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Orientador: Carlos Kenichi Suzuki Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica Resumo: As preformas nanoestruturadas de sílica produzidas pelo método de aerosol em chama constituem-se em precursores estratégico para aplicações tecnológicas em fotônica, tais como fibras óticas especiais e lentes com elevada transmissividade ótica na região ultravioleta. Para conseguir tais propriedades torna-se de fundamental importância o controle das características nanoestruturais nas preformas de sílica, tais como a distribuição de tamanho de partículas e a nanoporosidade. Neste sentido, a técnica de SAXS foi utilizada no presente trabalho para a caracterização nanoestrutural das preformas de sílica, com o auxílio das técnicas de ARX, BET, MEV e FRX. Com o tratamento matemático dos dados de SAXS pelo método GNOM, foram obtidas curvas de distribuição de tamanhos de heterogeneidades com dimensões entre 1 e 100 nm e, através dos efeitos observados nestas heterogeneidades com: (i) variação da carga em amostras de preformas prensadas uniaxialmente, (ii) variação das condições de temperatura em preformas tratadas termicamente e (iii) incorporação de íons de érbio foi possível estabelecer um entendimento efetivo da nanoestrutura da sílica produzida por aerosol em chama sob o aspecto tanto quantitativo, quanto qualitativo. Este resultado possibilita a determinação e o controle da distribuição de tamanhos de nanopartículas e nanoporos, condições essenciais para o desenvolvimento e a produção de dispositivos avançados de sílica para fotônica Abstract: The nanostructured silica preform made by the flame aerosol method represents a strategical precursor for technological applications in photonics, such as special optical fibers and high optical transmissivity lenses for ultraviolet radiation. In order to attain such a properties, it becomes particularly important to control the nanostructured characteristics of silica preforms, such as nanoporosity and particle size distribution. In this sense, SAXS technique has been used for the characterization of silica preforms in conjunction of several other techniques, ARX, BET, MEV and FRX. Using the mathematical treatment of SAXS data by the GNOM method, structural heterogeneities in the range 1-100 nm were measured. Additional nanoscale information was observed through various effects induced by: (i) impinging a mechanical stress, (ii) thermal treatment in controlled atmosphere and precise temperature control, (iii) erbium ions doping. It was then possible to attain an effective understanding of nanostructure properties of the high purity flame aerosol silica, both on qualitative and quantitative aspects. The present result allows the control of size and size distribution of nanoparticles and nanopores, that is essential for the development and the production of advanced silica devices for photonics Mestrado Materiais e Processos de Fabricação Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: Carlos Kenichi Suzuki Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica Resumo: O sistema binário sílica titânia, SiO2-TiO2,apresenta grande interesse tecnológico devido as suas propriedades: ultra-baixo coeficiente de expansão térmico e alto índice de refração. As propriedades são dependentes da quantidade de dopante presente no material. A SiO2-TiO2 é usada na indústria de componentes fotônicos, tais como, lentes, micro-lentes, espelhos e fibras ópticas especiais. Um importante material óptico para litografia no extremo ultravioleta (EUVL) é caracterizado por concentrações próximas a 8 % em peso de TiO2, com estrutura amorfa e transparente num amplo espectro da região UV, visível e IV. A indústria óptico-eletrônica necessita de fibras ópticas sensoras com alto índice de refração. Este tipo de fibra pode ser obtido através da fabricação de uma fibra de SiO2-TiO2. Amostras com concentrações que variam de 1 a 14 % em peso TiO2 fabricadas pelo método do aerosol em chama foram caracterizadas quanto a suas propriedades estruturais e ópticas. As amostras com concentrações superiores a 7,5 % em peso apresentaram-se translúcidas ou opacas, e com estrutura octaédrica segundo dados de XANES (Absorção de Raios-X próximo à estrutura da borda). A difração de raios-X identificou a fase anatásio da titânia como estrutura octaédrica. Através de tratamentos térmicos a altas temperaturas em chama (> 1500 ºC) obtivemos amostras transparentes no visível, amorfa, contendo 8,2 % em peso. Foi obtido um material com índice de refração de 1,48 para concentração de 10 % em peso de TiO2. Portanto a SiO2-TiO2 é viável para a fabricação de uma fibra com alto índice de refração Abstract: The binary SiO2-TiO2 system presents a great technological importance due to its special properties: ultra low thermal expansion and high refractive index. The properties depend on the amount of dopant present in material. The SiO2-TiO2 is used for the components of photonic industries, such as lenses, mirrors and special fiber optics. As an important optical material for extreme ultraviolet lithography (EUVL), it is characterized by concentrations of ~ 8 wt. % of TiO2, with amorphous structure and transparent for a large UV, visible and IR spectra. The optoelectronic industries needs optical fiber sensor that presents high refractive index. This kind of fiber can be produce by SiO2-TiO2 fiber production. Samples with concentrations varying in the range 1 to 14 wt. % TiO2 made by flame aerosol technique were characterized in terms of structural and optical properties. As-consolidated samples with concentrations up to 7.5 wt. % TiO2 presented itself translucent or opaque with octahedral structure, according to XANES data (X-ray absorption near-edge structure). The anatase phase of titania was identified by X-ray diffraction patterns. However, by high temperature flame heat treatments (> 1500 ºC), it was possible to obtain transparent SiO2-TiO2 materials in the visible range with concentration up to 8.2 wt. % TiO2. The material presents refractive index 1.48 with concentration about 10 wt. % TiO2. Therefore SiO2-TiO2 is feasible to fibers fabrication with high refractive index Mestrado Materiais e Processos de Fabricação Mestre em Engenharia Mecânica

Embora o gesso seja conhecido há milhares de anos como material de construção civil, na atualidade, o gesso-alfa (CaSO ₄.½H2O) é produzido através de dois processos em escala industrial no Polo Gesseiro do Araripe, a partir de gipsita (CaSO₄.2H₂O) natural, extraída das jazidas locais para aplicação em odontologia e ortopedia. O gesso-alfa sintetizado pelo processo hidrotérmico é o gesso de maior valor agregado. Por outro lado, com advento da nanociência e nanotecnologia, a síntese de particulados em escala nanométrica mostrou ser bastante interessante, principalmente do aumento substancial da área superficial específica em função da diminuição da dimensão abaixo de 100 nm. Pesquisa realizada em instituição renomada da Suíça mostrou que a síntese de nanoparticulados de anidrita (CaSO₄) e com adição de água de hidratação produziu gipsita com estrutura nano-acicular apresentando dureza duas a três vezes superior. Na atualidade, sabe-se que dentre vários processos de síntese de nanoparticulados, o processo de síntese hidrotérmico é utilizado por melhor controle de nucleação e crescimento de cristais. Assim sendo, visando produzir nanoparticulados de gesso-alfa em escala industrial no Polo Gesseiro do Araripe através do processo de síntese hidrotérmico atualmente em operação, um estudo de caracterização minucioso foi realizado na menor dimensão de pó de gesso-alfa, atualmente descartado juntamente com efluente após a separação por centrífuga. De acordo com a pesquisa de literaturas, este tipo de material nunca foi estudado até a presente data. Na presente tese, estudos foram conduzidos utilizando as técnicas avançadas de caracterização para estudo de nanoparticulados, tais como difração de raios X, fluorescência de raios X, espectroscopia de infravermelho, microscopia eletrônica de varredura (MEV), microscopia eletrônica de transmissão (MET), análise granulométrica por espalhamento a laser, método de adsorção de nitrogênio BET e análise térmica TG/DTA. Como resultado deste estudo, embora o volume de nanoparticulados menores de 100 nm seja pequeno, cálcio e enxofre foram detectados por microscopia eletrônica de varredura e de transmissão, indicando com forte evidência de serem nanoparticulados de gesso-alfa e nanoparticulados de gipsita. Particulados maiores, através de estudos por XRF e XRD, mostraram que, em função do processo de obtenção de pó a partir da solução, pode ser gesso-alfa ou gipsita. Por outro lado, fazendo ajuste das condições de crescimento hidrotérmico do processo já existente em escala industrial no Polo Gesseiro do Araripe, através dos estudos realizados, mostra-se uma potencialidade de produzir nanoparticulados de gesso-alfa em escala industrial. Although gypsum has been known for thousands of years as a building material, alpha hemihydrate (CaSO4.½H2O) is produced by two processes on an industrial scale in the Araripe Gossip's Pole from natural gypsum (CaSO4.2H2O ) extracted from the local deposits for application in dentistry and orthopedics. The alpha hemihydrate synthesized by the hydrothermal process is the highest added value gypsum. On the other hand, with the advent of nanoscience and nanotechnology, the synthesis of nanoscale particulates has shown to be quite interesting, mainly in the substantial increase of the specific surface area due to the decrease of the dimension below 100 nm, for example, a certain research carried out in a renowned Swiss institution showed that the synthesis of anhydrite nano particulates (CaSO4) with addition of water produced gypsum with a nano-acicular structure showing a hardness two to three times higher than the conventional one. At present, it is known that among several processes of synthesis of nano particulate, the process of hydrothermal synthesis is used. Thus, in order to produce nano particulate of hemihydrate alpha on an industrial scale in the Araripe Gossip’s Pole through the hydrothermal synthesis process currently in operation, a detailed characterization study was carried out on the smallest dimension of alpha hemihydrate powder, currently discarded together with effluent after separation by centrifuge. According to literature research, this type of material has never been studied to date and in the present thesis, studies have been conducted using advanced characterization techniques for the study of nano particulates, such as X-ray diffraction, X-ray fluorescence, infrared spectroscopy, scanning electron microscopy (SEM), transmission electron microscopy (TEM), particle size analysis by laser scattering, BET nitrogen adsorption method and TG / DTA thermal analysis. As a result of this study, although the volume of nanoparticles less than 100 nm was small, calcium and sulfur were detected by Scanning and Transmission Electron Microscopy, indicating strong evidence of being nano particulates of alpha hemihydrate and gypsum. Larger particles through XRF and XRD studies have shown that, depending on the process of obtaining powder from the solution, it may be alpha hemihydrate or gypsum. On the other hand, through the studies carried out, the potentiality of producing alpha hemihydrate nano particulates is shown, adjusting the hydrothermal growth conditions of the already existing industrial-scale process in the Araripe Gossip’s Pole.

Este trabalho apresenta o desenvolvimento de uma metodologia de diagnóstico de falhas em grupos motor-gerador de combustão interna utilizados na geração de energia elétrica através da técnica de análise da assinatura elétrica (ESA). Isto foi possível através da realização de ensaios experimentais num laboratório de modelo reduzido onde se tinha instalado um motor a diesel do tipo monocilindríco operando como máquina primária de um gerador síncrono. Lá foram simuladas algumas falhas, em ambas as máquinas, e colhidos os sinais elétricos de tensão e de corrente fornecidos pelo gerador. A partir disto procedeu-se a interpretação destes sinais em forma de espectro, com processamento via transformada rápida de Fourier (FFT), buscando divergência em suas características com outros oferecidos pelas máquinas na condição de normalidade, isto é, isenta de falha. Em seguida foi realizada uma exploração matemática das grandezas envolvidas, no sentido de representar cientificamente a metodologia. O resultado foi a identificação de padrões de falha típicos para cada tipo falha simulada, gerando como contribuição a abertura de uma nova linha de pesquisa da técnica ESA, que é a de identificação de problemas em motores de combustão interna. Isto também trouxe a possibilidade de correlacionar grandezas mecânicas e elétricas quando se utiliza o gerador como elemento transdutor de um motor numa operação acoplada. Ainda foi possível realizar aquisições de sinais em grupos motor-gerador de uma usina termelétrica com o intuito de buscar os padrões de falha observados nos ensaios experimentais e avaliar o comportamento do espectro elétrico fornecido por um motor do tipo multicilíndrico. This work presents the development of a diagnostic methodology of failure in groups generating internal combustion of electric energy by means of an electric signature analysis (ESA) technique. This was possible by conducting experimental tests in a small model laboratory where a single-cylinder diesel engine is installed as the primary machine of a synchronous generator. There were simulated some faults, both as machines, and collected the electrical signals of voltage and current supplied by the generator. From this, we performed an interpretation of these signals in the form of a spectrum, with fast Fourier transform (FFT) processing, seeking divergence in its characteristics with other components in conditions of normality, that is, fault- free. Then a mathematical exploration of the surrounding greatnesses was carried out, it does not have a sense of representing the methodology scientifically. The result was an identification of typical failure patterns for each type of simulated fault, generating as a contribution an opening of a new research line of the ESA technique, which is an identification of problems in internal combustion engines. This has also provided a possibility of correlating mechanical and electrical greatnesses when using the generator as a transducer element of a coupled load motor. It was also possible to perform signal acquisition in the motor-generator groups of a thermoelectric plant with the purpose of searching for the failure patterns observed in the experimental tests and evaluate the behavior of the electric spectrum provided by a multi-cylindrical motor.

O Isolador de compósito de classe de tensão de 69kV é um dos itens de maior utilização nas linhas de subtrasmissão e distribuição de energia elétrica. Na Celpe, como em outras concessionárias de distribuição do Brasil e do mundo, há algum tempo, tem se intensificado o uso deste tipo de material. O conhecimento mínimo acerca desta tecnologia tem exigido investimentos interessantes na sua condição de operação ou até mesmo na sua forma de falhar, pois consequências de proporções relevantes podem ocorrer quando uma falha vem a surgir, principalmente, devido à parcela variável. Em termos de sua importância para pesquisa, sabe-se que numa nova construção de linhas de subtransmissão ou de distribuição, o seu impacto no custo é de no máximo 5%, mas quando estas entram em operação, os isoladores ficam responsáveis por mais de 70% do custo de manutenção. Portanto, são dispositivos extensivamente investigados em todo mundo. Dentre as falhas mais importantes neste componente, destacam-se as elétricas e as mecânicas. Saber as causas que levam a estas falhas é de grande interesse científico e tecnológico. Neste trabalho de dissertação de mestrado são apresentados resultados de uma pesquisa que objetivou usar uma nova metodologia de monitoramento e diagnóstico da integridade de isoladores de compósito de classe de tensão de 69kV. Trata-se da técnica de radiografia digital de alta resolução denominada de Radiografia Computadorizado – RC. Dos casos avaliados, foi dado ênfase àqueles que geraram maior repercussão ao sistema elétrico, como o caso da “Fratura Frágil” e da “Disrupção Dielétrica Interna”. Isoladores de 69kV que sofreram tais falhas foram analisados com a técnica de RC no Laboratório de Ensaios Não Destrutivos do DEMEC/UFPE. As imagens radiográficas digitais foram obtidas para os dois casos de falhas, analisadas e interpretadas. Ainda para comprovação da eficácia da técnica procedeu-se também a avaliação em um isolador com integridade preservada e ainda em operação.

Orientador: Carlos Kenichi Suzuki Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica Resumo: A sílica vítrea é um material fundamental para a indústria de alta tecnologia devido as suas propriedades únicas. Dentre estas podemos destacar a sua alta pureza aliada ao elevado ponto de fusão e alta transmitância no ultravioleta. É um material muito usado na indústria de semicondutores e em fotônica. Para aplicações na indústria óptica e de lâmpadas especiais, é necessário que a sílica vítrea tenha alta transmitância na região do ultravioleta médio (200 nm - 300 nm) e do visível e contenha um reduzido teor de bolhas. Tarugos de sílica vítrea foram produzidas pelo método de Verneuil a partir da fusão em chama com gás GLP e O2. Foram utilizados pós de quartzo natural brasileiro de diferentes regiões com variados teores de impurezas e pós de quartzo comerciais nacionais e importados. Foi introduzida uma etapa de lixiviação ácida em um dos pós de quartzo comercial brasileiro com o objetivo de diminuir o teor de bolhas na sílica vítrea. As impurezas nos pós de quartzo foram determinadas através da técnica de ICP-MS. A transmitância óptica entre 190-3200 nm foi determinada por espectroscopia óptica. O teor de OH presente nas amostras de sílica foi determinado através da banda de absorção em 2730 nm na região do infravermelho do espectro. O teor de bolhas foi determinado através de microscopia óptica, considerando bolhas maiores que 0,01 mm. Foi avaliada a relação entre a transmitância das amostras de sílica vítrea e os teores de impurezas presentes nos pós de quartzo. Os resultados de transmitância na região do médio UV das amostras de sílica vítrea produzida com pós de quartzo feitos a partir das lascas de quartzo brasileiro foram comparados com a sílica vítrea produzida com pó de quartzo comercial importado. Os teores de bolhas foram avaliados em relação às condições de processo de fusão e temperatura de fusão do tarugo. Os resultados mostram a excelente viabilidade do quartzo brasileiro para a fabricação de sílica vítrea de elevado valor agregado Abstract: Due to their unique thermal and optical properties, silica glasses are highly demanded for use in the high technology industry. They are widely used in the semiconductor and optics industries. For most of the applications in optical industry it is necessary to present high optical transmittance in the medium ultraviolet region (200 nm - 300 nm) and visible and low content of bubbles. Silica glass rods were produced by the Verneuil method from flame fusion with LPG and O2 gases by using Brazilian natural quartz from various regions of the country and also imported and national commercial quartz powders. An acid leaching procedure in a commercial Brazilian powder quartz was tested with the purpose of reducing the bubbles content in silica glass. The measurements of impurities concentration in the quartz powders were determined by ICP-MS technique. The optical transmittance from 190-3200 nm was determined by optical spectroscopy. The OH content was determined by the absorption band at 2730 nm in the infrared region of the spectrum. The content of bubbles larger than 0.01 mm was determined by optical microscopy. The relationship between the optical transmittance of the silica glass samples and the level of impurities in the quartz powders was evaluated. The results of the average transmittance in the UV region of the silica glass samples produced from Brazilian quartz lascas were correlated with the silica glass produced using imported commercial quartz powders. The concentration of bubbles was evaluated with respect to the process conditions of fusion and ingot melting temperature. The results show an excellent feasibility of application of Brazilian natural quartz to produce high value added silica glass Doutorado Materiais e Processos de Fabricação Doutor em Engenharia Mecânica

No presente trabalho, são apresentados resultados inéditos obtidos com um sistema de radiografia computadorizada de concepção inovativa de baixo custo, que foi desenvolvido no projeto de pesquisa P&D e testado com sucesso para a inspeção da integridade dos cabos em condição energizado das linhas de transmissão de 230 kV, junto ao grampo de suspensão no campo. O detetor de imagem radiográfica utilizado é de altíssima sensibilidade denominado de Imaging Plate. Como resultado, obteve-se imagens radiográficas digitais de alta qualidade do cabo condutor junto ao grampo de suspensão e verificou-se também que é um processo de inspeção de alta produtividade. O sistema de radiografia computadorizada foi também utilizado com sucesso na inspeção de defeitos em isoladores de compósito de linha transmissão e nos problemas de funcionamento em cilindro de disjuntor hidráulico-pneumático de subestações. Ademais, devido altíssima sensibilidade do detetor de imagem Imaging Plate empregado, o sistema é também bastante interessante de ponto de vista de proteção radiológica porque reduz substancialmente a área de balizamento e principalmente a exposição dos operadores à radiação ionizantes. In the present work an innovative and high sensitive digital system of low cost was developed and results of testing in the laboratory and in the field of conductor cable are shown. Inspection of the integrity of the conductor cables at suspension clamp in the energized condition of the transmission lines of 230 kV. For development of present system, a high sensitivity radiography image detector known as Imaging Plate was employed. As a result, high quality digital radiographic images were obtained to inspect the cable and it was also found to be a high productivity inspection process. The computerized radiography system has also been successfully used to detect defects in composite insulators, also bad function a hydraulic-pneumatic substation circuit breaker. In addition, due to the extremely high sensitivity of the image detector Imaging Plate employed, the system is also quite interesting from a radiological protection point of view because it substantially reduces a beacon area and mainly the exposure of operators to ionizing radiation.

Orientador: Carlos Kenichi Suzuki Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica Resumo: Este estudo acerca da obtenção controlada das nanopartículas e das fases cristalinas do dióxido de titânio investiga os parâmetros de deposição: fluxo de hidrogênio e oxigênio e, consequentemente, a razão dos gases H2/O2 na deposição pelo método aerossol em chamas. O objetivo é verificar a influência desses parâmetros no tamanho do cristalito, das nanopartículas e nas proporções das fases cristalinas (anatásio e rutilo) do dióxido de titânio (TiO2). Nas amostras caracterizadas são utilizadas as técnicas de difração de raios-X (DRX) e microscopia eletrônica de varredura (MEV). Atualmente o semicondutor TiO2 é um material muito utilizado na fotocatálise heterogênea, por isso muitos pesquisadores tentam otimizar as suas características a fim de obter um máximo de atividade fotocatalítica desse nanomaterial. Através do método aerossol em chamas, nanopartículas de TiO2 foram produzidas pela hidrólise e oxidação do tetracloreto de titânio (TiCl4), com a razão H2/O2 variando entre 0,17 e 3,00, possibilitando estabelecer as condições ideais para se produzir anatásio ou rutilo como única fase, ou a associação de anatásio mais rutilo. Observou-se que a razão H2/O2 possui uma relação direta com as fases cristalinas do dióxido de titânio e com o crescimento dos cristalitos das nanopartículas de TiO2, sendo possível neste trabalho produzir nanopartículas de TiO2 com fase cristalina e tamanho das nanopartículas controladas sem tratamento térmico. Após o tratamento térmico os cristalitos de TiO2 não tiveram grande aumento, mas como esperado, a fase cristalina predominou o rutilo Abstract: This study aimed to investigated the deposition parameters: flow of hydrogen and oxygen, and consequently the ratio of gases H2/O2 on deposition by flame aerosol method in order to check the influence of these parameters on the crystallite size, and proportions of nanoparticles crystalline phases (anatase and rutile) of titanium dioxide (TiO2), and the samples were characterized by X-ray diffraction (XRD) and scanning electron microscopy (SEM). Nowadays semiconductor TiO2 is a material widely used in photocatalysis, because of this, many researchers try to optimize their characteristics in order to achieve maximum photocatalytic activity of this nanomaterial. Through the flame aerosol method, nanoparticles of TiO2 were produced by hydrolysis and oxidation of titanium tetrachloride (TiCl4), with reason H2/O2 ranging between 0.17 and 3.00, making it possible to establish the ideal conditions to produce pure anatase , pure rutile or association of anatase more rutile. It was observed that the reason H2/O2 has a direct relationship with the crystalline phases of titanium dioxide and the growth of crystallites of TiO2 nanoparticles, it was possible to produce nanoparticles of TiO2 with controlled crystalline phase and size of nanoparticles without heat treatment. After heat treatment, the crystallites of TiO2 have no significant increase, but as expected, the rutile crystalline phase predominated Mestrado Materiais e Processos de Fabricação Mestre em Engenharia Mecânica

Na Construção Naval o campo de soldagem ocupa um lugar de elevada importância pela quantidade de serviços de soldagem elaborados em todo tipo de embarcação de aço. Uma eterna problemática inerente à solda é o fenômeno de distorções oriundas das soldas, efeito indesejável e que causa elevados custos para corrigi-los. A resistência de grandes estruturas como plataformas marítimas e navios depende fundamentalmente de soldas bem elaboradas e por isso há grande necessidade de controlar a qualidade de soldas em Chapas Navais. Este controle é feito por vários tipos de Ensaios Destrutivos e, principalmente, Ensaios Não Destrutivos. Dentre os Ensaios Não Destrutivos se destaca a tecnologia de Radiografia. Desde a descoberta dos raios-X as doses respectivamente os tempos de exposição vem sendo diminuídos gradativamente, sendo que houve um grande progresso com a introdução da Radiografia Digital utilizando os Imaging Plates. A tecnologia utilizada até os meados dos anos 90 não conseguia propor uma qualidade equivalente à radiografia tradicional utilizando filmes susceptíveis à raio-X. Porém hoje em dia a qualidade de radiografias feitas com Imaging Plates têm qualidade equivalentes ou superior daquelas feitas com filmes convencionais. Iniciou-se o desenvolvimento de mais outra tecnologia, de ultra-alta resolução, denominada Digital Detector Array (DDA), que proporciona definitivamente qualidade de imagem superior às imagens concebidas por filmes de radiografia tradicional. O trabalho agora apresentado mostra uma comparação entre os métodos de obtenção de radiografias industriais, Radiografia tradicional com filmes e Imaging Plate (Radiografia Digital). Para isto foram radiografadas chapas soldadas de aço utilizado na indústria naval. De forma geral o processo de soldagem industrial pode gerar diversos tipos de tensões residuais no material soldado, sendo que em alguns casos extremos torna-se necessário algum tratamento térmico tanto antes como após a soldagem. Os parâmetros que definem se há necessidade ou não de tratamentos térmicos são altamente complexos incluindo a energia utilizada na soldagem, processos, liga do material base (neste caso as chapas), material de adição, qualificação do e experiência do operário de soldagem. O objetivo é buscar novas técnicas de obtenção de imagens de radiografia industrial digital, e o processamento dessas imagens utilizando softwares como o MATLABe o ISee!, com o pacote de ferramentas do IPT (Image Processing Toolboxe), e o MEM (Maximum Entropy Method), um método de tratamento disponível em softwares comerciais. Para obtenção das imagens, foram usados filmes IP (Imaging Plate) e um scanner laser. A fonte de raios-X usada foi do tipo portátil de 120kV. Através da imagem radiográfica pode-se observar com maior nitidez o defeito na região de solda. Alguns tipos de defeitos podem provocar a formação e propagação de trincas e o consecutivo colapso da estrutura naval. Após comprovação dos métodos passou-se a análise de radiografias digitais do cordão de solda de uma chapa naval a qual foi radiografada com diversos parâmetros, e, por conseguinte aplicaram-se os métodos de manipulação de radiografias fornecido pelo software ISee, de uma forma mais direta, identificando e dimensionando os defeitos encontrados

Orientador: Carlos Kenichi Suzuki Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica Resumo: Neste trabalho estudou-se o efeito da variação dos parâmetros do processo VAD (Vaporphase Axial Deposition) sobre as propriedades estruturais e ópticas da sílica vítrea visando o desenvolvimento de um material de alto desempenho óptico empregado no sistema óptico de equipamentos litográficos. As propriedades estruturais das preformas foram caracterizadas por microscopia eletrônica de varredura (MEV), espalhamento de raios-X a baixo ângulo (SAXS) e espectroscopia de absorção de estrutura fina de raios-X (XAFS). Absorção de raios-X (ARX) e tratamento de imagem digital foram utilizados para a obtenção da distribuição radial da densidade e da densidade média da sílica porosa, respectivamente. As propriedades ópticas foram determinadas por interferometria, espectroscopia óptica, espectrometria de polarização, espectroscopia Raman, espectroscopia no infravermelho e espectrofotometria de absorção óptica. Como principal resultado, obteve-se sílica vítrea com homogeneidade radial da estrutura, ?n = 3 ppm, birrefringência = 2 nm/cm e transmitância de 87 % em ? = 400 nm quando consolidada em atmosfera de He podendo superar 90 % quando consolidadas em vácuo. Este desempenho óptico foi obtido em até 95 % do diâmetro da preforma sem a necessidade de etapas adicionais, como o recozimento e a extração da região do diâmetro externo da preforma (geralmente a parte heterogênea) através de corte, reduzindo significativamente o tempo e custo de fabricação da sílica. Abstract: This research reports the study of the effect of processing parameters of VAD (Vapor-phase Axial Deposition) method on structural and optical properties of silica glass aiming the development of an optically homogeneous material for use on lithographic equipments. The structural properties were characterized by the scanning electron microscopy (SEM), small-angle X-ray scattering (SAXS), and X-ray absorption fine structure (XAFS). X-ray absorption (XRA) and digital image processing were used to obtain the density radial distribution and average density of silica soot, respectively. The optical properties were determined by interferometry, optical spectroscopy, polarization spectrometry, Raman spectroscopy, infrared spectroscopy, and optical absorption spectrophotometry. As a main result, silica glass was produced with structural radial homogeneity, ?n = 3 ppm, birefringence = 2 nm/cm, and transmittance of 87 % at ? = 400 nm when it was consolidated with He atmosphere and higher than 90 % in vacuum. This optical performance was obtained in 95 % of preform diameter without additional steps, such as annealing and cutting of preform outer diameter region (usually the heterogeneous part) which significantly reduces the time and cost of silica fabrication. Doutorado Materiais e Processos de Fabricação Doutor em Engenharia Mecânica

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico As cadeias de isoladores de vidro são largamente utilizadas tanto para isolar os condutores de eletricidade da terra como suportá-los mecanicamente nas torres das linhas de transmissão. Em termos construtivos, um isolador de vidro para linhas de transmissão de energia elétrica possui uma campânula metálica, disco de vidro temperado, pino metálico e argamassa de cimento Portland ou cimento aluminoso. A argamassa tem função estrutural de fixar o pino metálico ao disco de vidro temperado, podendo suportar cargas mecânicas elevadas de 80 kN a 120 kN. Eletricamente, um isolador comporta-se como um capacitor, e a suportabilidade da tensão de disrupção de um isolador depende de vários parâmetros, tais como da distância de caminho entre os condutores elétricos, limpeza, atmosfera envolvida, tipo e integridade do material utilizado na fabricação. Para exemplificar, o sistema CHESF (Companhia Hidrelétrica do São Francisco), empresa brasileira de produção, transmissão e comercialização de energia elétrica a nove estados do norte-nordeste, possui cerca de 20 mil km de linhas de transmissão e mais de 3 milhões de isoladores de vidro instalados, que representam 80 % do total de isoladores em operação. A CHESF substitui anualmente cerca de 60.000 isoladores de vidro danificados por novos isoladores, devido à corrosão por oxidação do pino metálico gerada pelo elevado campo elétrico e as ações de intempéries. Na transmissão e distribuição de energia elétrica a poluição é um grande problema. Spray de sais, poluentes industriais e mesmo areia do deserto levam à interrupção das linhas de transmissão devido à ocorrência de arco elétrico e disrupção. Filmes auto-limpantes compelem a superfície onde são aplicadas as seguintes características: repulsão a água; deflexão de poeiras ou sujeiras; rejeição de limo; fácil de lavar ou efeito auto-limpante; melhora a resistência a intempéries ambientais; evita corrosão do vidro; proteção por longos períodos. O objetivo da presente pesquisa é desenvolver um processo de substituição do pino metálico do isolador de vidro condenado por corrosão e avaliar a utilização de produto nanotecnológico na superfície do disco de vidro para minimizar o acúmulo de poluentes.Para obter sucesso na presente pesquisa realizou-se a caracterização por técnicas avançadas da argamassa estrutural de fixação do pino metálico ao disco de vidro utilizada atualmente, o estudo das propriedades reológicas das argamassas comerciais para selecionar o material adequado para o processo de fixação do novo pino metálico ao disco de vidro, ensaios de resistência mecânica à tração do isolador com o novo pino metálico e aplicação do filme ultrafino hidrofóbico na superfície vítrea dos isoladores. As técnicas de caracterização avançadas utilizadas provaram que existe uma variação das propriedades físico-químicas das argamassas estruturais empregadas nos isoladores de vidro para fixação do pino metálico ao disco de vidro em função do ano de fabricação do isolador. O material comercial selecionado para fixação do novo pino metálico ao disco de vidro foi empregado com sucesso. A superfície vítrea do isolador foi modificada com a aplicação do filme ultrafino hidrofóbico

Este trabalho teve como objetivo o estudo do processo de controle da velocidade para a moagem em moinho de bolas através da utilização de um inversor de freqüência controlado pelo hardware Compact Fieldpoint e pelo software LabVIEW, com interesse em realizar o controle do processo de moagem para alcançar uma condição otimizada de operação. Para isso, foi estudado um sistema de controle baseado na tecnologia do software LabVIEW da National Instruments. Com o sistema de controle desenvolvido foi avaliada a performance do aplicativo criado no ambiente de programação G, linguagem de programação do LabVIEW, para controle de velocidade no processo de moagem. A utilização de inversor de freqüência conectado e controlado pelo Compact Fieldpoint possibilitou gerar combinações de diferentes velocidades com diferentes condições de preenchimento do moinho, avaliando assim a moagem para cada uma das condições operacionais e determinando os pontos de ocorrência de deslizamento, efeito cascata, e efeito da aceleração (ou força) centrífuga. Aliado a capacidade de interface do software LabVIEW, que possibilita a visualização do processo de forma gráfica com semelhança dos painéis e controles virtuais ao sistema físico, torna a migração para um sistema de controle baseado em computadores uma boa alternativa para melhorias dos processos de fabricação, em especial o processo de moagem em moinho de bolas

O estudo das propriedades elásticas, homogeneidade, atenuação de ondas ultra-sônicas e parâmetros relacionados à estrutura de alguns vidros especiais, foi realizado aplicando o método pulso-eco ultra-sônico. Foram analisadas sete amostras de vidro contendo neodímio, chumbo, zircônio e nióbio. Como resultados, foram determinadas constantes elásticas tais como relação de Poisson, módulo de compressibilidade, módulo de elasticidade, e parâmetros relacionados à estrutura dos vidros como dureza, temperatura de Debye e fractal bond connectivity. Estes valores foram calculados a partir das velocidades de propagação de ondas de modo longitudinal transversal e de medidas de densidade dos vidros. Ademais, cinco amostras de um aço ferrítico contendo cromo e molibdênio como elementos de liga, e que sofreu fluência, foram analisadas com técnica de ressonância acústica (EMAR), utilizando transdutor EMAT que não requer contato para medidas de ultra-som. As amostras faziam parte da tubulação de uma caldeira a vapor e foram coletadas em diferentes posições em relação à chama. Para analisar as mudanças estruturais ocorridas nas amostras de aço ferrítico, foram utilizadas técnicas avançadas de caracterização tais como, microscopia eletrônica de varredura (MEV), análise química com fluorescência de raios-X (EDX), e medidas de dureza. Os resultados indicaram a formação de carbonetos e precipitados, que foram comparados com os resultados obtidos com a técnica ultra-sônica de ressonância acústica

Orientador: Carlos Kenichi Suzuki Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica Resumo: Neste trabalho foram investigados os parâmetros que afetam a dopagem durante o processo de deposição fase-vapor (V AD) da preforma porosa, e a sua possível correlação com as propriedades da sílica-germânia, utilizando técnicas de caracterização, tais como, o espalhamento de raios-X à baixo ângulo (SAXS), diftação de raios-X (DRX), microscopia eletrônica de varredura (MEV) e espectroscopia de tluorescência de raios-X (FRX). Os resultados mostraram uma forte dependência de alguns parâmetros de deposição nas propriedades da preforma, particularmente a razão de gases H2/02, e a temperatura da superfície de deposição. Os parâmetros de deposição também afetam as flutuações na densidade eletrônica da preforma porosa na região de mícron e sub-mícron. Observou-se a deposição de germânia cristalina, que após a consolidação favorece a formação de "clusters" ricos em germânia. O entendimento dos parâmetros que afetam as propriedades da sílica-germânia abre perspectivas de grande relevância para introdução de inovações tecnológicas no processo, aplicado ao desenvolvimento de fibras ópticas de ultra-baixa atenuação óptica, e dispositivos para óptica não-linear Abstract: This research reports the study of deposition parameters of V AD (Vapor -phase Axial Deposition) silica-germanium and their correlation with structural properties. Characterization studies were conducted by small-angle X-ray scattering (SAXS), X-ray difftaction (XRD), scanning electronic microscopy (SEM), and X-ray fluorescence spectroscopy (XRF). The results show a strong correlation of deposition parameters and prefonn properties, particularly for H2/O2 ratios, and surface deposition temperatures. The deposition parameters also affect the electronic density fluctuation of porous preform in the range of micron and sub-micron order. Germania crystalline phase was observed in the soot prefonn. After consolidation process, the crystalline phase disappeared but nano-order "clusters" belonging to gennania-rich domains were detected by anomalous small angle scattering using synchrotron radiation. The understanding of deposition parameters and their correlation with silica-gennania properties opens relevant perspectives to develop new properties in silica-germania applied to an ultra-low attenuation optical fiber and non-linear optical devices Doutorado Materiais e Processos de Fabricação Doutor em Engenharia Mecânica

Orientador: Carlos K. Suzuki Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica Resumo: O Brasil é na atualidade um dos principais produtores de silício para o mundo, sendo que a quantidade de quartzo extraído para a sua produção incluindo o ferro-silício, é da ordem de 2 milhões de toneladas/ano. Para a obtenção do quartzo destinado à redução carbotérmica em silício, nos diversos estágios de extração, britagem, seleção, transporte, e lavagem, cerca de 300.000 toneladas/ano de lascas de quartzo tomam-se rejeitos. Neste trabalho foi desenvolvida uma metodologia ambientalmente correta, denominada "quench-Ieaching" e "crush-leaching", que se utiliza da lixiviação aquosa para a purificação deste material. Os resultados mostram que ocorre uma remoção efetiva de impurezas majoritárias nas lascas de quartzo, tais como, AI, Fe, Na, K, Ca, Mn, ..., dando-lhe uma pureza de 99,9% de SI 'O IND 2'. Uma comparação com diversos insumos de quartzo produzidos no exterior para uso em tecnologia avançada, como para produção de sílica vítrea translucente e "fillers" de "micro-chips", revela que este material purificado com esta tecnologia toma-se de qualidade equivalente ao pó de quartzo internacional Abstract: Nowadays, Brazil is one of the main silicon metal and iron-silicon producer in the world. But on the other hand, the amount of natural quartz that has been extracted for this purpose is up to 2 milliontons/year. The key-point is the large quantity of rejected quartz lascas, approximately 300,000 tons/year, generated during the various stages of extraction, crushing, selection, transportation, and washing. A new environrnentally mendly purification methodology denominated "quench-Ieaching" and "crush-leaching, that only uses aqueous leaching, has been developed. The result shows an effective elimination of major quartz impurities, such as Al, Fe, Na, K, Ca, Mn, ... , that transforms this rejected material into a 99.9% purity SI 'O IND 2'. The quality of this material is as high as the quartz powder commercially available in the intemational market for use as "fillers" and translucent silica glass raw material for semiconductor industries Doutorado Materiais e Processos de Fabricação Doutor em Engenharia Mecânica