos de queima. II. METODOLOGIA DE CÁLCULO Normalmente, os cálculos de núcleos de reatores nucleares são realizados duas etapas. A primeira delas envolve a obtenção dos dados nucleares homogeneizados, isto é, a obtenção das seções de choque para cada região do núcleo e a segunda etapa envolve os cálculos globais levando em consideração o detalhamento de todas as regiões distribuídas espacialmente. Na primeira etapa são aplicados os programas de cálculos celulares onde são consideradas apenas as células de combustível contidas no núcleo do reator. Estas células são definidas como as menores regiões que se repetem dentro do núcleo. Para efeito de cálculo as células se repetem infinitamente dentro do núcleo do reator. Neste trabalho foi utilizado apenas o programa de cálculo celular denominado WIMSD5B [2] e sua biblioteca de dados denominada WLUP. Para fins de comparação, os valores das concentrações representam uma média em todo o reator. A queima do combustível foi realizada em quatro ciclos de operação. O ciclo de operação pode ser definido como o tempo de operação do reator acrescentado do tempo em que o combustível permaneceu fora do reator, decaindo, para posterior retorno ao reator. Aproximadamente 10 anos é o tempo que o elemento combustível permanece em um reator tipo PWR. Foram considerados três casos. Os três casos consideram que no reator, nem todas as regiões realizam a queima do combustível na mesma taxa. Nas regiões internas do núcleo, a queima é maior que nas regiões externas. III. RESULTADOS E CONCLUSÕES As concentrações dos nuclídeos consumidos e/ou gerados na queima do combustível nuclear são apresentadas nas figuras abaixo, separando os actinídeos dos produtos de fissão. Figura 2 Concentração de produtos de fissão após 10 anos de queima. Dos resultados apresentados, observa-se que os valores calculados por nossos programas e bibliotecas de dados reproduzem os resultados padrão, dentro da margem de erro esperada. Em valores aproximados, observa-se que após 10 anos de queima, em cada tonelada de combustível do carregamento inicial, teremos 7 kg de Plutônio, 0,5 kg de Netúnio-237, 0,4 kg de Amerício e 0,04 kg de Cúrio que são os elementos que apresentam os maiores níveis de toxidades [3] e necessitam maiores tempos de armazenagem para decaimento. Como continuidade nesta linha de pesquisa, está sendo construído novos programas computacionais que permitirão cálculos que queima de combustível considerando a distribuição espacial no núcleo do reator e a utilização de seções de choque específica para cada região. IV. REFERÊNCIAS [1] M. D. DeHart, M. C. Brady, C. V. Parks, Burnup Credit Calculational Criticality Benchmark Phase I-B Results, NEA/NSC/DOC(96)-06, Oak Ridge National Laboratory, [2] WIMSD5B, NEA Data Bank Documentation, No. 1507/02, [3] Physics and Safety of Transmutation Systems - A Status Report, Nuclear Energy Agency, ISBN , Ativ. P&D IEAv, v.1, p.110, mar./2007-fev./

112 Atividades do Laboratório Interativo de Ciências em 2007 O. Roberto-Neto, L. Vasconcelos-Neto, Lídia M. D. Antunes, Kam K. Yum, Cláudio J. Rocha, Antonio J. Abdalla, G. Vasconcelos, Gilson C. C. Correard, Luiz C. M. Lavras, J. L. Ferraz, M. E. Sbampato, V. H. B. Scheid, Ana Maria. L. M. L. Garcia, Carmem L Barbosa, Leila R. Santos, Claudio A. Federico Instituto Técnico Aeroespacial, S J. dos Campos, Brazil [orlando, lidia, vasko, kam, claudior, abdalla, gilson, getulio, lavras, anmlq,ferraz, esther, scheid, leila, Resumo O laboratório interativo de ciências - LIC realizou uma série de atividades nas dependências do Instituto de Estudos Avançados, no campus do CTA, em escolas da rede pública e particular na região do Vale do Paraíba. Dentre as atividades estão incluídas o desenvolvimento de experimentos na área de óptica, mecânica e eletromagnetismo, palestras em escolas, visitas de professores e a participação na Semana Nacional de Ciência e Tecnologia. Esta última atividade ocorreu com a visita de escolas da região quando os estudantes e professores assistiram palestras, ao teatro amador do IEAv, e conheceram alguns laboratórios. Palavras Chave: experimentos interativos, popularização da ciência, LIC. A história da ciência nos mostra que grandes cientistas do passado e sociedades científicas, como o Instituto Smithsoniano, faziam apresentações públicas de suas descobertas com os objetivos de instruir a população, aumentar a visibilidade, assim como adquirir suporte financeiro. Além disso, os educadores mostram que o ensino formal e teórico apresenta baixo interesse quando comparado a aulas dinâmicas, com a participação ativa dos alunos, onde se inclue a demonstração interativa e lúdica de experimentos. Notamos também o impacto na população, em geral, quando a figura do cientista sai de seu lócus natural de trabalho e se dispõe a ensinar ciências numa linguagem mais simples, mas usando corretamente os conceitos científicos. Dentro desse espírito o laboratório interativo de ciências LIC foi formado e vem divulgando conceitos em várias áreas da ciência ao grande público e em escolas, aproveitando vários ambientes, como o MAB, o Parque Santos Dumont, escolas de ensino fundamental e médio e universidades. coordenado pelo pesquisador Antonio Jorge Abdalla. Depois houve visitas aos laboratórios. Foram apresentados os seguintes experimentos: equipamentos de proteção radiológica, usinagem a laser, laser de He-Ne, turbina de partida do supersônico Mirage, Zarabatana e o modelo do hiper-avião. III. PERSPECTIVAS Em março de 2008 foi aprovado outro projeto, junto ao CNPq, para o apoio em divulgação em ciência e a formação de centros de ciência, coordenado pelo servidor Vladimir Scheid. Com esse novo aporte financeiro pretende-se treinar estudantes, projetar e montar novos experimentos. O LIC é um projeto aberto a todos os servidores dispostos a cooperar na divulgação do conhecimento que é produzido em nossa instituição, assim como facilitar ao grande público a compreensão de nosso cotidiano envolto por tecnologias que moldam nossa sociedade. IV. REFERÊNCIAS [1] Laboratório Iterativo de Ciências: [2] P. Babin, M. Koulumdjian, Os novos modos de compreender Geração do audiovisual e do computador, Ed. Paulinas: São Paulo, [3] A. Arroio, Káthia M. Honório, K. C. Weber, P. Homem-de- Mello, M. T. do Prado Gambardella, A. B. F. da Silva, O show da Química: motivando o interesse científico, Química Nova, 29, II. ATIVIDADES Visita as escolas Os experimentos interativos foram levados as escolas da rede pública municipal e estadual da região, incluindo a Faculdade Anhanguera, para demonstrações em salas de aulas. Demonstrações públicas O giroscópio humano (girotec) e outros experimentos foram apresentados ao público em geral durante a Semana da Asa no CTA. Construção de experimentos Bolsistas do LIC iniciaram a construção de espelho côncavo, foguetes a jato de água e equipamentos de controle remoto. Visita das escolas ao IEAv Durante a Semana Nacional de Ciência e Tecnologia promovida pelo Ministério da Educação professores e dirigentes de ensino de São José dos Campos visitaram o IEAv. Em especial, no dia 5 de outubro alunos e estudantes visitaram laboratórios, assistiram palestras e a peça de teatro: Como o IEAv irá salvar o Planeta?, cujo grupo é constituído de servidores e estagiários do IEAv, sendo Ativ. P&D IEAv, v.1, p.111, mar./2007-fev./

113 Uma Análise Numérica de Escoamentos Hipersônicos de Ar Sobre Obstáculos do Tipo Degrau Mauricio Antoniazzi Pinheiro Rosa* *Instituto de Estudos Avançados, São José dos Campos, Brasil Resumo Este trabalho apresenta um modelo para o ar que leva em consideração efeitos de temperaturas elevadas importante para estudos de veículos hipersônicos realizados neste instituto. Neste modelo considera-se o escoamento de ar em equilíbrio químico e termodinâmico e o cálculo das propriedades termodinâmicas do ar é realizado utilizando-se correlações polinomiais encontradas na literatura. Este modelo foi implementado em um programa de computador originalmente desenvolvido para cálculos de escoamentos supersônicos com o modelo de gás caloricamente perfeito, o qual resolve as equações de Navier-Stokes a duas dimensão em espaço utilizando a técnica de marcha no tempo de MacCormack. A validação do modelo foi realizada através de confrontação de resultados entre os obtidos com este programa e os de outro programa para cálculo de choque normal considerando escoamentos hipersônicos de ar sobre obstáculos do tipo degrau. Palavras-Chave: escoamento hipersônico, equilíbrio químico, obstáculo tipo degrau Elevando-se a temperatura do ar, a partir de um determinado valor (800 K a 1 atm) o modo vibracional molecular torna-se também importante. Elevando-se ainda mais a temperatura do ar, dissociação molecular (O 2 a 2500 K e N 2 a 4000 K a 1 atm) e reações de recombinação também ocorrem. Continuando a elevar a temperatura do ar, a aproximadamente 9000 K (a 1atm), todas as moléculas de oxigênio e nitrogênio deverão ter dissociado e o processo de ionização atômica passa então a ocorrer. A ocorrência de cada um desses processos afeta de alguma maneira as propriedades termodinâmicas do ar. Em geral, o ar ao redor de veículos viajando a velocidades hipersônicas encontra-se em temperaturas bem elevadas, nestes casos, é de fundamental importância que em cálculos da aerotermodinâmica de tais veículos sejam considerados os efeitos dos processos descritos acima. No presente trabalho, estes são considerados assumindo equilíbrio químico e termodinâmico do escoamento de ar e empregando correlações polinomiais que descrevem a dependência de uma determinada propriedade em função de duas outras propriedades [1]. Estas correlações foram adicionadas a um programa de computador para solução das equações de Navier-Stokes a duas dimensão em espaço empregando a técnica de marcha no tempo e captura de choque de MacCormack, originalmente desenvolvido somente para o modelo de gás caloricamente perfeito. Escoamentos hipersônicos de ar sobre um obstáculo do tipo degrau foram analisados com o propósito de validar o novo modelo. Os resultados obtidos com o programa utilizando o modelo de gases em equilíbrio químico e termodinâmico se mostraram tanto qualitativamente quanto quantitativamente comparáveis aos encontrados na literatura e aos obtidos com um outro programa. II. RESULTADOS A Fig. 1 mostra o domínio computacional e os contornos da onda de choque descolada do obstáculo do tipo degrau para ambos os modelos de gás implementados no programa. Como pode ser visto, o modelo de equilíbrio químico aproxima a onda de choque ao corpo em relação ao modelo de gás caloricamente perfeito devido a um aumento da densidade. A Fig. 2 mostra as distribuições de temperatura no plano de estagnação do corpo para escoamentos com Mach 4, 7 e 10 e para ambos os modelos de gás. Como pode ser visto, para Mach 4 as distribuições são basicamente as mesmas, mas á medida que a velocidade aumenta, Mach 7 e 10, a diferença torna-se cada vez mais significativa sendo a temperatura, quando se considera efeitos de temperaturas elevadas, menor que a calculada com o modelo de gás caloricamente perfeito, enquanto que a pressão sofre apenas um pequeno aumento [2]. Estes resultados estão de acordo com os encontrados na literatura. Y (m) 7E-06 6E-06 5E-06 4E-06 3E-06 2E-06 1E-06 a) Mach 7 Calorically Perfect Chemical Equilibrium Solid Obstacle 0 0 1E-06 2E-06 3E-06 4E-06 5E-06 6E-06 7E-06 X (m) Figura 1. Frente da onda de choque para ambos os modelos de gás. Normalized Temperature a) M = 10 M = 7 M = E-07 1E E-06 2E-06 X (m) Figura 2. Distribuições de temperatura no plano de estagnação do obstáculo para os modelos de gás caloricamente perfeito (linha tracejada) e de equilíbrio químico (linha cheia) Comparação quantitativa de variáveis do escoamento de ar atrás da onda de choque no plano de estagnação do obstáculo foi realizada confrontando os resultados inferidos da solução obtida com o programa a duas dimensão com os obtidos com um outro programa específico para cálculo de choque normal, ambos empregando o mesmo modelo de equilíbrio químico do ar. Os resultados se mostraram equiparáveis, validando assim a implementação do novo modelo no programa a duas dimensão [2]. III. REFERÊNCIAS [1] S. Srinivasan, J. C. Tannehill, K. J. Weilmuenster, Simplified Curve Fits for the Thermodynamics Properties of Equilibrium Air, NASA Reference Publication 1181, [2] M. A. P. Rosa. Numerical Analysis of Chemical Equilibrium Hypersonic Air Flows over Step Obstacles, COBEM2007, Brasília, DF, Ativ. P&D IEAv, v.1, p.112, mar./2007-fev./

114 Fontes Ópticas para Sensores a Fibra Óptica Camila S. Deolindo*, Carmem L. Barbosa**, Carlos F. R. Mateus** * Instituto Tecnológico de Aeronáutica, S.J. dos Campos, Brazil ** Instituto de Estudos Avançados, S.J. dos Campos, Brazil s: Resumo Este projeto visa comparar a performance de várias fontes ópticas quando acopladas a um giroscópio a fibra óptica FOG em relação à estabilidade, deriva, ruído, custo de desenvolvimento, custo operacional e mercado potencial. Palavras Chave: sensores, vcsel, laser a semicondutor. I.INTRODUÇÃO Sensores a fibra óptica apresentam vantagens intrínsecas, entre as quais pode-se citar custo, peso, integrabilidade, confiabilidade, tempo de resposta, precisão, faixa dinâmica, passividade e imunidade eletromagnética. Tais características tornam estes sensores de grande interesse e com vasto campo para aplicações aeronáuticas, espaciais, marítimas, construção civil, medicina e nuclear, entre outras. O giroscópio a fibra óptica (FOG Fiber Optic Gyro) é um sensores a fibra óptica altamente complexo [1]. Este sensor é composto por vários dispositivos, como acopladores direcionais, e as emendas nas fibras fornam pontos de reflexão que podem dar origem a ressonâncias no sistema óptico. Outras reflexões espúrias, tais como mudanças de temperatura e pressão locais, também se somam. A técnica de procesamento do sinal óptico nestes sensores é a interferométrica, mas isto requer o uso de luz coerente, a qual é tanto mais efetiva quanto maior o comprimento de coerência proporcionada pela fonte. No entanto, a coerência da fonte trás efeitos espúrios ao sistema, conforme anteriormente abordado. Neste caso, a coerência começa a trabalhar como fonte de ruído e o sinal principal é facilmente mascarado pelas reflexões indesejáveis. O problema acima relatado pode facilmente ser evitado pelo uso de uma fonte banda larga. Efeitos como o retroespalhamento de Rayleigh e Kerr, que comprometem a performance do sensor, também são minimizados se a fonte de luz apresentar baixa coerência temporal. No entanto, alta potência de saída é requerida para compensar as perdas na bobina. Diodos superluminescentes (Super-Luminescent Diodes SLD) têm sido citados como a fonte óptica mais indicada para aplicações em sensores a fibra óptica com alta precisão ou baseados em redes de Bragg [2, 3]. Estes diodos reúnem características tanto de diodos emissores de luz (LED) como de diodos laser (LD), as quais podem ser ajustadas pela corrente de injeção. No entanto, novas fontes têm sido desenvolvidas para aplicações diversas e devem ser consideradas. Estas fontes podem apresentar melhores características sob determinadas condições de operação ou melhor custo operacional quando este fator for dominante. II.PROPOSTA Este projeto analisa quatro tipos diferentes de fontes para sensores a fibra óptica: SLD, VCSEL (Vertical Cavity Surface Emitting Laser) em sintonia contínua, LD com cavidade expandida, fonte fluorescente banda larga em fibra dopada com érbio, e LD auto-pulsado. O SLD já foi discutido anteriormente e será utilizado como benchmark para o estudo proposto. O VCSEL em sintonia contínua decresce a coerência temporal no sentido que pode ser modelado como uma seqüência de pulsos com duração inversamente proporcional à largura de faixa [4]. Um LD comercial pode ter sua cavidade expandida mediante a deposição de um filme dielétrico anti-refletor em uma das faces e o acoplamento de uma fibra com espelho na outra ponta, tornando-se uma fonte banda larga [5]. Outra fonte banda larga com extensa utilização na área de comunicações ópticas é a que explora a fluorescência do érbio em uma fibra dopada com este elemento e bombeada por um LD em 980nm [6]. Portanto, estas 3 fontes oferecem baixa coerência temporal e são fortes candidatos a concorrer com o SLD. Além do mais, VCSEL nunca foi utilizado da forma como aqui proposto, proporcionando grande potencial para publicações internacionais e até mesmo solicitação de patentes. O IEAv/CTA possui o conhecimento necessário à fabricação de FOGs com alta performance. No entanto, todos os componentes do sistema são importados e facilmente embargáveis. O desenvolvimento de uma fonte nacional aliar-se-á ao esforço desenvolvido pelo IEAv na nacionalização de componentes essenciais ao desenvolvimento de sistemas de interesse aeronáutico, espacial e de defesa. III.SITUAÇÃO ATUAL O FOG operando em 1550nm se encontra em fase final de fabricação e as fontes e peças acessórias estão em processo de importação. A aluna de iniciação científica está se educando e tão logo em temas técnicos e tão logo as diversas partes estejam disponíveis, iniciar-se-ão os testes acoplados ao sensor. Power (a.u.) Comprimento de Onda (µm) Figura 1 - Espectro médio do VCSEL sob rápida sintonia contínua (vermelho) e em operação estática (preto). IV. 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 [2] H. Lefreve, The Fiber-Optic Gyroscope. Artech House, [3] A. Othonos and K. Kalli, Fiber Bragg Gratings. Artech House, [4] C. J. Chang-Hasnain, "Tunable VCSEL," IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics, vol. 6, pp , [5] C. L. Barbosa, "Fonte Óptica de Baixa Coerência Temporal com Cavidade Externa," Thesis in Electrical Engineering. USP, [6] G. Wöehl, Jr, et.al., "Desenvolvimento de Fontes Superfluorescentes para Giroscópios a Fibra Óptica de Alta Performance," presented at XXI CBRAVIC, São José dos Campos, Brasil, Ativ. P&D IEAv, v.1, p.113, mar./2007-fev./

115 Histereses Magnéticas em Ferritas de Ni-Zn Leonardo Violim Lemos e Antonio Carlos da Cunha Migliano Instituto de Estudos Avançados, S. J. dos Campos, Brasil [violim, Resumo Nas áreas industrial e aeroespacial, encontram-se inúmeras aplicações para as cerâmicas magnéticas, tais como transdutores de corrente, filtros, blindagens eletromagnéticas, etc. Essas aplicações dependem das suas propriedades eletromagnéticas e, nos projetos eletromagnéticos desses dispositivos, a precisão das medidas dessas propriedades garante a confiabilidade de sua aplicação. A infra-estrutura do Laboratório de Sistemas Eletromagnéticos (LSE) apóia pesquisas na área de caracterização eletromagnética de materiais magnéticos, principalmente a avaliação de suas propriedades intrínsecas como função da freqüência e temperatura. Curvas de histereses magnéticas de materiais magnéticos moles podem ser extraídas para a faixa DC até 2 khz, com amostras toroidais do tipo Epstein. Foram realizadas medidas de histereses de ferritas de Ni-Zn na freqüência de 1 khz e foram obtidas a permeabilidade, a sua densidade de fluxo de saturação e o campo coercivo. A descrição do aparato experimental implementado é apresentado em conjunto com os resultados obtidos na avaliação da ferrita de Ni-Zn. Palavras Chave: Histerese Magnética, Cerâmica Magnética, Ferritas, Materiais Magnéticos, Medidas de Permeabilidade Magnética. B V = t n A s, (2) sendo A a área da seção reta do núcleo da ferrita. Tem-se como uma característica do material a permeabilidade magnética, que é encontrada na equação (3): B = H µ. (3) Os dados foram coletados por um osciloscópio Tektronix, modelo TDS 540-A e tratados por meio de uma rotina computacional editada no ambiente de programação Agilent VEE Pro 7.5. III. RESULTADOS É apresentada na Figura 1 a curva de histerese magnética para uma amostra da ferrita estudada (Ni n Zn n-1 Fe 2 O 3 preparada pelo método cerâmico convencional [3]). As infra-estruturas dos Laboratórios de Sistemas Eletromagnéticos (LSE) e de Materiais Eletromagnéticos (LME) apóiam pesquisas sobre os efeitos de um ambiente eletromagnético, o desenvolvimento e a caracterização de materiais e sensores e a análise de fenômenos eletromagnéticos com ferramentas CAE/CAD. Este projeto de pesquisa tem como objetivo a avaliação das propriedades magnéticas de cerâmicas ferritas que são empregadas como transdutores de correntes pulsadas. As propriedades desses materiais sob efeito da saturação [1] devem ser avaliadas com o intuito de garantir a linearidade da sensibilidade do sensor de corrente. Neste sentido, foram obtidas as curvas de histereses magnéticas de amostras toroidais dessas ferritas. Foram medidos o campo coercivo, sua densidade de saturação e sua permeabilidade relativa magnética. II. ARRANJO EXPERIMENTAL Para uma amostra toroidal de comprimento circuital l, confeccionou-se dois enrolamentos axiais homogêneos. O enrolamento mais próximo ao corpo da amostra é chamado de enrolamento secundário e seu número de espiras é representado por n s. O outro enrolamento, sobre o secundário, é chamado de enrolamento primário e seu número de espiras é representado por n p. No experimento foi utilizado um traçador de curvas de histereses magnéticas modelo BM 250 A, da Brasmag [2], que fornece uma corrente I no condutor do enrolamento primário, com freqüência f, gerando um campo magnético H no interior da amostra. Esse campo magnético H é proporcional a corrente de alimentação do enrolamento primário, conforme a equação (1): H n l I p =. (1) As características de material do tipo ferrimagnético proporcionam a indução magnética no material, como conseqüência do campo magnético externo, induzindo uma tensão V no enrolamento secundário, conforme a equação (2): Figura 1 Curva de histerese magnética para a freqüência de 1KHz. IV. CONCLUSÃO Por meio dos dados coletados, observou-se uma indução magnética de saturação de B s =0,11T e um campo magnético relativo à indução H s =458,07A/m. A permeabilidade relativa nesta freqüência foi de µ r =191. Esses dados definiram o uso desse material como um transdutor de pulsos de correntes menores que 15 A. V. REFERÊNCIAS [1] N. A. Spaldin, Magnetic Materials, 1st ed. Cambridge University Press, [2] Manual de Operação do traçador de curvas de histerese magnética BRASMAG Mod.: BM 250-A, São Vicente, SP. [3] V. L. O. Brito. Seleção, elaboração e caracterização de ferritas Ni-Zn para aplicação em monitores de corrente pulsada. Instituto Tecnológico de Aeronáutica, Tese de Doutorado, Agradecimentos: CNPQ e FINEP pelo financiamento do projeto. Ao IEAv por disponibilizar a infra-estrutura necessária. Ativ. P&D IEAv, v.1, p.114, mar./2007-fev./

116 Tecnologia de Reatores Rápidos Avançados - TERRA: reatores para aplicações espaciais e estratégicas Lamartine Nogueira Frutuoso Guimarães *, Jamil Alves do Nascimento *, Eduardo Madeira Borges *, Alexandre David Caldeira * e Artur Flávio Dias * * Instituto de Estudos Avançados (IEAv), S.J. dos Campos - SP, Brasil Resumo Neste trabalho pretende-se fornecer uma visão global da condução do programa de TEcnologia de Reatores Rápidos Avançados, TERRA. Será apresentado um resumo dos trabalhos já realizados e a expectativa de futuros trabalhos diante da disponibilidade de recursos financeiros e humanos. Palavras Chave: alta temperatura, ciclo Brayton, energia nuclear aplicada ao espaço, uso estratégico da energia nuclear, microrreatores nucleares. I. DESCRIÇÃO RESUMIDA DA TECNOLOGIA O nome TERRA vem da abreviatura de TEcnologia de Reatores Rápidos Avançados [1]. Entre as possíveis tecnologias a serem desenvolvidas pode-se destacar os microrreatores, peso e dimensões reduzidas, podendo gerar algumas unidades de MW. O microrreator representa uma importante criação conceitual (em termos de Brasil), pois pequenas unidades podem ser movidas e instaladas próximas aos locais que necessitam de energia. Desta forma, podem atender localidades especiais não servidas pela malha elétrica Nacional ou em situações de calamidades naturais onde a malha elétrica tenha sido desabilitada, ou ainda, locais considerados de importância estratégica que necessitem de uma fonte de potência elétrica 100% independente. É importante que fique claro que não se advoga aqui a substituição dos grandes reatores. As grandes usinas são fundamentais para a produção de energia de base para a malha elétrica. Ressalta-se, no entanto, o fato que há locais e momentos onde um microrreator é altamente desejável. Um dos objetivos para o microrreator é fazê-lo funcionar por longos períodos (estima-se entre 5 a 10 anos) com apenas uma carga de combustível. Outras aplicações referem-se à geração de energia elétrica e/ou calor no leito oceânico para extração de petróleo, viabilizando poços considerados economicamente impraticáveis hoje, seqüestro de CO2 nestes poços. Tais reatores permitem ainda estabelecer a tecnologia para produção de hidrogênio em larga escala, além da futura geração de eletricidade e alimentação de sistemas elétricos e de propulsores a plasma para veículos espaciais. É importante enfatizar que a tecnologia proposta é sensível e não pode ser comprada, uma vez que os países que a estão desenvolvendo (EUA, Rússia e etc.) não a venderão. Somente aqueles países que desenvolverem tal tecnologia vão cooperar, no futuro, no seu uso e aperfeiçoamento. Portanto, a maior parte da tecnologia deve ser desenvolvida no País. II. ESTIMATIVA DOS RECURSOS E PRAZOS NECESSÁRIOS PARA ESTABELECIMENTO DE CONCEITOS E TECNOLOGIAS BÁSICAS Prevê-se uma aplicação de recursos da ordem de 6 (seis) milhões de reais, em um prazo inicial de quatro anos. Estes recursos permitirão atingir as metas iniciais do programa TERRA, descritas abaixo, de forma sucinta, e estabelecer um panorama tecnológico para produção dos microrreatores nucleares. Esta tecnologia está em seu início de desenvolvimento no País. Serão estabelecidas as concepções mais convenientes por meio de cálculos computacionais do núcleo do reator, do tipo de combustível, do enriquecimento e da geometria, das blindagens e do controle de reatividade. Este tipo de reator nuclear pode ser refrigerado a gás ou a metal líquido e utiliza um ciclo Brayton para transformar calor em energia elétrica. No caso da refrigeração do reator ser feita com metal líquido, um trocador de calor, do tipo metal/gás, é utilizado para acoplar o reator nuclear ao ciclo Brayton. Será desenvolvido e construído um ciclo Brayton com a definição dos principais parâmetros para extração de calor e geração de energia elétrica e demonstração da viabilidade do uso deste ciclo. Um equipamento crítico é a turbina a gás. No momento, estudos computacionais de redesenho estão sendo realizados utilizando-se uma unidade auxiliar de energia (APU) de aviões Mirage, fornecida pela Aeronáutica. Juntamente ao ciclo serão desenvolvidos e construídos protótipos de sistemas de tubos de calor para rejeição de calor de forma passiva. Como este tipo de reator é visualizado para funcionar em locais de difícil acesso e remotos é importante que seus componentes possuam características de baixa manutenção e operação passiva. Com isto em mente, percebe-se que os tubos de calor são ideais para realizar a rejeição de calor. III. POSSIBILIDADE E GRAU DE NACIONALIZAÇÃO Após a etapa de concepção (os primeiros quatro anos) e definição de tecnologias básicas é necessário se preparar para realizar o desenvolvimento do conceito de reator já obtido. Neste momento será importante interagir com outros setores da sociedade a fim de viabilizar este desenvolvimento. A parte de combustível nuclear poderá ser obtida no Brasil através da INB e da fábrica de elementos combustíveis da Marinha do Brasil. Os periféricos do núcleo e tubulações, uma vez especificados, poderão ser encomendados da NUCLEP. Outras empresas nacionais poderão contribuir de forma marginal, ajudando na conversão de turbinas a gás de ciclo aberto para ciclo fechado; produtores de gases: CO2, Xe, He, N2, ar e outros; fabricantes de tubos metálicos; fabricantes de sensores; etc. A participação dos Institutos da CNEN será importante para os desenvolvimentos necessários. IV. POSSÍVEIS INTERESSADOS NA TECNOLOGIA Os interessados nesta tecnologia seriam o Ministério da Defesa (Aeronáutica, Marinha e Exército) em geral, a Defesa Civil, a Petrobrás, a Vale do Rio Doce e grandes empresas da área de energia e mineração. Há outros setores do governo que se interessariam pelo microrreator como fonte independente e local de energia elétrica, diante de crises que possam afetar o fornecimento de energia elétrica e paralisar o funcionamento destes mesmos setores. V. REFERÊNCIAS [1] L.N.F. Guimarães, J.A. do Nascimento, E.M. Borges, A.D. Caldeira e A.F. Dias; Atividades da ENU na área de tecnologia nuclear avançada: previsão de recursos necessários para a primeira fase do programa TERRA, IEAv-ENU/012/2007, Ativ. P&D IEAv, v.1, p.115, mar./2007-fev./

117 Desenvolvimento de Sensores de Infravermelho com Transições Intrabanda (nanoestruturados) e Interbanda G. S. Vieira 1, A. Passaro 1, N. M. Abe 1, R. Y. Tanaka 1, M.P. Pires 2, P.L.Souza 3, P.S.S. Guimarães 4, W.N.Rodrigues 4, L.F.E. Moreira 5, N. Studart 6 1 Divisão de Física Aplicada, Instituto de Estudos Avançados, S. J. dos Campos, Brasil 2 Instituto de Física da Universidade Federal do Rio de janeiro, Rio de Janeiro, Brasil 3 PUC-RIO - Faculdades Católicas, Rio de Janeiro,.Brasil 4 Departamento de Física, UFMG, Belo Horizonte,.Brasil 5 IVISION- ivision Sistemas de Imagem e Visão S.A, Belo Horizonte, Brasil 6 Departamento de Física, UFSCar, São Carlos, Brasil Resumo Este trabalho apresenta as atividades previstas para a próxima fase de desenvolvimento de sensores de infravermelho baseados em tecnologia de poços quânticos (QWIP - transições intrabanda) e de sensors para comprimentos de onda curtos, baseados em InGaAs (transições interbanda). Palavras Chave: poço quântico, sensores de infravermelho, semicondutores, nanoestruturas. I.INTRODUÇÃO O interesse do Brasil no domínio de tecnologias de fabricação de sensores de infravermelho é bastante amplo. Sensores de infravermelho são de grande interesse estratégico em diversas áreas relevantes para o país: agronegócio, monitoramento ambiental, combate a incêndios florestais e em prédios, auxílio ao piloto durante aproximação para pouso, detecção de componentes tóxicos em misturas gasosas, identificação de necessidade de manutenção em instalações industriais e de problemas em linhas de transmissão de energia elétrica, sistemas de visão noturna, medicina, e outras. Em uma etapa anterior, a equipe envolvida neste trabalho já demonstrou ser capaz de gerar QWIPs isolados com características de sensibilidade e ruído adequadas à utilização em sistemas geradores de imagem. Porém, para a confecção de matrizes de sensores, FPAs (focal plane arrays), adequadas à utilização em tais sistemas, é necessário obter um alto percentual de sensores da matriz funcionando, a resposta dos sensores precisa ser razoavelmente homogênea, e os mesmos devem responder à luz incidindo perpendicularmente à superfície do dispositivo, o que implica na utilização de estruturas de acoplamento, além de possuírem tamanho e geometria adequadas. Este trabalho dá continuidade ao esforço de desenvolvimento de sensores de infravermelho, financiado pela FINEP no âmbito dos Fundos Setoriais (programa CT-Aero), já empreendido por uma rede de instituições de pesquisa, visando o desenvolvimento de sensores de infravermelho baseados em materiais nanoestruturados. II.SITUAÇÃO ATUAL Bons resultados experimentais já foram obtidos tanto com sensores a poços quânticos (QWIPs) quanto com sensores a pontos quânticos (QDIPs) [1]. Ferramentas de software destinadas a auxiliar o projeto dos dispositivos também foram desenvolvidas e estão sendo aperfeiçoadas [2],[3]. Estruturas utilizando InGaAs para absorção banda-banda já foram bastante estudadas por parte da equipe em projetos anteriores de desenvolvimento de moduladores ópticos para comunicação de dados em alta velocidade, tendo sido obtidos excelentes resultados. III.O DESENVOLVIMENTO DO PROJETO Nesta etapa, desenvolveremos matrizes lineares de InGaAs e bidimensionais de QWIPs, ambas de pequeno porte. Os sensores de InGaAs destinam-se à detecção na faixa de comprimentos de onda curtos (entre 0,9 e 1,7 µm) e os QWIPs destinam-se à faixa de comprimentos de onda do infravermelho termal (3 a 12 µm). A definição da especificação dos sensores para a execução deste projeto toma como base duas aplicações de interesse estratégico para o país: o auxílio ao pouso de aeronaves em condições climáticas desfavoráveis como balizadora das características desejadas dos QWIPs (interesse manifesto pela EMBRAER), e a aplicação de inspeção de processos industriais como balizadora das características desejadas dos diodos de InGaAs. A estrutura de rede de pesquisa multi-institucional utilizada em fase anterior de desenvolvimento é mantida também nesta fase. O crescimento epitaxial dos cristais semicondutores será feito pela técnica de MOVPE utilizando o equipamento disponível na Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro (PUC-Rio), com o apoio do Instituto de Física da Universidade Federal do Rio de Janeiro (IF-UFRJ). O processamento dos cristais crescidos de forma a gerarem dispositivos será principalmente, apesar de não exclusivamente, efetuado no Departamento de Física da Universidade Federal de Minas Gerais (DF-UFMG). A caracterização dos dispositivos gerados será, principalmente, mas também não exclusivamente, efetuada no Instituto de Estudos Avançados (IEAv). No IEAv estarão centradas também o desenvolvimento de ferramentas de software voltadas ao auxílio a projetos de sensores de infravermelho. As estruturas das instituições envolvidas são complementares, tendo alguma redundância. Essa redundância reduz o risco do projeto ao permitir opção em caso de problemas com algum equipamento ou sistema. Para a confecção de matrizes de sensores, FPAs, adequadas à utilização em tais sistemas, é necessário obter um alto percentual de sensores da matriz funcionando, a resposta dos sensores precisa ser razoavelmente homogênea, e os mesmos devem responder à luz incidindo perpendicularmente à superfície do dispositivo, o que implica na utilização de estruturas de acoplamento. Este desenvolvimento será mais um passo na direção do domínio da tecnologia de produção matrizes de sensores de infravermelho de grande porte, FPAs. IV.REFERÊNCIAS [1] Souza, P. L. et.al, Quantum dot structures grown on Al containing quaternary material for infrared photodetection beyond 10 m, Appl. Phys. Lett, 90, 17351, [2] Tanaka, R. Y.; et.al. Software Tools for the Design and Analysis of Quantum Well, Quantum Wire and Quantum Dot Devices. Proceedings of IMOC 2007, p [3] Tanaka, R. Y.; et.al. Self-Consistent Analysis of Quantum Well Based Structures. Aceito para publicação pelo Conference on Electromagnetic Field Computation CEFC Agradecimentos: Gostaríamos de agradecer à FINEP pelo financiamento da etapa anterior e a atual do projeto e à FAPERJ, à FAPEMIG e ao CNPq pelo financiamento anterior da infra-estrutura utilizada. Ativ. P&D IEAv, v.1, p.116, mar./2007-fev./

118 Estimação de Dados Atmosféricos a Partir de Dados de Radiância: Abordagem de Uma Nova Rede Neural Não-Extensiva Elcio Hideiti Shiguemori *, **, José Demisio Simões da Silva ** e Haroldo Fraga de Campos Velho ** * Instituto de Estudos Avançados, São José dos Campos, Brasil ** Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais, São José dos Campos, Brasil [elcio, demisio, Resumo No trabalho, perfis verticais de temperatura da atmosfera são inferidos por redes neurais a partir de dados de radiância. Uma nova aproximação para rede neural Funções de Base Radial é empregada no processo de inversão da equação de transferência radiativa. Os resultados são comparados com os obtidos pela rede clássica Funções de Base Radial e métodos tradicionais para resolver problemas inversos, a regularização. A análise dos resultados da nova aproximação revela que os perfis gerados são melhores que os métodos clássicos, mostrando ser adequada para a solução do problema inverso. Palavras Chave: sensoriamento remoto, redes neurais. Os perfis verticais de temperatura e umidade da atmosfera representam informações importantes no processo meteorológico da atmosfera. No entanto, devido a problemas logísticos e econômicos, há uma carência de observações em várias regiões da Terra. Interpretação de radiâncias em termos de parâmetros meteorológicos requer a inversão da Equação de Transferência Radiativa (ETR) onde medidas de radiação realizadas em diferentes freqüências estão relacionadas com a energia em diferentes regiões atmosféricas. Neste trabalho, uma nova aproximação para Rede Funções de Base Radial é usada para recuperar perfis verticais de temperatura baseada em dados de sensoriamento remoto. As recuperações de temperatura da nova técnica são comparadas com os obtidos por [1], que usaram Tikhonov e o princípio do máxima entropia. As vantagens de usar redes neurais estão relacionadas com seu intrínseco paralelismo e a possibilidade de implementação em hardware que pode implicar num sistema de processamento em tempo real e embarcado. II. MODELO DIRETO O processo de transferência radiativa pode ser modelado usando a equação linear de Boltzmann integro-diferencial [1]: 0 Iλ ( p) I (0) = B ( Ts ) I ( ps) + p B T p dp s i[ ( )] (1) λ λ λ λ p onde, I λ é o valor da radiância espectral, s a superfície; λ o comprimento de onda; p a pressão considerada; I é a função de transmitância e B é a função de Planck. III. ARQUITETURA DA NOVA REDE NEURAL Neste trabalho é proposta a rede neural Funções de Base Radial reformulada, baseada na entropia não-extensiva. A forma nãoextensiva proposta por Tsallis [2] é obtida por: W k q Sq ( p( r)) = 1 p( r) i q 1 i= 1 onde p é uma probabilidade, W o número total de possibilidades e q i é um parâmetro livre. Na teoria termodinâmica, o parâmetro k é a constante de Boltzmann. No limite, q 1, a entropia de Tsallis reduz à forma usual de Boltzmann-Gibbs-Shannon [1]. Uma família de funções são empregadas na camada escondida da RFBR reformulada, variando-se o parâmetro livre q. A distribuição p q (r) para diferentes valores de q são obtidos por [2]: (2) 1 q 1 q > 1, pq ( r) = σ (3 ) π q Γ 1 q 1 3 q 2 ( 1) 2( 1) q r q 1+ 2 (3 ) q σ ( r / σ ) / 2 q = 1, pq ( r) = e σ 2π 5 3q 1 Γ q 2(1 q) (1 q) r q 1, pq ( r) < = 1 2 (3 q) 2 q (3 q) σ π σ Γ 1 q r < σ [ 3 q / 1 q ] 1/ 2 e zero caso contrário. IV. RESULTADOS se ( ) ( ) 1 q 1 1 (1 q) A metodologia foi aplicada em dados globais e exclusivamente do Brasil, utilizando-se radiâncias do sensor HIRS-2 (High Resolution Radiation Sounder) do satélite NOAA-14 e simulações da ETR, maiores detalhes são apresentados em [3]. Na Figura 1, apresenta-se o perfil vertical de temperatura da atmosfera medido por radiossonda e perfis estimados pela rede neural proposta (azul), por métodos clássicos soluções de problemas inversos, Tikhonov de ordem 1 (vermelho) e Máxima Entropia de ordem 2 (preto tracejado) Pressão (hpa) Pressão (hpa) Temperatura (K) Erro(K) Figura 1 (a) Perfis verticais de temperatura (b) erros das estimações. V. CONCLUSÕES A RNA proposta apresentou resultados melhores que os obtidos por métodos clássicos de solução de problemas inversos, mostrou-se também mais eficiente que a RFBR clássica. É aplicada a sistemas de tempo real e embarcado, área de interesse também do projeto PITER (Processamento de Imagens em Tempo Real). VI. REFERÊNCIAS Radiossonda RFBR-NE Tikhonov1 Entropy2 [1] F. Ramos, H. Campos Velho, J. Carvalho, and N. Ferreira. Novel approaches on entropic regularization. Inverse Problems, vol. 15, no 5, pp , [2] C. Tsallis. Possible generalization of boltzmann-gibbs statistics. Journal Statistical Physics, no. 52, pp. 479, [3] E. H. Shiguemori, H. F. Campos Velho, J. D. S. da Silva, Atmospheric Temperature Retrieval from radiance data: new non-extensive artificial neural network approach. In.: Proceedings of the 23 rd Annual ACM, Fortaleza, vol. 3, pp , (3) (4) (5) Ativ. P&D IEAv, v.1, p.117, mar./2007-fev./

119 Projeto PEICE: Efeitos da Irradiação de Componentes Eletrônicos e Fotônicos O. L. Gonçalez 1, L. S. Y. Rigolon 1, L. H. Claro 1, C. A. Federico 1, Josiel U. de Arruda 1, V. R. de Almeida 1, E. R. Ribeiro 1, G. S. Vieira 1, W. A. de Oliveira 1, A. Passaro 1, J. Rubini Jr 1, O. P. da Silva Filho 1, W. M. Castilho 1, Leandro F. Auler 1,2, G. O. Dias 1,2, P. R. Agostinho 1,2, D. C. Milagres 1,2, T. M. Arruda 1,2, O. Saotome 2, I. M. da Silva 3, Júlio C. Lucchi 4,2 e Fernanda G. L. Kastensmidt 5 1 Instituto de Estudos Avançados, S.J. dos Campos, Brasil 2 Instituto Tecnológico de Aeronáutica, São José dos Campos, Brasil 3 Instituto de Aeronáutica e Espaço, S.J. dos Campos, Brasil 4 Universidade São Judas Tadeu, São Paulo, Brasil 5 Universidade Federal do Rio Grande do Sul, UFRGS, Brasil Resumo. O Projeto PEICE é um projeto de pesquisa financiado pela FINEP com recursos do FNDCT/Aeronáutico, para a realização de P&D visando a avaliação dos efeitos da radiação ionizante em componentes eletrônicos e fotônicos de uso aeroespacial. Neste texto são apresentados de forma sucinta os seus objetivos, a metodologia e os resultados esperados. Palavras Chave: radiação cósmica, danos, componentes eletrônicos. O desenvolvimento de qualquer projeto visando aplicações espaciais deve considerar os efeitos que a contínua ação da radiação cósmica provoca em materiais e componentes. Os efeitos da radiação devem ser conhecidos para que medidas corretivas possam ser consideradas na fase de projeto de equipamentos que deverão operar por tempo prolongado imersos em um ambiente com radiação ionizante permanente. A aplicação de circuitos eletrônicos, circuitos e componentes de óptica integrada, fibras ópticas, semicondutores e outros materiais em projetos espaciais depende de dados sobre as suas características e de como essas características variam em função da dose de radiação cósmica acumulada [1]. Tais informações têm caráter estratégico e muitas vezes não estão disponíveis na literatura internacional. A participação de um país no mercado internacional de produtos aeronáuticos e espaciais de alta tecnologia está relacionada com sua capacitação para desenvolver e qualificar novos materiais e produtos com aplicação espacial e em grandes altitudes de vôo. O desenvolvimento desses produtos no país exige o investimento na criação de sistemas adequados para sua qualificação. II. OBJETIVOS DO PROJETO PEICE O objetivo geral deste projeto é a realização de pesquisa sobre os efeitos da radiação ionizante em componentes e dispositivos eletrônicos e optoeletrônicos, fibras ópticas, circuitos analógicos e digitais, e dispositivos semicondutores nanoestruturados para aplicação aeroespacial e de defesa, promovendo a implantação e operacionalização, no Laboratório de Radiação Ionizante (LRI) do Instituto de Estudos Avançados (IEAv), de uma plataforma (PEICE) para realização de experimentos, testes e ensaios de irradiação destes materiais. A realização dos objetivos propostos contribui diretamente com outros projetos de interesse imediato do Comando da Aeronáutica (ITASAT do ITA e SIA e QDIP/QWIP do IEAv). III. METODOLOGIA Para execução do projeto foi constituída uma equipe multiinstitucional (IEAv, ITA, IAE, USJT e UFRGS) com especialistas de cada uma das áreas e tipo de componentes que se pretende estudar. A metodologia de execução do projeto consiste em adquirir fontes de radiação (íons pesados) para complementar aquelas existentes no LRI/IEAv (Irradiador Eldorado 78 com fonte de cobalto, câmara de vácuo com fontes de íons pesados e de radiação beta) para a irradiação do materiais e complementar a infra-estrutura de caracterização de semicondutores e, em especial, de sensores de infra-vermelho nanoestruturados existente no IEAv. Atualmente o IEAv possui um sistema de caracterização de semicondutores - Modelo 4200-SCS e um analisador de C-V de alta freqüência (Modelo 590/100k/1M/4), ambos da Keithley. Na fase inicial do projeto, está prevista ainda a aquisição de um criostato ótico com janelas de infravermelho e temperatura mínima de trabalho de 4K, uma estação de teste ( probe station ) criogênica com circuito fechado de He, osciloscópio digital, acessórios e software para medidas de dispositivos FPGA, e um analisador lógico e acessórios, além de aplicativos específicos (softwares). Para a realização de medidas de caracterização de fibras ópticas e componentes fotônicos deverá ser utilizada a infra-estrutura já disponível na Divisão de Fotônica do IEAv. Para a divulgação de resultados e avaliação de andamento do projeto, está prevista a realização de dois eventos técnico/científicos com a participação não só dos pesquisadores e estudantes vinculados ao projeto, como também de pesquisadores convidados e alunos de outras instituições de pesquisa. Recursos financeiros foram alocados no projeto e repassados ao CNPq para a formação de recursos humanos por meio de bolsas de Desenvolvimento Tecnológico e Industrial (DTI). IV. RESULTADOS ESPERADOS Como impactos científico, tecnológico, econômico e social, são esperados, no final da execução do projeto, os seguintes resultados: a ampliação da capacitação do grupo para a avaliação experimental dos efeitos transientes e permanentes da radiação ionizante em componentes semicondutores, FPGAs, processadores, memórias, circuitos integrados analógicos e digitais; o desenvolvimento da capacitação para a qualificação de fibras óticas, dispositivos eletroópticos, sensores de infravermelho nanoestruturados quanto aos efeitos da radiação ionizante e a consolidação das metodologias e processos para a qualificação de componentes e circuitos quanto à tolerância à radiação cósmica para uso em satélites e aeronaves, bem como, no suporte para contra-medidas de defesa. Como conseqüência dessa capacitação e investimento em infra-estrutura prevê-se a possibilidade de fornecimento, num prazo de 2 a 4 anos, de parâmetros relevantes para a seleção, ou mesmo, para a confecção no país de materiais especiais e produtos inovadores, resistentes à radiação ionizante, para aplicação espacial, e o estabelecimento, na região de São José dos Campos, de um centro de referência na caracterização de componentes embarcados em satélites e sondas espaciais quanto à durabilidade em ambiente sujeito à radiação cósmica. Espera-se, também, a formação de um grupo multiinstitucional de P&D sobre os efeitos da radiação ionizante em componentes e materiais de uso aeroespacial. V. REFERÊNCIAS [1] A.Holmes-Siedle and L. Adams, Handbook of Radiation Effects, 2 th ed., Oxford University Press, 2006 Agradecimentos: à FINEP, convênio n o FINEP/PEICE, pelo financiamento total do projeto. Ativ. P&D IEAv, v.1, p.118, mar./2007-fev./

120 Simulação Monte Carlo de Armamento Aéreo Wilson José Vieira Instituto de Estudos Avançados, São José dos Campos, Brasil Resumo Esta linha de pesquisa trata dos desenvolvimentos na área de ensino e pesquisa de Simulação Monte Carlo que foram realizados nos últimos anos. Esses desenvolvimentos foram utilizados para simulação de armamento aéreo em diversos trabalhos publicados em anais de congressos. Os trabalhos estão sendo utilizados como material didático da disciplina Simulação Monte Carlo de Armamento Aéreo do Curso de Extensão em Engenharia do Armamento Aéreo do ITA, com o objetivo de formação de recursos humanos capacitados em simulação de mísseis e combate aéreo. Palavras Chave: simulação Monte Carlo, armamento aéreo, combate aéreo. Vários trabalhos do IEAv foram publicados nos últimos anos sobre Simulação Monte Carlo e Simulação de Combate Aéreo. Esses trabalhos representam o material didático utilizado em cursos dados no CTA: Curso de Treinamento Interno da antiga PROPESA. Cursos avulsos para servidores do IEAv, do CCA e do IPEN. Cursos de Probabilidade e Variáveis Aleatórias no Curso de Especialização em Análise do Ambiente Eletromagnético, CEAAE, no ITA. Finalmente, esse material está sendo utilizado na disciplina Simulação Monte Carlo de Armamento Aéreo do Curso de Extensão em Engenharia do Armamento Aéreo, CEEAA, no ITA. A Seção II ilustra os fundamentos teóricos do Método Monte Carlo. A Seção III mostra os desenvolvimentos em simulação de combate aéreo e a Seção IV mostra soluções do problema do Erro Circular Provável no lançamento de bombas aéreas. II. FUNDAMENTOS TÉORICOS Os fundamentos teóricos compreendem: Noções de Probabilidade e Estatística, Números Pseudo-Aleatórios, Métodos de Amostragem (o Método Direto e a Técnica da Rejeição), Amostragem de Funções de Distribuição Conhecidas, Cálculo de Integrais e Técnicas de Redução da Variância incluindo a Amostragem Estratificada e a Amostragem por Importância. Os fundamentos teóricos são utilizados para solução de problemas de: Análise de Qualidade e Confiabilidade, Filas, Redes Bayesianas, Transporte de Radiação, Crescimento Populacional, Problema do Caixeiro Viajante e outros. III. SIMULAÇÃO DE COMBATE AÉREO O primeiro trabalho [1, 2] foi a simulação computacional de um modelo unidimensional proposto na literatura. Em seguida foi feito o equacionamento do problema tridimensional [3] que permitiu a visualização de diversas situações aleatórias do combate míssilaeronave. O próximo trabalho [4] foi conceber uma estratégia de evasão para a aeronave. O trabalho seguinte [5] tratou da modelagem bidimensional para otimizar as trajetórias do míssil, que no futuro poderá ser aplicada ao modelo tridimensional. Para fins didáticos foi confeccionada uma apostila contendo os programas computacionais desenvolvidos e os trabalhos publicados. IV. ERRO CIRCULAR PROVÁVEL Cada tipo de bomba tem associado um valor de Erro Circular Provável, ECP, ou CEP (Circular Error Probable) do inglês, que é definido como o raio de uma área que tem probabilidade de 50% de ser atingida. O cálculo do CEP [6, 7] não requer amostragem por importância, porque se está interessado na região de maior densidade da distribuição. No entanto, foram estimados danos colaterais para alvos fora da região do CEP. Esses cálculos utilizaram duas distribuições normais com ou sem amostragem por importância e com ou sem covariância entre as distribuições. V. CONCLUSÕES A simulação Monte Carlo para o problema do combate míssil versus aeronave pode ser feita para modelos bastante detalhados. No entanto, os trabalhos realizados mostram apenas o poder do método utilizando modelos simplificados com o objetivo de demonstração de conceitos. Fica demonstrado, mesmo assim, que estas simulações têm grande utilidade e importância para a área de Defesa. Uma simulação do combate míssil versus aeronave com grande riqueza de detalhes e com uma visualização feita através de animações gráficas sofisticadas é o objetivo final. No entanto, os conhecimentos adquiridos e ministrados nas disciplinas servem para que pesquisadores, programadores e usuários possam utilizar efetivamente ferramentas computacionais de terceiros. VI. REFERÊNCIAS [1] W. J. Vieira; A. Prati Simulação Monte Carlo de Combate Aeronave- Defesa Antiaérea, I Simpósio de Pesquisa Operacional da Marinha e II Simpósio de Logística da Marinha, 16 e 17 de dezembro de 1997, Rio de Janeiro, RJ. [2] W. J. Vieira; A. Prati. Simulação Monte Carlo de Combate entre Múltiplas Aeronaves e Defesa Antiaérea, II Simpósio de Pesquisa Operacional da Marinha e III Simpósio de Logística da Marinha, 1998, Rio de Janeiro, RJ. [3] W. J. Vieira; A. Prati, J. P. B. Destro, e J. L. S. Oliva. Simulação Monte Carlo do Combate entre Míssil e Aeronave. In: III SIMPÓSIO DE PESQUISA OPERACIONAL E IV SIMPÓSIO DE LOGÍSTICA DA MARINHA, 1999, Rio de Janeiro. Anais do SPOLM 99. Rio de Janeiro: EGN/CASNAV, [4] W. J. Vieira; A. Prati, e J. P. B. Destro, "Algoritmo de Monte Carlo de Simulação de Trajetórias de Mísseis e Aeronaves", Anais do Workshop de Computação (WORKCOMP 2000), São José dos Campos, 17 e 18 de Outubro, (2000). [5] W. J. Vieira; A. Prati, e J. P. B. Destro. Avaliação de Modelos de Combate entre Míssil e Aeronave. In: VII SIMPÓSIO DE PESQUISA OPERACIONAL E LOGÍSTICA DA MARINHA, 7 a 8 de dezembro, 2004, Rio de Janeiro. [6] W. J. Vieira. Uma Contribuição para a Utilização aa Amostragem por Importância em Cálculos Monte Carlo. In: Simpósio de Pesquisa Operacional e Logística da Marinha, 2006, Rio de Janeiro. Anais do IX Simpósio de Pesquisa Operacional e Logística da Marinha. Rio de Janeiro : Escola de Guerra Naval, CASNAV, [7] W. J. Vieira. Amostragem por Importância em Cálculos da Probabilidade de Acerto em Alvos com Monte Carlo. In: Simpósio de Guerra Eletrônica, 2007, São José dos Campos. Anais do IX Simpósio de Guerra Eletrônica. São José dos Campos, ITA, Ativ. P&D IEAv, v.1, p.119, mar./2007-fev./

121 Introdução à Defesa Química, Biológica e Nuclear Wilson José Vieira Instituto de Estudos Avançados, São José dos Campos, Brasil Resumo Esta linha de pesquisa representa a continuidade dos trabalhos realizados pelo IEAv na área de Defesa Química, Biológica e Nuclear. As atividades atuais são relativas ao ensino de pós-graduação na área. A motivação da linha de pesquisa é que, como expresso em sua Constituição, o Brasil escolheu não fazer armas de destruição em massa. No entanto, vários países continuam a desenvolver estas armas e torna-se importante conhecer seus efeitos e possíveis defesas contra este tipo de armamento nos termos previstos pelo Sistema de Ciência, Tecnologia e Inovação de Interesse da Defesa Nacional (SisCTID). O trabalho provê informações relativas aos aspectos políticos, estratégicos, técnicos e científicos que envolvem armas químicas, biológicas e nucleares, QBN. Palavras Chave: defesa QBN, proliferação nuclear, armas de destruição em massa. Nessa linha de pesquisa o trabalho se propõe a estudar os procedimentos necessários para proteção da população civil e das forças de defesa contra os efeitos das armas químicas, biológicas e nucleares. O objetivo é prover as Forças Armadas e a população em geral de informações relativas aos aspectos políticos, estratégicos, técnicos e científicos que envolvem armas de destruição em massa. O trabalho é ostensivo para evidenciar a transparência dos objetivos. Todas as informações técnicas e científicas foram retiradas da Internet [1, 2, 3] e traduzidas em [4, 5, 6, 7]. As considerações políticas ou tecnológicas são colocadas apropriadamente para evidenciar o domínio econômico das nações detentoras de capacidade QBN. A Seção II trata dos aspectos gerais da Defesa QBN e a Seção III dos explosivos nucleares e de seus efeitos. A Seção IV de armas químicas e biológicas. A Seção V trata de algumas noções de medidas de proteção e de abrigos QBN. II. ASPECTOS GERAIS DA DEFESA QBN A política de defesa QBN é formada de implicações sociais, militares, econômicas, científicas e tecnológicas. Nessa seção procura-se identificar os agentes, as causas e os efeitos em cada uma destas áreas. Embora muito importantes, os aspectos químico e biológico não têm a extensão e o impacto da questão nuclear. Além disso, as implicações químicas e biológicas são semelhantes às nucleares. Com as considerações acima, a questão nuclear é utilizada no trabalho para ilustrar os aspectos gerais da defesa QBN. III. EXPLOSIVOS NUCLEARES Esta parte mostra uma breve história dos explosivos nucleares; os princípios físicos, os tipos, as características de projetos e os materiais utilizados em armas nucleares; uma lista dos testes nucleares e do número e potência de ogivas em poder dos países que possuem armas nucleares. Explosões nucleares produzem tanto efeitos destrutivos imediatos quanto tardios. Efeitos imediatos (radiação térmica, explosão e radiação nuclear) são produzidos e causam destruição significante alguns segundos ou minutos após uma detonação nuclear. Os efeitos tardios (precipitação radiativa e outros efeitos ambientais) provocam danos por um extenso período de tempo, que pode variar de horas a séculos, e podem causar efeitos adversos em locais muito distantes do local da detonação. IV. ARMAS QUÍMICAS E BIOLÓGICAS Em setembro de 1947, armas de destruição em massa foram definidas pelo Conselho de Segurança da ONU como atomic explosive weapons, radioactive material weapons, lethal chemical and biological weapons, and any weapons developed in the future which have characteristics comparable in destructive effect to those of the atomic bomb or other weapons mentioned above [3]. A probabilidade de um ataque por uma grande nação é muito remota. Um ataque em pequena escala tem um grande impacto emocional, mas causaria poucas vítimas. No entanto, os benefícios científicos, tecnológicos, econômicos e políticos advindos de pesquisas de interesse dual fazem com que várias nações coloquem recursos humanos e financeiros consideráveis nessas pesquisas. Além disso, há um grande número de ações dos países desenvolvidos no sentido de evitar a obtenção desse conhecimento por outros países. V. MEDIDAS DE PROTEÇÃO E ABRIGOS QBN Armas nucleares requerem medidas de proteção para atenuar os efeitos térmicos, eletromagnéticos, da onda de choque e da radiação. Abrigos nucleares são instalações que podem ser utilizadas para proteção. Podem ser estruturas existentes como metrô, garagens subterrâneas, edifícios apropriados que também podem ser adequadas contra armas químicas e biológicas. VI. CONCLUSÕES Os resultados do trabalho foram observados com a oficialização da disciplina: Medidas de Autodefesa que foi ministrada para as turmas 2005, 2006 e 2007 do Curso de Extensão em Engenharia do Armamento Aéreo do ITA e da disciplina Fundamentos de Defesa Química Biológica e Nuclear da Escola de Comando e Estado Maior da Aeronáutica. VII. REFERÊNCIAS [1] The Nuclear Weapon Archive Último acesso em 04/04/2008. [2] Nuclear War Survival Skills Último acesso em 04/04/2008. [3] Public health response to biological and chemical weapons: WHO guidance (2004) [4] Medidas de Autodefesa, Wilson J. Vieira, Apostila do curso CEEAA, EN-101, [5] Medidas de Defesa contra Efeitos Nucleares, Wilson J. Vieira, Yuji Ishiguro, Artur Flávio Dias Luiz Henrique Claro e Alexandre David Caldeira CTA/IEAv-ENU/RP-00X/200X. [6] Projetos, Características, Efeitos e Proliferação de Armas Nucleares, Yuji Ishiguro, CTA/IEAv-ENU/RP-00X/200X [7] Efeitos Eletromagnéticos de Explosões Nucleares, Yuji Ishiguro, CTA/IEAv-ENU/RP-003/2003 Ativ. P&D IEAv, v.1, p.120, mar./2007-fev./

122 Uma Abordagem Integrada para tratar o Problema de Localização de Máxima Cobertura e o Problema de Roteamento Maria José Pinto Lamosa, Mônica Maria De Marchi e Carmen Lúcia Ruybal dos Santos Instituto de Estudos Avançados, S. J. dos Campos, Brasil [maju, monica, Resumo Neste trabalho busca-se tratar o problema de localização de máxima cobertura e o problema de roteamento de forma integrada, mostrando aplicações onde esta abordagem torna-se interessante. Nossa proposta é formular o problema integrado matematicamente, buscando desenvolver métodos que o resolvam desta forma. Palavras Chave: formulação, MCLP, roteamento, integração. Com isto, a abordagem de tratar o problema integrado pode ser utilizada para tratar sistemas complexos e espacialmente distribuídos como, por exemplo, de serviços emergenciais, de aviação, de cenários de crise (terrorismo, desastres naturais, pandemias, etc). O problema de localização de máxima cobertura (MCLP, do inglês Maximum Covering Location Problem) e o problema de roteamento são oriundos de importantes aplicações práticas. Seus conceitos podem ser imediatamente aplicados em diversos problemas de interesse como, por exemplo: posicionamento de radares de vigilância, planejamento de vôo, avaliação de conflitos de rotas aéreas, localização de aeroportos, defesa aérea, entre outros [1,2]. Em geral, estes problemas são tratados na literatura de forma independente. Entretanto, existem situações e/ou aplicações onde tratá-los de forma integrada pode ser interessante. Para tanto, nossa proposta é formular o problema matematicamente e realizar um estudo visando desenvolver métodos adequados para sua resolução. II. MCLP E O PROBLEMA DE ROTEAMENTO Problemas de localização, em geral, tratam de decisões sobre onde localizar facilidades em uma rede, considerando que existem clientes a serem atendidos, de forma a otimizar um determinado critério [1,2]. O termo facilidades pode se referir à fábricas, depósitos, escolas, etc., enquanto o termo clientes pode se referir, respectivamente, a depósitos, unidades de vendas, estudantes, etc. Mais especificamente, no MCLP, um número pré-definido de facilidades deve ser distribuído de forma a maximizar o número de demandas a serem atendidas. Este problema vem sendo estudado pela EGI-A (Subdivisão de Sistemas de Apoio a Decisão) para tratar o posicionamento de radares de vigilância em uma determinada área de interesse [3,4]. Neste caso, as facilidades são os radares e o objetivo é determinar o posicionamento destes radares de forma a maximizar a área de cobertura da região a ser protegida. O problema de roteamento consiste basicamente em estabelecer rotas eficientes para uma entidade com um determinado objetivo podendo, ou não, ser o ponto de partida igual ao ponto de chegada. Em geral, o objetivo é minimizar o custo total desta rota, o que inclui minimizar custos fixos, custos operacionais e, até mesmo, o número de entidades envolvidas. Este tipo de problema aparece em uma série de serviços como: entrega postal, entrega de mercadorias, rotas de ônibus, coleta de lixo, serviços emergenciais, entre outros [1,2]. III. APLICAÇÕES PARA O PROBLEMA INTEGRADO Tratar o problema da forma integrada, como estamos propondo, pode ser interessante em situações onde é possível fixar algumas das entidades (facilidades), permitindo que outras fiquem disponíveis para cobrir os eventuais buracos (demandas não atendidas) deixados pela cobertura gerada pelas entidades fixas. Nestes casos, as entidades fixas devem ser instaladas em posições que busquem minimizar a rota das entidades móveis, objetivando maximizar a demanda e/ou cobertura de uma determinada região. Fig. 1: Ilustração de um sistema complexo e espacialmente distribuído [5] Um exemplo de aplicação militar seria no contexto de um sistema de vigilância e de monitoramento aéreo, onde o objetivo é cobrir (proteger) uma determinada área, utilizando as informações de radares fixos, móveis e aerotransportados. Para os radares móveis e fixos, estamos preocupados em posicioná-los de forma a gerar a melhor cobertura possível e, com relação aos aerotransportados, deseja-se gerar rotas eficientes para cobrir os corredores (buracos), resultantes do posicionamento dos radares fixos e/ou móveis. Neste caso, se tratarmos o problema de forma integrada é possível, dado o posicionamento dos radares fixos, posicionar os radares móveis de forma a minimizar a rota dos aerotransportados. IV. CONSIDERAÇÕES FINAIS O trabalho encontra-se em fase inicial de desenvolvimento, onde estamos analisando uma primeira formulação para o problema integrado. Vamos utilizar o pacote não-comercial GLPK da GNU [6] para verificar a viabilidade da formulação. Em seguida, pretendemos explorar a estrutura da formulação para buscar métodos eficientes para sua resolução. Consideraremos ainda a possibilidade de aplicar métodos heurísticos, tendo em vista a complexidade do problema. V. REFERÊNCIAS [1] M. Daskin, Network and Discrete Location: Models, Algorithms and Applications, Wiley Interscience, New York, EUA, [2] M. C. Goldbarg e H. P. L. Luna, Otimização Combinatória e Programação Linear: Modelos e Algoritmos, Editora Campus, R.J., [3] M. M. De Marchi, M. J. Pinto; F. L. L. Medeiros e C. L. R. Santos Aplicação do Método GRASP no Problema de Posicionamento de Radares de Vigilância, In: XXXVII Simpósio Brasileiro de Pesquisa Operacional (SBPO), Gramado, R.S., pp , [4] C. L. R. Santos, M. M. De Marchi, M. J. P. Lamosa, J. C. Silva, V. Novackoski e F. J. Petersen, Estudo Preliminar da Cobertura Radar no Espaço Aéreo Brasileiro, In: VII Workshop Anual do IEAv (WAI), São José dos Campos, S.P., [5] Disponível em: <http://www.iwar.org.uk/rma/resources/ukmod/nec.htm>. Acesso: 04/04/2008. [6] GLPK GNU Linear Programming Kit. Disponível em: <http://www.gnu.org/software/glpk/glpk.html>. Acesso: 02/04/2008. Ativ. P&D IEAv, v.1, p.122, mar./2007-fev./

123 Alternativa para Teste de Avaliação de Tamanho de Campo do Feixe de Raios X Odontológico e Teste de Integridade de Equipamentos de Proteção no Próprio Consultório. Oliveira, W.A.*, Federico, C.A.* e Rigolon, L.S.Y.* * Instituto de Estudos Avançados, S. J. dos Campos, Brasil [wagner, claudiofederico, Resumo Este trabalho apresenta uma nova proposta de metodologia para avaliação de tamanho de campo e de integridade dos equipamentos de proteção individual em consultórios odontológicos, a qual se baseia na utilização de écrans fosforescentes de terras raras (base verde), cujas imagens são registradas em uma câmera digital comum. As imagens obtidas por este método são comparadas àquelas obtidas pelo método convencional, que se baseia na revelação de filmes radiográficos. O método proposto apresenta vantagens em relação ao método convencional, pois elimina deslocamentos e gastos desnecessários, além de permitir o armazenamento em meio eletrônico. Palavras Chave: radiodiagnóstico, controle de qualidade, tamanho de campo. método proposto (direita), pode ser realizada através da Figura 2. Uma comparação do tamanho de campo, obtido pelo método convencional (esquerda) e pelo método proposto (direita), pode ser realizada através da Figura 3. A Portaria 453 [1], de 01 de junho de 1998, determina que sejam realizados diversos testes de controle de qualidade em aparelhos de raios X odontológicos, dentre eles a avaliação do tamanho de campo do feixe de raios X de equipamentos periapicais e a avaliação da integridade dos equipamentos de proteção individual. Para o primeiro, usualmente são utilizados filmes periapicais dispostos de forma que se consiga avaliar toda a área do feixe de raios X, ou ainda, um filme radiográfico e chassi comum, com revelação posterior. No caso da avaliação dos equipamentos de proteção, o método utilizado necessita que se leve o mesmo a um aparelho de raios X médico e, com um chassi radiográfico grande, realiza-se o ensaio. Tanto para o caso do tamanho de campo, utilizando um chassi médico, como para o caso da avaliação dos equipamentos de proteção, os testes demandam um tempo de trabalho grande, dado ao deslocamento até um local onde se possa realizá-los. II. METODOLOGIA A metodologia consiste em gerar as imagens utilizando um écran de base verde (terras raras) de 35 x 43 cm, e registrá-las no próprio local por meio de uma câmera digital de 3,2 Mpixels, utilizando-se uma placa graduada, do tipo que é utilizada na avaliação de coincidência de campo luminoso com campo de raios X, em radiologia médica, e um aparelho de raios X periapical de 65 kv e 8 ma marca Trophy. Na avaliação do tamanho de campo, o sistema foi montado de forma que o cone localizador do aparelho de raios X ficasse encostado nas costas do écran, a placa graduada encostada na frente do écran e a máquina fotográfica de frente para o arranjo, conforme pode ser visto na Figura 1 (superior). No teste do equipamento de proteção retirou-se o cone localizador e o colimador do aparelho de raios X, o qual foi posicionado a 70 cm do avental de chumbo. O avental de chumbo foi colocado verticalmente nas costas do écran e a câmera fotográfica colocada de frente para o arranjo, conforme pode ser visto na Figura 1 (inferior). Ambos os testes foram realizados em ambiente escuro, sincronizando os disparos da câmara e do aparelho de raios X. III. RESULTADOS Uma comparação das imagens de um mesmo avental plumbífero, com defeito, obtidas pelo método convencional (esquerda) e pelo Figura 1 Arranjo experimental para a avaliação do tamanho de campo (superior) e vestimenta plumbífera (inferior). Figura 2 Avaliação de avental plumbífero com defeito, obtidas pelo método convencional (esquerda) e pelo método proposto (direita). Figura 3 Avaliação do tamanho de campo, obtidos pelo método convencional (esquerda) e pelo método proposto (direita). IV. DISCUSSÃO E CONCLUSÕES Verificou-se que, para ambos os testes, a metodologia proposta apresenta vantagens, sem perda sensível de qualidade, permitindo a realização dos testes no consultório, o armazenamento do resultado em meio eletrônico e a diminuição do custo total. V. REFERÊNCIAS [1] Portaria 453, de 01 de junho de Ativ. P&D IEAv, v.1, p.123, mar./2007-fev./

124 Influência de Elementos de liga no Processo de Nitretação a Plasma Vladimir Henrique Baggio Scheid e Raiane Samantha Sampaio Instituto Técnico Aeroespacial, S. J. dos Campos, Brazil Resumo Com este trabalho estamos realizando um estudo da influência de alguns elementos de liga na difusão do nitrogênio em processos de nitretação a plasma. Para isto, está sendo utilizada uma técnica inovadora. Através da metalurgia do pó foram preparados corpos de prova contendo ferro e carbono na proporção de: Fe 0,40%C em peso. A esta matriz foram adicionados outros elementos químicos. As amostras estão sendo nitretadas e caracterizadas. Os elementos selecionados são: manganês, silício, níquel, cromo e molibdênio. Estes elementos foram escolhidos por fazerem parte da composição do aço ABNT 4340, que é de grande interesse para o setor aeroespacial e automobilístico. Palavras chave: nitretação a plasma, difusão, sinterização, elementos de liga, aço A nitretação a plasma (ou iônica) é um processo utilizado para a melhoria de várias propriedades físicas de superfícies metálicas como, por ex., a dureza, a ductilidade, a resistência ao desgaste e à corrosão, que resultam em um aumento na vida útil das peças tratadas [1-3]. Embora, a nitretação a plasma seja um processo comercial utilizado há muitos anos pela industria, ainda existem muitos problemas quando este processo é realizado em escala industrial, pois é uma tarefa difícil de se obter uma boa reprodutibilidade do tratamento, mesmo em se tratando de equipamentos comerciais [4]. O Controle do processo ainda é primitivo, se limitando ao controle de alguns poucos parâmetros como a temperatura, o tempo de tratamento, a pressão e o fluxo de gases. Outros parâmetros de grande importância como a densidade de corrente e a pressão parcial de nitrogênio são, em geral, negligenciados. Esta situação se repete até mesmo em trabalhos acadêmicos, que normalmente se restringem a um estudo da influência dos parâmetros de processo nas propriedades físico-químicas de um determinado aço [5, 6]. Os resultados destes trabalhos, embora forneçam informações muito úteis sobre o aço analisado, não se aplicam a outros materiais. A resposta de um aço a nitretação depende fundamentalmente dos elementos de liga que ele contem [7]. Em especial, a presença de elementos como alumínio, cromo, titânio e vanádio, que formam nitretos de elevada dureza, resultam em grandes alterações nas propriedades dos aços quando nitretados. Este trabalho apresenta um estudo da influência de alguns elementos de liga na difusão do nitrogênio. II. METODOLOGIA Uma parte importante deste trabalho é a preparação de amostras. Foram preparadas amostras de 6 ligas de ferro com as seguintes composições: FeCCr FeCMo Fe - 0,40%C - 0,90%Cr Fe - 0,40%C 0,25%Mo As amostras foram preparadas pela técnica da metalurgia do pó. Os diversos elementos de liga foram adicionados ao pó de ferro, misturados, compactados e sinterizados em um formo com atmosfera controlada. As amostras de cada liga estão sendo submetidas a tratamentos de nitretação a plasma. Todos os parâmetros de processo são controlados e monitorados. Os tratamentos estão sendo feitos com temperaturas variando entre 450 e 600 C. III. RESULTADOS As amostras nitretadas estão sendo caracterizadas por meio de microscopia óptica convencional para observação das microestruturas das camadas, medidas de micro dureza (Vickers), medidas de rugosidade e levantamentos dos perfis de difusão do nitrogênio através de espectroscopia de emissão óptica em descarga luminescente (GDOES). Este trabalho apresentará resultados preliminares desta caracterização. IV. CONCLUSÃO Através da análise dos perfis de difusão do nitrogênio, das fases e dos compostos formados, será possível identificar e quantificar os processos dominantes envolvidos na difusão do nitrogênio associados a cada elemento de liga e, dessa forma, determinar os coeficientes de difusão e coeficientes de taxas de reações do nitrogênio. Utilizando estes dados poderemos, futuramente, desenvolver modelos para descrever o processo de nitretação de ligas que contenham misturas destes elementos e, em especial, dos aços da série 40xx. V. REFERÊNCIAS [1] B. Edenhofer, Metal Progres, 38 (Mar. 1976). [2] T. Spalvins, J. Vac. Sci. Technology, A3(6), 2329 (1985). [3] Y. Sun, T. Bell, G. Wood, Wear, 178, 131 (1994). [4] Grün, Reinar and Günther H. J., Prolbems, new solutions and limits, Materials Science and Engineering, A140, (1991). [5] A. da Silva Rocha, T. Strohaecker, V. Tomala, T. Hirsch, Surf. Coat. Technol. 115, (1999). [6] E. Menthe, K.-T. Rie, Surf. Coat. Technol , (1999). [7] D.S. Clark and W.R. Varney, Physical Metallurgy for Engineers, D. van Nostrand Company INC, Princeton, (1965). Liga FeC FeCMn FeCSi FeCNi Composição (em peso) Fe - 0,40%C Fe - 0,40%C - 0,75%Mn Fe - 0,40%C - 0,30%Si Fe - 0,40%C - 1,80%Ni Ativ. P&D IEAv, v.1, p.124, mar./2007-fev./

125 Sensor Dinâmico de Vôo (SDV) T. B. Caldas*, H. L. R. de Lira*, J. U. de Arruda*, V. R. de Almeida*, R. M. Cazo*, J. J. de Almeida**, O. Lisboa**, K. V. Couto*, W. C. L. Filho***, F. O. Ramos***, C. O. A. de Oliveira***, E. C. Ferreira**** *Instituto de Estudos Avançados /CTA - São José dos Campos SP, **Optsensys Instrumentação Óptica e Eltrônica Ltda., ***Instituto de Aeronáutica e Espaço, ****UNICAMP Universidade Estadual de Campinas Resumo O Sensor Dinâmico de Vôo (SDV) é um dispositivo composto por dois giroscópios a fibra óptica alinhados segundo o mesmo eixo, o qual foi embarcado num foguete de sondagem do tipo VSB-30, que foi lançado do CLA em julho de 2008 (Operação CUMÃ II). Este experimento visava caracterizar os sensores em vôo. O ensaio fez parte do projeto Sistema de Navegação Inercial para Aplicações Aeroespaciais (SIA), o qual é financiado pela FINEP e tem como executores o IEAv, o IAE, o ITA e o INPE. Palavras Chave: giroscópio, sensores inerciais, fibra óptica, SIA. O SDV é um dispositivo composto por dois giroscópios a fibra óptica alinhados segundo o eixo de rolamento do foguete. Um deles, Giroscópio para Maiores Velocidades (GMV), foi dimensionado para monitorar a taxa de rotação do veículo durante a fase de lançamento (0 a 1300º/s), e o segundo, Giroscópio para Menores Velocidades (GmV), para monitorar a taxa de rotação residual no apogeu (0 a 10º/s), durante a ocorrência do ambiente de microgravidade. O ensaio pretendia levantar certas características dos sensores durante o vôo, tais como o comportamento na presença simultânea de vibração, aceleração linear e aceleração angular. II. ENSAIOS AMBIENTAIS fazer medidas semelhantes, o que demonstra um grande potencial para a substituição de tais dispositivos, que atualmente são importados. Velocidade de Rotaçao Normalizada Taxa de rotação devido aos motores de spin Dados do Giro para Maiores Velocidades Quebra da barreira do som Ignição do 2º estágio Separação do 1º estágio Acionamento do sistema iô-iô GFO SDV GFO VSB Tempo (s) Figura 2: Gráfico da velocidade de rotação do VSB-30 durante a primeira parte do vôo (antes do período de microgravidade). Em vermelho, os dados obtidos pelo sensor do sistema de controle do foguete, e em azul, os dados obtidos pelo GMV, do SDV. Após a integração do sistema, vários ensaios foram feitos no IAE, sendo eles de rotação (Figura 1), de temperatura e de vibração. Com a finalidade de verificar o funcionamento e eventuais fatores de calibração necessários, os ensaios de rotação foram feitos em três momentos diferentes, de forma que nos permitisse observar quaisquer alterações no sistema. Esses ensaios foram denominados: pré-térmico e pré-shaker: antes dos ensaios térmicos e de vibração. pós-térmico e pré-shaker: depois do ensaio térmico e antes do ensaio de vibração. pós-térmico e pós-shaker: depois dos ensaios térmicos e de vibração. Velocidade de Rotaçao - graus/seg Dados do Giro para menores Velocidades Tempo (s) Figura 3: Gráfico da velocidade de rotação do VSB-30 durante o período de microgravidade. Em vermelho, os dados obtidos pelo sensor do sistema de controle do foguete, e em azul, os dados obtidos pelo GmV, do SDV. (a) (b) Figura 1: Resultados dos ensaios de rotação. (a) Medidas do GMV para degraus de 100º/s. (b) Medidas do GmV para degraus de 1º/s. III. RESULTADOS EM VÔO As Figuras 2 e 3 mostram os dados obtidos em vôo pelos dois giroscópios. Ao compará-los com os sensores do sistema de controle do foguete (em vermelho), podemos observar que o SDV conseguiu IV. CONCLUSÕES E SUGESTÕES Por ter apresentado a robustez necessária para este tipo de missão, podemos concluir que os giroscópios do SDV apresentaram resultados excelentes, demonstrando um grande potencial na substituição dos sensores importados pelo nacional. O próximo passo a ser dado será a integração de um sistema com três giroscópios tri-ortogonais para monitorar os três eixos de rotação simultaneamente, e desta forma estar mais próximo de uma futura homologação. Ativ. P&D IEAv, v.1, p.125, mar./2007-fev./

126 Metodologia Experimental para a Caracterização Eletromagnética de Materiais na Faixa de Freqüência de 100Hz a 100MHz A. C. C. Migliano, V. L. O. Brito e L. F. F. Bernabe Instituto de Estudos Avançados, S.J. dos Campos, Brasil [migliano, vlobrito, Resumo Para os estudo e desenvolvimento de novos materiais empregados nas indústrias automobilística, aeronáutica e de telecomunicações, tais como absorvedores, supressores e transdutores de corrente, foi implementada a técnica de análise de impedâncias em um circuito de uma porta. Essa técnica permite a caracterização eletromagnética de materiais na faixa de 100 Hz até 100 MHz. Amostras de ferritas de Ni-Zn, cujos valores de permeabilidade e permissividade complexas são conhecidos, foram utilizadas para validarem a técnica de medição e o arranjo experimental disponível no Laboratório de Sistemas Eletromagnéticos (LSE). Palavras Chave: ferrita de Ni-Zn, calibração de sensores, medidas de permeabilidade e permissividade complexas, materiais magnéticos. Aplicações de cerâmicas magnéticas como absorvedores de radiação não ionizante (RNI) [1] e transdutores de corrente pulsada [2] são dependentes de suas propriedades eletromagnéticas, tais como: resistividade e permissividade elétricas e permeabilidade magnética. Essas cerâmicas são um dos principais constituintes dos dispositivos empregados nas áreas de telecomunicações, eletrônica e nanotecnologia. Desta forma, sistemas de medição de propriedades eletromagnéticas de materiais são essenciais para laboratórios que desenvolvem tecnologias e/ou avaliam a susceptibilidade de componentes em ambientes eletromagnéticos. A permeabilidade e a permissividade dos materiais são as propriedades que definem as suas aplicações e auxiliam na otimização do projeto eletromagnético de um sistema ou sensor. Como exemplo, por meio dessas variáveis pode-se projetar um absorvedor de RNI sem recorrer aos ensaios e prototipagem com custos elevados. Ainda, pode-se estimar com precisão a Seção Reta Radar (SRR) de estruturas, utilizando-se ferramentas CAE/CAD adequadas. A validação do arranjo experimental implementado no Laboratório de Sistemas Eletromagnéticos (LSE) para medir a permeabilidade e permissividade de materiais foi realizada em ensaios com amostras de ferritas de Ni-Zn. Dados de permeabilidade e permissividade das cerâmicas foram obtidos, na faixa de freqüência de 100 Hz a 100 MHz, utilizando-se um analisador de impedâncias, modelo 4194A, da Agilent Co.. II. PARTE EXPERIMENTAL As medidas foram realizadas a partir do arranjo esquematizado na Figura 1, considerando-se as impedâncias de entrada de uma linha de transmissão terminada em curto, para medidas da permeabilidade, e terminada em aberto, para medidas da permissividade. Para o experimento foram confeccionadas e preparadas várias amostras [3,4] que validaram esta técnica. Os cálculos da permeabilidade e da permissividade foram realizados de acordo com as expressões: Short ' c X in µ = (1), r ω d ar Z 0 ar ' c Z 0 ε = (3) e r ω d Open X in Short '' c Rin µ = r (2), ωd ar Z0 ar '' c Z 0 ε = r (4). ω d Open Rin Fig.1 Corte do porta-amostra com a ferrita e padrões de curto (A) e aberto (B). III. RESULTADOS Os resultados de impedância com os conectores preenchidos com as amostras resultaram nos gráficos de permissividade e de permeabilidade apresentados na Figura 2. A técnica empregada mostrou-se inadequada para freqüências menores que 10 khz, devido a faixa dinâmica de sinal/ruído do equipamento. PERMISSIVIDADE COMPLEXA m 10m ε' 1k 10k 100k 1M 10M 100M FREQÜÊNCIA (Hz) ε'' PERMEABILIDADE COMPLEXA µ' 10k 100k 1M 10M 100M µ'' FREQÜÊNCIA (Hz) Fig. 2. Dados experimentais de permeabilidade e permissividade. IV. CONCLUSÃO Esta técnica se mostrou eficaz para as medições de permissividade e permeabilidade para freqüências maiores que 10kHz até o limite superior da faixa de medida do equipamento, ou seja, até 100MHz. As restrições desta técnica são devidas: i.) à faixa dinâmica de sinal/ruído do analisador; ii.) ao tipo de porta-amostra utilizado; iii.) aos valores esperados para as grandezas físicas versus dimensão da amostra. V. REFERÊNCIAS [1] Kim, S.S., Han D.H., Sho, S.B., Microwave absorbing properties of sintered Ni-Zn ferrite, IEEE Trans. On Magnetics, V.30. n.6, pp , [2] De Polli, Y. C., Migliano, A. C. C., Stopa, C. R. S., Nabeta, S. I., Cardoso, J. R., Finite element analysis of impedance of an electron beam current monitor, IEEE Trans. on Magnetics, V. 35, n. 3, p , [3] Cortes, 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. Proceedings of The Progress In Electro-Magnetics Research Symposium (PIERS 2007), v. 1, p , 2007 [4] Brito, V. L. O., Seleção, Elaboração e Caracterização de Ferritas Ni- Zn para Aplicação em Monitores de Corrente Pulsada, Tese de doutorado, ITA, outubro de Ativ. P&D IEAv, v.1, p.126, mar./2007-fev./

127 Recobrimento de partes metálicas com nanopartículas de negro de fumo via laser de CO 2 Gabriela Pedreira Nobre* e Getúlio de Vasconcelos** * Instituto Tecnológico de Aeronáutica - ITA, S.J. dos Campos, Brazil ** Instituto de Estudos Avançados, São José dos Campos, SP, Brasil - Resumo Neste trabalho será avaliada a utilização de nanopartículas de negro de fumo como agente favorecedor do acoplamento da radiação laser ao aço Nosso interesse em avaliar este material nanoparticulado, consiste em eliminar a etapa de moagem comum ao processo quando se utiliza a grafita. O processo consiste em irradiar, com o feixe de laser de CO 2, uma fina camada de pó previamente depositada sobre a superfície de interesse. Experimentos preliminares revelaram que à medida que a velocidade de varredura do feixe de laser é reduzida, uma camada densa de até 30 micrometros de espessura se forma sobre a superfície termicamente afetada. Medidas de microdureza nesta camada apresentaram valores da ordem de Hv 0, Palavras Chave: negro de fumo, laser, tratamento térmico. O tratamento térmico de metais e ligas por lasers baseia-se no aquecimento local da superfície, promovido pela absorção da radiação do feixe e em seguida, pelo seu rápido resfriamento [1,2]. Neste processo a temperatura na superfície do metal pode ser controlada pela densidade de potência e pela velocidade do feixe. A têmpera por lasers, por analogia a outros processos de endurecimento superficial, consiste na formação de uma estrutura austenítica no estágio de aquecimento e sua subseqüente transformação em martensita no estágio de resfriamento [1]. As principais vantagens da têmpera por lasers são: a seletividade do processo [1] (aquecimento somente do local de interesse); o rápido aquecimento de uma superfície, possibilitando o tratamento de finas camadas, com redução das zonas termicamente afetadas, e as reduzidas distorções superficiais, quando comparado a outros métodos [2]. Normalmente, os lasers utilizados para têmpera em equipamentos agrícolas, requerem potência superior à 1KW, já no tratamento térmico de ferramentas e matrizes de corte, lasers de CO 2 da ordem de 100W são comumente utilizados [2]. Neste trabalho, utilizou-se um laser de 50W para tratar termicamente uma parte de aço e os inconvenientes do processo, quer sejam a baixa potência disponível e a taxa de reflexão de cerca de 90% da radiação incidente, foram compensados pela deposição de uma camada absorvedora da radiação [2] incidente feita com negro de fumo. II. MATERIAIS E MÉTODOS A parte experimental deste trabalho foi dividida em duas etapas: preparação e aplicação de uma solução absorvedora da radiação incidente feita a partir de pó de nanopartículas de negro de fumo diluído em álcool etílico e irradiação da superfície recoberta com o feixe de laser de CO 2. ETAPA1: - Preparação e aplicação do material nano particulado de negro de fumo. A solução foi preparada com negro de fumo de tamanho médio de partículas de 50 nanometros. A seleção do tamanho de partícula baseou-se no fato de que menores tamanhos de partículas proporcionam camadas menos espessas. Na preparação da solução, utilizou-se 15,4 g de negro de fumo. A este pó adicionou-se carboximetilcelulose (CMC), para aumentar a resistência à verde da camada, na proporção de 1% da massa de negro de fumo e 150ml de álcool etílico como solvente. Após aplicar, com a solução, um recobrimento homogêneo em toda a superfície do aço, irradiou-se a parte preparada com o feixe de laser de CO 2. ETAPA 2 - irradiação da superfície do aço com laser. O laser utilizado neste trabalho como fonte de radiação nos experimentos de têmpera superficial do aço, foi um laser de CO 2, CW, potência de saída igual a 50W, marca Synrad e modelo J48. A Fig. 1 apresenta o esquema do arranjo experimental utilizado para o tratamento térmico do aço com laser. No processo de irradiação o feixe de laser movimenta-se sobre a superfície da amostra através de espelhos galvanométricos, gerando trilhas de largura e espessuras controladas (2X8mm 2 ). A velocidade de deslocamento do feixe sobre a superfície do aço foi previamente selecionada por meio de testes de microdurezas. Para isso, fixou-se a potência do laser em 50W e variou-se a velocidade de deslocamento do laser sobre a amostra. Fig. 1 Desenho esquemático do arranjo experimental. O feixe de laser de CO 2 é guiado por um conjunto de espelhos e irradia uma determinada região selecionada da amostra. III. RESULTADOS Fig. 2 Secção transversal das partes tratadas evidenciando a evolução da camada densa e clara. A Fig.2 apresenta a micrografia óptica da secção transversal da parte tratada. Uma densa camada da ordem de 30micrometros se forma sobre a superfície temperada que se acentua ainda mais a medida que a velocidade do processo é reduzida. Esta camada apresenta microdureza superficial da ordem de Hv 1000 e o substrato sem tratamento a laser, apresenta microdureza de Hv 250. IV. CONCLUSÃO O negro de fumo apresentou resultados satisfatórios quando comparado aos apresentados pela grafita. Seu diferencial reside no fato deste não requerer a etapa de moagem, já que o material é fornecido na forma de nanopartículas. V. REFERÊNCIAS [1] R.A. Ganeev; Low-power laser hardening of steels Journal of Materials Processing Technology 121 (2002) [2] I.F.Machado; Technological advances in steels heat treatment, Journal of Materials Processing Technology, 172, (206), Ativ. P&D IEAv, v.1, p.127, mar./2007-fev./

128 Efeitos da Radiação Não Ionizante (RNI) em Materiais Biológicos Yasmara Conceição De Polli, *Carlos Antonio França Sartori e Antonio Carlos da Cunha Migliano Instituto de Estudos Avançados, S.J. dos Campos, Brasil [yasmara, *Universidade de São Paulo, SP, Brasil Resumo O conhecimento das propriedades dielétricas dos materiais biológicos tem se mostrado importante na medicina para aplicações em diagnóstico e tratamento, na medicina espacial para detectar os efeitos das radiações sobre os astronautas e, também, na área de cerâmicas industriais (porcelana de osso). Assim, com o objetivo de apoiar missões tripuladas ao espaço e contribuir na área de impacto de um ambiente eletromagnético sobre seres vivos, o Laboratório de Sistemas Eletromagnéticos (LSE) dispõe da infra-estrutura para analisar esses materiais. Sendo uma das etapas de implementação de atividades de P&D nesta área, este trabalho apresenta a metodologia de avaliação das permissividades complexas de osso cortical de fêmur bovino desidratado, utilizando-se o método de impedância em uma linha de transmissão coaxial. Em particular, apresenta-se uma metodologia de caracterização dielétrica de osso, com ênfase nas avaliações das suas características anisotrópicas. Palavras Chave: anisotropia, permissividade complexa, osso cortical, método da impedância. Figura 1 - Componentes do porta-amostra, utilizado para as medidas de impedância, na faixa de freqüência de 100 Hz a 1 MHz. III. RESULTADOS Os dados de permissividade para três amostras extraídas de mesmo material, sendo seus eixos de simetria os três diferentes eixos cartesianos, são apresentados na Figura 2. Nota-se que a anisotropia na permissividade é evidente em baixas freqüências. Os avanços da tecnologia, nas últimas décadas, permitiram ao homem desenvolver dispositivos eletro-eletrônicos e eletromagnéticos com um vasto campo de aplicações. O advento da globalização, aliado a uma célebre redução de custos, provocou ampla e rápida disseminação desses instrumentos. Como conseqüência, houve uma alteração significativa nos ambientes eletromagnéticos, decorrente dos campos elétricos e magnéticos resultantes. Dessa forma, os seres vivos encontram-se, atualmente, expostos aos níveis de energia eletromagnética até então incomuns no seu dia-a-dia. Esse fato despertou a atenção da comunidade científica [1], da população em geral e de autoridades para questões relativas às interações dessas energias com o ambiente, os animais e, principalmente, com o ser humano. Houve necessidade de se realizarem estudos sobre a possibilidade de eventuais efeitos biológicos relacionados aos seres vivos em geral [2]. Com base nas conclusões dessas avaliações foi possível estabelecer os primeiros limites de exposição, normas e leis para o uso desses dispositivos emissores de Radiação Eletromagnética Não-Ionizante (RNI) [3]. Justificado pelo cenário exposto, este projeto de pesquisa tem por objetivos alcançar as seguintes metas principais: i)implementar um processo para caracterizar as permissividades complexas de material biológico sólido, na faixa de freqüência desde 100 Hz até 1 MHz; ii)disponibilizar dados experimentais da permissividade complexa, em uma faixa contínua de freqüência, na banda de freqüência entre 100 Hz e 1 MHz. II. PARTE EXPERIMENTAL As dimensões das amostras cilíndricas foram de (9,5 ± 0,5) mm para o comprimento, (3,10 ± 0,05) mm para o diâmetro interno e de (6,95 ± 0,05) mm para o diâmetro externo. Estas medidas atendem ao padrão Tipo-N (7 mm) do porta-amostra, composto de um adaptador de precisão, APC-7 para Tipo-N (fêmea), finalizado por uma terminação Tipo-N aberta, perfazendo o comprimento total de 28,0 mm do porta-amostra. Esses componentes estão ilustrados na Figura 1. A técnica de medida de impedância em circuito de uma porta é mesma utilizada por Cortes et al. [4]. Figura 2 - Variação da permissividade relativa de três amostras ortogonais pintadas com tinta condutiva nas superfícies externas para garantir perfeito contato com o porta-amostra. IV. CONCLUSÃO O LSE dispõe de infra-estrutura para caracterização eletromagnética de materiais biológicos sólidos, validada e calibrada. Pretende-se, com isto, apoiar pesquisas na área de medicina espacial e apoiar os órgãos públicos nas áreas de efeitos de RNI sobre seres vivos. V. REFERÊNCIAS [1] De Polli, Y. C., Tese de Doutorado, EPUSP, Universidade de São Paulo,SP, Brasil, [2] Mason, P. A. et al. from USAF, Effects of frequency, permittivity, and voxel size on predicted specific absorption rate values in biological tissue during electromagnetic-field exposure. IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, vol. 48, pp , [3] ICNIRP Guidelines. Guidelines for limiting exposure to time-varying electric, magnetic, and electromagnetic fields (up to 300 GHz). Health Physics, vol. 74, no. 4, pp , [4] Cortes, 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. Proceedings of The Progress In Electro-magnetics Research Symposium (PIERS 2007), v. 1, p , 2007 Ativ. P&D IEAv, v.1, p.128, mar./2007-fev./

129 OPTSENSYS INSTRUMENTAÇÃO ÓPTICA E ELETRÔNICA LTDA. A Optsensys é uma empresa nacional de alta tecnologia que atua nos mercados específicos dos setores de Defesa, de Prospecção & Extração de Petróleo, e de Energia Elétrica, desenvolvendo sensores óptoeletrônicos e a fibra óptica além de instrumentação óptica e eletrônica. Como uma empresa de alta tecnologia, participa do desenvolvimento de projetos em colaboração com Instituições de Pesquisa, contribuindo para o domínio no País de tecnologias estratégicas e inovadoras. Objetivos Estratégicos: 1 - Desenvolver sensores a fibra óptica para a área de instrumentação e controle: temperatura, deformação mecânica, nível, etc; 2 - Desenvolver sensores a fibra óptica para o setor de Engenharia Inercial: girômetros e acelerômetros; 3 - Desenvolver sensores a fibra óptica para o setor de Energia Elétrica: transformadores de alta tensão e medidores de corrente; 4 - Desenvolver a instrumentação eletrônica e a óptica para aplicação em sensores a fibra óptica, e 5 - Prestar serviços de consultoria, desenvolvimento de sensores especiais a fibra óptica, instrumentação óptica e eletrônica.

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