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Orientador: Mauricio Prates de Campos Filho Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Campinas Resumo: O presente trabalho visou o desenvolvimento de processos de refino de grão em estruturas de Alumínio Comercial e sua liga com 4,75% de Cobre, sem a adição de inoculantes ou agentes refinadores, isto é, através da utilização de substratos de nucleação potentes (regimes de alta extração de calor) e da indução de fluxos no Metal líquido que propiciem o desprendimento de cristais das paredes do molde ou canal. Foram estudadas as influências dos movimentos relativos entre o metal líquido na sua etapa de nucleação e o substrato (parede do molde ou canal de alimentação) na formação de zonas equiaxiais de granulação refinada. Analisou-se os fluxos de fluidos que ocorrem em moldes cilíndricos estacionários, rotatórios, oscilatórios e em canais refrigerados. As macroestruturas dos linqotes obtidos, através da agitação mecânica do sistema metal/molde, evidenciaram a ação dos fluxos de convecção e de Ekman como agentes libertadores de cristais junto as paredes do molde e promotores da distribuição dos mesmos ao longo do metal líquido. Os lingotes solidificados em moldes estáticos, alimentados por canais refrigerados a água, comprovaram a ação das altas condições de extração de calor, no sentido de propiciar preenchimentos de moldes com metais apresentando baixos superaquecimentos e parcialmente solidificados, consequentemente facilitando a obtenção de estruturas equiaxiais refinadas. No caso de moldes estáticos estabeleceu-se urna equação que dimensiona o comprimento crítico do canal de alimentação, para ocorrer refino de grão em função das condições de vazamento. As técnicas de refino desenvolvidas, com oscilação torcional harmônica do sistema metal/molde e alimentação de moldes estáticos por canais refrigerados a água, apresentaram potências de refino comparáveis as obtidas através do processo convencional de refino de grão do Alumínio, por inoculação com Titânio-Boro Abstract: The present work encompassed the development of grain refining processes as applied to commercial purity Aluminium and the Al-4,75 % Cu alloys, without addition of inoculants refining agents. The techniques used employed substrates high heat extracting potential) for copious nucleation of solid and the induction of flow in liquid metal wich encouraged detachment of solid crystals from the surface of the mould wall or feeding channel. The influence of relative motion between liquid metal and cooled substrate (mould wall or feeding channel) was studied in terms of formation of a refined, equiaxed structure.The fluid flows which occured in static, rotated . and. oscillated moulds were analysed and flow in refrigerated channels was also examined. The macrostructures of ingots obtained using mechanical agitation of the mould exhibited evidence of the effect of convectional and Ekrnan flows as mechamisms for crystal detachment from the mould wall and subsequent redistribution in the bulk of the liquid. The ingots solidified in static fed through cooled channels exhibited the effect of rapid heat extraction in producing grain refinement by ensuring the metal entered the mould cavity with low superheat and containing solid particles.For the case of a static mould, an equation was developed for efficient refinement to the pouring conditions. It was shown that of the techniques developed, torsional mould oscillation and the use of a refrigerated feeding channel exhibited refinement efficiency comparable with conventional bath inoculation (with a Titanium-Boron preparation) Doutorado Doutor em Engenharia Mecânica

Orientadores: Antonio Celso Fonseca de Arruda, Euclides Jose Bonet Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica Resumo: O fraturamento hidráulico é um processo utilizado na Indústria do Petróleo para a estimulação de poços. Consiste na abertura e consolidação de uma fratura em uma formação rochosa criando um canal de fluxo altamente permeável. O meio físico que possibilita tal tratamento é um fluido de características especiais através do qual se transmite à rocha a potência hidráulica necessária para a realização deste trabalho. Este fluido deve, também, carregar eficientemente o agente granular que será o responsável pela sustentação da fratura. o projeto de um fraturamento resulta da composição de tópicos de diversas áreas do conhecimento científico e tecnológico, e o domínio do comportamento reológico deste fluido é fundamental para o correto equacionamento dos fenômenos envolvidos. Diversas formulações de fluidos de fraturamento encontram-se disponíveis no mercado, sendo a mais utilizada a obtida a partir do polímero HPG. Este polissacarídio é derivado da goma guar e apresenta alta economicidade, gerando fluidos operacionalmente seguros. Tal fluido, como todo fluido polimérico, é viscoelástico, porém seu componente elástico não é computado nas teorias disponíveis para o dimensionamento de fraturas hidráulicas, que o tratam como newtoniano ou, nas mais elaboradas, como não-newtoniano. o advento de modernos aparatos experimentais possibilita, atualmente, uma avaliação mais completa dos parâmetros reológicos destes fluidos, permitindo a formulação de um modelo mais aprimorado para seu escoamento. O presente trabalho reporta a investigaçãoda viscoelasticidadedos fluidos de fraturamento, levantando seus parâmetros reológicos e remodelando seu escoamento. É feita uma revisão do estado-da-arte das modelagens disponíveis e são propostas contribuições a diversos aspectos teóricos inerentes a este processo, com verificação experimental. Dentre as contribuições teóricas introduzidas destacam-se: a formulação tensorial do escoamento do fluido dentro da fratura, a proposição de uma nova abordagem para o fenômeno da filtração de fluido pelas suas paredes, o equacionamento analítico do comportamento da pressão em seu interior e o acoplamento direto das áreas envolvidas na modelagem de seu dimensionamento. Os parâmetros viscosos e elásticos dos fluidos de fraturamento estudados foram medidos experimentalmente, sendo apresentadas novas expressões analíticas relacionando os parâmetros elásticos aos viscosos. São estabelecidas relações que permitem a extrapolação do comportamento reológico destes fluidos para outras faixas de variação de temperatura e concentração. A introdução destes conceitos teóricos na modelagem repercute na geometria final da fratura alterando seu perfi] de elíptico para cuneiforme, o que se traduz em fraturas mais longas que as normalmente previstas com o equacionamento convencional. O componente elástico dos fluidos introduz uma tensão adicional no equacionamento e seu reflexo na geometria da fratura é dependente dos parâmetros reológicos dos mesmos, bem como das especificações do projeto Abstract: Hydraulic Fracturing is a process used in Petroleum Industry for weIls stimulation and it consists in the opening and consolidation of a fracture in a rock formation, creating a flow channe1 with high permeability. The physical medium employed in this treatment is a fluid of special characteristics which transmits to the rock the necessary hydraulic power for having this work done. This fluid also must carry efficiently the proppant agent that wiIl support the fracture. The project of a hydraulic fracturing results from the composition of topics of many fields of scientific and technological knowledge, and the control of the rheological behavior of the fluid is fundamental to equate correctly the involved phenomena. Various fracturing fluid formulations are available in the market, but the most used is that obtained from the HPG polymer. This polysaccharide is derived from the guar gum and it have high economics, generating fluids operationaIly safes. This fluid, like all polymeric fluids, is viscoelastic, but its elastic component is not included in the available hydraulic fracturing models, which consider it as a newtonian fluid or, in the most elaborated theories, as a non-newtonian fluid. Now, the advent of modem experimental apparatus makes possible a more complete evaluation of the rheological parameters of this fluid and the formulation of an improved model for this flow. The present work reports the investigation into the fracturing fluids viscoelasticity, obtaining its rheological parameters and remodeling this flow. It is made a revision of the state-of-art of the available models and it is proposed contributions to many aspects of this process, with experimental verification. Among the introduced theoretical contributions can be mentioned: the tensorial formulation of the fluid flow in the fracture, the proposition of a new approach to the fluid filtration phenomenon through its walls, the analytical equating of the pressure behavior in its interior and the direct coupling of the involved fields in the modeling of its dimensions. The viscous and elastic parameters from this fracturing fluids are acquired experimentally, and new analytical expressions relating the elastic to the viscous parameters are provided. It is established relations that allow the extrapolation of its rheological behavior to others temperature and concentration ranges. The introduction of this theoretical concepts in the modeling reflects on the fracture final geometry changing its elliptical profile to cuneiform, resulting longer fractures than the usually obtained by the conventional models. The fluid elastic component introduces an additional tension on the equating and its consequence in the fracture geometry depends on the rheological parameters and on the project specifications Resume: La fracturation hydrauIique est un procédé utiIisé dans I'industrie pétroIiere pour Ia stimulation des puits, consistant à ouvrir et à consoIider une fracture dans une formation rocheuse, ayant pour but Ia création d'un canal d'écouIement tres perméabIe. L'agent qui rend possibIe ce procédé est un fluide avec des caractéristiques spéciales qui permit Ia transmission de Ia puissance nécessaire à Ia roche pour Ia réalisation du travail, et qui doit, aussi, transporter efficacement le matérieI granulaire qui va soutenir Ia fracture. Le projet d'une fracturation résulte de Ia composition des topiques de divers domaines de Ia connaissance scientifique et technoIogique, et le contrôle de Ia conduite rhéologique de ce fluide est fondamentaI pour résoudre correctement les équations des phénomenes présents. Diverses formuIations de ce fluide sont disponibles, mais Ia plus utilisée c'est celle qui est obtenue du HPG, un poIisaccharide dérivé de Ia gomme de guar, à cause de son aspect économique et sa sécurité opérationnelle. Cet fluide, comme n'importe quel fluide polymerique, iI est viscoélastique, mais son composant éIastique n'est pas computé dans les théories disponibIes par le calcuI des dimensions des fractures hydrauIiques, qui Ie traitent comme un fluide qui obéit Ia Ioi de Newton ou, dans Ies théories Ies plus éIaborées, comme un qui ne l'obéit pas. L'apparition récente de nouveaux apparats expérimentaux rend possibIe une évaluation pIus complete des parametres rhéoIogiques de ces fluides en permettant Ia formuIation d'un modele pIus accompli pour cet écoulement. Cet ouvrage se propose à rechercher cet aspect du probIeme, en déterminant ses parametres rhéoIogiques et en modeIant son écoulement avec I'inclusion de sa conduite éIastique. Pour y arriver, tout Ie modeIage traditionnel est revu et des contributions sont incluses à divers aspects inhérents à ce procédé, qui peuvent être étendues à des applications dans d'autres domaines en corrélation. Les innovations introduites sont: Ia formulation tensorielle d'écoulement du fluide dans Ia fracture, l'obtention des équations analytiques de Ia conduite de Ia pression dans son intérieur, Ia proposition d'un nouvel abordage pour le phénomene de Ia filtration du fluide par Ies parois, Ie couplage direct des domaines présents dans le modelage de ses dimensions, l'obtention expérimentale des parametres visqueux et élastiques de ces fluides de fracturation, I'expression anaIytique des parametres élastiques en fonction des visqueux, et l'établissement des relations qui permettent I'extrapoIation de sa conduite rhéologique dans des segments de variations de température et de concentration. L'introduction de ces concepts et de ces résultats répercute dans Ia géométrie finale de Ia fracture en changeant son profiI de elliptique en cunéiforme, en résultant des fractures pIus longues qui celles obtenues normalement avec le modelage traditionnel. Le composant éIastique des fluides introduit une contrainte additionnelle dans les équations et son reflet dans Ia géométrie de Ia fracture dépend de ses parametres rhéologiques et des spécifications du projet Doutorado Materiais e Processos de Fabricação Doutor em Engenharia Mecânica

Orientadores: Carlos Kenichi Suzuki, Antonio Celso de Fonseca Arruda Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica Resumo: A sílica vítrea é um do" únicos materiais que cobinam excelentes propriedades térmicas, ópticas, dielétricas, mecânicas, assim como alta durabilidade química com o alto grau dc pureza. Tradicionalmente, o quartzo brasileiro na forma de lascas tem sido um insumo básico de grande importância na fabricação da sílica vítrea. A seleção de jazidas com quartzo da melhor qualidade em termos dc impurezas, e processos industriais dc purificação tornam-no um material com concentração total da ordem de 10 ppm de impurezas metálicas. Entretanto, nestes últimos anos, um novo insumo (pó de sílica) tem sido desenvolvido por processo sol-gel chegando a um grau de pureza extrema (< 0.1 ppm DD total de impurezas metálicas); e o mais importante, a sua produção independe da matéria-prima quartzo natural. Na presente pesquisa, utilizamos esses novos insumos de elevada pureza, obtidos por processo sol-gel, na preparação da sílica vítrea por fusão em chama (técnica de Verneuil), que resultou num produto inédito em termos das propriedades pureza e resistência mecânica. Contamos, para isso, com a participação de duas empresas, a Nitto Chemical e a Mitsubishi Rasei, para o fornecimento desses novos insumos, ainda em fase de desenvolvimento, através do canal de cooperação técnica entre a UNICAMP e o NIRiN. Realizamos um estudo sobre a influência das principais características das pós de sílica e do processo de fusão nas propriedades da sílica fundida como a transmitância no infra-vermelho e ultra-violeta, e em particular na viscosidade do material. 0 processo Verneuil de fusão utilizado neste trabalho, mostrou ser um processo limpo, não apresentando contaminações metálicas acima da ordem de 0.1 ppm, A agregação de radicais OH mostrou ser reduzida dependendo do tipo de chama (redutora), como por exemplo pela utilização da chama do gás liquefeito de petróleo (GLP), com contaminação da ordem de 100 ppm em comparação com a contaminação de 200 - 250 ppm verificado para a chama de hidrogênio. A viscosidade da sílica vítrea mostrou ser mais vulnerável à presença de alcalinos nas sílicas livres de Alumínio, tendo sua viscosidade reduzida em uma ordem de grandeza para concentrações de sódio de apenas alguns ppm. A sílica vítrea obtida pela fusão em chama à partir do pó de sílica sol-gel, apresenta conteúdos de impurezas metálicas equivalentes à da sílica vítrea comercial obtida pelo processo sintético de deposição química no estado vapor (CVD) por chama de Hz. Apresenta a vantagem de possuir concentrações de OH 5 vezes inferior, e valores dc viscosidade uma ordem de grandeza superior, além do menor custo do processo de fusão por chama em relação ao processo CVD. Abstract: Not informed Doutorado Doutor em Engenharia Mecânica

Orientador: Antonio Celso Fonseca de Arruda Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Campinas Resumo: Este trabalho utiliza o Microscópio Eletrônico de Varredura (M.E.V) para o estudo de defeitos em materiais e dispositivos semicondutores. A operação do M.E.V. nos modos Catodoluminescência (CL) e coleção de carga ou EBIC (Electron Beam Induced Conductivity) permite caracterização precisa de dispositivos optoeletrônicos de GaAs/GaAlAs e também de células solares de Silício policristalino, tendo sido estabelecida uma correlação entra as etapas de fabricação e o desempenho final dos dispositivos de GaAs. Foi desenvolvido ainda um método de analise EBIC, denominado aqui EBIC-Quantitativo, aplicado para a obtenção de característica corrente-tensão I(v) de uma micro-região da amostra semicondutora iluminada pelo feixe de elétrons de M.E.V., de um modo análogo ao empregado na determinação da característica Fotovoltaica I(v) de células solares. Este método, associado aos demais modos de operação do M.E.V., possibilita o estudo das propriedades ópticas, elétricas e estruturais dos diversos defeitos presentes em semicondutores. Abstract: The scanning Electron Microscope (S.E.M.) is an extremely versatile instrument wich can be applied for the characterization of a variety of materials, including metallic, ceramic and semiconductor specimens. I the latter case the energy band of semiconductor materials enables he operation of the instrument in the Cathodoluminescense (CL) and Electron Beam Induced Conductivity (EBIC) modes, providing a nondestructive method of examining semiconductors. Moreover, the EBIC and CL techniques are directly related to the electrical and optical properties of these materials. This work deals with the SEM-EBIC and CL characterization of defects of GaAs/GaAlAs optoelectronic devices and of polycrystalline Silicon solar cells. Defects such as dislocations, impurity and growth striations, compositional fluctuations and mechanical stresses at the interface of heterostructures (i.e. GaAs/GaAlAs and GaAs/SiO2) are qualitatively are quantitatively analysed. Doutorado Doutor em Engenharia Mecânica

Orientador: Antonio Celso Fonseca de Arruda Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Campinas Resumo: Foi projetado e construído um forno para o puxamento de monocristais de silício de até 5cm de diâmetro e 1,5kg. Trata-se de um equipamento composto por cinco sistemas básicos, a saber: de aquecimento, de acionamento, de refrigeração, de atmosfera inerte e de forno. Os critérios de projeto foram baseados em recentes trabalhos sobre os parâmetros do processo Czochralski. Este trabalho propiciou a avaliação do mercado nacional de bens e serviços para a fabricação de um equipamento Czochralski e a formação de recursos humanos na área de insumos materiais para a microeletrônica. O capítulo 1, de introdução, situa a importância e justificação deste trabalho. No segundo capítulo são relatados os diversos métodos de obtenção de cristais, bem como os aspectos básicos da teoria do processo Czochralski. O terceiro capítulo, com base no seu precedente, trata dos requisitos básicos de um equipamento Czochralski, e da metodologia empregada no seu projeto, e na sua construção. O quarto capítulo é reservada a apresentação do equipamento construído. No capítulo 5 são relatadas e comentadas as conclusões concernentes ao equipamento construído e ao processo de crescimento de cristais apreendido. Abstract: A 5cm diameter and 1.5kg silicon single crystal pulling capable furnace was designed and constructed. The equipment is composed by five basic systems. These systems are heating, seed driving, water cooled refrigeration, inert atmosphere and furnace. The design criteria are based on recent papers about Czochralski process parameters. This work made possible the valuation of the Brazilian market's commodities and services in order to construct a Czochralski equipment and it made possible the formation of human resources in materials related on microelectronics. The first chapter justifies the importance of this work. The various obtention crystal methods and the Czochralski process theory are showed in second chapter. The third chapter treats on the basic requirements of a Czochralski equipment, based on second chapter, and it treats on design and construction methodology used. At the fourth chapter is reserved the constructed equipment apresentation. The conclusions about the constructed equipment and the crystal growing process apprehension are presented on the fifth chapter. Mestrado Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: Antonio Celso Fonseca de Arruda Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Campinas Resumo: Este trabalho descreve o processo de desenvolvimento, teste e experimentação de um oxigenador de membrana de fibra capilar. Inicialmente é mostrada uma evolução do processo de oxigenação artificial em cirurgia cardiovascular, dando especial atenção à oxigenação através de membrana, por ser um processo mais próximo do fisiológico, e com enormes vantagens sobre os processos atualmente usados que traumatizam muito os elementos figurados do sangue ¿Observação: O resumo, na íntegra poderá ser visualizado no texto completo da tese digital. Abstract: This Paper describes the trajectory of the development of a hollow fiber membrane oxygenator from the time of its clinical use, tests and trials performed within this method ...Note: The complete abstract is available with the full electronic digital thesis or dissertations. Doutorado Doutor em Engenharia Mecânica

Orientador : Antonio Celso Fonseca de Arruda Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Campinas Resumo: O trabalho descreve o projeto e construção de um forno de fusão zonal flutuante para purificação e puxamento de barras finas de silício. Nos três primeiros capítulos foram coletadas informações bibliográficas que forneceram o suporte teórico necessário ao desenvolvimento. Para o estudo, o equipamento foi subdividido em: tema Mecânico, de controle e de aquecimento. Nos capítulos IV e V, discutem-se, respectivamente, as escolhas de materiais e componentes utilizados e os resultados obtidos. No capítulo VI, mostra-se a viabilidade da utilização de motores, materiais e elementos de máquinas nacionais. Conclui-se também que a utilização de câmara de atmosfera controlada, com circuito simples de resfriamento, e adequada ao processo de purificação. As perdas de potência no sistema de aquecimento por R.F. podem ser minimizadas com o uso de barras de cobre isoladas, ao invés de cabos. O sistema modular dos cabeçotes de puxamento permite precisão dos movimentos da barra e fácil manutenção. Finalmente, destaca-se a necessidade da utilização de um microprocessador para controle de cilindricidade, deslocamentos da barra e temperatura de resfriamento Abstract: The work describes the project and construction of a floating zone melting furnace to purification 'and pulling of Silicon slim rods. In the first three chapters bibliographical informations were collected wich made possible the theoretical support, necessary to the development. To be studied, the equipment was subdivided in: mechanical system, of control and of heating. In the 4th and 5 th chapters, its discussed, respectively, the choices of materials and components wich are utilized and the obtained results. In the 6 th chapter, it's showed the viability of the utilization of motors, materials and elements of national machine. The conclusion is that the utilization of controlled atmosphere chamber, with simple circuit of chilling, to the purification process is adequate. The power losses in the heating system by R.F. can be minimized with the using of isolated copper rods, instead of cables. The modular system of the pulling headblocks permits precision of the rod motions and easy maintenance. Finally, the conclusion is, of great importance the utilization of a microprocessor to the control of cylindricity rod displacement and chilling temperatures Mestrado Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: Antonio Celso Fonseca de Arruda Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica Resumo: A tomografia computadorizada é, modernamente, um dos métodos mais poderosos para aplicações em ensaios não destrutivos. O presente trabalho apresenta as análises de testemunhos convencionais passíveis da utilização desta técnica e faz, a respeito de diversas variações desta técnica (ultrasom, RMN, raios-x, PET, etc), uma breve explanação sobre seus princípios físicos e adequação às análises desejadas. São desenvolvidos os conceitos básicos da tomografia computadorizada de raios-x e apresentados os elementos componentes e a evolução dos equipamentos e, ainda, justificado seu uso na análise de materiais particulares à geologia e engenharia de petróleo. Finalmente, é avaliado experimentalmente o potencial, para estas análises de equipamentos médicos e de um minitomógrafo para aplicações multidisciplinares. Comprova-se e evidencia-se, enfim, a possibilidade de se fazer análises de testemunhos com características tecnológicas avançadas associadas ao baixo custo dessas alternativas (considerando-se, no caso do equipamento médico, a opção de locação do mesmo) Abstract: The computerized tomography (CT) is one of the most powerful techniques for non-destructive applications. This work introduces the conventional core-analysis procedures that can be improved by tomographic techniques and the physical principIes and proprierties of several types of CT (NMR, x-rays, PET, etc.). The basic concepts involved in computerized tomography of X-rays (CTX), the scanner's evolution and components are shown and the procedures and potencialities for petroleum reservoir materiaIs analyses are described. Finally, the potencial of medical equipaments and of a rnini-tomograph for multi-subject applications is evaluated. Mestrado Mestre em Engenharia de Petróleo

Orientador: Antonio Celso Fonseca de Arruda Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica Resumo: Neste trabalho, são apresentados diferentes modelos de Estações para Inspeção Técnica Veicular, de maneira a dar opções de adequar, o mais racionalmente possível, a sua instalação em diferentes regiões do país, dependendo da densidade de veículos, criando condições de minimizar custos da inspeção e ao mesmo tempo mantendo, também, uma distância adequada ao usuário. As propostas consideram Estações de diferentes produções, desde a alta (370 veículos/dia) até a baixa (15 veículos/dia), com o objetivo de ser uma ferramenta para avaliação de custos. Os equipamentos propostos e a metodologia da inspeção estão baseados em experiência internacional, com adequações à realidade brasileira. A seleção correta do modelo de Estação a ser utilizado tem fundamental importância no levantamento do valor final da inspeção,permitindo a determinação de custos de investimento e custeio Abstract: This work presents different models of Stations for Technical Vehicular Inspection in order to provide options to adequate, as rationally as possible, their installation in different regions of the country, depending upon the density of vehicles and thus creating conditions to minimize costs with inspection and at the same time keeping an adequate distance from users. These proposals consider Stations of different productions, from the highest (370 vehicles per day), to the lowest (15 vehicles per day), with the scope of being a tool for evaluation of costs. The equipments suggested and the methodology of inspection are based on an international experience adequate to brasilian reality. The correct selection ofthe Station models to be utilized have fundamental importance in the evaluation of the final value of inspection, permitting this way to determine costs of investment and daily expenses Mestrado Materiais e Processos de Fabricação Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: Antonio Celso Fonseca de Arruda Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Campinas Resumo: O presente trabalho é o resultado de um esforço conjunto, da universidade UNICAMP, Departamento de Engenharia Mecânica - FEC , Instituto "Dante Pazzanese" de Cardiologia e a empresa Macchi Engenharia Biomédica Ltda., com o objetivo de projetar, construir, testar e avaliar, para posterior industrialização, um sistema de hemodiálise. Tal sistema é composto de uma maquina hemodialisadora e de dialisadores descartáveis de fibra oca capilar. É efetuada uma descrição do processo terapêutico da Hemodiálise, como suporte de vida aos pacientes renais crônicos. Descreve-se os critérios de projeto e construção da máquina hemodialisadora protótipo, e o critério de projeto e construção de uma série de dialisadores descartáveis de fibra oca capilar, cujo sistema compõe um "rim artificial". A partir de uma série de testes e avaliações "in vitro", "in vivo" animal e avaliações humanas, efetuados com a colaboração de multiprofissionais, foram analisados os problemas práticos de funcionamento da máquina e a eficiência dos dialisadores protótipos, apresentando-se soluções para melhorar a eficiência do sistema de hemodiálise proposto. É feito também, alguns testes comparativos do dialisador capilar desenvolvido, com alguns existentes comercialmente no mercado. Atualmente, este sistema de hemodiálise está sendo utilizado em vários hospitais, em programa com pacientes renais crônicos, com resultados clínicos satisfatórios, demonstrando que o trabalho alcançou seus objetivos. Abstract: The present work is the result of the cooperation between UNICAMP, Mechanical Engineering Department - FEC, Institute "Dante Pazzanese" of Cardiology and Macchi Engenharia Biomédica Ltda., with the purpose of design, construct, test and future industrialization of an hemodialyzer system, wich is composed by an hemodialyzer machine and disposable hollow capilars fibers dialyzer units. The therapeutical hemodialysis process is described wich will be considered as a life support for chronic renals patients. The theorical basis of design and construction of the hemodialyzer machine are discussed, as well as disposable hollow capilars fibers; wich are the fundamentals parts of the artificial kidney. A series of tests "in vitro" and "in vivo" in animal, and posterior evaluation in human being was performed with interdisciplinar colaboration. Pratical problems of the performance of the machine and the efficiency of the dialyzers prototypes were analyzed, searching solutions to improve the performance of the prototype of the hemodialyzer system. A comparative test with some of commercial dialyzers was run. Now this hemodialyzer system is in use in differents hospitals in the treatment of chronical renals patients with satisfied clinical results. That is a confirmation that our goal are achieved. Mestrado Mestre em Engenharia Elétrica

Orientador: Antonio Celso Fonseca de Arruda Tese manchada, problema na legibilidade Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Campinas Resumo: A liga de alumínio 3003 (AI-Mn-Fe-Si) é uma liga endurecível por dispersão de precipitados rigidos e incoerentes. A caracterização das fases presentes foi feita com o auxílio de várias técnicas complementares. A fração volumétrica e tamanho dos precipitados, assim como o tamanho de grão da fase matriz foram determinados por metalografia quantitativa. A estrutura cristalina das fases presentes foi estudada por difração de raios X na superfície polida (no caso da matriz)/e no resíduo extraido (no caso dos precipitados). A composição das fases foi estudada com auxílio de análise de raios X por comprimento de onda em uma microssonda eletrônica. Foram identificadas três fases: a matriz, precipitados de A16(Mn,Fe) e precipitados de a-AI-Fe-Mn-Si.Foram realizados dois tipos de tratamentos térmicos iniciais: solubilização parcial a 6300C por duas horas com resfriamento rápido em água e estabilização a 3700C por dez horas com resfriamento ao ar. OBS.: O resumo na integra poderá ser visualizado no texto completo da tese digital. Abstract: The aluminium alloy series number 3003 (AI-Mn-Fe Si) is an alloy dispersion hardened through incoherent and rigid precipitates. The identification of the phases present in the alloy has been carried out with the help of several complementary techniques. The volume fraction, the /precipitates size and the grain size of the matrix have been assessed through quantitative metallography. The crystaline structure of the phases has been studied with X-ray diffraction on the polished surface (phase matrix) and in the eletrochemically isolated residues (in the precipitates). The comparison of the phases has been studied with help of wave lenght X-ray analisis in aeletronic microprobe. Three phases have been identified: matrix, precipitates of A16(Mn,Fe) and a-AI-Fe-Mn-Si. Partial solubilization at 6300C for two hours followed by water quenching and stabilization at 3700C for ten hours followed by air cooling have been carried out as initial thermal treatments. Note: the complete abstract is avaiable with the full eletronic digital theses or dissertations. Mestrado Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: Antonio Celso Fonseca de Arruda Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Campinas Resumo: O presente trabalho descreve a obtenção de varetas combustíveis, com encamisamento de aços inoxidáveis austeníticos, para reatores nucleares. Dois aspectos foram abordados com maior ênfase: a) obtenção e qualificação dos tubos de aço inoxidável AISI 304 e 304 L; b) soldagem circunferencial das extremidades dos tubos aos tampões do mesmo material e qualificação das soldas. Os tubos, com dimensões características especiais, foram obtidos por trefilação com mandril fixo. Foram obtidos tubos de aço 304 e 304 L, com e sem costura. Os tubos apresentram precisão dimensional, rugosidade superficial, propriedades mecânicas e características microestruturais adequadas. Não se constatou diferenças dignas de menção entre as propriedades dos tubos com costura e dos tubos sem costura.O processo de soldagem utilizado foi o TIG ( "Tungsten Inert Gas" ). Foram estudados os seguintes parâmetros de soldagem: gás de proteção (argônio e hélio); corrente de soldagem; velocidade de rotação do tubo; comprimento de arco posicionamento do eletrodo e vazão de gás. Foi desenvolvida uma câmara de soldagem, com atmosfera protetora, visando diminuir a oxidação superficial e a zona afetada pelo calor. As soldas foram avaliadas com auxílio de ensaios destrutivos (pressurização até arrebentamento, levantamento de perfis de microdureza e análise metalográfica) e não destrutivos (inspeção visual, exame dimensional, radiografia e vazamento de hélio).Em função dos resultados obtidos são sugeridos dois ciclos de soldagem: um para argônio e outro para hélio. As modificaçôes microestruturais, causadas pela soldagem, foram estudadas minuciosamente. A utilização de tubos, previamente encruados, permitiu a identificação e o estudo por meio de microscópia ótica e medidas de microdureza das várias regiões, são elas: zona de fusão; zona afetada pelo calor (região de crescimento de grão, região total e parcialmente recristalizada) e, finalmente zona não afetada pelo calor. Foram estabelecidas algumas relações entre parâmetros de soldagem e fenômenos metalúrgicos, tais como: solidificação; recuperação; recristalização; crescimento de grão e precipitação, que ocorrem durante o processo. Abstract: This work describes the obtainment af austenitic stainless steel clad fuel rods for nuclear reactors. Two aspects have been emphasized: a) obtainment and qualification of AISI 304 and 304 L stainless steel tubes; b) the circumferential welding of pipe ends to end plugs of the same alloy followed by qualification of the welds. Tubes with special and characteristic dimensions were obtained by set mandrel drawing. Both, seamed and seamless tubes af 304 and 304 L were obtained.The dimensional accuracy, surface roughness, mechanical properties and microestructural characteristics of the tubes were found to be adequate. The differences in the properties of the tubes with and without seams were found to be insignificant. The TIG pracess of welding was used. The influence of various welding parameters were studied: shielding gas (argon and helium), welding current, tube rotation speed, arc length, electrode position and gas flow. An inert gas welding chamber was developed and constructed with the aim of reducing surface oxidation and the heat affected zone. The welds were evaluated with the aid of destructive tests (burst-test, microhardness profile determination and metallographic analysis) and non destructive tests (visual inspection, dimensional examination, radiography and helium leak detection). As a function of the results obtained, two different welding cycles have been suggested; one for argon and another for helium. The changes in the microstruture caused by welding have been studied in greater detail. The utilization of work hardened tubes, permited the identification by optical microscopy and microhardness measurements, of the different zones: weld zone; heat affected zone (region of grain growth, region of total and partial recrystallization) and finally, the zone not affected by heat. Some correlations between the welding parameters and metallurgical phenomena such as: solidification, recovery, recrystallization, grain growth and precipitation that occurred during the process have been established. Mestrado Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: Antonio Celso Fonseca de Arruda Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica Resumo: Este trabalho tem como objetivo basico contribuir para o desenvolvimento de uma bomba centrifuga de sangue funcionando sob o principio do arrasto viscoso entre uma ou mais superficies lisas rotativas e o sangue. A sua elaboração pode ser dividida numa parte experimental e numa parte teorica, as quais foram desenvolvidas de maneira simultanea mas absolutamente independentes entre...Observação: O resumo, na íntegra poderá ser visualizado no texto completo da tese digital Abstract: The basic aim of this research is to contribute to the development of a centrifugal blood pump based on the viscous shear-force between one or more rotating smooth surfaces and the blood. This investigation has both an experimental part and a theoretical analysis, which have been simultaneously developed as absolutelly independent works...Note: The complete abstract is available with the full electronic digital thesis or dissertations Mestrado Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: Antonio Celso Fonseca de Arruda Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica Resumo: Numa reportagem exibida num jornal televisivo em horário nobre há alguns anos atrás, foram apresentados os cintos de segurança infantis como a 'grande solução' para o transporte de crianças em automóveis em substituição às cadeiras de criança, para aqueles pais que alegam não conseguirem com que seus filhos fiquem nelas sentados durante a rodagem do veículo. Além do baixo custo, de suas dimensões reduzidas e da maior facilidade na instalação em relação às cadeirinhas, o grande apelo deste dispositivo é o de que possibilita uma grande liberdade de movimento às crianças, permitindo que se ajoelhem e até mesmo deitem no veículo. Devido à possibilidade de falha deste equipamento, uma vez que o mesmo fere o conceito de 'retenção' pelo qual foram desenvolvidos os cintos de segurança e as próprias cadeirinhas, foi necessário verificar a eficácia deste tipo de dispositivo em condições de impacto veicular. Tomando-se como base à norma brasileira NBR 144001 da ABNT (Associação Brasileira de Normas Técnicas), foram realizados testes dinâmicos de impacto frontal com alguns tipos de cintos de segurança infantis, cujas rupturas observadas nos testes comprovaram que estes dispositivos não garantem a necessária proteção à criança em caso de acidentes de trânsito reais Abstract: Watching a TV News in some years ago, it was shown the child seat belt as the 'great solution' for that parents who don't get their children remained seated on the child seat during driving the vehicle. That device allow a free movement for the children (is it possible to kneel and/or lie on the rear seat), it's a little bit cheep and with smaler dimensions as weel, when compared with the child seat. As this child seat belt didn't improve a necessary 'retention', concept which was developed the seat belts and the child restraint system as whell, it was necessary check the efficient of these child seat belts at vehicle impact conditions. In this way, some child seat belts were tested as according to NBR 14400 standard ('Road Vehicles - Child Restraint System - Safety Requirements '), which rupture observed at the frontal impact tests showed that kind of device does not give the necessary protection for the children at the real traffic accidents Mestrado Materiais e Processos de Fabricação Mestre em Engenharia Mecânica

Orientadores: Antonio Celso Fonseca de Arruda, Roberto de Alencar Lotufo Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica Resumo: A tomografia computadorizada de raios-x tem extrapolado a área médica e ganhado campo em inúmeras aplicações onde se faz necessária a interpretação (qualitativa e quantitativa) da estrutura interna de um material opaco, sem destruí-lo. O presente trabalho demonstra a aplicação desta técnica em ensaios não destrutivos, utilizando-se amostras de materiais e componentes de diferentes densidades e geometrias, com defeitos simulados e reais, ensaiados em tomógrafos médicos. Demonstra-se, também, o uso da técnica na caracterização de filtros eletroquímicos usados para remoção de agentes contaminantes (no caso, zinco) de efluentes industriais. Foram usadas técnicas de processamento digital de imagens (sistema Khoros) para a caracterização dos defeitos encontrados, através da medida do coeficiente de atenuação do material em regiões de interesse, e por meio do cálculo de parâmetros dimensionais tais como área e perímetro. Foram aplicadas operações de filtragem matemática para a correção do efeito de endurecimento de feixe, verificado nas imagens de materiais metálicos, sobretudo no alumínio. Devido à sua natureza qualitativa e quantitativa, a tomografia computadorizada de raios-x demonstrou ser uma ferramenta promissora em ensaios não destrutivos de materiais. Este trabalho demonstra e reforça sua aplicabilidade através do uso de processamento digital de imagens Abstract: X-ray computed tomography (XCT), originally developed for medical purposes is becoming increasingly applied to several applications where it is necessary the interpretation of the internal structure of an object nondestructively. The present work shows the application of this technique to nondestructive testing using materiaIs and components of different density and geometry, with simulated and real defects tested in a medical scanner. Characterization of electrochemical filters used to remove contamination agents (in this case, zinc) in industrial effluents, by XCT technique is also described. Digital image processing have been used (software Khoros) for defects characterization, determining the attenuation coefficient in regions of interest and measuring parameters like area and perimeter. Digital filtering operations have been applied for beam hardening correction in metallic materiaIs images, mainly aluminum. Due its qualitative and quantitative nature, XCT technique established to be a promising tool of nondestructive materiaIs evaluation and this work emphasizes its applicability through digital image processing Mestrado Materiais e Processos de Fabricação Mestre em Engenharia Mecânica

Orientadores: Antonio Celso Fonseca de Arruda, Euclides Jose Bonet Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica Resumo: Objetivou-se, através da técnica de tomografia computadorizada de Raios-X, visualizar o desenvolvimento de digitações viscosas durante o deslocamento de uma fase óleo por uma fase aquosa em um meio poroso homogêneo, natural e consolidado (arenito Vosges ). Foram escolhidos parâmetros de velocidade de injeção e razão de mobilidade de modo a propiciar o surgimento de digitações viscosas durante o escoamento bifásico. Com a utilização de um sofisticado sistema computacional (Khoros) para o tratamento das imagens gráficas, foi possível a determinação dos perfis de porosidade e de saturação de fluidos ao longo das amostras de rocha. A análise das imagens das secções transversais mostrou que, em condições de estabilidade hidrodinâmica, o deslocamento se desenvolve de acordo com o modelo pistonado sofrendo, apenas, efeitos gravitacionais bastante suavizados. Em contra-partida, em condições hidrodinamicamente instáveis, o fluido injetado se desloca através de regiões bem definidas do meio poroso indicando a existência de canais com pequeno gradiente positivo de permeabilidade. Observou-se, neste caso, efeitos de segregação gravitacional ainda mais marcantes. A análise dos perfis de saturação mostrou que, sob condições de saturação de água inata constante, as curvas de saturação da fase aquosa contra a variável de similaridade (XoITD) são semelhantes. Mantidos os mesmos parâmetros de injeção, observou-se que, as curvas de permeabilidade relativa ao óleo se sobrepõem. O mesmo acontece com as curvas de permeabilidade relativa à agua. Ficou evidente que tais curvas de permeabilidade relativa são bastante sensíveis à velocidade de injeção da fase de maior mobilidade. As curvas de permeabilidade relativa à água sugerem a existência de dois regimes de escoamento no interior do meio poroso e que, a mudança de um regime para o outro acontece em valores muito próximos de saturação da fase aquosa na rocha Abstract: The purpose of this work is to apply computerized X-Ray tomography techniques to visualize the development of viscous fingering during the displacement of an oil phase through an homogeneous, natural and consolidated porous media. Viscous fingering during two-phase flow is obtained by appropriate selection of both injection rate and mobility ratio. The porosity and saturation profiles have been computed by means of image analysis through the use of a graphical interpretation software. The image analysis of the cross sections shows that, under conditions of hidrodynamic stability, the displacement of water by oil occurs as predicted by the piston-like model, with small gravitational effects. On the other hand, when the oil phase is displaced by a water phase under unstable hidrodynamic conditions, the injected water flows through well defined regions of the porous medium. Gravity segregation is also observed in this case. Provided the injection parameters and the connate water saturation are kept constant, the water saturation profiles as a function of self-similar variable (xo / to) merge into a single curve. For the same injection conditions, it was observed that curves of oil permeability versus water saturation overlap themselves. Such overlapping also happens with the water relative permeability versus water saturation curves. It was evident that the oil relative permeabilities are strongly influenced by the injection rate of a higher mobility fluid. The shape of the water relative permeability curves indicates the existence of two different displacement mechanisms taking place along the core. Moreover, the water fractionary flow curve is characteristic of unstable displacement Mestrado Mestre em Engenharia de Petróleo

Orientador: Antonio Celso Fonseca de Arruda Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica Resumo: Este estudo descreve um método inédito para a obtenção, a partir da polimerização do Metilmetacrilato, de espumas rígidas com poros intercomunicantes . Descreve, também, a sua viabilidade tecnológica na fabricação de moldes porosos para o processo de Colagem de Barbotina sob Pressão. A caracterização das espumas, quanto às propriedades dos meios porosos, foi realizada, com sucesso, definindo-se os parâmetros fundamentais para o controle da : permeabilidade , porosidade e tamanho de poros. As propriedades mecânicas das espumas foram investigadas em formulações contendo duas resinas existentes no mercado e uma obtida experimentalmente. A sensível superioridade do Móludo de Elasticidade das formulações, contendo a resina experimental, comprovou a eficiência da metodologia empregada, principalmente no que se refere à obtenção de altos pesos moleculares e sua influência nas propriedades mecânicas das espumas. A Tomografia Computadorizada foi aplicada, como metodologia de ensaio não destrutivo , na detecção de bolhas internas. A facilidade de interpretação dos resultados permitiu a imediata adequação do processo de obtenção de espumas. Para algumas espumas selecionadas , simulou-se o processo de Colagem de Barbotina sob Pressão, investigando-se a influência da temperatura da barbotina; da pressão de trabalho e da permeabilidade das espumas. Os resultados foram suficientes para validar o processo de Colagem de Barbotina sob Pressão, que apresenta maior rapidez se comparado ao processo convencional Abstract: This study describes an unpublished method to produce rigid foams with connected pores by the emulsion polymerization of the Methylmetacrylate monomer; and its technological feasibility in the manufature of moulds by the Slip Casting under Pressure. The main properties ofthe foams were successfully evaluated for the control of the permeability , the porosity and the pore size. The mechanical properties were evaluated for the compositions of two resins available on market and an experimental resin. The superior values of the Elastic Modulus of the foam made with the experimental resin show the efficiency of the methodology applied, specially for the production ofhigh molecular weight resins, and its influence on the foam's mechanical properties. Computerised Tomography was applied as a nondestructive test to identify internal bubbles; easy and prompt interpretation of the results made it possible to change accordingly. For several selected foams a simulation ofthe process of Slip Casting under Pressure was run; and the influence ofthe slip temperature, pressure and the foam permeability were analysed. The results, alone were sufficient to validate the process of Slip Casting under Pressure, characterised by a higher velocity than that of the traditional process Doutorado Materiais e Processos Doutor em Engenharia Mecânica

Orientadores: Antonio Celso Fonseca de Arruda e Adolfo Alberto Leirner Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica Resumo: O presente trabalho refere-se ao projeto, construção e avaliação de um dispositivo capaz de oxigenar e remover o dióxido de carbono do sangue durante circulação extracorpórea em operações cardíacas ou em procedimentos de suporte pulmonar. O funcionamento do dispositivo baseia-se na exposição de finas camadas de sangue a uma região com alta concentração de oxigênio. Nele, o sangue que passa por um reservatório cilíndrico, disposto horizontalmente, é exposto ao oxigênio através da rotação de discos imersos no sangue e fixos a um eixo central. A avaliação foi realizada através de testes "in vitro" e "in vivo" onde foram analisados parâmetros como: transferência gasosa, hemólise, gradiente de pressão, redução do número de plaquetas, volume interno e eficiência dos sistemas de controle de gases desenvolvidos. Através do estudo dos parâmetros construtivos e operacionais foi possível obter um dispositivo em condições seguras de utilização com fluxos de sangue de até 1,5 L/min. O oxigenador desenvolvido agrega as principais vantagens dos oxigenadores de bolhas e de membrana, sendo estes os dois tipos de oxigenadores atualmente mais utilizados nos centros cirúrgicos do mundo. Estas vantagens estão relacionadas com a eficiência, recursos operacionais, segurança quanto a vazamentos, custo e lesão aos constituintes sangüíneos Abstract: This paper presents the design, construction and evaluation of a device capable of oxygenating and removing the carbon dioxide fTom the blood during cardiac surgical procedures requiring cardiopulmonary bypass or in pulmonary support procedures. The device works based on the exposure of thin layers of blood to a higWyoxygen concentrated region. Blood flows through a horizontally set cylindricalreservoir exposed to oxygen by the rotation ofblood immersed discs fixed to a central axis. Evaluation was performed by "in vitro" and "in vivo" tests where gas transfer, hemolysis, pressure drop, platelets number, priming volume and efficiency of developed gas control system were analyzed. The study of the design and operational parameters yielded a device with safe conditions ofuse with blood flows up to 1.5 L/min. The developed device has the main advantages of the two types of blood oxygenators presently used in the world regarding to efficiency, operational resources, leakage safety and trauma to blood elements Doutorado Materiais e Processos de Fabricação Doutor em Engenharia Mecânica

Orientador : Antonio Celso Fonseca de Arruda Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Campinas Resumo: Este trabalho apresenta um estudo sobre diversos materiais apropriados à construção de estruturas tubulares cuja deformação axial pennite a absorção gradual da energia gerada durante uma colisão. Como resultado deste estudo, um pára-choque traseiro para caminhões de carga, baseado em estrutura tubular, foi projetado e construído. Para que os sistemas de proteção ativos ou passivos de um automóvel sejam eficazes, no caso de colisão contra a traseira de um ~ão, é preciso que os párachoques, tanto do carro quanto do caminhão, absorvam parcialmente a energia do impacto e que o pára-choque do caminhão apresente resistência para evitar o efeito "guilhotina". Um pára-choque com estrutura de deformação progressiva foi montado em um caminhão e resistiu ao impacto de um veículo de 1.490 Kg de massa. A velocidade nominal do impacto foi de 64 kmIh. O impacto ocorreu em offset, 50% no lado do motorista. A utilização de "fusíveis" reduziu o efeito da desaceleração nos ocupantes do automóvel, provando a viabilidade do projeto. Abstract: This work presents a study about several materiais suitable for the construction of tubular structures whose axial deformation could allow the gradual absorption of the enerw generated during a collision. Following the results of this study, a truck underride guard based on such tubular structure was designed and manufactured. In order to take full advantage of the car's active and passive safety devices in collisions against the rear end of a truck, it is necessary that both car ftont bumpeF and truck: rear guard absorb part of the impact energy, and that the truck guard presents enough strength to prevent the "guillotine" effect The underride guard with the structure of gradual deformation was mounted in a truck and resisted to impact of a vehic1e weighing 1,490 kg. The nominal impact speed was 64 km/h. The impact occurred at 50% ofIset on the car driver's side. The use of "fuses" reduced the efIect of the deceleration on the car occupants, proving the viability of the project. Doutorado Materiais e Processos de Fabricação Doutor em Engenharia Mecânica

Orientador: Antonio Celso Fonseca de Arruda Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica Resumo: O objetivo deste trabalho foi o desenvolvimento de metodologias para o estudo de filtros e processos de filtração, utilizando a tomografia de raios-X, técnicas de processamento digital de imagens e simulação numérica. Os ensaios convencionais utilizados pelos fabricantes são realizados através da medida de parâmetros, tais como pressão e vazão, em pontos localizados a montante e a jusante do filtro. Estes ensaios não são eficientes na caracterização de defeitos e não revelam como ocorre o processo de saturação no interior do filtro. Neste trabalho, a tomografia de raios-X foi utilizada para duas finalidades básicas: estudar a distribuição de contaminantes e analisar defeitos no interior de elementos filtrantes. Os modelos de filtração encontrados na literatura não levam em conta o efeito do acúmulo de contaminantes no desempenho do filtro ao longo do processo de filtração. Neste trabalho, foi desenvolvido um modelo acoplando-se as equações de filtração com as equações fenomenológicas (lei de Darcy e equação da continuidade), de tal forma que o acúmulo de partículas no meio poroso (filtro) fosse considerado na simulação do processo de filtração. Os resultados demonstraram que o processo de saturação no interior dos elementos analisados não ocorre de forma homogênea, ou seja, o acúmulo de partículas é predominante em determinadas regiões. Em geral, há formação de canais preferenciais e o espaço interno do filtro não é totalmente utilizado na captura de partículas. Demonstrou-se também que, em alguns casos, o comportamento do filtro não é coerente com a especificação do fabricante. Foi possível, por fim, a utilização dos dados experimentais, obtidos via tomografia, para a validação do modelo teórico desenvolvido Abstract: The development of methods for analysis of filters and filtration process, using X-ray computerized tomography, digital image processing and numerical simulation, was the objective of this work. Tests conventionally used by filter manufacturers are made through the measurement ofparameters, such as flow and pressure, at upstream and downstream ofthe filter. These tests are not efficient in the characterization of defects and do not reveal how the saturation process occurs within the filter. In this work, X-ray computerized tomography was used for two basic purposes: to evaluate contaminant distribution and to detect defects within the interior of the filter elements. The filtration models found in the literature do not consider the effect of contaminant concentration on the filter efficiency during the filtration processo In this work, filtration equations and phenomenological equations (Darcy's law and continuity equation) were coupled and a model that takes into account the contaminant accumulation on the filter performance was developed. The results demonstrated that the saturation process within the analyzed filters is not homogeneous, that is, the accumulation of partic1es is predominant in some regions. Generally, there are preferential channels and the interior of the filter elements is not totally utilized. In some cases, it was also demonstrated that the filter behavior does not agree with the manufacturer specifications. Finally, it was possible to use the experimental data obtained with X-ray computerized tomography, in order to validate the theoretical developed model Doutorado Materiais e Processos de Fabricação Doutor em Engenharia Mecânica

Orientador: Antonio Celso Fonseca de Arruda Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica Resumo: Milhares de pessoas morrem por ano em todo o mundo em conseqüência da falta de párachoques adequados nas traseiras dos caminhões. Na tentativa de reverter essa situação, iniciou-se um trabalho de cooperação entre UNICAMP, Mercedes-Benz do Brasil e General Motors do Brasil cujos objetivos principais foram os de denunciar a Resolução CONTRAN No. 805/95 como ineficaz, projetar, construir e testar pára-choques confiáveis e apresentar soluções às autoridades governamentais. Para isso sugeriram-se os requisitos mínimos necessários ao projeto de um pára-choque eficaz, o qual deveria idealmente resistir ao impacto de um hipotético veículo "médio" a 50 km/h, projetou-se e construiu-se um pára-choque articulado com base nos requisitos sugeridos e realizaram-se dois crash tests, com o novo pára-choque articulado e com um pára-choque construído de acordo com a Resolução CONTRAN No. 805/95. O pára-choque articulado foi capaz de evitar a penetração do automóvel sob o caminhão, o que não ocorreu com o outro. Os resultados obtidos e os requisitos de projeto sugeridos formaram a base de uma nova norma brasileira referente à matéria, a qual se tornou a Resolução CONTRAN No. 152/03 e introduziu, na data de sua publicação, avanços inéditos em relação à proteção dos ocupantes de passageiros em colisões contra a traseira de caminhões. Abstract: Because of the lack of effective rear underride guards attached to trucks, trailers and semitrailers, rear underride crashes are responsible for thousands of deaths every year throughout the world. Trying to reverse this situation, cooperative work was started between University of Campinas, Mercedes-Benz do Brasil and General Motors do Brasil, whose main goals were to denounce the Brazilian regulation CONTRAN no. 805/95 as ineffective, to design, construct and test a reliable underride guard and to present solutions to government authorities. To meet these goals, design parameters considered being the minimum essential requirements for effective underride guards, which ideally should be able to resist an impact of a hypothetical "average" car at 50 km/h, have been proposed. A new retractile underride guard has been designed according to the proposed parameters and crash tests have been carried out with the retractile guard and with another constructed according to regulation CONTRAN no. 805/95. The retractile guard could avoid underride, but the other could not. Based on these results and on the proposed design parameters, a new Brazilian standard for rear underride guards has been elaborated. This standard became later the new regulation CONTRAN no. 152/03 and introduced, at the date of issuing, the utmost in safety requirements concerning protection against underride. Doutorado Materiais e Processos de Fabricação Doutor em Engenharia Mecânica

Orientadores : Antonio Celso Fonseca de Arruda, Anselmo Ortega Boschi Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica Resumo: Os cimentos ósseos de fosfato de cálcio apresentam uma série de vantagens de utilização em ortopedia e traumatologia, sendo as mais destacadas a sua biocompatibilidade e bioatividade, que permitem a osteocondução dos tecidos e o endurecimento "in situ", permitindo maior facilidade de manipulação. A principal desvantagem destes cimentos é sua baixa resistência mecânica, que no melhor dos casos consegue igualar-se à do osso trabecular. Composições mais resistentes de cimentos de fosfato de cálcio encontrariam aplicações na consolidação de fraturas múltiplas, fixação de próteses articulares e substituição de corpos vertebrais. O objetivo do trabalho foi a melhoria das propriedades mecânicas de cimento de fosfato de cálcio por meio da adição de fibras. Para isto, baseando-se na literatura foi desenvolvida composição de cimento de fosfato de cálcio baseada no a-fosfato tricálcico (Ca3(P04h). Modificações introduzi das na composição de cimento com a adição de um sistema de polimerização in situ baseado na acrilamida e de redutor de líquido, poliacrilato de amônia, permitiu a obtenção de um novo tipo de cimento de fosfato de cálcio, o cimento de fosfato de cálcio de dupla-pega, obtendo-se valores de resistência à compressão 150% superiores à composição sem o sistema de polimerização. Foi avaliada a influência da utilização de fibras de polipropileno, náilon 6.6 e carbono nas propriedades mecânicas destes cimentos. Os resultados obtidos mostram que as fibras adicionadas aumentam mais acentuadamente a resistência à tração e a tenacidade à fratura dos cimentos, sendo obtidos valores de JIC próximos ao do osso cortical humano. A avaliação biológica in vitro e in vivo demonstrou a biocompatibilidade dos compósitos obtidos, ampliando a gama de possíveis aplicações médicas e dentárias no reparo de defeitos amplos e o uso em locais solicitados por carga Abstract: The calcium phosphate bone cements have advantages for use in orthopedics and traumatology, where the most important are the biocompatibility and bioactivity, which permits the tissue osteoconduction, and hardening " in situ " with easiness manipulation. The main disadvantage of these cements is the low mechanical resistance which in the better case is equal to the trabecular bone . Compositions of calcium phosphate cements with mechanical properties closer to the human bone would enlarge the field of current use, which is limited to sites with low load solicitation, and are used in the consolidation process of multiple fractures, fixation of articulated prostheses, and substitution of vertebral bodies. The aim of this work was the improvement of mechanical properties of calcium phosphate cement by fibers additions. Calcium phosphate composition based on a-tricalcium phosphate (Ca3(PO4)2) was prepared .Modifications in the cement composition by acrilamide polymerization system and liquid reducer, ammonium polyacrilate, additions allowed the development of a new type of calei um phosphate cement, the double setting calcium phosphate cement, increasing mechanical resistance on compression above 150% compared with cement composition with no modifications. The influence of polypropylene, nylon 6.6 and carbon fibers additions on the mechanical properties of this cement was studied. The results obtained demonstrate the increase of the mechanical strength of the cement compositions with fibers and increase of fracture toughness (Irc), similar to the human cortical bone. The in vitro and in vivo biological evaluation demonstrated biocompatibility of the obtained composites, enlarging the field of current use in medicine and odontology on the repair of large bone defects and in higher mechanical solicitation sites Doutorado Materiais e Processos de Fabricação Doutor em Engenharia Mecânica

Orientadores : Antonio Celso Fonseca de Arruda, Waldyr Parolari Novello Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica Resumo: As cirurgias cardiopulmonares são freqüentemente associadas a procedimentos de circulação extracorpórea (CEC), os quais necessitam de conectores, tubos, reservatórios, etc. O contato entre o sangue e superfícies artificiais na CEC provoca alterações adversas como, por exemplo, a adesão e destruição de glóbulos vermelhos, a adesão e agregação plaquetária e a ativação da coagulação sanguínea. Este trabalho compreende o desenvolvimento e caracterização de revestimentos superficiais não trombogênicos para utilização na superfície interna de tubos de poli(cloreto de vinila) (pVC), muito utilizados em procedimentos de circulação extracorpórea. Foram avaliados: tubos não revestidos, tubos revestidos com heparina-cloreto de benzalcônio e tubos revestidos com plasma de baixa energia (GlowDischarge). Os métodos para caracterização foram: microscopia óptica (MO), microscopia eletrônica de varredura (MEV), determinação da rugosidade superficial, medidas de ângulo de contato, espectroscopia de infravermelho com reflexão interna múltipla (MIR) e avaliação do envelhecimento no revestimento. Também foi analisado o comportamento da hemocompatibilidade através da determinação de alguns parâmetros da coagulação: tempo de protrombina (TP), tempo de tromboplastina parcial ativada (TTPA), tempo de trombina (TI), fibrinogênio e número de plaquetas. As análises por MO mostram ranhuras no material, o que é atribuído ao processo de fabricação dos tubos (extrusão), observando-se que para aumentos analisados não existe diferença entre os substratos revestidos e não revestidos. Já nos resultados via MEV com aumentos maiores, observa-se os revestimentos com topografias superficiais diferentes em comparação ao substrato, dependendo do método de revestimento. Foi determinada a espessura do revestimento com heparina, apresentando uma distribuição homogênea oscilando por volta de 1 Ilm. O ensaio de rugosidade superficial para substratos não revestidos mostra, que o calibre mais rugoso foi o de 1/2" ( 12,7 mm), sendo o mais trombogênico. O ângulo de contato mostra que o componente polar para todos os revestimentos é menor que o componente dispersivo de energia superficial, demonstrando características de materiais hidrofóbicos em todos os revestimentos superficiais obtidos. No teste de infravermelho, conclui-se que as modificações causadas pelos revestimentos são muito superficiais, permitindo que a radiação fosse absorvida pelo substrato de PVC, demonstrando que o teste não é o adequado para avaliar estas modificações superficiais. O comportamento dos revestimentos quanto à hemocompatibilidade demonstrou que tubos revestidos com heparlna-cloreto de benzalcônio retardam os parâmetros da coagulação. Para revestimentos com plasma destaca-se o revestimento com SF6, que não provoca mudanças significativas nos parâmetros medidos, mantendo valores muitos parecidos com a amostra inicial, para um tempo de exposição in vitro de 2,5 horas Abstract: Cardiopulmonary surgeries are frequently associated to procedures of extracorporal circulation (ECC), which need connectors, tubes, reservoirs, etc. Contact between the artificial blood and surfaces in the ECC improve adverse alterations such as, for example, red globule adhesion and destruction, adhesion and aggregation platelet and the activation of blood coagulation. This work is based on the development and characterization of non-thrombogenic superficial coating for use in the internal surface of poly(vinyl chloride) (PVC) tubes, many used in extracorporeal circulation procedures. The following were evaluated: non-coated tubes, heparin- benzalkonium chloride coated tubes and plasma (Glow Discharge) coated tubes. The methods for characterization were: optic microscopy (OM), scanning electronic microscopy (SEM), determination of superficial roughness, measurement of contact angle, infra-red ray spectroscopy (IRM) and aging evaluation the coating. Also the behavior of the hemocompatibilidade through the determination of some coagulation parameters was analyzed: time of prothrombin (TP), time of activated partial thromboplastin (TAPT), trombin time (TI), fibrin and number of platelets. The OM analyses show grooves in the material, which is attributed 10 the manufacture process of the tubes (route), observing that for analyzed increases there is no difference between coated and non-coated substrate. Coating with different superficial topography in relation to the substratum, depending on the coating method, were observed in the results with higher SEM increases observes. The thickness of the coating with heparin was determined, presenting a homogeneous distribution oscillating around 1 _m. The assay of superficial roughness for the non-coated substrate sample, that the bore roughest caliber was W', (12.7 mm), which was the most thrombogenic. The contact angle showed that the polar component for alI treatment was less than the dispersive component of superficial energy, demonstrating hydrophobic materials characteristics in all the superficial treatment obtained. In the infra-red ray test it was concluded that the modifications caused by the coatings were very superficial, allowing the radiation 10 be absorbed by the PVC substratum, which demonstrated that the test is not adequate for these superficial modifications. The behavior of coatings in term of hemocompatibility demonstrated that tubes coated with heparin- benzalkonium chloride delay the coagulation parameters. For coatings with plasma, the coating with SF6 stands out, as it does not provoke significant changes in the measured parameters, maintaining many values similar 10 the initial sample, for a display time in vitro of2.5 hours Doutorado Materiais e Processos de Fabricação Doutor em Engenharia Mecânica

Orientadores : Antonio Suarez Abreu, Antonio Celso F. Arruda Dissertação (mestrado profissional) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica Resumo: Tem este trabalho o objetivo de fazer uma avaliação da troca de mensagens entre consumidores brasileiros e as quatro principais montadoras do país e suas concessionárias: General Motors, Volkswagen, Ford e Fiat, em situações em que o cliente faz alguma reclamação e recebe delas uma resposta, mediada por revistas ou jornais especializados em automobilismo. Nossa idéia, ao fazer isso, foi dar destaque ao gerenciamento de relação como extensão da qualidade dos produtos dessas empresas. Em nossa análise, focalizamos, sobretudo, a linguagem utilizada nas respostas das montadoras e concessionárias. Procuramos interpretar seus discursos a partir do modelo de GRICE (1982), atualizado pela Teoria dos Espaços Mentais de FAUCONNIER e TURNER (2002). Cumprida essa tarefa, pudemos constatar a total inadequação da linguagem utilizada por essas quatro grandes montadoras, no gerenciamento de conflitos com seus clientes. Sugerimos, para conseguir um diferencial positivo na resolução de conflitos, uma mudança de foco, transferindo-o do produto para a pessoa humana do cliente. Sugerimos, também, a utilização de uma linguagem mais amigável, expondo o enunciador do texto, em vez de escondê-lo Abstract: The goal of this dissertation is to make an evaluation of the messages exchanged between Brazilian consumers and the four main assembly plants of the country and their concessionaries: General Motors, Volkswagen, Ford and Fiat in situations where, after making a number of complaints, the consumers receive the relies mediated by magazines or periodicals specialized in motoring. Our idea, when writing this, was to stress the relation management as extension of the product quality of these companies. In our analysis, we focus, mainly, the language used in the answers given by the assembly plants and concessionaries. We try to interpret their speeches based on GRICE'S MODEL (1982) updated by The Theory of the Mental Spaces of FAUCONNIER and TURNER (2002). After finishing this work, we could notice that the language used by these four big assembly plants was inappropriate for management of conflicts with their clients. To obtain a good resolution of the conflicts the focus should be changed from the product to the client. We also suggest utilization of a more direct and honest language, showing the enunciator of the text, instead of hiding himself Mestrado Gestão da Qualidade Total Mestre em Engenharia Mecânica

Orientadores: Antonio Celso Fonseca de Arruda, Aron José Pazin de Andrade Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica Resumo: Uma Bomba de Sangue Centrífuga Implantável (BSCI) foi projetada e construída para assistência ventricular de longa duração no tratamento de pacientes portadores de doenças cardiovasculares. A proposta do projeto foi desenvolver um Dispositivo de Assistência Ventricular (DAV) com custos reduzidos, originalidade de desenho e tecnologia nacional. A geometria do rotor da bomba, aliando um cone em espiral com aletas centrífugas, deu origem ao pedido de Patente de Invenção (PI 0706163-3). O desenvolvimento de seus sistemas propulsores se inclui no Projeto Temático FAPESP nº 2006/58773-1. A metodologia baseou-se em testes individuais dos mancais, atuador e rotor, seguidos de testes do conjunto da BSCI em bancada, com sangue humano e em animais. Foram realizadas simulações numéricas por computador que resultaram no dimensionamento da bomba e definição da sua geometria. Foi testado o atrito nos mancais e os resultados que apresentaram maior durabilidade foram do par alumina-polietileno. Testes em dinamômetro resultaram na caracterização do propulsor eletromagnético, um motor sem escovas trifásico de corrente contínua, e seu controlador eletrônico baseado na técnica de controle sem sensores. Foram realizados testes de hemólise de acordo com as Normas ASTM F1830 e ASTM F1841 para quantificar os danos causados ao sangue pela BSCI e seu índice de hemólise foi de 0,0054 mg/100L, considerado excelente. Testes prospectivos em animais para avaliação do implante resultaram na possibilidade de posicionamento da bomba no tórax ou abdome. Após os testes realizados, a BSCI projetada e construída foi considerada uma opção segura para o tratamento das doenças cardiovasculares. Como trabalhos futuros, serão realizados mais testes em animais para avaliação do funcionamento da BSCI antes dos testes em pacientes Abstract: An Implantable Centrifugal Blood Pump was developed for long-term ventricular assistance in cardiac patients. In vitro tests were performed, as wear evaluation, performance tests and hemolysis tests in human blood. Preliminary tests were performed with a non-implantable pump in order to properly locate the inlet port. Numerical computational simulations were performed in order to predict its best geometry. Wear evaluations helped to select the best materials for double pivot bearing system proposed to achieve longer durability. Performance tests pointed the best impeller geometry. The Implantable Centrifugal Blood Pump was compared with other two blood pumps. One is a centrifugal blood pump for cardiopulmonary bypass and the other is a similar implantable device called Gyro - Nedo Pump. The proposed implantable centrifugal blood pump showed the best performance. But, its results showed a strong descendant curve in high flow. Other prototype was manufactured with a different inlet port angle to overcome this problem. According to ASTM, the normalized index of hemolysis (NIH) tests were performed "In Vitro" with human blood in closed circuit (mock loop) in normalized conditions, as flow of 5 L/min and total pressure ahead of 100 mm Hg. After six hours, NIH measured 0.0054 mg/100L that can be considered excellent since it is close to the minimum found in literature (between 0.004 g/ 100L e 0.02 g/ 100L). Prior to evaluate performance during "In Vivo" animal studies, anatomical studies were necessary to achieve best configuration and cannulation for Left Ventricular Assistance. Results were considered satisfactory and "In Vivo" tests will be performed looking forward to implant it in patients Doutorado Materiais e Processos de Fabricação Doutor em Engenharia Mecânica

Orientador: Antonio Celso Fonseca de Arruda Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica Resumo: Os acidentes de trânsito representam uma causa comum de lesões em crianças passageiras de automóveis. Este trabalho buscou identificar o perfil dessas lesões e analisar biomecanicamente os dispositivos de retenção infantil, ou seja, cadeirinhas com sistema de cinco pontos e assentos elevatórios (boosters). Dessa forma, este trabalho apresenta duas linhas de pesquisa: uma que se caracteriza pela observação de lesões em crianças que sofreram acidente automobilístico por meio de estudo retrospectivo de casos e outra que trata do estudo experimental sobre conforto e segurança dos dispositivos. O estudo experimental compreendeu a análise de distribuição de pressão na interface assento-dummy, como forma de avaliar conforto, e a análise do posicionamento das tiras em relação a referências anatômicas específicas de um dummy, como forma de analisar o nível de segurança do dispositivo. Os resultados do estudo retrospectivo de casos mostraram que diferentes lesões ocorrem em crianças retidas e não-retidas e que essas lesões apresentam associação de ocorrência de acordo com o tipo de impacto e tipo de retenção usado. Em relação aos estudos experimentais, a distribuição de pressão nos diferentes dispositivos testados mostrou ser diferente conforme o método de inclinação do dispositivo, sendo mais ou menos confortável se a pressão no contato assento-dummy aumentava ou diminuía de acordo com o grau de inclinação. Em relação à segurança, a avaliação do posicionamento das tiras, tanto do sistema de cinco pontos quanto do cinto adulto, mostrou uma grande variação no seu posicionamento em relação ao dummy nos diferentes modelos testados. Como conclusão, tem-se que o próprio design do dispositivo influencia no direcionamento das tiras no corpo da criança, sendo que essas devem passar por pontos específicos de forma a prevenir lesões Abstract: Traffic accidents are a common cause of injury in children as car passengers. The present study sought to analyze injury patterns in children younger than 10 years old and to evaluate harness systems and booster seats biomechanically. Hence, the present study follows two research lines: an observational study of children's injury pattern by a retrospective case review and an experimental study of comfort and safety level of car seats. The experimental study comprised on seat pressure distribution on the seat-dummy surface, as a comfort evaluation, and seat belt fit and harness fit as a safety evaluation of car seats. Results obtained from case reviews showed different injury patterns between restrained and unrestrained children. Such injuries can be related to impact direction and type of restraint used. Regarding to the experimental study, the pressure distribution may have been influenced by the method of inclination of car seat's back support on the different models tested thus being more or less comfortable according to pressure values on the specific angle of inclination. Regarding to car seats safety level, seat belt fit and harness fit varied broadly among car seats. It can be concluded that car seat's design has a significant influence on seat belt and harness fit that lead to different levels of car occupant protection Doutorado Materiais e Processos de Fabricação Doutor em Engenharia Mecânica

Orientador: Antonio Celso Fonseca de Arruda Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica Resumo: No transporte, por ambulâncias, as crianças estão expostas a riscos fatais ao serem transportadas em macas de adultos as quais não atendem a antropometria infantil. A situação é agravada ao considerar o fato das ambulâncias se locomoverem em altas velocidades e necessitarem frequentemente reduzi-las de modo abrupto. Neste cenário, buscou-se projetar, construir e testar um protótipo de maca com um sistema de retenção eficaz para transportes emergenciais de crianças. O diferencial do projeto em relação às outras macas infantis, existentes no mercado internacional, está na versatilidade de realizar transportes tanto em ambulâncias quanto em áreas de resgate de difícil acesso veicular. O projeto de maca infantil possibilita atender uma ampla gama de pacientes de pequeno porte desde crianças na faixa etária de 1 (um) ano até 10 (dez) anos de idade. Trata-se de uma maca desenvolvida para rápido manuseio e armazenagem por ser dobrável e de fácil instalação sobre qualquer maca de adulto normatizada pela ABNT. O principal fator de segurança está vinculado ao sistema de retenção regulável, com facilidade de rápida fixação e remoção da criança. Foram realizados testes de impacto, com velocidade aproximada de 18 (dezoito) km/h, utilizando a maca de adulto e a maca infantil. O manequim com massa de 22 kg, representativo de uma criança de 6 (seis) anos de idade, foi instalado nas posições sentado e deitado. Os dados coletados, via um programa computacional Kinovea adequado para análise de biomecânica, permitiram estimar o deslocamento do manequim com grande precisão. Utilizou-se um aplicativo instalado em um celular com sistema operacional Android para registrar as desacelerações ocorridas no momento do impacto. A maca infantil apresentou uma retenção significativamente superior à obtida com a maca de adulto, tanto no deslocamento da cabeça quanto do tronco do manequim. Na posição deitado, o manequim chegou a ser ejetado para fora da maca, o que nunca ocorreu utilizando a maca infantil. Os testes realizados com o protótipo da maca validaram o projeto e a solução construtiva que estão vinculados a uma patente a ser depositada no Brasil Abstract: In transportation, for ambulances, children are exposed to fatal risks by transported in adult gurneys that are not adapted to child anthropometry. The situation is escalated when considering the fact that the ambulances move up in high speeds and with frequently need to reduce abruptly velocity. In this field, we tried to design, build and test a prototype gurney with an effective restraint system for emergency transport children. The differential of the project regards to other children gurneys that exist in the international market; its versatility to perform both transport in ambulances and possible land rescue. Child gurney enables a wide range of small patients from children with one (1) until ten (10) years old, designed for fast handling and storage by be foldable and easy to install on any adult gurney standardized by ABNT. The main safety factor is linked to the adjustable retention system with facility for rapid attachment and the child's removal. Impact tests were performed, with an approximate speed of 18 (twenty) km / h, using the adult gurney and child gurney. The dummy with mass 22 kg, representing a child with 6 (six) years old, was installed in sitting and lying positions. Data collected via a computer program Kinovea suitable for biomechanical analysis, allowed to estimate displacement of the dummy with great precision. It was used a smartphone based on Android operational system to register decelerations occurred on impact. Child gurney had a higher retention regarding to adult gurney both the displacement of the head when the dummy torso restraint. In two teste with lying position, the dummy was ejected out of the gurney, fact that had never happened with child gurney. Tests conducted with the prototype gurney validated the project and the constructive solution that are bind to a patent to will be implanted in Brazil Mestrado Materiais e Processos de Fabricação Mestre em Engenharia Mecânica FAPEAM

Orientador: Antonio Celso Fonseca de Arruda Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica Resumo: O presente trabalho analisou experimentalmente a utilização de latas de alumínio como absorvedor de energia de impacto. Foram realizados ensaios de compressão estáticos e dinâmicos objetivando correlacionar as deformações das latas com a energia absorvida. Foram analisadas a influência de fatores como, preenchimento da lata (ar ou vermiculita expandida) e disposição do arranjo para receber o impacto nas condições de latas separadas ou agrupadas. O levantamento das características da deformação que estão vinculadas com a absorção do impacto permitem especificar o tipo ideal da estrutura a ser impactada para diferentes aplicações. Os resultados do estudo viabilizaram a utilização das latas de alumínio, na condição de absorvedores de energia com deformação controlada, em barreiras de trenó de impacto Abstract: The present study examined experimentally the use of aluminum beverage cans as absorbing impact energy elements. Crushing tests were performed aiming to correlate static and dynamic deformations of the cans with the energy absorbed. The study evaluated several conditions for forming a barrier capable of absorbing impact energy during impact tests on the sled. Static and dynamic crushing tests were performed aiming a better understanding of the behavior of the cans in such situations, and also analyzed the influence of factors such as filling the can (air or expanded vermiculite) and arrangement of the impact barrier, this tested the can as a honeycomb and in separate conditions. The study of the characteristics of deformation that are linked to allow the absorption of impact specify the ideal type of structure to be impacted for different applications. The results obtained in this work enabled the use of aluminum cans as agents of energy absorbers for the sled test Mestrado Materiais e Processos de Fabricação Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: Antonio Celso Fonseca de Arruda Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica Resumo: Projeto, construção e avaliação de desempenho de simulador de testes de impacto de dispositivos de retenção infantis. A solução construtiva objetivou simular uma colisão automobilística e utiliza manequins representativos de crianças para fins de efeito demonstrativo e de convencimento sobre a necessidade de se reter crianças em veículos automotores. Trata-se de um trenó, guiado, que se desloca sobre trilhos sendo tracionado por cabo de aço e, capaz de, sem dano permanente, colidir contra uma barreira de impacto deformável. O equipamento foi concebido para fácil instalação em locais públicos e utiliza motor de indução para tracionar o cabo de aço e sistemas de automatização de aferição da velocidade, de aceleração e parada do motor. A instrumentação eletrônica utilizada na montagem do simulador permite avaliação do desempenho do equipamento para velocidades de até 20 Km/h Abstract: Design, construction and evaluation of impact tests simulator performance of child restraint systems. The constructive solution aimed to simulate an automobile collision and uses dummies representing children for the purposes of demonstration effect and conviction about the need to retain children in motor vehicles. This is a sled, guided, moving on rails being pulled by steel cable and capable of, without permanent damage, crash into a deformable barrier impact. The equipment is designed for easy installation in public places and induction motor uses to pull the cable and speed measurement automation systems, acceleration and engine stop. The electronic instrumentation used in the simulator assembly allows assessment of equipment performance for speeds up to 20 km / h Mestrado Materiais e Processos de Fabricação Mestre em Engenharia Mecânica FAPEAM

Orientador: Antonio Celso Fonseca de Arruda Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica Resumo: A norma NBR 14400 ¿ Veículos Rodoviários Automotores ¿ Dispositivos de Retenção para Crianças ¿ Requisitos de Segurança, estabelece os requisitos de segurança para projetar, construir e instalar o dispositivo de retenção para crianças, com o objetivo de reduzir os riscos de lesões corporais em caso de colisão do veículo. Entre seus requisitos está o ensaio de capotamento, ao qual deve submeter o dispositivo de retenção a um giro de 360° com velocidades entre 2°/s e 5°/s. Trazendo para o mundo real, esses valores de ensaios são muito suaves, o que não condiz com a realidade. Neste cenário, buscou-se projetar e construir um simulador de capotamento mais robusto, que simule uma condição próxima do real, permitindo avaliar o desempenho do dispositivo de retenção quando testado em condições mais severas. O diferencial do projeto em relação a outros equipamentos de ensaios está em possuir um sistema pneumático cilindro-pistão que realiza um deslocamento da estrutura, resultando em um giro de 360° do simulador em um tempo reduzido atingindo velocidades médias de até 170°/s. Foi utilizado um dispositivo de retenção modelo booster, que atende a dois grupos de crianças segundo manual do fabricante, grupo II (15kg a 25kg) ¿ assento de elevação com encosto de proteção de cabeça, e grupo III (22kg a 36kg) ¿ assento de elevação sem proteção de cabeça. O boneco de testes possui massa de 22kg e suas medidas antropométricas simulam uma criança entre 5 a 6 anos de idade, o que permite a utilização tanto do booster do grupo II quanto do grupo III. Os dados foram coletados por meio do programa computacional kinovea, adequado para análise de biomecânica, permitiu estimar o deslocamento e a velocidade do manequim com grande precisão Abstract: NBR 14400 - Motor Vehicle Roads - Child Restraint Devices - Safety Requirements establishes safety requirements for the design, construction and installation of the child restraint device to reduce the risk of personal injury in the event of a collision of the vehicle. Among its requirements is the rollover test, to which it must subject the restraint device to a 360 ° turn at speeds of 2 ° / s to 5 ° / s. Bringing to the real world, these test values are very soft, which doesn't match the reality. In this scenario, we sought to design and build a more robust rollover simulator that simulates a more real condition, allowing to evaluate the performance of the retention device when tested under more severe conditions. The differential of the design over other test equipment is that it has a pneumatic cylinder-piston system that performs a displacement of the structure, resulting in a faster 360 ° rotation of the simulator reaching speeds up to 170 ° / s. . A booster restraint was used, which serves two groups of children according to the manufacturer's manual, group II (15kg to 25kg) - lifting seat with headrest, and group III (22kg to 36kg) - safety seat. lifting without head protection. The test doll has a mass of 22kg and its anthropometric measurements simulate a child between 5 and 6 years old, which allows the use of both group II and group III booster. The data were collected via a kinovea computer program suitable for biomechanics analysis, allowing to estimate the displacement and velocity of the dummy with great precision Mestrado Materiais e Processos de Fabricação Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: Antonio Celso Fonseca de Arruda Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica Resumo: Em impactos frontais, o pescoço ainda frágil das crianças de 3 anos sentadas em cadeirinhas viradas para frente, pode sofrer lesões graves ou até mesmo fatais pois são tensionados pela cabeça proporcionalmente maior e mais pesada que a dos adultos. Segundo recomendações médicas e estatísticas de mortes em acidentes, a instalação de crianças de 3 anos em cadeirinhas virada no sentido contrário à marcha do veículo é mais segura. Esta configuração não é viável, no entanto, em alguns veículos com espaço traseiro limitado como por exemplo hatches compactos e pequenas pick-ups ou SUVs quando os bancos dianteiros estão ocupados. Esse trabalho visa desenvolver um conceito de retenção de cabeça passivo como solução de baixo custo à cadeirinha com bolsas de ar já disponível no mercado europeu utilizando metodologia de projeto. A primeira etapa de seleção de conceito explorou o potencial de redução de tensão de pescoço no uso de 3 retentores estáticos de cabeça (cinta, alça e colar cervical) e também de uma cadeirinha com escudo frontal. Os dispositivos foram avaliados em manequim de ensaio da série Q de 3 anos instalado numa carroceria reforçada sob um pulso de impacto frontal. A cinta e a alça para retenção de cabeça não foram capazes de reduzir a tensão no pescoço pois romperam logo após a retenção do tronco do manequim e o posicionamento do escudo da cadeirinha avaliada não permitiu a retenção da cabeça. O colar cervical além de atenuar a força cisalhante, ofereceu boa resistência ao momento de flexão durante o pulso de impacto frontal reduzindo a tensão no pescoço. Este conceito foi selecionado para a fase de validação não somente pela capacidade de redução da tensão de tração no pescoço, como também por evitar a extensão no pescoço durante o deslocamento do tronco do manequim. Na fase de validação o conceito selecionado foi adaptado como regulador do cinto da cadeirinha afim de atender o requerimento de fácil remoção da regulamentação UN R129 e foram avaliadas as variáveis de posicionamento, limitador de carga e material. O posicionamento mais elevado reduz a rotação de cabeça e a tensão de pescoço e o material mais rígido evitou que o suporte deformasse a fixação do suporte. Devido a deformação e a rotação dos suportes não foi possível avaliar o efeito da variável limitador de carga Abstract: The slender neck of a 3-year-old child can be serious injured or even lead to child¿s death when loaded under frontal impact by the proportionately larger and heavier head. Accordingly with medical recommendations and road deaths statistics, a 3-year-old child is safer when installed in a rear-facing child seat, but this configuration is not feasible for some vehicles with limited rear space such as superminis, small MPVs and pick-ups when front seats are occupied. This study aims to develop a head retention concept besides an air-bag child seat available at European market using project methodology. First step is the concept selection based on the potential of neck tension reduction using three head static restraints (head strap, head support, cervical collar) as well as an overhead shield car seat. To simulate frontal impacts, a 3-year-old dummy from Q series was installed on a reinforced vehicle body fixed on a sled test equipment where the United Nations R129 pulse was applied. Both head strap and head support were not able to reduce neck tension due to the high Q3 dummy¿s torso displacement up to the child seat straps and were broken or released from child seat prior restraining head movement, while the overhead shield car seat was not able to reduce neck tension because the position of shield allows a large head displacement. The cervical collar reduced neck shear force and offered also a great resistance to the neck flexion tension. This neck collar was adapted as a shoulder strap positioner at second step for optimization phase where three variables were evaluated: positioning, load limiter, and material. The higher position reduced head rotation and neck tension and the harder material avoid the support deformation. The contribution of load limiter variable was not identified due to the high deformation and rotation of head support Mestrado Materiais e Processos de Fabricação Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: Antonio Celso Fonseca de Arruda Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica Resumo: Mediante uma abordagem de Design Centrado no Humano (HCD), foram desenvolvidos dois dispositivos para o transporte após da alta hospitalar de "recém-nascidos de baixo peso" (RNBP) com massas entre 1600 g e 2500 g. Um dispositivo foi projetado para uso em automóveis particulares e o outro para uso em veículos coletivos. Buscaram-se dispositivos capazes de minimizar os riscos no transporte de recém-nascidos de baixo peso e tornar mais confortável o transporte destas crianças. O processo de design abarcou 4 etapas: (1) especificar o contexto de uso, (2) especificar os requisitos, (3) produzir soluções de design e (4) avaliar o design. Inicialmente, foram necessários estudos para estabelecer o estado da arte dos produtos existentes no mercado bem como para caracterizar o público-alvo e conhecer o ambiente de uso. Estes estudos permitiram identificar as necessidades de conforto e de segurança dos usuários, as quais definiram os parâmetros dos projetos. As soluções desenvolvidas foram avaliadas iterativamente por meio de uma série de entrevistas com pessoas membros da Faculdade de Engenharia Mecânica, membros do pessoal de saúde da área de neonatologia e mães de Recém Nascidos de Baixo Peso, seguida de testes de usabilidade. A abordagem por meio do Design Centrado no Humano envolveu três grupos de usuários: o recém-nascido, os familiares do neonato e o pessoal de enfermaria. Estes três grupos participaram em todo o processo de design, o que possibilitou identificar e conhecer os aspectos importantes para a realização dos projetos e para atingir a aceitação dos usuários Abstract: The low birth weight infants must be transported under special conditions after hospital discharge. These special conditions are associated with physiological immaturity and low weight state that encourage the need of differentiated retention devices of conventionally existing products. A human-centered design approach was used to develop two solutions for the low birth weight infant transportation, a solution for usage in particular vehicles and another for usage in collective vehicles. The design process embraced 4 phases: (1) specific the context of use (understanding the current conditions of "low birth weight infants" transport and the needs of the users), (2) specify the requirements (translate the needs of the users to requirements that the solutions must meet), (3) produce design solutions, (4) evaluate the designs. Previous studies were necessary to establish the context of use; these have enabled researchers to recognize the most important users¿ needs, which defined the parameters of the projects. The solutions developed were evaluated through a series of interviews, with groups of health staff from Neonatal Area and mothers of low birth weight infants, followed by usability tests. The human-centered design approach embraced three user groups: neonates, family members and health staff. These three groups were involved around the design process, this enabled to meet important aspects for the solutions realization and to achieve user acceptance Mestrado Materiais e Processos de Fabricação Mestra em Engenharia Mecânica CAPES

Orientadores: Antonio Celso Fonseca de Arruda, Paulo Roberto Gardel Kurka Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica Resumo: O trabalho desenvolveu um conjunto de ferramentas simples (interface gráfica e comunicação remota) que permitiram o controle e monitoração dos diferentes sensores e atuadores embarcados em uma cadeira de rodas elétrica. A solução encontrada para realizar os comandos necessários, de modo remoto, foi utilizar um dispositivo móvel (smartphone) baseado em sistema operacional Android. Os principais aspectos considerados no desenvolvimento foram utilizar o hardware e o software que propiciaram uma interface de interação entre o usuário e os atuadores presentes na cadeira de rodas. Adicionalmente foi previsto e viabilizada a possibilidade de um acompanhante efetuar comandos, por meio de outro celular móvel, segundo critérios de prioridade inseridos na programação. A opção por utilizar dispositivos móveis convencionais está vinculada com a capacidade de recorrer, por meio de aplicativos específicos, aos diversos recursos (bibliotecas) que são embarcadas em um telefone móvel ou tablet. O aplicativo criado utilizou o sistema operacional Android pela facilidade de acesso ao código fonte. O aplicativo possibilita o uso dos botões presentes nos smartphones para cumprir tarefas de controle direcional e de velocidade. Adicionalmente sensores ultrassônicos , instalados na cadeira, impedem a colisão com obstáculos presentes no trajeto. Os testes realizados demonstraram a eficácia da movimentação da cadeira, do controle de velocidade e da atuação dos sensores de colisão. A proposta inicial de uma cadeira de rodas elétrica a ser utilizada por crianças, foi estendida para adultos, o que foi comprovado em teste realizado com uma pessoa de 80 quilogramas. A velocidade máxima final independente da carga foi de 0,8m/s (2,88km/h). Na programação do aplicativo foi considerado e implementado um controle para impedir o tranco no início da movimentação, objetivando o fator ergonômico do usuário Abstract: The work developed a set of simple tools (graphical user interface and remote communication) that allowed the control and monitoring of different sensors and actuators embedded in a electric wheelchair. The solution to make necessary commands remotely, was to use a mobile device (smartphone) based operating system Android. The main aspects considered in the development were using the hardware and software that provided an interaction interface between the user and actuators in the wheelchair. Additionally it was intended and the possibility of a viable accompanying perform controls by means of another mobile phone according to priority criteria included in the programming. The option to use conventional mobile devices is linked with the capacity to use through specific applications, the various resources (libraries) that are embedded in a mobile phone or tablet. The application created used the Android operating system for ease of access to the source code. The application enables the use of buttons present in the smartphones to fulfill directional control and velocity. Additionally ultrasonic sensors installed in the chair, prevent collision with obstacles present in the path. The tests demonstrated the effectiveness of the movement of the chair, speed control and the performance of the collision sensors. The initial proposal of an electric wheelchair to be used by children, has been extended to adults, which has been proven in test performed with a person of 80kg. The independent final maximum speed of the load was $0.8m/s$ or (2,88km/h). In the application programming was considered and implemented a control to prevent stride in the early movement, aiming the ergonomic factor user Mestrado Materiais e Processos de Fabricação Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: Antonio Celso Fonseca de Arruda Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica Resumo: Esta dissertação visa comparar o desempenho de um sistema convencional de proteção de ocupantes (sistema de retenção) em um veículo de passeio com um sistema pre-crash, considerando ocupantes de três tamanhos diferentes. O termo pre-crash significa que pode ocorrer o disparo do air-bag e pré-tensionador antes do instante de impacto enquanto que no sistema convencional o disparo ocorre sempre após o impacto. Com esta finalidade foi utilizado um modelo de simulação desenvolvido no programa `Madymo¿ combinado ao programa de otimização multidisciplinar `Mode-Frontier¿. Este modelo corresponde à parte do veículo que envolve o motorista e é constituído por parte da carroçaria, assento, coluna de direção e o sistema de retenção. Todo o modelo está sujeito a uma curva de aceleração que representa um impacto frontal contra uma barreira rígida a 50 km/h. São utilizados três tamanhos padronizados de ocupantes representados por bonecos (dummies) que possuem sensores em certas partes do corpo com a finalidade de identificar os índices biomecânicos resultantes do impacto. Estes índices biomecânicos identificam o nível de carga sobre estas partes do corpo e podem ser comparados com critérios estabelecidos em norma. Os três tamanhos de ocupante são definidos da seguinte forma: 5%, 50% e 95%. Onde 5% representa a parcela de 5% da população de menor estatura, 50% representa uma estatura equivalente à média da população e 95% a estatura que é maior que 95% da população. Este padrão é definido de acordo com o tamanho da população americana da época em que estes dummies foram desenvolvidos. O trabalho é dividido em três etapas. Na primeira é utilizado o programa de otimização para dimensionar um sistema de retenção que seja ideal para o 'dummy' tamanho 50%. A partir dos parâmetros determinados para o sistema de retenção são avaliados e comparados os índices biomecânicos dos ocupantes de tamanhos 5% e 95%. O objetivo é demonstrar os riscos a que os ocupantes de dimensões fora do tamanho 50% estão sujeitos. Posteriormente são encontrados, também por meio de algoritmo de otimização, os parâmetros do sistema de retenção que são ideais para os ocupantes 5% e 95%. Novamente é feita uma comparação dos resultados. Por fim é feito um procedimento similar considerando a possibilidade de adiantamento no disparo de dois dispositivos do sistema de retenção: air-bag e pré-tensionador. Novamente é utilizado o algoritmo de otimização para encontrar os parâmetros ideais do sistema de retenção para o ocupante de estatura 50%. Neste caso pode-se verificar se ocorre a melhora dos índices biomecânicos para o ocupante de tamanho 50% comparando-se com os resultados obtidos em um sistema de retenção convencional. Porém, neste caso, o aspecto mais importante deste trabalho é verificar se o adiantamento no tempo de disparo possibilita de redução do risco de ferimentos também para os ocupantes com dimensões 5% e 95% mesmo utilizando-se um sistema de retenção dimensionado para o ocupante de tamanho 50%. Palavras-Chave: segurança veicular, impacto veicular frontal, estatura, simulação, otimização Abstract: This dissertation aims to compare the performance of a conventional occupants protection system in a passenger vehicle with the performance of a pre-crash system, considering occupants of three different sizes. The term pre-crash means that the firing of the airbag and pretensioner may occur before the instant of impact, while in the conventional system the trigger always occurs after impact. With this purpose a simulation model was developed in the software 'MADYMO' combined with the multidisciplinary optimization software 'Mode-Frontier'. The frontal region of the passengers compartment, the seat, the steering column and the restraint system are modelled. The whole model is subject to an acceleration curve that represents a frontal impact against a rigid barrier at 50 km/h. Three standard occupant sizes represented by dummies are used. They have sensors in certain parts of the body with the purpose of identifying the biomechanical results from an impact. The level of biomechanical loads on parts of the body can be compared with the criteria established in the regulations. The three sizes of occupant are defined as follows: 5%, 50% and 95%. Where 5% is the share of 5% of the population with smaller stature, 50% represents a height equivalent to the average of the population and 95% height that is greater than 95% of the population. The default size is set according to the size of the U.S. population at the time that these dummies were developed. The work is divided into three stages. The first uses an optimization program to obtain a restraint system that is ideal for the dummy size 50%. From the parameters determined for the restraint system the biomechanical indices of occupant sizes 5% and 95% are evaluated and compared. The purpose is to demonstrate the risks to which occupants of dimensions out of size 50% are subject. In the second stage the parameters of the restraint system which are ideal for the sizes 5% and 95% are found, also by means of the numerical optimization algorithm. A comparison of the results for the dummy 5% with parameters for 5 and 50% is made. Also a comparison of the results for the dummy 95% with parameters for 95 and 50% is made. Finally, in the third stage, a similar procedure is done considering the advance in the firing time of two devices from the restraint system: air-bag and pretensioner. Again the optimization algorithm is used to find the optimal parameters for the restraint system considering the occupant height 50%. In this case it is checked whether there are improvements of biomechanical indexes for the occupant size 50%, comparing with the results obtained in a conventional restraint system. Here we reach the most important aspect of this work, which is checking if the advance in firing time results in a reduction of the risk of injury also for occupants with dimensions 5% and 95%, even using a retention system sized for the occupant size 50%. Key Words: vehicle safety, vehicle frontal impact, stature, simulation, optimization Mestrado Materiais e Processos de Fabricação Mestre em Engenharia Mecânica

Orientadores: Cecília Amélia de Carvalho Zavaglia, Antonio Celso Fonseca de Arruda Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica Resumo: A variedade de sítios anatômicos e diferentes propriedades mecânicas são essenciais para o êxito em cirurgias de reconstrução óssea, com isso tratamentos envolvendo fraturas complexas, perda óssea e próteses são beneficiadas com o uso dos biomateriais. Com o presente estudo, buscou-se uma proposta original no uso de um biomaterial compósito para implantes na região da mandíbula, a singularidade deste dispositivo é a estrutura física do material, que é composto por um núcleo denso em uma matriz porosa. As influências das estruturas e dos materiais utilizados foram analisadas por caracterizações físicas, químicas e as atividades celulares em ensaios in vitro, analisando o comportamento dessas em condições similares ao ambiente de implantação o que permitiu qualificar este biomaterial. Para tanto, foram sintetizados reagentes primários para a síntese de fosfato tricálcico (?-TCP), que ao ser hidrolisado resultou em whiskers de hidroxiapatita. As cerâmicas foram caracterizadas pelas análises de difração de raios X (DRX), fluorescência de raios X (FRX), microscopia eletrônica de varredura (MEV) e ensaio de citotoxicidade. As diversas composições poliméricas e compósitas foram analisadas utilizando os resultados obtidos pelos ensaios de ângulo de contato, calorimetria exploratória diferencial (DSC), microscópio de força atômica (MFA), microscopia óptica com luz polarizada (MO), ensaio mecânico de tração e ensaios in vitro com células U20S. Os suportes tridimensionais passaram por análises como de: ensaio mecânico de compressão e ensaios in vitro com células tronco mesenquimais. Os estudos foram realizados para a verificação do potencial de aplicação clínica desse material na engenharia tecidual óssea. As amostras que se apresentaram mais promissoras foram as de composições poli (?-caprolactona) / ácido oléico/ hidroxiapatita e poli caprolactona/ ácido oléico. Resistência mecânica, hidrofilicidade, rugosidade, cristalinidade, espraiamento celular e osteoindução foram os critérios utilizados neste trabalho. Os resultados obtidos demostraram-se promissores e irão incentivar pesquisas futuras envolvendo estes materiais Abstract: The variety of anatomical sites and different mechanical properties are essential to the success of surgery bone reconstruction. Treatments involving this complex fractures, bone loss and prosthetics are benefited with the use of biomaterials. In the present study, we sought to an original use of a composite biomaterial for implants in the jaw area; the uniqueness of this device is the physical structure of the material, which is composed of a dense core in a porous matrix. The influences of structures and materials were analyzed by characterizing the physical, chemical and cellular activities in in vitro assays, analyzing the behavior of those in similar conditions to the deployment environment which would allow qualifying this biomaterial. Therefore, primers were synthesized reagents for the synthesis of tricalcium phosphate (?-TCP), which when hydrolyzed resulted in hydroxyapatite whiskers. The ceramics were characterized by analysis of X-ray diffraction (XRD), X-ray fluorescence (XRF), scanning electron microscopy (SEM) and cytotoxicity assay. The various compositions were analyzed using the results obtained by contact angle tests, differential scanning calorimetry (DSC), atomic force microscope (AFM); optical microscopy with polarized light (OM), mechanical tests and in vitro assays with cells U20S. The scaffolds have undergone analyzes as: mechanical compression test and in vitro assays with mesenchymal stem cells. Studies were conducted to verify the potential clinical application of this material in bone tissue engineering. Because the analysis of the results of the characterizations, the samples which were the most promising compositions of poly (?-caprolactone) / oleic acid and poly(?- caprolactone)/ oleic acid/ hydroxyapatite. Mechanical strength, hydrophilicity, roughness, crystallinity, cell spreading and osteoinduction were the criteria used in this work. The results showed to be promising and will encourage future research involving these materials Doutorado Materiais e Processos de Fabricação Doutora em Engenharia Mecânica

Orientador: Antônio Celso Fonseca de Arruda Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica Resumo: O PROCONVE, programa de controle de emissões de poluentes veiculares brasileiro, instituído em 1986, definiu limites de emissões que são periodicamente atualizados. Ao longo dos anos, a indústria automobilística nacional tem desenvolvido soluções tecnológicas de controle de emissões visando atender aos referidos limites. Desde 1992, o catalisador automotivo é adotado em conjunto com outras soluções nos veículos comercializados no país. O PROCONVE estabelece, entre outros pontos, que qualquer modelo de veículo comercializado no Brasil deve passar por uma homologação oficial, onde se verifica a conformidade dos valores de emissões de poluentes. Estabelece também que programas de verificação da conformidade dos valores de emissões da frota circulante devem ser verificados em campo. A cidade de São Paulo implementou em 2008, o programa de Inspeção Veicular para todos os veículos de sua frota circulante. O objetivo desse trabalho é verificar a influência do catalisador automotivo nos resultados da Inspeção Veicular realizada em um veículo representativo da frota circulante. Para isso, o veículo foi devidamente instrumentado e diversos ensaios foram realizados em laboratório, para verificação da eficiência do catalisador. Concluiu-se que, devido às características do procedimento adotado pela Inspeção Veicular, o catalisador do veículo em questão apresentou baixa eficiência, levando o veículo a ser reprovado na inspeção. Este estudo deve ser estendido a outros veículos, bem como deve ser desenvolvido o método adotado pela Inspeção Veicular, no sentido de garantir que o catalisador funcione corretamente, durante sua realização Abstract: PROCONVE, Brazilian's Vehicle Emission Program, started in 1986, has defined emissions limits, periodically in revision process. Since then, local automotive industry is developing emission control solutions in order to reach these limits. Since 1992 automotive catalyst is adopted with other solutions on local vehicles. PROCONVE establishes that any vehicle model sold in the country must be certificated by government, when its emissions are verified against legislation limits. It also establishes that fleet emissions conformity should be checked in field. In 2008, São Paulo city implemented its own Inspection Program for its fleet. The objective here is verify the influence of catalyst in a Inspection procedure adopted by São Paulo city, using a fleet representative vehicle. Emissions tests were performed in a Emissions Laboratory in order to verify catalyst efficiency. Due to the characteristic of Inspection procedure, the catalyst presented low efficiency and vehicle has been not approved. This study should be extended to other vehicles and Inspection methods should be improved, in order to guarantee a minimum efficiency temperature for catalyst Mestrado Materiais e Processos de Fabricação Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: Antonio Celso Fonseca de Arruda Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica Resumo: No mercado é possível encontrar grande variação de dispositivos de retenção de crianças, parte destes dispositivos é desenvolvida para acomodar crianças de diferentes grupos de massa definido nos requisitos legais Brasileiros, Europeus e Americanos. Existe sobreposição entre os grupos, permitindo que a mesma criança utilize dispositivos de retenção de diferentes grupos. Este trabalho tem como propósito comparar o comportamento do manequim, que simula ocupante de três anos de idade com 15 kg, em teste dinâmico similar ao da ECE R44 com dispositivo de retenção de criança instalado conforme Grupo I, com cinto de segurança cinco pontos, e quando instalado conforme Grupo II, com cinto de segurança veicular de três pontos. Para suportar as conclusões obtidas foi utilizado dado dos testes de certificação do dispositivo de retenção de criança Grupo I e II. O dispositivo de retenção de criança utilizado neste estudo é certificado conforme INMETRO portaria 38, sendo ancoradas ao equipamento de teste pelo cinto de segurança três pontas conforme indicação do fabricante. Os testes dinâmicos foram executados com trenó que desacelera em função do tempo conforme curva padrão da ECE R44. Esta dissertação conclui que a resposta dinâmica do manequim depende do projeto de instalação do dispositivo de retenção de criança ao veículo e que considerando a menor movimentação da cabeça do manequim e menores lesões da cabeça, aceleração do peito, região pélvica e púbica, o dispositivo de retenção testado instalado conforme Grupo II apresentou melhor desempenho nos testes dinâmicos que o dispositivo instalado conforme Grupo I, portanto o transporte de criança de três anos de 15 kg é mais seguro com o dispositivo de retenção Grupo I Abstract: Many CRSs models are available in the market; several are developed to accommodaté different mass group children. There is overlap among the mass groups and as consequence the same child can use a different mass group CRS. The purpose of this paper is to compare the dummy kinematic in a dynamic test similar to ECE R 44 with the same CRS design installed according to Group I (five points harness) and installed according to Group II (vehicle's three point safety belt). To support the conclusions the data of CRS Certification test for Group I and II were used. The chosen CRS is certified for Brazilian market according to INMETRO administrative rule 38 and is anchored to the vehicle by its three point safety belt according to the CRS manufacturer's recommendation. The dynamic tests were performed on Sled subjected to the ECE R 44 standard acceleration vs. time curve. The harness loads and vehicle safety belt loads will be gathered and dummy kinematic were recorded with high speed digital cameras. The results are tabulatéd and compared with focus on the relevant performance differences. This study conclude that dynamic dummy response depend on the CRS design used to install the device to the vehicle and considering the lower ATD head excursion, the lower injuries at head, pelvis, pubic and chest acceleration the tested CRS installed according to Group II (five points harness) present better safety performance on dynamic tests than tested CRS installed according to Group I (vehicle's three point safety belt) Mestrado Materiais e Processos de Fabricação Mestre em Engenharia Mecânica

Orientadores: Maria Helena Robert, Antonio Celso Fonseca de Arruda. Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica Resumo: Este trabalho teve como objetivo estudar o processo de produção de esponjas metálicas e compósitos de baixa densidade por tixoinfiltracao. A liga metálica AA7075 foi submetida a uma analise de tixohabilidade, na qual foi observada sua adequação ao processo e foi definida a temperatura de trabalho para a infiltração. A produção das amostras consistiu em infiltrar a pasta tixotropica da liga AA7075 sobre bloqueadores removíveis (partículas de NaCl), para a produção das esponjas, e sobre bloqueadores não-removíveis de materiais cerâmicos porosos (vermiculita e cinasita), para a produção dos compósitos. Todas as esponjas metálicas e compósitos produzidos foram caracterizados quanto a sua arquitetura interna, propriedades físicas, térmicas e mecânicas. Os resultados mostraram em todos os casos uma boa qualidade geral dos produtos e uma boa repetibilidade do processo. O comportamento de todos os materiais produzidos em compressão estática ou dinâmica se mostrou próximo do comportamento típico de materiais celulares, com grande platô de deformação plástica ocorrendo com valores relativamente baixos de tensão. A analise das curvas obtidas nos ensaios de compressão semi-estática e compressão dinâmica, em conjunto com imagens de amostras parcialmente comprimidas, forneceu informações sobre os prováveis mecanismos de deformação envolvidos, incluindo o papel dos materiais de reforço. Adicionalmente, foi proposto um equacionamento para a condutividade térmica, dos compósitos, cujos resultados se mostraram satisfatoriamente correlacionados com os experimentais Abstract: This work had the objective to study the process of production of open-cell metallic foams and low-density composites by thixoinfiltration. The AA7075 alloy underwent a thixoability analysis, in which it was observed its adequation to the process, and the working temperature for the infiltration was defined. The samples production consisted in infiltrating the thixotropic slurry of AA7075 alloy into removable space-holders (NaCl particles) for the production of the foams, and into non-removable space-holders of porous ceramic materials (vermiculite and expanded clay) for the production of the composites. All the foams and composites produced were characterized according to their internal architecture, physical, thermal, and mechanical properties. The results in all cases showed a good quality of the products in general, and a good repeatability of the process. The behavior of all the produced materials under semi-static and dynamic compression remained similar to the typical behavior of cellular materials, with a large plastic deformation plateau occurring with relatively low stress levels. The analysis of the obtained curves from the semi-static and dynamic tests, together with images from partially compressed samples, gave information about the possible deformation mechanisms involved, including the role of the reinforcement materials. Furthermore, a calculation for the thermal conductivity of the composites was proposed, with their results satisfactorily correlated to experimental data Doutorado Materiais e Processos de Fabricação Doutor em Engenharia Mecânica

Orientador: Antonio Celso Fonseca de Arruda Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica Resumo: Foi objetivo deste trabalho, construir equipamentos que permitam a realização de alguns ensaios exigidos pela norma brasileira ABNT NBR 14.400. O conjunto de equipamentos selecionados, projetados e construídos, além de ensaiar alguns itens da norma, permitiu medir a tensão entre as pernas do ocupante de uma cadeirinha em condições dinâmicas de rotação. Tal medição possibilitou realizar pesquisa original e que tem significado nos casos de colisão com capotamento. Os equipamentos projetados e construídos foram: o ciclador, o dispositivo de capotamento e o boneco antropomórfico. Os ensaios realizados evidenciaram o ótimo desempenho dos equipamentos para as finalidades propostas. O trabalho possibilitou avaliar dois fechos e o desempenho ergonômico de três diferentes modelos de cadeirinhas relativo às tensões geradas entre as pernas e as tiras, em casos de capotamento Abstract: This study aimed, to build equipment that allows the realization of some tests required by the Brazilian standard ABNT NBR 14400. The set of selected equipment, designed and built, In addition to rehearse some of the standard items, allowed measuring the tension between the legs of the occupant of a seat in the dynamic conditions of rotation. This measure is meaningful in cases of collision with rollover. The equipment was designed and built: the cycler, the overturning device and an anthropomorphic dummy. The tests showed the excellent performance of equipment for the purposes proposed. The study allowed evaluating two locks models and ergonomic performance of three different models of car seats on the tensions generated between the legs, the straps in case of rollover Mestrado Materiais e Processos de Fabricação Mestre em Engenharia Mecânica

Orientadores: Antonio Celso Fonseca de Arruda, Cecília Amélia de Carvalho Zavaglia Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica Resumo: A engenharia tecidual, que tem como objetivo a reconstrução de tecidos de animais, enfrenta um desafio: a construção de suportes. Uma das propriedades relevantes desse eventual material é a sua taxa de absorção, que deve ser inversamente proporcional à taxa de crescimento tecidual. Nesse sentido, a poli ( -caprolactona) (PCL), que é um polímero biocompatível e bioreabsorvível, mostra-se ser um material promissor para reconstruções ósseas, já que possui uma taxa de reabsorção lenta. Esse polímero, por não ser capaz de atrair células osteoblásticas, deve ter a adição de cerâmicas bioativas com o propósito de fortalecer a estrutura do suporte. Adicionalmente, deve atuar como um condutor para a proliferação de células ósseas. O objetivo deste trabalho foi desenvolver suportes tridimensionais de poli ( -caprolactona) com fibras ou whiskers de hidroxiapatita. A estrutura deve ser porosa de modo a permitir a vascularização dessa área e consequentemente a osteocondução. Foram sintetizados reagentes primários tais como monetita e carbonato de cálcio, para a sinterização de fosfato tricálcico ( -TCP), que ao ser hidrolisado resultou em whiskers de hidroxiapatita. As fibras de hidroxiapatita foram obtidas pelo método de molten salt utilizando a hidroxiapatita precipitada. As cerâmicas foram caracterizadas por análises de difração de raios X (DRX), fluorescência de raios X (FRX) e microscopia eletrônica de varredura (MEV). Os suportes passaram por testes mecânicos de compressão e testes in vitro, além de MEV e DRX. Os resultados indicaram que os suportes poliméricos com adição de whiskers de hidroxiapatita apresentaram-se mais resistentes à compressão. A presença de whiskers, diferentemente das fibras, caracterizou-se como reforço na matriz polimérica. Os resultados do teste de imersão em fluído corpóreo mostraram que os suportes com whiskers de hidroxiapatita, diferentemente das fibras, resultaram em deposição de apatita em suas superfícies Abstract: Tissue engineering, which aim is the reconstruction of animal tissues, faces a challenge: the building supports. One of the relevant properties of any material is its rate of absorption, which should be inversely proportional to the rate of tissue growth. Accordingly, to the poly ( -caprolactone) (PCL), which is a biocompatible polymer and bioresorbable shows to be a promising material for bone reconstruction since it has a slow rate of resorption. This polymer, for not being able to attract osteoblastic cells, should have the addition of bioactive ceramics in order to strengthen the supporting structure. Additionally, it should acts as an inducer for the proliferation of bone cells. The objective of this study was to develop three-dimensional scaffolds of poly ( -caprolactone) with fibers and whiskers of hydroxyapatite. The structure should be porous to allow vascularization of this area and consequently the osteoinduction. Were synthesized reagents such as monetita and calcium carbonate, for sintering of tricalcium phosphate ( -TCP), which when hydrolyzed results in hydroxyapatite whiskers. The fibers of hydroxyapatite were obtained by the method molten salt using precipitated hydroxyapatite. The ceramics were characterized by analysis of X-ray diffraction (XRD), X-ray fluorescence (XRF) and scanning electron microscopy (SEM). The scaffolds were tested by mechanical compression and in vitro tests, in addition to SEM and XRD. The results indicated that the scaffolds with the addition of hydroxyapatite whiskers were more resistant to compression. The presence of whiskers, unlike fiber, characterized as reinforcement in polymer matrix. The test results of immersion in body fluid showed that the scaffolds with hydroxyapatite whiskers, unlike fiber, aimed to the deposition of apatite on their surfaces Mestrado Materiais e Processos de Fabricação Mestre em Engenharia Mecânica

Orientadores: Antonio Celso Fonseca de Arruda, Aron Jose Pazin de Andrade Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica Resumo: Uma bomba centrífuga implantável foi projetada e construída para assistência ventricular de longa duração no tratamento de pacientes portadores de doenças cardiovasculares. A metodologia utilizada foi a de testes de desempenho ¿in vitro¿ compostos de testes de atrito para seleção de materiais para os mancais de apoio, testes de desempenho hidrodinâmico da bomba e testes com sangue humano para a verificação da hemólise causada no bombeamento. Os primeiros testes foram realizados com uma bomba centrífuga não implantável, normalmente utilizada em cirurgias cardíacas, para a determinação do posicionamento do orifício de entrada da bomba. Foram realizadas simulações numéricas por computador para dimensionamento da bomba. Testes de atrito foram feitos para a seleção de materiais do sistema de mancais de apoio proposto para alcançar a durabilidade necessária. Testes de desempenho hidrodinâmico foram utilizados para determinar o melhor desenho para o rotor da bomba. Seu desempenho foi comparado com uma bomba não implantável e com uma bomba implantável similar americana e apresentou melhores resultados que ambas. Testes com sangue foram feitos para quantificar os danos causados aos componentes do sangue pela bomba. O seu índice normalizado de hemólise foi de 0,0054 mg/100L, considerado excelente por se encontrar próximo do limite mínimo encontrado na literatura: entre 0,004 g/ 100L e 0,02 g/ 100L. Como trabalhos futuros, serão feito testes com animais para que a bomba centrífuga implantável possa ser utilizada em pacientes Abstract: An implantable centrifugal blood pump was developed for long-term ventricular assistance in cardiac patients. In vitro tests were performed, as wear evaluation, performance tests and hemolysis tests in human blood. Preliminary tests were performed with a non-implantable pump in order to properly locate the inlet port. Numerical computational simulations were performed in order to predict its best geometry. Wear evaluations helped to select the best materials for double pivot bearing system proposed to achieve longer durability. Performance tests pointed the best impeller geometry. The implantable centrifugal blood pump was compared with other two blood pumps. One is a centrifugal blood pump for cardiopulmonary bypass and the other is a similar implantable device. The proposed implantable centrifugal blood pump showed the best performance. But, its results showed a strong descendant curve in high flow. Other prototype was manufactured with a different inlet port angle to overcome this problem. The normalized index of hemolysis (NIH) tests was performed with human blood pumped in an In Vitro closed circuit (mock loop) in normalized conditions, as flow of 5 L/min and total pressure ahead of 100 mm Hg. After six hours, NIH measured 0.0054 mg/100L that can be considered excellent since it is close to the minimum found in literature (between 0.004 g/ 100L e 0.02 g/ 100L). As future work, in vivo test will be performed with the implantable centrifugal blood pump looking forward to implant it in patients Mestrado Materiais e Processos de Fabricação Mestre em Engenharia Mecânica

Orientadores: Antonio Celso Fonseca de Arruda, Paulo Roberto Gardel Kurka Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica Resumo: Um dispositivo de retenção infantil, a ser certificado pela norma NBR14400, tem como um dos principais requisitos atingir determinados níveis de performance em ensaios de impacto. Durante seu desenvolvimento, o dispositivo deve ser submetido a esse teste várias vezes, até ser aprovado, o que envolve altos custos. Este estudo propõe um teste de impacto simplificado, não para substituir o teste de certificação, mas na condição de teste de desenvolvimento preliminar e eliminatório. O principal equipamento envolvido, neste estudo, é o boneco de testes, que possui simplificações tanto na parte biomecânica quanto na parte de instrumentação. Como vantagem, quando comparado ao boneco instrumentado completo, seu custo é significativamente menor. Neste trabalho são apresentadas as condições de contorno envolvidas no projeto, na construção e no uso desse boneco. Adicionalmente, são reportados os resultados comparativos dos ensaios de impacto entre o boneco construído e o instrumentado completo Hybrid III. Tais resultados validam a proposta do projeto Abstract: A child restraint system, to be certified to NBR 14400 standard, has as one of its main requirements, to reach specific performance levels under impact tests. During its development, the device has to undergo several times such tests, which are expensive, until approval. This study proposes a simplified impact test, not to replace the certification test, but as a preliminary and eliminatory test. The main equipment involved in this study is the test dummy, which has simplifications both on biomechanical and instrumentation aspects. As an advantage, when compared to a complete instrumented dummy, it has a considerably lower cost. In this work, the guiding conditions involved in the project, construction and use of that dummy are presented. Also, the results of comparative impact testes between the projected dummy and the complete instrumented dummy Hybrid III are reported. Such results validate the proposal of the project Mestrado Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: Antonio Celso Fonseca de Arruda Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica Resumo: MONTESANI, Márcio, Metodologia para Análise de Incêndio em Veículos Automotores, Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica, Universidade Estadual de Campinas, 2006. 52 p. Trabalho Final de Mestrado. Este trabalho propõe apresentar uma metodologia pericial para analisar incêndios em veículos automotores. Este estudo considera os vários avanços tecnológicos que são apresentados a cada ano nos automóveis, pois com isso demonstram que esta tecnologia embarcada e agregada nos veículos atuais acaba por aumentar o potencial energético de ocorrer um incêndio neles quando comparado com modelos mais antigos. Como exemplo disso temos itens plásticos mais presentes em diversas partes deste veículo atual ao contrário dos modelos anteriores as décadas de 80. Com isso a inserção de materiais mais leves e em muitos casos menos resistentes ao calor e com isso tornando o processo de avaliação pericial, do veículo incendiado, mais complexo. Esta metodologia objetiva permitir a realização de uma perícia criteriosa por meio da definição de etapas e procedimentos a serem averiguados no veículo afetado pelo incêndio, utilizando o que será denominado aqui como sendo o MÉTODO REVERSO. A metodologia proposta determina que a avaliação do veículo comece pelos pontos não afetados pelo incêndio e pela classificação de Zonas de Combustão definindo pontos prioritários para análise. Deste modo possibilita avaliar os sistemas energéticos que poderiam ter contribuído para a ocorrência do primeiro foco de incêndio e chegar até mesmo à sua causa. Este método foi aplicado em 282 veículos incendiados e mostrou-se eficiente e preciso. Objetivando dar consistência a metodologia apresentada buscou-se ter neste universo de veículos avaliados (282) ter modelos com incêndios em vários níveis de intensidade, ou seja, tem modelos em que o incêndio afetou sua totalidade, ou seja, restando somente sua carroceria e itens metálicos que não foram fundidos, tem modelos em que o incêndio foi de baixa intensidade, ou seja passível de recuperação e outros intermediários em que o incêndio afetou ao menos 50% de sua área, no entanto sem nenhuma possibilidade de recuperação do veículo. Com isso a avaliação de casos em variadas intensidades de danos permitiu gerar um banco de dados estatísticos com os principais agentes causadores do incêndio nestes veículos Abstract: MONTESANI, Márcio, Methodology for Fire Analysis of Automotive Vehicles, Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica, Universidade Estadual de Campinas, 2006. 51p. Trabalho Final de Mestrado. This project propose an investigative methodology for the assessment of fires in automotive vehicles. It takes into account the various technological advances that are introduced in the vehicles year after year, such as the increase in the energy consumption units and the use of several types of fuel to feed the internal combustion engine. It also considers the incorporation of lighter materials into these vehicles which, in many cases, are less resistant to heat, therefore making the investigative process more complex for the vehicle that caught on fire. This methodology aims at empowering a detailed investigation, through the definition of the steps and procedures to be checked in that vehicle that was affected by the fire, by making use of the Reverse Method. The proposed methodology determines that the evaluation process of the vehicle should start at the points that have not been affected by the fire, as well as by the Combustion Zones classification, therefore defining the key points to be analyzed. This enables the assessment of the energetic systems that may have contributed to the occurrence of the main fire focus point up to its cause. This method was applied in 282 vehicles that caught fire and the results showed efficiency and precision. The assessment of these cases, within a damage intensity range, allowed the generation of a statistical database, pointing out the key agents that caused the fire in these vehicles Mestrado Materiais e Processos de Fabricação Mestre em Engenharia Mecânica

Orientadores: Antonio Celso Fonseca de Arruda e Waldyr Parolari Novello Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica Resumo: Oxigenadores de sangue tipo de membrana são construídos para trocarem gases de respiração através de uma área de contato, a sua chamada área de troca. Devido a características do processo de fabricação, esta área pode softer variações. Neste trabalho procurou-se desenvolver métodos de avaliação da variação desta área, por meio da medição da transferência de massa e da perda de carga. A técnica utilizando transferência de massa gerou dois métodos de avaliação, um utilizando como fase líquida a água destilada e o outro, uma emulsão de perfluorcarbono. No intuito de assegurar a funcionalidade da emulsão disponível e assim a precisão do trabalho, foi desenvolvido um método de validação para se avaliar a capacidade de dissolver Oxigênio da mesma. O outro método para avaliação da área de troca é baseado naperda de carga, sofrida por um fluxo de gás ao percorrer o circuito de membranas do oxigenador sob teste. Todos os métodos apresentaram resultados suficientemente satisfatórios, permitindo estabelecer diferenças de desempenho entre as unidades testadas e a validação da área de troca, por comparação com um padrão sendo que, os métodos de transferência de massa com água e o da perda de carga com gás são métodos não destrutivos. Os resultados obtidos utilizando-se o método com gás forneceram uma melhor resolução Abstract: Membrane blood oxygenators are built to exchange perspiration gases thru an exchange area, but due to the fabrication process characteristics, this exchange area may vary. In this work, exchange area evaluation methods were developed using mass transfer and head loss techniques. The mass transfer technique generated two methods, one using distilled water and other using perfluorocarbon emulsion. Envisaging assurance on the functionality of the perfluorocarbon emulsion and by the way, the quality of the work, a method for evaluating the Oxygen solving capability was also developed. The other area evaluation method is based on a gas flow head loss while passing thru the membrane inside of the under testing device. Ali methods presented satisfactory results, allowing establishing performance differences among tested units and the area validation by comparing to a standard device. The mass transfer water based and the gas flow head loss are non destructive methods. The results provided by the gas flow head loss method achieved a better level of resolution Doutorado Materiais e Processos de Fabricação Doutor em Engenharia Mecânica

Orientadores : Antonio Celso Fonseca de Arruda, Waldyr Parolari Novello Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica Resumo: O presente trabalho refere-se ao projeto, construção e avaliação de um sistema capaz de trocar calor do sangue durante circulação extracorpórea em cirurgias cardíacas. O funcionamento do sistema baseia-se na passagem do sangue por um trocador de calor sanfonizado que foi hermeticamente fechado em uma carcaça de acrilico, formando-se duas câmaras. Na câmara interna circula água aquecida ou resfriada proveniente de um circulador de água, na câmara externa circula o sangue proveniente do reservatório de um oxigenador ou mesmo do próprio paciente. A avaliação foi realizada através de testes "in vitro" onde foram analisados parâmetros como: fluxo através do trocador, transferência de calor, eficiência térmica, gradiente de pressão. Por meio dos estudos dos parâmetros funcionais e construtivos foi possível obter um sistema eficiente, seguro e de fácil manuseio, podendo ser utilizado com fluxos de sangue de até 1,5 L/min Abstract: The aim of this work is the design, construction and evaluation of a system to myocardium protection which control the blood or solution temperature infused in coronaries arteries during cardiopulmonary bypass in cardiac surgeries. Blood pass through a foil type heat exchanger device closed in acrylic shell. The device has two chambers: the cooled or warmed water flows through in a internal chamber and blood flows in a external chamber fom reservoir or from oxygenator. The evaluation was performed by "in vitro" tests of parameters like: heat transfer, pressure drop and hemolysis tendency. The result has show that the developed system offers low resistance to flow, it is efficient, safety and it has low tendency to hemolysis Mestrado Materiais e Processos de Fabricação Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: Antonio Celso Fonseca de Arruda Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica Resumo: Geralmente ao ocorrer acidente entre automóvel e a traseira de caminhão,os danos são bem severos para os ocupantes do automóvel e na maioria dos casos, este só pára ao atingir o eixo do caminhão. Isto ocorre, porque os pára-choques de caminhões são mal posicionados, frágeis, fixados excessivamente altos e muito embutidos na carroçaria. Ocorrem neste caso, dois efeitos: o cunha (em que o automóvel penetra sob a traseira do caminhão impulsionando-o para cima); e o guilhotina (a carroçaria do caminhão destrói o pára-brisa, as colunas do teto e decapta os ocupantes). Pára-choque traseiro de caminhão é equipamento de segurança veicular passiva, para parar o veículo que se choca contra ele, na realidade porém, diverge deste pressuposto teórico. Infelizmentetanto no Brasil, como em outros países, eles não apresentam performance satisfatória. Preocupado com o problema, o Engº Luis O. F. Schmutzler idealizou o pára-choque alicate equipado com rede de cabos de aço para absorção de energia. Este trabalho enfoca a análise e o estudo das solicitações mecânicas abordando os esforços envolvidos no impacto; projeto do párachoque; construção, instalação, execução de teste de impacto e análise dos resultados. O teste foi realizado na velocidade de 64 km/h, chocando 50% da região dianteira do carro, com resultados excelentes: baixo risco de lesão corporal e preservação total da integridade da cabina do auto Abstract: Generally a collision of a car with the rear end of a truck results in serious injuries to the car occupants. Underride occurs because the barriers of trucks present some problems.: They are relatively high, their installation are toa inside off rear end of the truck structure, and they are ftagile. AlI these conditions allow the car underride to be stopped at the rear axle and tires. Two failing effects occurs: the wedge (the car go through the rear end pulling up the truck); and the guillotine (the rear end of the truck shear the ftont car columns, destroying windshield, roof and unfortunately decapitating car's occupants). Truck rear underride guard is a passive vehicular security equipment design to stop ungovemed cars. Unfortunately actual rear truck barriers in Brazil and others countries do not provide a satisfactory performance. Conceptual pliers underride guard equipped with a steel cable net was proposed by engineer LUIS O. F. SCHMUTZLER to absorb great part ofthe impact energy. This is the analysis, ofthe mechanical efforts and study in case of a rear collision with: impact efforts consideration; a steel cable net energy absorber design; barrier construction, installation, crash test and results analysis.The crash test was accomplished at 64km/h and 50% offset at the driver side's car with excellent results, presenting low injuries risks to the car's passengers and the cab integrity was totally preserved. Mestrado Materiais e Processos de Fabricação Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: Antonio Celso F. de Arruda Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica Resumo: Um novo modelo de coração artificial total (TAH) foi desenvolvido e testado. O acionamento Eletro-Mecânico foi escolhido para possibilitar que este dispositivo seja totalmente implantável. Foi desenvolvido um novo sistema de controle e de sensoriamento para o TAH. A tecnologia de biolização foi aperfeiçoada e aplicada pela primeira vez em um TAH Eletro-Mecânico. O TAH desenvolvido consiste em uma bomba de sangue pulsátil de corpo único, composta de duas câmaras de bombeamento. Possui um corpo central onde é acondicionado um motor de corrente contínua tipo sem escovas. O movimento de rotação do motor é transformado em deslocamento axial através de um atuador mecânico denominado parafuso de roletes. Com o deslocamento do parafuso de roletes é obtida ejeção alternada das câmaras de bombeamento em substituição à função de bombeamento cardíaco. Foram realizados diversos testes de desempenho hidrodinâmico, de visualização do fluxo e testes de hemólise com o novo modelo de TAH e sistema de controle, utilizando um simulador do sistema circulatório humano. Nos testes "In Vitro", o TAH demostrou um desempenho hidrodinâmico satisfatório, com um sistema de operação simples e eficiente, mantendo as pressões estáveis em diversas condições de funcionamento, e baixos índices hemolíticos para todas as velocidades do motor estudadas. Foram, também, realizados testes "In Vivo", em bezerros, para demonstrar a compatibilidade anatõmica do TAH, assim como, comprovar suas características hemodinâmicas e sua estabilidade no controle das pressões fisiológicas. Durante os testes "In Vivo" foram monitoradas diversas variáveis, tais como: frequência de batimento, velocidade e direção do motor (deslocamento dos diafragmas), pressões sangüíneas, ECO atrial, corrente e tensão elétrica, frequência respiratória, temperatura corpórea, exames periódicos de urina e sangue. O TAH funcionou sem qualquer falha elétrica ou mecânica. A situação hemodinâmica dos animais foi mantida estável, mantendo o débito cardíaco e as respectivas pressões em níveis fisiológicos. Os resultados satisfatórios, obtidos nestes experimentos, se devem a uma aplicação coerente dos conhecimentos multidisciplinares necessários nesta nova tecnologia Abstract: Currently, several designs for pulsatile ventricular assist device (VAD) are being developed. Most VADs are not implantable in the thoracic cavity due to their size limitation. A total artificial heart (TAH) has been developed and tested. The TAH is a one-piece unit with left and right pumping chambers and diaphragms sandwiching a centerpiece with an actuator assembly. The driving component of the TAH is an electromechanical actuator that consists of a DC brushless motor and a planetary roller screw. The support-plate connected to the roller screw pushes the pusher-plates and the diaphragms to pump the blood from both the right and left pumping chambers altematively. Hall effect sensors detect the position of the support-plate and left pusher-plate, and send signals to the controller to properly regulate the rotation of the motor. This electromechanically driven pusher plate type TAH is controlled based upon Frank-Starling's law. The TAH regulates the blood flow which the body requires through the change of the preload. The ejection phase starts when a Hall effect magnetic sensor detects the complete filling of the left ventricle. Therefore, the TAH pulse rate depends on the left chamber filling time that is dictated by the left preload. This TAH successfully underwent hydrodynamic and hemolysis studies and two acute animal implantations. The TAH sufficiently compensates the preload changes caused by the respiration, and maintains the outflowand output pressure stable. No malfunction ofthe controller or actuator was detected throughout the tests Doutorado Materiais e Processos Doutor em Engenharia Mecânica

Orientadores: Antonio Celso Fonseca de Arruda, Anette Gorenstein Tese (doutorado) - Universidade Estadaul de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica Resumo: Baterias de lítio na forma de filmes finos (microbaterias) vem sendo pesquisadas ja há alguns anos. Este trabalho teve como principal objetivo estudar e otimizar as propriedades de um novo material de catodo. Desta forma, filmes finos de óxido de vanádio foram preparados por sputtering reativo em diferentes condições de deposição, com vistas à sua utilização como catodos de microbaterias recarregáveis de lítio. A influência das condições de preparação na performance eletroquímica do material catódico foi discutida principalmente em termos das suas propriedades mecânicas, microestrutura e composição. Essas propriedades foram determinadas por nanoindentação, difração de raios-X e Retroespalhamento de Rutherford. As amostras foram caracterizadas eletroquimicamente conjuntamente com a determinação da variação da tensão mecânica imposta ao conjunto filme-substrato devido ao processo de intercalação iônica. Os materiais foram otimizados quanto à capacidade de carga, reversibilidade, e propriedades mecânicas. Amostras com parâmetros de crescimento otimizados foram utilizadas na montagem de microbaterias para testes de ciclabilidade e ensaios de vida útil. As microbaterias apresentaram boa cinética de intercalação (DLi= 2,89 X 10-13cm2S-l),com capacidade de carga entre 27 e 45uAhcm-2,resultado este acima (50%) do resultado encontrado na literatura para o mesmo design de dispositivo. Quando submetidas a ensaios de vida útil, mostrou boa performance e estabilidade até 100 ciclos de carga/descarga Abstract: In the last few years, intensive research has been dedicated to the development of lithium batteries in thin film form (microbatteries). This work had as main objective to study and to optimize the properties of a new cathode material. Therefore, vanadium oxide thin films prepared by reactive sputtering in different deposition conditions were studied as a potential cathode material for rechargeable lithium microbatteries. The influence of the preparation conditions in the electrochemical performance was discussed mainly in terms of its mechanical properties, microstructure and composition. The nanoindentation technique, X-ray diffraction and Rutherford Backscattering Spectrometry studied those properties. The samples were electrochemically characterized by a galvanostatic technique, simultaneously with the mechanical stress variation induced by the intercalation/deintercalation process. Parameters as charge capacity, reversibility, and mechanical properties were the guidelines to optimize the cathode deposition parameters. Optimized samples were used to assemble microbatteries for cyclability tests and device useful life. The microbatteries presented good intercalation kinetics (DLi= 2.89 X10-13cm2S-l),with charge capacity between 27 and 45uAh cm-2. These results are better (50%) than the ones found in the literature for the same device design. The microbattery showed good performance and stability until 100 charge/discharge cycles Doutorado Materiais e Processos de Fabricação Doutor em Engenharia Mecânica

Orientadores: Antonio Claudio de França Correa, Antonio Celso Fonseca de Arruda Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica Resumo: O principal objetivo deste trabalho é investigar,em escala de laboratório, a influência da velocidade de deslocamento e da razão de mobilidade sobre a geometria de deslocamento e a permeabilidade relativa de dois fluidos imiscíveis em meio poroso naturalmente consolidado e com presença de água irredutível. Os testes foram realizados em amostras cilíndricas dos arenitos Berea e Botucatu, cuja composição mineralógica, caracterização da geometria de poros e propriedades petrofisicas foram determinadas através da análise microscópica de lâminas delgadas, tomografia computadorizada, análise de minipermeametria e testes petrofisicos convencionais. As amostras foram preparadas e os testes conduzidos de acordo com os procedimentos considerados padrões. O monitoramento dos parâmetros que caracterizam a dinâmica do fluxo foi obtido através da aquisição computadorizada automática dos dados. O monitoramento da distribuição dos fluidos durante os testes de deslocamento foi realizado através da tomografia computadorizada helicoidal de alta velocidade, que permite rapidez e precisão, mesmo em testes com altas velocidades de deslocamento e amostras longas. Devido à grande quantidade de imagens tomográficas obtidas em cada teste e à conseqüente necessidade de espaço e tempo computacional para seu processamento, até então impraticáveis por métodos convencionais, foi necessária a utilização de novos recursos computacionais que permitiram a reconstrução das imagens e cálculo das propriedades do fluxo de forma semi-automática. o alto nível de detalhe obtido nas imagens tomográficas reconstruídas, possibilitou as condições para uma detalhada análise qualitativa e quantitativa das condições do fluxo, permitindo a determinação da variação espacial da saturação e das corretas condições de contorno impostas em cada etapa dos testes. A distribuição dos fluidos obtidas através da tomografia computadorizada, juntamente com o perfil de pressão ao longo das amostras em vários tempos dos deslocamentos, permitiu a formulação de uma nova metodologia para o cálculo da permeabilidade relativa que é independente das condições de estabilidade do fluxo. Os resultados mostram que os limites de estabilidade do fluxo, obtidos através dos índices tradicionalmente conhecidos na literatura, não se aplicam para o deslocamento imiscível em meio poroso naturalmente consolidado, molhável à água e com presença de água irredutível. Nestas condições os efeitos capilares favorecem o coalescimento das digitações inicialmente formadas, transformando-as em uma única, que assim se mantém até a erupção de água. O estudo mostra também que através da utilização das adequadas condições de contorno e geometria de injeção, obtidas através da análise das imagens, e de uma refinada determinação espacial da permeabilidade, que foi possível através da minipermeametria, a simulação numérica por diferenças finitas é uma ferramenta capaz de reproduzir com bom grau de ajuste as condições do deslocamento Abstract: The main objective of this study is to investigate, at laboratory scale, the influence of both displacement velocity and mobility ratio on the relative permeability and geometry of two phase immiscible flow, in a naturally consolidated porous medium, in the presence of conate water saturation. The displacement experiments were carried out in cylindrical cores of the Berea and Botucatu sandstones. The mineral composition, pore geometry characterization and petrophysical properties of the porous medium were obtained using microcoscopic analysis, X-ray computerized tomography, minipermeametry analysis, and conventional petrophysics conventional tests. The preparation of samples and the displacement tests were performed according to standard procedures. The dynamic parameters of the flow were monitored and stored by an automatic computerized data acquisition system. The saturation distribution of the fluids was monitored using a high speed helical X-ray computer tomography scanning technique, which is appropriate even for high displacement velocities and long samples. New procedures for images processing were used to handle the great amount of tomography images acquired in each test. These procedures permitted a semi-automatic image reconstruction and calculation of displacement properties, which were impossible to be obtained with the available tools. The high leveI of details in the reconstructed images made possible a detailed qualitative and quantitative analysis of the flow conditions, allowing a precise determination of the spatial variation of fluids saturation, and the correct knowledge of the boundary conditions in each test step. Besides, simultaneous determination of fluid distributions and pressure along the sample at various displacement times permitted the establishment of a new reIative permeability analysis method, which is independent of flow stability conditions. The results showed that the flow stability limits, computed according to the traditional indexes, fail in displacement tests using naturally consolidated sands in the presence of conate water. Under these conditions, due to capillary effects, the numerous small fingers developed at the inlet, early in the displacement, merge to form only one finger that advances far into the sample until the break-through. A finite difference numerical simulator can be used as a good tool to match the test results, with appropriate boundary conditions and injection geometry, determined with the aid of images, and a correct permeability distribution, determined with the minipermeametry analysis Doutorado Doutor em Engenharia de Petróleo

Orientador: Antonio Celso Fonseca de Arruda Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica Resumo: Em 1947, Willis Winslow relatou que certas suspensões, com sílica gel em óleo mineral, apresentavam um aumento na resistência ao cisalhamento quando submetidas à ação de campos elétricos da ordem de 4 kV/mm. Na época, várias empresas reconheceram a valor científico da descoberta, vislumbrando rapidamente sua utilização em transmissores de torque e em sistemas de amortecimento. Entretanto, devido à natureza abrasiva dos fluidos eletro-reológicos (ER) existentes, esses esforços foram quase que totalmente frustrados, diminuindo o interesse pelo assunto. Somente a partir de 1967 é que o tópico ressurgiu na Grã-Bretanha, voltando a ser tema de pesquisas. Em toda a literatura os fluidos ER têm sido caracterizados como se fossem líquidos muito viscosos; porém, neste trabalho eles serão analisados como sólidos. Para isso foram estudados dois tipos de fluidos eletro-reológicos (FER): um à base de amido em fluido de silicone e outro com CMC em fluido de silicone. Foram determinadas suas propriedades mecânicas por meio de ensaios mecânicos (tração, compressão, fadiga e cisalhamento) e suas propriedades reológicas através de testes rotacionais. As amostras analisadas tinham concentrações de 10 a 40% em peso, as viscosidades do fluido-suporte foram de 100, 500 e 1000 cSt; variou-se o campo elétrico de Oa 4 kV/mm, e a temperatura para os ensaios mecânicos foi a ambiente, enquanto que para os testes rotacionais variou de 10 a 50°C. Por meio dos resultados obtidos concluiu-se que fluidos à base de CMC apresentam um melhor desempenho eletro-reológico que fluidos com amido e que os materiais ER são mais resistentes à compressão, depois à tração e por último ao cisalhamento. Mais precisamente, fluidos ER à base de CMC apresentaram módulo de elasticidade da mesma ordem de grandeza que o da borracha, limite de resistência à tração de 600 a 104vezes menor que o do polietileno, tensão mínima de escoamento estática da ordem de 104vezes menor que a do ABS e vida em fadiga da mesma ordem de grandezaa que a de alguns polímeros como polietileno e polipropileno. Além disso, como ilustração de um aplicativo mecânico, foi construida uma embreagem ER e determinado seu torque total Abstract: In 1947, Willis Winslow studied some suspensions made of silica gel in mineral oil. He observed that they had an enhancement in shear when submitted to an electric field of about 4 kV/mm. Many companies recognized the scientific value of the discovery with an application in torque transmisssion and damping systems in mind. However, because of the abrasive nature of the existing ER fluids, the efforts were frustrated and these studies were postponed. Only in 1967 the topie ressurged in Great-Britain. Sinee then, electro-rheological fluids (ERF) have been studied as if they were extremely viscous liquids. In this work, however, they were characterized as solids and two different electrorheological fluids were studied: one of them was made of starch in silicone fluid and the other one was composed of carboxymethilcelulose (CMC) in silicone fluid.Their mechanical properties were determined by mechanical testing (tensile, compression, fatigue and shear) and their rheological properties were obtained by steady shear tests in a couette rheometer. The concentration of the samples ranged from 10 to 40 w%; the silicone fluid viseosities were 100, 500 and 1000 cSt and the electric field varied from 0 to 4 kV/mm. The mechanical testings were carried out at room temperature and steady shear tests temperature ranged from 10 to 50°C. Given the results it can be concluded that fluids made of CMC have a better performance than those made of starch, and also that ER materiaIs are more resistent to compression, tensiIe and shear, in this order. More precisely, fluids made of CMC had elasticity modulus in the same order of that of rubber, they had tensile strength 600 to 104 times as lesser as that of polyethilene, static yield stress 104 times as lesser as that of ABS and fatigue life of the same order of some polymers like polyethilene and polypropilene. Also, just for an illustration of a mechanical device, an ER clutch was built and its torque was determined. Doutorado Materiais e Processos de Fabricação Doutor em Engenharia Mecânica