Livro de Resumos, versão para download. - IEAv

Transcrição

i
Comitê Institucional PIBIC/IEAv:
Dr. Luiz Henrique Claro (Coordenador) – ENU
Dra. Carla S. Tafuri Marques – EAH
Dr. Gustavo Soares Vieira – EFA
Dr. Getúlio de Vasconcelos – EFO
Dra. Maria José Pinto Lamosa – EGI
Dr. Heitor Aguiar Polidoro – EST
Dr. Luiz Henrique Claro – ENU
Dra. Carla S. Tafuri Marques – EAH
Dr. Gustavo Soares Vieira – EFA
Dr. Getúlio de Vasconcelos – EFO
Dra. Maria José Pinto Lamosa – EGI
Dr. Heitor Aguiar Polidoro – EST
Instituto de Estudos Avançados (IEAv/CTA), São José dos Campos – São Paulo.
Diretor do IEAv (EDR):
Adjunto da Direção (EDA)
Vice-Diretor Administrativo (EVA):
Vice-Diretor Técnico (EVT):
Divisão de Aerotermodinâmica e Hipersônica (EAH):
Divisão de Física Aplicada (EFA):
Divisão de Fotônica (EFO):
Divisão de Geointeligência (EGI):
Divisão de Energia Nuclear (ENU):
Divisão de Suporte Técnico (EST):
Divisão Administrativa (EAD):
Divisão de Infra-estrutura e Apoio (EIA):
Divisão de Suporte em Tecnologia da Informação (ETI):
Cel. Av. Darcton P. Damião
Cel. Eng. Marco A. Minucci Sala
Ten. Cel. Av. Orlando A. Máximo
Ten. Cel. Eng. Carlos F. R. Mateus
Dr. Alberto Monteiro dos Santos
Dr. Antonio Carlos de Jesus Paes
Dr. Álvaro José Damião
Ten. Cel. Av. Ricardo de Q. Veiga
Dr. Lamartine N. F. Guimarães
Dra. Valéria S. Faillace O. Leite
Tecnol. Ana Maria B. S. Pinheiro
Tecnol. Israel Silva de Melo
Tecnol. Remo César Carnevalli
ii
II SICI – II Seminário de Iniciação Científica do IEAv, 6 de agosto de 2008.
FICHA CATALOGRÁFICA
BIBLIOTECA DO IEAv
Seminário de Iniciação Científica do IEAv (2: 2008: São José dos Campos)
Iniciação Científica do IEAv: livro de resumos, São José dos Campos,
ago. 2, 2008. / Luiz Henrique Claro (coordenador). – São José dos Campos,
SP: CTA/IEAv, 2008.
37 p.
Inclui 1 CD-Rom
1. Iniciação Científica – Congresso. 2. Pesquisa Científica. 3. Ciência e
Tecnologia. I. Claro, Luiz Henrique (coordenador). II Título.
iii
Nesta segunda edição do Seminário de Iniciação Científica, os pesquisadores do IEAv estão
conscientes, além de orgulhosos, da grande responsabilidade que a manutenção e a condução
de um Programa Institucional de Bolsas de Iniciação Científica representam para nossa
Instituição. Juntamente com a pós-graduação, a iniciação científica é a responsável pela
ampliação e continuidade das pesquisas que permitem um salto na qualidade dos produtos de
nossa instituição: a ciência e a tecnologia. É através da iniciação científica que os alunos têm
a oportunidade de entender e praticar o método científico, exercitar sua criatividade,
aperfeiçoar o seu espírito crítico, perceber e aprender a respeitar os seus limites e os das
pessoas ao seu redor, além de apropriar-se do conhecimento gerado por si e por outros,
possibilitando a consolidação de seu aprendizado. Dentre os benefícios obtidos pelos alunos
que participam de um programa de iniciação científica podemos citar o ganho de maturidade e
de cidadania. Estes se tornam o diferencial positivo, hoje reconhecido não apenas no mundo
acadêmico, entre o aluno que simplesmente cumpriu as etapas básicas para obtenção do
diploma e aquele que exercitou sua criatividade e aplicou suas potencialidades de maneira
crítica e construtiva.
A iniciação científica foi criada inicialmente com o objetivo de aproximar o aluno a grupos de
pesquisa experientes para serem expostos aos processos de aquisição de informações e
conhecimento. Hoje, nossa Instituição percebe que a iniciação científica não representa
apenas uma atividade esporádica e eventual, ela torna-se cada vez mais, um instrumento
básico de formação para a pesquisa e dela não se pode prescindir. Por ser um incentivo
individual e seletivo, nem sempre é possível obter bolsas para todos os alunos engajados na
iniciação científica. Entretanto, cabe a cada agente deste processo (pesquisadores, alunos e a
própria instituição) buscar, dentre suas possibilidades e criatividade, as contribuições
individuais para a manutenção e o crescimento da iniciação científica no IEAv, pois este
caminho já se tornou não apenas irreversível, mas imprescindível.
Com todas as dificuldades enfrentadas em nosso dia-a-dia, a realização deste segundo
seminário de iniciação científica, juntamente com o Livro de Resumos, não apenas sumarizam
os resultados das pesquisas realizadas, mas também, os resultados não mensuráveis de jovens
que tiveram sua maturidade e cidadania ampliada e aprofundada e que, certamente, serão
aplicados em benefício da sociedade.
Agradecemos o apoio recebido da Direção do Instituto, das Comissões Internas e Externas
envolvidas neste processo e das agências de fomento e empresas que, possibilitaram a
realização deste II Seminário de Iniciação Científica do IEAv.
Comissão Organizadora do II SICI 2008
iv
Este ano estamos realizando a segunda edição do Seminário de Iniciação Científica do IEAv SICI, que ocorre no Instituto de Estudos Avançados (IEAv) em São José dos Campos, no dia
6 de agosto de 2008. O II SICI 2008, como no evento anterior, tem como objetivo apresentar
e discutir com a comunidade, os trabalhos desenvolvidos pelos alunos de graduação de
diversas universidades, junto aos projetos da Instituição.
O evento é composto por palestras convidadas, de curta duração, proferida por pesquisadores
do IEAv, por palestras de curta duração, proferida pelos alunos de graduação inscritos e
aceitos no evento e de uma sessão de pôsteres. Nesta edição, as palestras dos pesquisadores
convidados apresentam temas de pesquisa em desenvolvimento na Instituição com o intuito
de atrair novos alunos de iniciação científica para essas áreas. As palestras de alunos, como
na edição anterior, estão relacionadas aos projetos de iniciação científica desenvolvidos
durante o ano no Instituto. Na sessão de pôsteres, esses trabalhos permanecem expostos
durante todo o evento. Todos os trabalhos inscritos estão dentro das áreas de atuação da
Instituição: Aerotermodinâmica e Hipersônica, Energia Nuclear, Física Aplicada, Fotônica e
Geointeligência.
Foram inscritos 16 resumos expandidos de pesquisa, dos quais 15 foram considerados aceitos
para o evento, após terem sido revisados pela Comissão Científica. Dentre eles, 2 são da
Divisão de Aerotermodinâmica e Hipersônica (EAH), 2 da Divisão de Física Aplicada (EFA),
8 da Divisão de Fotônica (EFO), 2 da Divisão de Energia Nuclear (ENU) e 1 da Divisão de
Geointeligência (EGI).
Os resumos expandidos que compõem este Livro são resultados dos projetos de iniciação
científica desenvolvidos por alunos ligados às Universidades locais e da região do vale do
Paraíba: UNIVAP (4), EEL-USP (4), ETEP Faculdades (3), UBC (2), UNITAU (1) e ITA (1).
A maioria dos alunos que estão participando desse evento pôde contar com o apoio financeiro
do CNPq, através dos programas de quotas PIBIC e bolsistas de produtividade.
Esperamos que da mesma maneira que no ano anterior, seja este um evento bastante
agradável e que o II SICI venha a contribuir para a divulgação do conhecimento científico e
do desenvolvimento tecnológico gerados na Instituição.
Comissão Organizadora do II SICI 2008
v
1 - Desenvolvimento de cerâmicas para aplicações em dispositivos eletromagnéticos.
Dra. Vera Lúcia Othero de Brito
2 - Radiação cósmica em tripulação, passageiros e pilotos de aeronaves.
Ms.Cláudio Antônio Federico
3 - Equipamento de ensaio em solo para o estudo da combustão supersônica.
Dra.Valéria Serrano F. Oliveira Leite
4 - Processamento de imagem em tempo real.
Dr. Elcio Hideiti Shiguemori
5 - Espectroscopia de absorção no infra-vermelho a laser de diodo no estudo da
combustão.
Dra. Maria Esther Sbampato
6 - Combinação de ablação a laser e fotoionização seletiva como método de separação
de isótopos.
Dr. Nicolau A. Silveira Rodrigues
7 - Atividades brasileiras relacionadas ao controle do desempenho e propulsão de
veículos hipersônicos por radiação laser.
Dr. Marco Antonio Sala Minucci
vi
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!
R1.
ESTUDO DA GEOMETRIA DE EQUILÍBRIO E DA BARREIRA DE ROTAÇÃO INTERNA
DO POR MÉTODOS DE QUÍMICA QUÂNTICA MOLECULAR ...................................................1
M. M. Alves; O. Roberto Neto e F. B. C. Machado
R2.
RUÍDO EM MEDIDA DE ESPALHAMENTO RAYLEIGH PARA VELOCIMETRIA E
TERMOMETRIA.................................................................................................................................3
L. V. Arnoni; A. O. de Toledo; M. E. Sbampato e L. G. Barreta
R3.
ANÁLISE DE AMBIENTES ELETROMAGNÉTICOS EM LABORATÓRIOS DA ÁREA
DE RF ...................................................................................................................................................5
M. S. A. Paiva; S. A. Cunha e A. C. C. Migliano
R4.
ENSAIO DE AVALIAÇÃO DAS PROPRIEDADES ELETROMAGNÉTICAS DE
CERÂMICAS .......................................................................................................................................7
R. G. A. Lima e A. C. C. Migliano
R5.
DESENVOLVIMENTO DE FILTROS DE DENSIDADE NEUTRA .................................................9
J. C. F. da Silva e A. J. Damião
R6.
ANÁLISE DO COMPORTAMENTO EM FLUÊNCIA DE UM AÇO INOXIDÁVEL 304
COM ADIÇÃO DE CÁLCIO............................................................................................................. 11
I. R. Carrer; A. J. Abdalla; e M. J. R. Barboza
R7.
PROTOTIPAGEM RÁPIDA:FABRICAÇÃO COM LASER........................................................... 13
H. L. E. Ferraz e G. de Vasconcelos
R8.
MELHORIA NA RESISTÊNCIA MECÂNICA DA UNIÃO POR ADESIVOS DE CHAPAS
DE AÇO AUTOMOTIVAS DEPOIS DO TRATAMENTO DE SUPERFÍCIE COM LASERS...... 15
F. Y. Sakata; M S. F. Lima; W. Miyakawa e A. M. E. Santo
R9.
CARACTERIZAÇÃO DE ESTRUTURAS DE HIDROXIAPATITA EM DENTES BOVINOS
POR MICROSCOPIA DE FORÇA ATÔMICA................................................................................ 17
R.P. Sanches e W. Miyakawa
R10. INFLUÊNCIA DE ELEMENTOS DE LIGA NO PROCESSO DE NITRETAÇÃO A PLASMA ... 19
R. S. Sampaio e V. H. Baggio-Sheid
R11. CARACTERIZAÇÃO MICROESTRUTURAL E MECÂNICA DE UM AÇO INOXIDÁVEL
AUSTENÍTICO MODIFICADO COM CÁLCIO ............................................................................. 21
C. E. C. Fonseca; C. A. R. P. Baptista e A. J. Abdalla
R12. RECOBRIMENTO DE PARTES METÁLICAS COM NANOPARTÍCULAS COM NEGRO
DE FUMO VIA LASER DE CO2 ....................................................................................................... 23
G. P N. da Costa e G. de Vasconcelos
R13. CALIBRAÇÃO RADIOMÉTRICA DE SENSORES ELETROÓPTICOS ...................................... 25
M. A. Avelisio; M. L. Silva; M. C. Melo; C. T. Pinto; R. M. Castro e R. C. Moreira
R14. ADEQUAÇÃO DE UM MODELO SEMI-EMPÍRICO PARA O CÁLCULO DA DOSE
ERITEMATOSA: 1ª. FASE ............................................................................................................... 27
L. S. Ramos e A. A. Silva
R15. PROCESSO PARA MONITORAÇÃO DE EXPERIMENTO COM RADIAÇÃO USANDO
REDE DE DADOS.............................................................................................................................. 29
E. R. S. Garcia e L. H. Claro
Resumos do II SICI 2008 – II Seminário de Iniciação Científica do IEAv
1
ESTUDO DA GEOMETRIA DE EQUILÍBRIO E DA BARREIRA DE
ROTAÇÃO INTERNA DO METANOL POR MÉTODOS DE QUÍMICA
QUÂNTICA MOLECULAR
M. M. Alves1,2,3; O. Roberto-Neto2; F. B. C. Machado 3
1
Universidade de São Paulo – Escola de Engenharia de Lorena, Lorena – SP
2
Instituto de Estudos Avançados – Divisão de Aerotermodinâmica e Hipersônica,
São José dos Campos – SP
3
Intituto Tecnológico de Aeronáutica – Departamento de Química, São José dos Campos -SP
*[email protected]
Palavras-chave: coupled-cluster; teoria do funcional da densidade; efeito estérico.
Introdução
O metanol tem sido utilizado como aditivo aos combustíveis para a redução da emissão de
hidrocarbonetos na atmosfera, além de haver interesse em outras aplicações tecnológicas. Por
isso, suas propriedades têm sido exaustivamente estudadas teórica e experimentalmente. Esta
molécula foi caracterizada por Duan e McCoy como “a mais complicada das simples
moléculas ou a mais simples molécula complicada” [1]. Por isso, há ainda interesse na
caracterização teórica de suas propriedades estruturais, cinéticas e espectroscópicas. Este
trabalho tem o objetivo de estudar, com alta precisão, as propriedades estruturais de equilíbrio
da molécula de metanol em fase gasosa usando diferentes métodos da química quântica. Esses
resultados são úteis como informações complementares aos obtidos com as técnicas
espectroscópicas na região do infravermelho e do microondas.
Metodologia
Neste trabalho, os parâmetros moleculares do metanol foram calculados usando o método ab
initio do tipo coupled-cluster, incluindo as excitações simples e duplas e a contribuição de
triplas (CCSD(T)), o método BB1K, que pertence à classe dos métodos meta-híbridos GGA
da Teoria do Funcional da Densidade (DFT) e o método MP2 (Teoria da Perturbação de
Segunda Ordem Møller-Plesset). Dentre os conjunto de funções de base utilizados para
descrever a molécula do metanol incluímos o conjunto base de correlação consistente de
valência polarizada dupla, tripla e quádrupla zeta (cc-pVnZ) de Dunning. A fim de calcular o
que se conhece como o valor limite do conjunto base completo, “complete basis set (CBS)”,
empregou-se o método de extrapolação introduzido por Halkier et ali. [2] para se obter a
energia da molécula do metanol. Os cálculos de estrutura eletrônica e, conseqüentemente de
geometria e das energias foram efetuados pelo código de química quântica GAUSSIAN 03,
utilizando-se as bases descritas.
Resultados e Discussão
Os valores da barreira de rotação interna da molécula do metanol calculados pela base ccpVTZ constam na Tabela 1:
Tabela 1. Barreira de rotação interna do metanol.
Método
BB1K
MP2
CCSD(T)
E (kcal/mol)
1,92
2,04
1,93
Na Figura 1 mostramos a variação da energia eletrônica de acordo com a variação de rotação
o grupo OH em relação ao grupo CH3 calculada, com o método CCSD(T)/cc-pVTZ.
2
C C S D ( T ) /c c - p V T Z
-1 1 5 .5 4 7 5
-1 1 5 .5 4 8 0
Energia (Hartree)
-1 1 5 .5 4 8 5
-1 1 5 .5 4 9 0
-1 1 5 .5 4 9 5
-1 1 5 .5 5 0 0
-1 1 5 .5 5 0 5
-1 1 5 .5 5 1 0
-2 0 0
-1 5 0
-1 0 0
-5 0
0
50
100
150
200
Â n g u lo ( g r a u s )
Figura 1. Energia potencial da rotação interna do grupo OH.
Na Figura 1, os picos de energia se referem ao impedimento estérico da hidroxila com os
átomos de hidrogênio do grupo CH3. Na Tabela 2 estão as energias calculadas para a molécula
do metanol em sua conformação mais estável.
Tabela 2. Energia da molécula do metanol (em Hartree).
Método
BB1K/cc-pVDZ
BB1K/cc-pVTZ
BB1K/cc-pVQZ
CBST-Q
Energia
Método
Energia
Método
-115,6634089 MP2/cc-pVDZ -115,3879708 CCSD(T)/cc-pVDZ
-115,7054774 MP2/cc-pVTZ -115,5174753 CCSD(T)/cc-pVTZ
-115,7162800 MP2/cc-pVQZ -115,5583120 CCSD(T)/cc-pVQZ
-115,7241630 CBST-Q
-115,5881118 CBST-Q
Energia
Método
-115,4207809 MP2/aug-cc-pVDZ
-115,5504314 MP2/aug-cc-pVTZ
-115,5889079 MP2/aug-cc-pVQZ
-115,6169853 CBST-Q
Energia
-115,4219306
-115,5290078
-115,5630948
-115,5879691
Verificou-se que o método BB1K prediz valores da barreira de rotação interna em melhor
acordo com o método CCSD(T). Para as demais propriedades, como as energias eletrônicas,
geometria de equilíbrio e as freqüências vibracionais harmônicas, o método MP2 está em bom
acordo com os resultados CCSD(T).
Conclusões
Em geral, os resultados mostram que o método BB1K é metodologicamente adequado e
promissor para a determinação das propriedades estruturais de moléculas formadas por
átomos do primeiro e do segundo período da Tabela Periódica, como o metanol. Em alguns
casos, o método MP2 prediz valores mais consistentes com o CCSD(T) devido,
provavelmente, ao cancelamento fortuito de erros. Esperamos com esse estudo possa trazer
contribuições a espectroscopia vibracional do metanol.
Agradecimentos
Os autores agradecem à FAPESP, CNPq e ao CENAPAD-SP.
Referências
[1] DUAN, Y. B; MCCOY, A. B. Global fit of torsion-rotational in the first three torsional
states of CH3OD. J. Mol. Spect. v.199, p.302-306, 2000.
[2] HALKIER, A.; HELGAKER, T.; JØRGENSEN,P.; KLOPPER,W.; KOCH, H.;OLSEN,
J.; WILSON, A. K. Basis-set convergence in correlated calculations on Ne, N-2, and H2O
Chem. Phys. Lett., v.286, p.243-252,1998.
3
RUÍDOS EM MEDIDA DE ESPALHAMENTO RAYLEIGH PARA
VELOCIMETRIA E TERMOMETRIA
L. V. Arnoni1 ; A. O. de Toledo2*; M. E. Sbampato 2e L. G. Barreta2
1
Universidade do Vale do Paraíba - Faculdade de Engenharia Aeronáutica e Espaço,
São José dos Campos - SP
2
Instituto de Estudos Avançados – Divisão de Aerotermodinâmica e Hipersônica,
*[email protected]
Palavras-chave: espalhamento de luz, velocimetria Rayleigh, termometria Rayleigh, laser,
ruído ótico.
Introdução
A velocidade de escoamento e a temperatura de um fluído governam os processos de
combustão. A maior parte das reações químicas depende fortemente da temperatura, sendo ela
a responsável pelo desgaste térmico de tubos de Pitot, termistores ou termopares, quando são
introduzidos na região da combustão. Estes produzem perturbações no escoamento dos gases
que reagem para produzir a chama e não medem a temperatura real, necessitando de correções
nos valores de suas medições.
Por estes motivos as técnicas não intrusivas são importantes. Diagnósticos ópticos podem ser
adaptados para este propósito.
O objetivo deste trabalho é desenvolver a técnica de medida de velocidade de escoamento de
gases através do espalhamento Rayleigh, com a utilização do efeito Doppler.
Metodologia
Um feixe laser (Nd-YAG operando em 532 nm) foi focalizado no ambiente do próprio
laboratório através de uma lente convergente. Numa direção normal ao feixe, foi colocada
outra lente, que desempenhou o papel de lente coletora de luz espalhada pelas moléculas de ar
e direcionada para uma fotomultiplicadora (Hamamatsu R177). Para a medida de velocidade,
entre a lente coletora e a fotomultiplicadora, foi colocado um monocromador, capaz de
separar as freqüências espalhadas afetadas pelo deslocamento Doppler.
Entretanto, devido à forte interferência do ruído ótico, foi necessária outra montagem onde,
no lugar da fotomultiplicadora, foi colocada uma câmara do tipo ICCD (DICAMPRO-Cook
Co.), cujas imagens foram analisadas através de processamento de imagens com o programa
MathCad®. Neste experimento, o feixe laser foi focalizado na região de uma chama de GLP,
com um sistema ótico composto por lentes cilíndricas.
No experimento para se determinar a intensidade do espalhamento pelas moléculas de ar foi
notada grande interferência dos ruídos do ambiente sobre as medidas, de tal forma que o sinal
obtido era composto mais pelas reflexões no ambiente do que pelo espalhamento Rayleigh das
moléculas de ar na região de teste, Fig. 1.
As fotos obtidas pela câmera ICCD foram utilizadas para um estudo da eliminação dos ruídos:
eletrônico, por reflexões no ambiente e devido à luz da chama. A distribuição de temperaturas
na chama, através do espalhamento Rayleigh, após a filtragem, pode ser observada na Fig. 2.
4
.
Figura 1. Amplitude de sinal de espalhamento no ar. Laser Nd-YAG, = 532 nm, largura de pulso de 10 ns,
operando em 10 Hz, com energia de 200 mJ por pulso.
a)
b)
Figura 2. Distribuição de temperatura na chama: a) No centro, a maior densidade indica maior temperatura; b)
Temperatura versus posição numa linha horizontal que passa pelo centro da figura (2a). As abscissas são dadas
em número de pixels.
Conclusões
Foi obtido qualitativamente o campo de distribuição de temperatura de uma chama de GLP
que permitirá uma determinação quantitativa da temperatura após um estudo das correções a
serem aplicadas. Ficou evidenciado que, para a realização destes experimentos, torna-se
necessária a construção de uma caixa com paredes internas pretas para diminuir o ruído por
reflexão e a colocação de um polarizador diante da objetiva da ICCD para a filtragem da luz
espalhada por outras partículas que não sejam as moléculas ou íons na região de teste, de onde
o espalhamento é coletado. Estes ruídos óticos são críticos para o desenvolvimento das
técnicas tanto de medida de temperatura como de velocidade de um fluído com a técnica de
espalhamento Rayleigh.
Agradecimentos
Ao CNPQ pela concessão da bolsa de iniciação científica ao aluno L. V. Arnoni
Referências
[1] PANDA, J.;SEASHOLTZ, R. G. Velocity and Temperature Measurement in Supersonic
Free Jets Using Spectrally Resolved Rayleigh Scattering. In:AEROSPACE SCIENCE
MEETING EXHIBIT, 37, 1999, Reno, AIAA Paper 1999-269, American Institute of
Aeronautics and Astronautics, 1999.
[2] BELLENOUE, M.; SOTTON, J. Diagnóstico em Combustão – Métodos e Aplicações,
São José dos Campos, 2007. Curso - Instituto Tecnológico da Aeronáutica.
5
ANÁLISE DE AMBIENTES ELETROMAGNÉTICOS EM
LABORATÓRIOS DA ÁREA DE RF
M. S. A. Paiva; S. A. Cunha; A. C. C. Migliano
Instituto de Estudos Avançados – Divisão de Física Aplicada, São José dos Campos – SP
[m.paiva, scunha, migliano]@ieav.cta.br
Palavras-chave: Eletrosmog, Ambiente Eletromagnético, Ruído Eletromagnético.
Introdução
O ambiente eletromagnético é o conjunto das radiações eletromagnéticas presentes em
determinado local, estejam as fontes ali presentes ou não, que podem ser: ondas de
transmissões de rádio (AM, FM, etc.), estações rádio base (ERB) de telefones celulares,
transmissores de televisão (VHF e UHF), forno de microondas, radar, equipamentos
eletrônicos em geral (aparelhos de televisão, monitores de vídeo, etc.). A poluição
eletromagnética gerada por essas fontes emissoras é denominada eletrosmog. Essa poluição
existe onde há campos eletromagnéticos, como: áreas residenciais, industriais e comerciais
[1]. O ser humano não possui sensores fisiológicos capazes de detectar tais campos, mas é
prejudicado biologicamente por eles. Estudos sobre o assunto são discutidos em diversos
países. Essa poluição cobre todos os espectros de freqüências, afetando o meio ambiente e os
seres humanos [2].
Este trabalho foi desenvolvido para detectar ruídos de radiação não ionizante (RNI) no
ambiente eletromagnético do laboratório em estudo e analisar as suas interferências de fundo,
na faixa de freqüência de 200MHz a 2GHz, detectando suas possíveis fontes emissoras.
Metodologia
Para realizar a análise, utiliza-se a antena Log–Periodic Dipole Array modelo 93148, da
ETS/ESCO Co., para ensaios na faixa de freqüência de 200MHz a 2GHz que é conectada
através do cabo coaxial padrão N ao analisador de espectro modelo E7405A, da Agilent Co.,
operacional na faixa de freqüência de 9kHz a 26,5GHz [3]. Todos os equipamentos foram
calibrados, com rastreabilidade do National Institute of Standards and Technology,
NIST/USA. Com o auxilio do GPS Garmin II Plus [4], a antena é posicionada com a parte
frontal voltada para cada um dos quatros pontos cardeais, coletando dados desse espectro nas
polarizações horizontal e vertical. A análise ambiental é realizada na mesma faixa de
freqüência de operação da antena.
Na análise verificou-se a presença de picos de potências em várias faixas de freqüências.Foi
realizada uma estimativa das possíveis fontes de ondas eletromagnéticas coletadas em função
da regulamentação imposta pela Agência Nacional de Telecomunicações (ANATEL) [5],
conforme Tabela 1.
6
Tabela 1. Freqüências e amplitudes dos possíveis sinais encontrados no ambiente
eletromagnético.
Freqüência
(MHz)
Amplitude
(dBµV)
Descrição
835
84,35
Fixo, móvel, radiodifusão.
911
93,50
Fixo, móvel, radioamador.
1712
75,77
1721
73,17
1780
57,29
1784
81,25
Comunicação multimídia,
móvel pessoal, fixo
comutável.
Conclusões
Segundo a tabela da ANATEL, os sinais pertencem principalmente às faixas de FM (rádio) e
de telefonia móvel (celulares). Esses dados corroboram a informação de interferências
eletromagnéticas no ambiente em estudo.
Agradecimentos
À Universidade Braz Cubas pelo apoio financeiro e ao IEAv por disponibilizar a infraestrutura necessária.
Referências
[1] DEWES, V. M.; MENDEZ, N. R. M. Estudo experimental dos efeitos dos campos
eletromagnéticos de baixa freqüência nos biosubstratos. UNI revista, v.3, n.1, p. 1-3, julho.
2006.
[2] WHO - World Health Organization. Electromagnetic Field. Disponível em:
http://www.who.int/entity/peh-emf/about/WhatisEMF/en. Acesso em: 28 nov. 2007.
[3] AGILENT TECHNOLOGIES. User’s Guide Agilent Technologies EMC Series
Analyzers, USA, 2001.
[4] GARMIN. Owner´s manual & reference.
[5] ANATEL - Agência Nacional de Telecomunicações. Radiofreqüência. Disponível em:
http://sistemas.anatel.gov.br/pdff/Consulta/Consulta.asp?SISQSmodulo=1068. Acesso em: 22
nov. 2007.
7
ENSAIOS DE AVALIAÇÃO DAS PROPRIEDADES
ELETROMAGNÉTICAS DE CERÂMICAS
R. G. A. de Lima1*; A. C. C. Migliano1
1
Instituto de Estudos Avançados – Divisão de Física Aplicada, São José dos Campos – SP
*[email protected]
Palavras-chave: Propriedades eletromagnéticas, Cerâmicas Magnéticas, Permeabilidade e
permissividade complexas.
Introdução
A infra-estrutura disponível no Laboratório de Sistemas Eletromagnéticos (LSE) vem
apoiando pesquisas sobre os efeitos de um ambiente eletromagnético (E3): impacto do
ambiente eletromagnético sobre a capacidade operacional das forças militares, equipamentos,
sistemas e plataformas. Sendo assim, o uso adequado das ferramentas computacionais de
auxílio aos projetos de engenharia (CAE/CAD), disponíveis no Laboratório, tais como
XFDTD, FLUX2 e FLUX3D, utilizadas na análise de fenômenos eletromagnéticos, ou no
projeto de dispositivos, têm como principal exigência o fornecimento das propriedades
eletromagnéticas dos materiais empregados. O LSE dispõe de um programa computacional
85071E, da AGILENT Co. que auxilia na determinação das propriedades dos materiais
eletromagnéticos, este programa tem seu código fechado, o que dificulta ao usuário ter acesso
ao controle das variáveis e ao método de cálculo.
O objetivo principal desse trabalho foi o desenvolvimento de uma rotina computacional que
permita obter os valores de permeabilidade e permissividade complexas, r* e r*, a partir
dos dados de parâmetro de espalhamento ‘S’(direto e inverso nas duas faces da amostra sob
teste) de uma linha coaxial de ar, utilizada como porta-amostra, considerando-se a técnica
T/R[1]. O modelo apresentado por Nicolson, Ross e Weir[2-3] para a solução das equações
complexas foi empregado.
Metodologia
Uma amostra de ferrita de NiZn, preparada pelo método cerâmico convencional, é
posicionada em um porta-amostra, constituído por uma linha coaxial de ar tipo N ou APC-7,
aferidas. A partir dos parâmetros de espalhamento ‘S’ (direto e inverso), medidos entre as
interfaces de ar e amostra, são obtidos os valores de permeabilidade ( r*) e permissividade
( r*) complexos por meio das soluções de equações não lineares. A faixa de freqüência
estudada foi de 50 MHz a 6 GHz, e os resultados obtidos foram comparados com os extraídos
do programa comercial AGILENT 85071E.
Para as medidas dos parâmetros ‘S’, foi utilizado um Analisador de Redes da Agilent Co.,
modelo 8722ES. São apresentados os valores da permissividade relativa complexa r* na
forma ( r* = ’- j ’’), ou seja, parte real ’ e parte imaginária ” em função da freqüência, na
faixa de 50MHz a 6GHz, como mostrados nas figuras abaixo.
1,4k
8
200,0
e' medido
e' calculado
1,2k
e'' medido
e'' calculado
150,0
100,0
1,0k
50,0
0,0
e''
e'
800,0
600,0
-50,0
-100,0
400,0
-150,0
200,0
-200,0
0,0
-250,0
0
1G
2G
3G
4G
5G
6G
Freqüencia (Hz)
Figura 1a. Valores medidos e calculados da parte
real da permissividade complexa.
0
1G
2G
3G
4G
5G
6G
Freqüencia (Hz)
Figura 1b. Valores medidos e calculados da parte
imaginaria da permissividade complexa.
Conclusões
Aplicando-se o Método NRW foram calculados os parâmetros eletromagnéticos relativos
complexos * e * da ferrita, utilizando-se as rotinas computacionais criadas em ambiente
VEE Pro 7.5, dentro da faixa de freqüência de 50MHz a 6GHz. A partir dos parâmetros de
espalhamento ‘S’ obtidos usando o sistema de teste de linha coaxial T/R (transmissão e
recepção), pôde-se então comparar os valores medidos de * e * no Agilent 8722ES com o
Software 85071E e constatar a efetividade dos métodos.
Agradecimentos
Ao CNPq e à FINEP, pelo financiamento ao projeto. Aos pesquisadores e colaboradores do
Laboratório de Sistemas Eletromagnéticos, por auxiliar no desenvolvimento deste projeto. Ao
IEAv por disponibilizar a infra-estrutura necessária.
Referências
[1] BAKER J. J.; JANEZIC, M. D.; GROSVENOR, J. H.; GEYER, R. G. Transmission /
Reflection and short-circuit line methods for measuring permittivity and permeability.
Washington, DC, 1993: Technical Note (NIST Technical Note 1355-R - 20402-9325) National Institute of Standards and Technology.
[2] NICOLSON, A. M; ROSS, G. F. Measurement of the intrinsic properties of materials by
time-domain techniques. IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, v. 19,
n. 4, p. 377-382, Nov., 1970.
[3] WEIR, W. B. Automatic measurement of complex dieletric constant and permeability at
microwave frequencies. Proceedings of the IEEE, v. 62, issue 1, p. 33-36, 1974.
9
DESENVOLVIMENTO DE FILTROS DE DENSIDADE NEUTRA
J. C. F. Silva1 ; A. J. Damião2
Universidade Estadual Paulista , Departamento de Física, Guaratinguetá - SP
2
Instituto de Estudos Avançados – Divisão de Fotônica, São José dos Campos - SP
[email protected]; [email protected]
1
Palavras-chave: evaporadora, filme fino, feixe de elétrons.
Introdução
Filtro de densidade neutra é um componente óptico1 que tem por finalidade atenuar a
intensidade da radiação luminosa e transmitir, constante e uniformemente, em certas faixas de
comprimento de onda. Essa é uma característica que varia de acordo com o material utilizado
na fabricação do filtro.
O material depositado deve ter uma boa aderência ao substrato e se distribuir uniformemente
sobre sua superfície. Essa uniformidade é uma característica desejada do processo, para que
diferentes regiões da superfície apresentem a mesma transmitância. A dificuldade está em
produzir um filtro que atenue igualmente para todos os comprimentos de onda de sua
utilização.
A densidade óptica de um filtro decresce na medida em que a transmissão aumenta, ou seja,
quanto mais transparente for o filtro, menor é sua densidade óptica. Matematicamente, o
termo Densidade Neutra (D) é encontrado através de uma função logarítmica: D = -log(I0/It),
sendo: It a intensidade final e I0 a intensidade inicial do feixe luminoso.
Este trabalho de iniciação científica tem como objetivo o desenvolvimento de um conjunto de
filtros de densidade neutra, utilizando diferentes materiais a serem depositados, em busca de
um filtro que atenue igualmente ao longo do espectro, com a mesma qualidade dos filtros
oferecidos pelo mercado.
Metodologia
Para a fabricação dos filtros de densidade neutra foi utilizado o processo de deposição de
vapor físico. Esse processo envolve três passos: o primeiro consiste da evaporação do material
que constituirá o filme; o segundo da expansão sob baixa pressão do vapor gerado da fonte até
o substrato; e, o terceiro do crescimento do filme sobre a superfície do substrato. Entre os
diferentes processos de deposição física de vapor, o processo escolhido foi o de evaporação
por feixe de elétrons2,3.
Em busca do material que melhor se adequaria às condições citadas anteriormente, foram
feitas evaporações com vários materiais, tais como: cromo (Cr), alumínio (Al), niquel-cromo
(NiCr), aço inox e Inconel (NiCrFe).
Na evaporação de NiCrFe obteve-se um filtro bastante plano como função do comprimento de
onda, porém, o filme não apresentou boa aderência ao substrato. Para melhorar a aderência,
adicionou-se uma camada (“ad layer”) de óxido de alumínio entre o substrato e o filme.
A densidade e o percentual de transmissão de cada filtro são mostrados na Tabela 1.
10
Tabela 1. Caracterização dos filtros do conjunto.
Densidade - D
0,3
0,5
0,6
0,9
1,0
1,3
1,5
2,0
2,5
3,0
Transmissão – It/I0
(%)
50
32
25
12,5
10
5
3,2
1,0
0,3
0,1
O coating de inconel (NiCrFe) foi o que mais satisfez as condições anteriormente citadas. Tal
resultado pode ser observado na Figura 1, que representa os espectros dos filtros do conjunto.
Figura 1. Espectro do filtro de NiCrFe.
A representação gráfica do espectro do filme de inconel (NiCrFe) evidencia a uniformidade
da transmissão em função do comprimento de onda do feixe luminoso. As evaporações com
outros materiais não se aproximaram do desejado, confirmando então o uso do NiCrFe para a
fabricação do conjunto de filtros de densidade neutra.
Conclusão
Com esse conjunto de filtros pode-se trabalhar com vários percentuais de transmissão
combinando filtro a filtro até que o percentual de atenuação desejado seja alcançado. Os
filmes de inconel (NiCrFe) satisfizeram as condições de transmitância, uniformidade e
aderência desejadas, tendo sido produzido o conjunto de filtros proposto, que era o objetivo
do trabalho.
Agradecimento
O autor J. C. F. Silva agradece, como bolsista PIBIC, o suporte do CNPq.
Referências
[1] MELLES GRIOT, Optics guide 5, California, 1990. Manual
[2] DEKKER, M. Thin films for optical systems. 1ed. New York: F.R. Flory, 1995, 608p.
[3] OHRING, M. Materials science of thin films: deposition and structure. 2.ed. San
Diego: Academic Press, 2002, 794p.
11
ANÁLISE DO COMPORTAMENTO EM FLUÊNCIA DE UM AÇO
INOXIDÁVEL 304 COM ADIÇÃO DE CÁLCIO
I. R. Carrer1; A. J. Abdalla;2 M. J. R. Barboza1
1
Escola de Engenharia de Lorena - EEL/USP, Lorena-SP.
2
Instituto de Estudos Avançados – IEAv/ CTA, São José dos Campos-SP.
[email protected]*
Palavras-chave: aço austenítico; usinagem; fluência; tração.
Introdução
Os aços inoxidáveis têm um espaço destacado no mercado de materiais, apresentando uma
vasta gama de aplicações, desde a fabricação de peças críticas para reatores e tubulações em
indústrias químicas até aplicações em indústrias alimentícias [1]. A busca da melhoria da
usinabilidade destes aços passa por diversos métodos, incluindo a adição de elementos de
liga[2]. A adição do elemento cálcio nos aços inoxidáveis tem se demonstrado bastante
eficiente para facilitar a usinagem destes aços [3,4]. Embora seja notório o aumento da vida da
ferramenta ao se proceder a usinagem, não há estudos anteriores que demonstrem de forma
efetiva os efeitos sobre o comportamento mecânico desta classe de materiais. Desta forma, o
objetivo deste trabalho constitui-se na realização de um estudo sobre os efeitos de pequena
adição do elemento Ca na microestrutura e nas propriedades mecânicas do aço inoxidável
AISI 304.
Metodologia
Foram utilizados dois tipos de aço inoxidáveis: 304 (tradicional) e 304 UF (com adição de
cálcio para facilitar a usinabilidade).
Para a caracterização microestrutural amostras de cada tipo de aço foram embutidas, lixadas
e polidas na EEL/USP e, posteriormente, foram atacadas com ácido oxálico e analisadas por
microscopia óptica no IAE/CTA.
Os ensaios de tração foram realizados segundo a norma ASTM E 8M na EEL-USP em um
equipamento MTS, modelo 810.23M, à temperatura ambiente. Neste ensaio, foram
determinados os limites de escoamento e resistência. Os ensaios de fluência de curta duração
foram realizados na modalidade carga constante nos laboratórios do ITA, com base na norma
ASTM E139, abrangendo a temperatura de 730ºC e tensões iniciais de 150, 200 e 250 MPa.
A Tabela I apresenta a composição química dos aços 304 e 304 UF com base nos requisitos
da norma do aço AISI 304.
Tabela 1 – Composição Química dos Aços 304 e 304UF
Aços
C
Si
Mn
Cr
Ni
Mo
Al
Cu
P
S
N
Ca
304
0,027
0,29
1,80
18,30
8,75
0,46
0,007
0,42
0,034
0,003
0,049
0,0011
0,058
0,38
1,90
18,30
8,57
0,42
< 0,005
0,46
0,031
0,026
0,037
0,0036
304 UF
12
A Figura 1 apresenta as micrografias de ambos os aços. Observa-se a presença de maclas,
típicas dos aços inoxidáveis, oriundas de processos de conformação plástica.
a
b
Figura 1. Microscopia Óptica – Aços 304(a) e 304 UF (b). Aumento 100 X
As propriedades obtidas nos testes de tração, Tabela II, mostram que o aço 304 UF apresenta
58,7 e 10% de aumento com relação aos valores dos limites de escoamento ( e) e resistência
( r), respectivamente. Este fato está associado à presença do cálcio na estrutura do aço 304
UF. A Tabela III mostra o efeito positivo do cálcio na resistência à fluência do aço 304 UF,
nos testes a 730ºC. Observa-se um aumento no tempo de fratura em todas as condições de
teste.
Tabela 2 - Propriedades Mecânicas em
tração dos Aços 304 e 304 UF
Material
304
304 UF
e
[MPa]
235
r
373
– Limite de Escoamento
r – Limite de Resistência
e
[MPa]
615
679
Tabela 3 – Tempo de Fratura para os Aços 304 e 304 UF nos
ensaios de Fluência a 730ºC
Material
304 UF
Tensão
[MPa]
150
200
250
Tempo de Material
fratura [h]
47.65
304
6.771
1.07
Tensão
[MPa]
150
200
250
Tempo de
fratura [h]
5.68
0.28
0.05
Conclusões
Com base nos resultados, pode-se concluir que o cálcio, além de melhorar a usanibilidade do
aço 304 UF, contribui para o aumento da resistência sob condições de tração uniaxial à
temperatura ambiente e à fluência em temperaturas elevadas.
Agradecimentos
Os autores agradecem ao IEAv pela oportunidade, ao CNPq pela bolsa de iniciação científica,
ao ITA, ao DEMAR/EEL/USP e IAE/CTA pelo apoio nas atividades experimentais.
Referências
[1] CALLISTER JR., W. D. Ciência e Engenharia de Materiais. Rio de Janeiro: LTC, 2002,
589p.
[2] AKASAWA, T.; SAKURAI, H.; NAKAMURA, M.; TANAKA, T.;TAKANO, K. Effects
of free-cutting additives on the machinability of austenitic stainless steels. Journal Mat.
Processing Technology, v.143-144, p.66-71, 2003.
[3] As Atividades de Pesquisa e Desenvolvimento na Villares Metals, O Mundo da Usinagem,
ed.Villares & Sandvik Coromant do Brasil, 2003, p.34,35.
[4] MANCO, H.G.A.; MACHADO, A.R.; GENNARI JR., W., Usinabilidade de Aços
Inoxidáveis em Processo de Fresamento. Universidade Federal de Uberlândia Faculdade de
Engenharia.
13
PROTOTIPAGEM RÁPIDA: FABRICAÇÃO COM LASER
H. L. E. Ferreira1, 2 e G. de Vasconcelos¹
Instituto de Estudos Avançados / IEAv - CTA, São José dos Campos - SP,
2
UNIVAP – Universidade do Vale do Paraíba / São José dos Campos – SP.
[email protected], [email protected]
1
Palavras-chave: laser, sinterização, material particulado.
Introdução
A prototipagem rápida é uma tecnologia que possibilita produzir protótipos e moldes a partir
de fontes de dados gerados por sistemas CAD. O processo é feito a partir da agregação de
materiais líquidos, pós ou em formato de folhas de papel, estes materiais são agrupados
seqüencialmente, camada por camada, de modo que se construa o objeto de interesse. No
processo de sinterização seletiva a laser (SSL), a ação do laser provoca a sinterização dos
materiais particulados, armazenados na superfície de um pistão que possui movimentos
verticais micrométricos comandados. O feixe de laser interage com a primeira camada,
sinterizando o material particulado.
Metodologia
As partes a serem sinterizadas a laser devem inicialmente ter a extensão de programas que
utilizem o sistema CAD. Estes programas representam o modelo da parte através de uma
malha triangular ou faceta no formato STL (STereoLithography). Uma vez obtido o modelo
STL, o objeto é segmentado em camadas através de um software adequado conforme
apresenta a Figura 1. As Camadas geradas através do arquivo STL são sinterizadas
seqüencialmente formando o objeto de interesse.
A cada camada é possível selecionar o modo de sinterização, variando alguns parâmetros do
feixe de laser, tais como: densidade de potência do laser (W/cm2), velocidade de
deslocamento do feixe de laser (cm/s), sentido de varredura ou irradiação e espaçamento entre
as camadas produzidas pelo feixe do laser ( m).
O processo de sinterização a laser ocorre sobre uma plataforma constituída por um
reservatório de material particulado acoplado a um braço mecânico, que preenche uma
cavidade formada na superfície de um pistão cuja base é acoplada a um motor de passo. Esse
pistão realiza movimentos verticais micrométricos de subida e descida e está alinhado e
sustentado por uma camisa metálica.
O braço mecânico e o pistão se movimentam através de dois motores de passo que são
controlados por um circuito eletrônico comandado por um software que foi desenvolvido na
linguagem Visual Basic, o software ao iniciar o processo verifica a posição inicial da
plataforma, em seguida, envia um sinal, fazendo com que o braço mecânico preencha a
cavidade com o material particulado e retorne a sua posição de origem, conforme apresenta a
Figura 2. O software então envia outro sinal, informando que o feixe de laser deve irradiar o
material particulado. Em seguida, envia um sinal ao pistão para que se desloque uma unidade
na vertical para baixo. Estes processos ocorrem a cada camada, se o objeto tiver n camadas, os
processos ocorrerão n sucessivas vezes.
Resultados e Discussões
Para se avaliar a viabilidade do processo e avaliar o equipamento construído, utilizou-se um
fino de pó de aço 1020 atomizado, com diâmetro médio de partícula da ordem de 0.1mm,
recoberto com mistura a base de negro de fumo, com distribuição de tamanho de partículas
entre 0.01 e 0.03 mm e 3% (em massa) de resina polimérica. Este material particulado foi
14
armazenado no suporte de pó e acomodado na cavidade formada na superfície do pistão,
conforme apresenta a Figura 2. Durante a etapa de preenchimento, o braço que guia o
reservatório de pó, desloca-se até a cavidade, e onde ocorre a sobreposição total da cavidade,
para uma melhor acomodação do pó o pistão permanece fixo por um intervalo de 15s.
Figura 1 - Ilustração de um arquivo STL em
3D e uma fatia do mesmo.
Figura 2 - A cavidade é preenchida com pó e irradiada pelo
feixe de laser de CO2. A região clara na Figura é a região
irradiada pelo feixe. A parte escura é a região sinterizada.
Em seguida, o laser irradia a primeira camada. Os parâmetros do laser foram: intensidade de
7KW/cm², diâmetro do feixe sobre a amostra 0,3mm, velocidade de varredura de 200 mm/s,
resolução 600 pontos por polegada e única irradiação por camada. A Figura 3 apresenta as
partes obtidas utilizando os materiais e parâmetros citados. A dimensão da parte sinterizada,
depende do número de camadas e da espessura da camada.
Figura 3 - Partes produzidas em aço 1020 pelo dispositivo de sinterização.
A análise por microscopia óptica realizada na superfície da parte sinterizada revela a
formação de pescoços entre os grãos, indicando a ocorrência de sinterização, conforme
apresenta a Figura 4.
Figura 4 - Micrografia óptica da superfície da parte
sinterizada. Observa-se contato entre os grãos (formação
de pescoço) na região de menor energia.
A densidade dos corpos de prova foi analisada pelo método de Archimedes e obteve-se
densificação de 49% da densidade teórica.
Conclusão
Os resultados realizados confirmam a eficiência do processo de sinterização por lasers. À
parte sinterizada apresentou boa rigidez mecânica e confiabilidade dimensional quando
comparada ao previsto no projeto em auto CAD. A automação do dispositivo apresentado
proporciona a construção de objetos tridimensionais a partir da sinterização de um maior
número de camadas, visto que a alimentação do dispositivo é comandada pelo software
desenvolvido.
Agradecimentos
Os Autores Agradecem ao CNPq e ao IFM pelo apoio financeiro à execução do trabalho.
Referências
[1] PHAM D.T., GAULT R.S., A comparison of rapid prototyping technologies.
International Journal of Machine Tools & Manufature, v.38, p. 1257-1287, 1998.
[2]XINAGYOU LI, Laser direct fabrication of silver conductors on glass boards. Thin Solids
Films, v.483, p. 270-275, 2005.
15
MELHORIAS NA RESISTÊNCIA MECÂNICA DA UNIÃO POR
ADESIVOS DE CHAPAS DE AÇO AUTOMOTIVAS DEPOIS DO
TRATAMENTO DE SUPERFÍCIE COM LASERS 1
F. Y. Sakata1, M. S. F. Lima2,*, W. Miyakawa2, A. M. E. Santo3
1
Escola de Engenharia de Lorena, Universidade de São Paulo, Lorena - SP.
2
IEAv - Instituto de Estudos Avançados, Divisão de Fotônica, São José dos Campos - SP.
3
UNIVAP -Universidade do Vale do Paraíba, Instituto de Pesquisa e Desenvolvimento
(IP&D), São José dos Campos - SP.
*[email protected]
Palavras-chave: união por adesivos, tratamentos de superfície com lasers, aços automotivos.
Introdução
Durante os processos de união por adesivos é verificado que a preparação das superfícies é
essencial para a obtenção de uma união com boa resistência mecânica. Estudos preliminares
em alguns centros de pesquisa [1-3] têm indicado a limpeza ou texturização a laser como um
processo preliminar à união por soldagem, levando a juntas com alta resistência mecânica e,
em particular, alta resistência a fadiga, que é um parâmetro crítico na determinação do caráter
das junções na indústria automotiva e aeroespacial.
O objetivo deste trabalho é investigar o efeito da texturização de chapas de aço C-Mn
automotivo como um precursor da união por colagem. O efeito da intensidade do laser será
analisado sob o ponto de vista microestrutural e mecânico. O laser escolhido foi um laser de
vapor de cobre, projetado e construído no IEAv, que já se mostrou eficaz na texturização de
ferramentas de usinagem antes do recobrimento PVD para aumento do tempo de vida [4].
superfícies serão analisadas por microscopia eletrônica de varredura e rugosidade superficial.
A determinação da resistência da junta será realizada por ensaios de tração do tipo ensaio
uniaxial de juntas superpostas (peel strength testing) [5].
Metodologia
O material usado no presente estudo são chapas de aço de baixo carbono laminados a frio com
1,5 mm de espessura e eletrogalvanizadas com uma camada de Zn de 6 m de espessura. O
adesivo usado para a união é de base époxi com tempo de trabalho de 60 minutos depois da
mistura das duas fases (époxi e agente de cura). A junta é sobreposta, com uma área de
contato de 25,4 x 25,4 mm2. O laser utilizado no presente estudo é do tipo CuHBr, pulsado
com freqüência de 13,8 kHz, comprimento de onda de 510 nm (verde) e tempo de pulso de
aproximadamente 30 ns. O feixe varre a superfície da chapa de aço com auxílio de uma
cabeça galvanométrica (scanning-head ScanLab hurryScan II) dotada de um sistema de
espelhos e lentes que permite o direcionamento preciso
do feixe de laser. O deslocamento lateral e a velocidade
de varredura do feixe foram planejados de forma a que
cada pulso do laser posicionasse exatamente ao lado do
outro. Os parâmetros de processo para texturização são
dados na Tabela 1. Em cada condição, a superfície é
irradiada pelo feixe três vezes a superfície do material a
fim de homogeneizar possíveis imperfeições na
superfície do aço. A resistência mecânica foi avaliada
pelo ensaio uniaxial de juntas sobrepostas em máquina
1
Projeto: CNPq 500240/2007-8 – Associada à Bolsa de Produtividade.
16
Instron 1331 Hidráulica (célula de carga de 250 kN). A velocidade de tração foi fixada em
1,27 mm/min. A norma aplicada ao ensaio foi a ASTM D 1002 [5]
A microestrutura na superfície do aço sem tratamento apresenta placas de Zn com até cerca de
1 m de espessura. Esta microestrutura é alterada quando o laser texturiza a superfície. Na
condição 1 a superfície fica mais lisa e a fusão do Zn é evidente. Com o aumento da
intensidade do feixe de laser, condições 1 à 4, os sulcos produzidos pelo laser ficam mais
evidentes e a superfície fica mais rugosa. Os valores obtidos para o Ra e Rz (não apresentados
aqui) mostram claramente que o laser promove um aumento da rugosidade na superfície.
Os resultados dos ensaios de tração mostram uma melhoria nas propriedades da junta com o
tratamento laser. Considerando apenas o valor máximo obtido em cada condição, o limite de
resistência passa de 23 à 88 MPa quando a chapa é texturizada na condição 1. Estes valores
indicam uma melhoria de 380% na resistência mecânica das amostras texturizadas em
comparação com a placa revestida convencional. Os resultados obtidos nas outras condições
são sempre superiores ao melhor resultado obtido na placa sem texturização. Associa-se este
efeito a uma microestrutura refundida de Zn mais apropriada para a adesividade, pois pode
haver descolamento das placas na condição como revestida.
Conclusões
O presente estudo mostra que é possível obter soldas com alta resistência mecânica em aços
galvanizados pelo tratamento de texturização a laser antes da união por adesivos. Embora o
laser não elimine o Zn da superfície, a microestrutura e rugosidade formada se mostrou eficaz
no aumento da adesividade. Comparando os melhores resultados obtidos nas amostras sem
tratamento laser com a condição 1 (I = 3,4 108 W/cm2), o limite de resistência aumenta de 23
à 88 MPa (aumento de 380% na resistência mecânica em tração).
Agradecimentos
Os autores agradecem o auxílio da Divisão de Materiais do Instituto de Aeronáutica e Espaço
e pelo Instituto Tecnológico de Aeronáutica. Agradecem também ao Dr. A.A. Martin
(LEVB/IP&D/UNIVAP) e à FAPESP pelo equipamento de microfluorescência de raios-X
(processo 2005/50811-9). Um dos autores, Fábio Yutaka Sakata, agradece ao CNPq pela
bolsa de Iniciação Científica associada ao processo 500240/2007-8. Este projeto é apoiado
pelo Instituto Fábrica do Milênio (IFM-CNPq/MCT).
Referências
[1] JAHANI, H.R. et al. Excimer laser surface modification of coated steel for enhancement
of adhesive bonding. Applied Surface Science, v. 127–129, p. 767–772, 1998.
[2] WONG, R.C.P. et al. Improvement of adhesive bonding in aluminium alloys using a laser
surface texturing process. Journal of Materials Processing Technology, v. 63, p. 579-584,
1997.
[3] BOHM, S. Laser-based surface treatment of aluminium alloys for adhesive bonding.
Braunschweig, 2004. 4p. Documento interno IFS – Institute of Joining and Welding,
Technical University Braunschweig.
[4] NEVES, D. et al. Efficiency of the laser texturing on the adhesion of the coated twist
drills. Journal of Materials Processing Technology, v. 171, p. 139-145, 2006.
[5] ASTM INTERNATIONAL Standard Test Method for Apparent Shear Strength of
Single-Lap-Joint Adhesively Bonded Metal Specimens by Tension Loading (Metal-toMetal), West Conshohocken, 2005, 5p. ASTM Standard D-1002 – ASTM International.
17
CARACTERIZAÇÃO DE ESTRUTURAS DE HIDROXIAPATITA EM
DENTES BOVINOS POR MICROSCOPIA DE FORÇA ATÔMICA
R. P. Sanches1*; W. Miyakawa2
1
Universidade do Vale do Paraíba – Faculdade de Engenharias, Urbanismo e Arquitetura,
2
Instituto de Estudos Avançados – Divisão de Fotônica, São José dos Campos – SP
*[email protected]
Palavras-chave: dentes, esmalte, dentina, AFM, superfícies.
Introdução
O dente1,2 é um material cerâmico constituído por moléculas de hidroxiapatita
(Ca10(PO4)6(OH)2), que se agrupam em diferentes arranjos estruturais (bastões no esmalte ou
túbulos na dentina), dependendo da camada em que se encontram. Tanto os bastões de
esmalte quanto os túbulos dentinários apresentam diferentes orientações dentro de uma
mesma camada. O presente trabalho teve por objetivo a caracterização dessas estruturas de
hidroxiapatita em superfícies de esmalte e dentina bovinos, utilizando a microscopia de força
atômica3 (AFM). Para isso, foi necessário determinar uma condição adequada de ataque ácido
no preparo das amostras, de modo a promover a remoção dos resíduos de polimento e o realce
das microestruturas de interesse.
Metodologia
A preparação de amostras foi feita em três etapas:
i. corte em máquina de baixa rotação: foram cortados 32 corpos de prova (16 de esmalte
e 16 de dentina) a partir de 8 dentes incisivos bovinos;
ii. polimento: os corpos de prova foram incluídos em resina acrílica e passaram por
processo de lixamento (granulações 220, 320, 500, 12 m e 9 m) e polimento com
pasta de diamante de 6 m, 3 m e 1 m. Após o polimento, foram limpas com água
destilada em ultra-som por um minuto, e
iii. ataque ácido: foram constituídos quatro grupos, denominados 1, 2 e 3, mais um grupo
controle. As amostras do grupo controle não sofreram ataque químico. As dos grupos
1, 2 e 3 sofreram ataque químico com ácido lático, na concentração de 113,8 mmol/L
e pH 3,3, durante os tempos de um, três e cinco minutos, respectivamente. Após o
ataque, as amostras foram avaliadas por AFM (Shimadzu Corp. Inc., Japan, modelo
SPM 9500J3), em modo de contato intermitente.
As Figuras 1 e 2 mostram imagens de esmalte e dentina, respectivamente, obtidas por AFM,
com área de varredura de 50 m x 50 m.
Na Figura 1 (a), que corresponde à amostra de esmalte do grupo controle, nota-se apenas a
presença de riscos e resíduos de polimento. Já a Figura 1 (b) mostra que o tempo de ataque
químico de um minuto permite a identificação da estrutura típica de bastões de esmalte em
corte transversal ligeiramente oblíquo, uma vez que a seção transversal está elíptica (eixo
maior médio 9 1 m; eixo menor médio 4,8 0,6 m). Na Figura 1 (c) (três minutos),
observa-se que o ataque químico começa a dissolver as estruturas e, na Figura 1 (d) (cinco
minutos), o ataque químico foi intenso a ponto de não mais permitir a visualização de
estruturas.
18
Para a dentina, a imagem da amostra controle (Figura 2 (a)) também mostra riscos e resíduos
de polimento obstruindo o interior de alguns túbulos dentinários. A imagem para o tempo de
um minuto (Figura 2 (b)) mostra que tanto os riscos quanto os resíduos de polimento foram
removidos (diâmetro médio da abertura dos túbulos 4,1 0,2 m). Já para o tempo de três
minutos (Figura 2 (c)), nota-se um princípio de dissolução das estruturas e para o de cinco
minutos (Figura 2 (d)), dissolução excessiva.
(a) controle
20 m
(b) 1 minuto
(c) 3 minutos
(d) 5 minutos
20 m
20 m
20 m
Figura 1: micrografias de esmalte por AFM, com área de varredura de 50 m x 50 m.
(a) controle
(b) 1 minuto
(c) 3 minutos
1.98
[um]
20 m
20 m
(d) 5 minutos
1.91
[um]
20 m
1.32
[um]
20 m
Figura 2: micrografias de dentina por AFM com área de varredura de 50 m x 50 m.
Conclusões
O ataque químico com ácido lático, na concentração de 113,8 mmol/L e pH 3,3, foi
satisfatório para a obtenção de imagens de esmalte e dentina por microscopia de força
atômica. Os resultados mostraram que, dentre os tempos testados, o tempo de um minuto foi o
mais adequado para a remoção de riscos e resíduos de polimento e revelar as estruturas tanto
do esmalte quanto da dentina e que tempos maiores do que três minutos dissolvem as
estruturas, inviabilizando sua caracterização. As seções transversais de bastões de esmalte
apresentaram-se elípticas (eixo maior médio 9 1 m; eixo menor médio 4,8 0,6 m) e o
diâmetro médio das aberturas dos túbulos dentinários foi de 4,1 0,2 m.
Agradecimentos
Agradecimentos: ao CNPq, pelo auxílio financeiro, ao IEAv pela oportunidade desta Iniciação
Científica e ao Instituto Tecnológico de Aeronáutica e ao Laboratório de Espectroscopia
Vibracional Biomédica da Univap, pela utilização de suas instalações e equipamentos.
Referências
[1] CATE, R. T. Histologia Bucal: Desenvolvimento, Estrutura e Função. 5. ed. Rio de
Janeiro: Guanabara Koogan, 1998. 439 p.
[2] AVERY, J. K. Fundamentos de Histologia e Embriologia Bucal: Uma Abordagem
Clínica. 2. ed. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2001. 200 p.
[3] ZANETTE, S. I. Funcionamento de um Microscópio de Força Atômica. Rio de Janeiro,
1977. 120 p. Notas de aula - Centro Brasileiro de Pesquisas Físicas.
19
INFLUÊNCIA DE ELEMENTOS DE LIGA NO PROCESSO DE
NITRETAÇÃO A PLASMA1
R. S. Sampaio1 ; V. H. Baggio-Scheid 2*
1
ETEP Faculdades, São José dos Campos – SP
2
Instituto de Estudos Avançados – Divisão de Fotônica, São José dos Campos – SP
*[email protected]
Palavras-chave: processos termoquímicos a plasma; difusão; sinterização; elementos de liga;
aço 4340.
Introdução
A nitretação a plasma (ou iônica) é um processo utilizado para a melhoria de várias
propriedades físicas de superfícies metálicas como, por ex., a dureza, a ductilidade, a
resistência ao desgaste e à corrosão, que resultam em um aumento na vida útil das peças
tratadas [1-2].
Embora, a nitretação a plasma seja um processo comercial utilizado há muitos anos pela
indústria, ainda existem muitos problemas quando este processo é realizado em escala
industrial, pois é uma tarefa difícil de se obter uma boa reprodutibilidade do tratamento, mesmo
em se tratando de equipamentos comerciais [3]. O Controle do processo ainda é primitivo, se
limitando ao controle de alguns poucos parâmetros como a temperatura, o tempo de tratamento,
a pressão e o fluxo de gases. Outros parâmetros de grande importância como a densidade de
corrente e a pressão parcial de nitrogênio são, em geral, negligenciados. Esta situação se repete
até mesmo em trabalhos acadêmicos, que normalmente se restringem a um estudo da influência
dos parâmetros de processo nas propriedades físico-químicas de um determinado aço [4, 5]. Os
resultados destes trabalhos, embora forneçam informações muito úteis sobre o aço analisado,
não se aplicam aos outros aços, contendo outras composições químicas.
A resposta de um aço a nitretação depende fundamentalmente dos elementos de liga que ele
contém [6]. Em especial, a presença de elementos como alumínio, cromo, titânio e vanádio, que
formam nitretos de elevada dureza, resultam em grandes alterações nas propriedades dos aços
quando nitretados. Este trabalho apresenta um estudo da influência de alguns elementos de liga
na difusão do nitrogênio. Os elementos selecionados são: manganês, silício, níquel, cromo e
molibdênio. Estes elementos foram escolhidos por fazerem parte da composição do aço ABNT
4340, que é de grande interesse para o setor aeroespacial e automobilístico.
Metodologia
Uma parte importante deste trabalho é a preparação de amostras. Foram preparadas amostras
de 7 ligas de aço, cujas composições estão indicadas na tabela I.
As amostras foram preparadas pela técnica da metalurgia do pó. Os diversos elementos de liga
foram adicionados ao pó de ferro, misturados, compactados e sinterizados em um formo com
atmosfera controlada. As duas primeiras etapas deste processo foram realizadas na empresa
Höganäs, que também forneceu o pó-base para a matriz Fe – 0,4%C. Algumas etapas deste
processo são mostradas na figura I.
1
Projeto: Influência dos Elementos de Liga na Cinética de Difusão do Nitrogênio: Um Estudo para o Controle
do Processo de Nitretação a Plasma.
20
Tabela I: Composição das amostras de aço.
Liga
Composição (em peso)
FeC
Fe - 0,40%C
FeCMn
Fe - 0,40%C - 0,75%Mn
FeCSi
Fe - 0,40%C - 0,30%Si
FeCNi
Fe - 0,40%C - 1,80%Ni
FeCCr
Fe - 0,40%C - 0,90%Cr
FeCMo
Fe - 0,40%C - 0,25%Mo
4340
Fe - 0,40%C - 0,75%Mn - 0,30%Si - 1,80%Ni - 0,90%Cr - 0,25%Mo
As amostras de cada liga estão sendo submetidas a tratamentos de nitretação a plasma. Estes
tratamentos estão sendo realizados na empresa Metal Plasma. As temperaturas de utilizadas
variam de 450 a 600 C.
Pesagem
Mistura
Compactação
Figura 1. Preparação de corpos de prova – metalurgia do pó.
As amostras nitretadas estão sendo caracterizadas por meio de microscopia óptica
convencional para observação das microestruturas das camadas, medidas de micro dureza
(Vickers), medidas de rugosidade e levantamentos dos perfis de difusão do nitrogênio através
de espectroscopia de emissão óptica em descarga luminescente (GDOES). Resultados
preliminares desta caracterização serão apresentados.
Conclusões
Através da análise dos perfis de difusão do nitrogênio, das fases e dos compostos formados,
será possível identificar e quantificar os processos dominantes envolvidos na difusão do
nitrogênio associados a cada um dos elementos de liga e, dessa forma, determinar os
coeficientes de difusão e coeficientes de taxas de reações do nitrogênio. Utilizando estes dados
poderemos desenvolver modelos para descrever o processo de nitretação de ligas que
contenham misturas destes elementos e, em especial, dos aços da série 40XX. Este estudo será
implementado em uma segunda fase.
Agradecimentos
Os autores gostariam de agradecer ao CNPq, pela bolsa de iniciação científica, e às empresas
Höganäs e Metal Plasma, pela colaboração com este trabalho.
Referências
[1] EDENHOFER, B. Metal Progress, v.109, p. 38-42 ,1976.
[2] SUN, Y.; BELL, T.; WOOD, G.; Wear, v.178, p. 131-138, 1994.
[3] GRÜN, R.; GÜNTHER, H. J. Materials Science and Engineering, v.A140, p.435-441,
1991.
[4] ROCHA, A. S.; STROHAECKER, T.; TOMALA, V.; HIRSCH, T., Surf. Coat. Technol.
v.115, p. 24-31,1999.
[5] MENTHE, E.; RIE, K. T. Surf. Coat. Technol., v.116-119, p. 199-204, 1999.
[6] CLARK, D.S.; VARNEY,W. R. Physical Metallurgy for Engineers, D. van Nostrand
Company INC, Princeton, (1965).
21
CARACTERIZAÇÃO MICROESTRUTURAL E MECÂNICA DE UM
AÇO INOXIDÁVEL AUSTENÍTICO MODIFICADO COM CÁLCIO
C. E. C. Fonseca1 ; C. A. R. P. Baptista1; A. J. Abdalla2
1
Escola de Engenharia de Lorena – EEL-USP, Lorena – SP
2
Instituto de Estudos Avançados, São José dos Campos – SP
Palavras-chave: aço inoxidável 304, adição de cálcio, tração, fadiga.
Introdução
Foi observado experimentalmente que a usinabilidade do aço inoxidável AISI 304 pode ser
melhorada significativamente ao se promover uma pequena alteração em sua composição
química, com uma leve adição do elemento cálcio (~0,03% em peso). Isso se deve ao fato de
que o cálcio modifica química e morfologicamente as inclusões presentes no aço tornando-as
menos abrasivas, como no caso das inclusões de Al2O3 [1]. Torna-se importante avaliar se
esta vantagem no processo de usinagem não compromete outras propriedades estruturais
importantes.
Este trabalho tem como objetivo realizar ensaios comparativos de um aço 304 convencional e
outro tratado com adição de cálcio (304 UF), avaliando seus comportamentos em tração e
fadiga. O complemento do trabalho se dá com a caracterização microestrutural por
microscopia óptica (MO) e eletrônica de varredura (MEV), análise da superfície de fratura e
teste de microdureza.
Metodologia
Os corpos-de-prova (CDPs) para ensaio de tração (3 peças para cada aço estudado) foram
confeccionados segundo a norma ASTM E 8M e ensaiados em um equipamento servohidráulico MTS mod. 810.23M, à temperatura ambiente. Foram determinados o limite de
escoamento, limite de resistência à tração, alongamento percentual e os parâmetros de
encruamento dos materiais.
Os CDPs para ensaios de fadiga axial foram confeccionados segundo a norma ASTM E 466 e
ensaiados à temperatura ambiente na mesma máquina utilizada para os ensaios de tração, à
freqüência de 25 Hz com razão de carga R = 0,1 e níveis de tensões máximas adotados em
função dos resultados dos testes de tração. Foram obtidas as curvas relacionando a tensão
máxima do ciclo ao número de ciclos até a ruptura (curvas S/N).
Foram realizadas análises microestruturais através de microscopia óptica (MO) retirando
amostras de cada aço, as quais foram embutidas, lixadas, polidas e atacadas em solução de
ácido oxálico sob tensão de 4 V.
Este trabalho será complementado com a análise das superfícies de fratura de alguns dos
CDPs ensaiados em fadiga via microscopia eletrônica de varredura (MEV), observando-se os
micromecanismos de fratura e detalhes microestruturais como precipitados e seu papel na
propagação da trinca.
A Figura 1 apresenta as curvas tensão-alongamento obtidas nos ensaios de tração, mostrando
que o aço 304 UF apresenta maiores valores do limite de escoamento (373 contra 235 MPa),
limite de resistência (679 contra 615 MPa), acompanhados de queda insignificante na
ductilidade medida pelo alongamento (média de 68 contra 70%) em relação ao aço 304
convencional. O comportamento tensão-deformação verdadeira, para ambos os aços, seguiu o
modelo de Ludwigson [2]. Os resultados de fadiga são mostrados na Figura 2 e comprovam
que o aço 304 UF apresenta resistência cerca de 15% maior que o aço convencional para vida
22
de 105 ciclos. Além disso, apresenta vida em fadiga da ordem de 106 ciclos no mesmo nível de
tensão (510 MPa) em que o aço convencional chega a 105 ciclos.
Figura 2. Curvas de Tensão Comparativas
Figura 3. Curvas S/N Comparativas
As micrograficas obtidas por MO (Figuras 3 e 4) revelam que as inclusões presentes no aço
com o tratamento com cálcio são menores e mais esféricas. As análises da superfície de
fratura constituem a próxima etapa do trabalho e ainda estão em andamento.
Figura 4. Aço 304 UF
Figura 5. Aço 304 convencional
Conclusão
Os diversos ensaios comparativos realizados neste trabalho revelam que o aço modificado
com cálcio, além de apresentar melhor usinabilidade, possui propriedades mecânicas
superiores ao aço convencional. Esse comportamento está associado principalmente às
alterações promovidas nas inclusões pelo tratamento com cálcio.
Referências
[1] ENGH, T. A. Principles of Metal Refining. 1ed. Oxford University Press, 1992. 473p.
[2] LUDWIGSON D.C; Modified Stress-Strain Relation for FCC Metals and Alloys; Metall.
Trans., v.2, p. 2825-2828, 1971.
23
RECOBRIMENTO DE PARTES METÁLICAS COM
NANOPARTÍCULAS DE NEGRO DE FUMO VIA LASER DE CO2
G. P. N. da Costa1 e G. de Vasconcelos 2
1
Instituto Tecnológico de Aeronáutica - ITA, S. J. dos Campos, Brasil
2
Instituto de Estudos Avançados - Divisão de Fotônica, São José dos Campos - SP
* [email protected]
Palavras-chave: laser, negro de fumo, têmpera superficial.
Introdução
O tratamento térmico de metais e ligas por lasers baseia-se no aquecimento local da
superfície, promovido pela absorção da radiação do feixe, e em seguida, pelo seu rápido
resfriamento [1,2]. Neste processo, a temperatura na superfície do metal, pode ser controlada
pela densidade de potência e pela velocidade do feixe do laser. A têmpera por lasers, por
analogia a outros processos de endurecimento superficial, consiste na formação de uma
estrutura austenítica no estágio de aquecimento e sua subseqüente transformação em
martensita no estágio de resfriamento [1]. As principais vantagens da têmpera por lasers são: a
seletividade do processo [1] (aquecimento somente do local de interesse); o rápido
aquecimento de uma superfície, possibilitando o tratamento de finas camadas, com redução
das zonas termicamente afetadas e as reduzidas distorções superficiais quando comparado a
outros métodos [2]. Normalmente, os lasers utilizados para têmpera em equipamentos
agrícolas, requerem potência superior à 1KW, já no tratamento térmico de ferramentas e
matrizes de corte, lasers de CO2 da ordem de 100W são comumente utilizados [2]. Neste
trabalho, utilizou-se um laser de 50W para tratar termicamente uma parte de aço e os
inconvenientes do processo, quer sejam, a baixa potência disponível e a taxa de reflexão de
cerca de 90% da radiação incidente, foram compensados pela deposição de uma camada
absorvedora da radiação incidente feita com negro de fumo.
Metodologia
A parte experimental deste trabalho foi preparar e aplicar uma solução absorvedora da
radiação incidente, feita a partir de pó de nanopartículas de negro de fumo diluído em álcool
etílico e a irradiar a superfície recoberta com o feixe de laser de CO2. Após na irradiação, as
superfícies das amostras foram avaliadas por ensaios de micro dureza e por microscopia
óptica. Uma solução foi preparada com negro de fumo de tamanho médio de partículas de 50
nanometros. Na preparação da solução, utilizou-se 15,4g de negro de fumo. A este pó
adicionou-se carboximetilcelulose (CMC), para aumentar à resistência a verde da camada, na
proporção de 1% da massa de negro de fumo e 150 ml de álcool etílico PA como solvente.
Após aplicar um recobrimento homogêneo em toda a superfície do aço com a solução,
irradiou-se a parte preparada com o feixe de laser de CO2. O laser utilizado como fonte de
radiação nos experimentos de têmpera superficial do aço, foi um laser de CO2, CW, potência
de saída igual a 50W e diâmetro de feixe de 300 micrometros, marca Synrad e modelo J48.
No processo de irradiação, o feixe de laser movimenta-se sobre a superfície da amostra e é
guiado por espelhos galvanométricos, gerando trilhas de largura e espessuras controladas
(2X8mm2). A velocidade de deslocamento do feixe sobre a superfície do aço foi previamente
selecionada por meio de testes de microdurezas. Para isso, fixou-se a potência do laser em
50W e variou-se a velocidade de deslocamento do feixe do laser sobre a amostra.
24
Resultados e Discussões
A variação dos parâmetros, conforme mencionado na seção anterior forneceu 36 tipos
diferentes de amostras com diferentes variações de resolução (300, 600 e 900), velocidades
(50, 100, 150, 200 e 250 mm/s) e número de ciclos de aquecimentos - NCA (5 e10 ).
As amostras foram selecionadas avaliando-se suas micrografias obtidas por microscopia
óptica e descartou-se as amostras que apresentaram ablação superficial, decorrentes do
elevado número de ciclos de aquecimento NCA e baixa velocidade de varredura do feixe de
lasers sobre a amostra. A Figura 1 apresenta a micrografia da amostra selecionada, observe
que ela não apresenta picos ou vales acentuados. Os parâmetros de irradiação para estas
amostras são os seguintes: são 300, velocidade 100 mm/s, potência 50W e NCA 10. A
amostra selecionada foi a que apresentou maior camada tratada sem a presença de picos ou
vales e teve sua secção transversal avaliada em um microdurômetro, conforme apresenta a
Figura 2.
1100
1000
Microdureza (Hv 0,05)
900
800
700
600
500
400
4
2
I= 7x10 W/cm ;NCA=10; v=100mm/s
300
0
10
20
30
40
50
60
70
80
Profundidade da camda tratada em micrometros
Figura 1. Micrografia apresentando a região tratada
termicamente pelo laser. A faixa clara na região
central da amostra corresponde á área tratada pelo
feixe de laser.
Figura 2. Perfil de micro dureza da secção transversal
da parte tratada com laser. Na figura, os desvios
experimentais são menores que os símbolos utilizados.
Conclusões
O negro de fumo apresentou resultados satisfatórios, atuando como uma camada absorvedora
da radiação incidente do feixe de laser de CO2. A micro-dureza superficial do substrato antes
da irradiação com laser de 350HV elevou-se para 1100HV, formando ainda um patamar de
900HV com extensão de 30 micrometros. O negro de fumo apresenta ainda o diferencial de
não requerer a etapa de moagem, já que o material é fornecido na forma de nano partículas e
ainda, por promover uma camada de revestimento mais uniforme na etapa de aplicação com
pistola pneumática.
Agradecimentos
Ao IEAv-CTA e ao Grupo Dedalo pela oportunidade.
Referências
[1] GANEEV R.A. Low-power laser hardening of steels Journal of Materials Processing
Technology, v.121, p. 414-419, 2002.
[2] MACHADO I. F. Technological advances in steels heat treatment. Journal of Materials
Processing Technology, v.172, p.160-173, 2006.
25
CALIBRAÇÃO RADIOMÉTRICA DE SENSORES ELETROÓPTICOS
M. A. Avelisio1, 2 ; M. L. Silva1,2 ; M. C. Melo1; C. T. Pinto1,2; R. M. Castro1,2*; R. C. Moreira1
1
Instituto de Estudos Avançados – Divisão de Geointeligência, São José dos Campos – SP
2
Universidade de Taubaté - Departamento de Matemática e Física, Taubaté – SP
*[email protected]
Palavras-chave: Esfera Integradora, Caracterização Radiométrica, Sensoriamento Remoto.
Introdução
A Esfera Integradora (EI) é uma fonte radiante utilizada como padrão de calibração no
espectro eletromagnético emitido, e cujas propriedades de isotropia e estabilidade são
fundamentais na calibração de sensores imageadores. O modelo utilizado no Laboratório de
Radiometria e Caracterização de Sensores Eletroópticos (LaRaC) é o USS2000 da LabSphere
[1], que permite a utilização de até quatro lâmpadas como fontes radiométricas.
Deste modo, o objetivo deste trabalho é estudar as características da EI e estabelecer um
modelo matemático que forneça uma estimativa da irradiância por ela fornecida. Os fatores
considerados para estimar a irradiância são: a emitância do filamento de tungstênio da
lâmpada; a emissividade do filamento; a atenuação da radiação produzida pela fonte, devido
às múltiplas reflexões na superfície interna da EI, que depende das características físicas da EI
e da reflectância da superfície interna; e as características físicas da fonte.
Metodologia
O processo de emissão da radiação eletromagnética é realizado pelo filamento de tungstênio
de uma lâmpada incandescente, que se comporta como corpo negro. Deste modo, dependendo
da temperatura do filamento, determina-se a intensidade da radiação eletromagnética
produzida e a sua distribuição em relação ao comprimento de onda.
Depois de produzida pela fonte, a radiação eletromagnética é refletida dentro da EI
integradora até emergir pela abertura. Como a reflectância da superfície interna da esfera não
chega a ser igual a um, é importante obter o fator de atenuação da radiação no interior da
esfera. Para isso, é necessário estimar a probabilidade de ocorrência do número de reflexões e
fazer a convolução com a reflectância da superfície. Para determinar a atenuação no interior
da EI, optou-se por realizar uma simulação pelo Método de Monte Carlo, no qual o processo
iterativo é realizado com o sorteio de dois números aleatórios, correspondentes a coordenadas
que fornecem a direção de propagação da radiação eletromagnética dentro da EI. A partir
dessas coordenadas, é verificado se a radiação emitida incide na abertura da esfera ou na
superfície interna. Se o feixe incide na superfície interna, é realizada uma nova iteração, até
que ele incida na abertura da EI.
Para comparar o valor obtido na simulação com o valor experimental e averiguar a
uniformidade da irradiância em toda a abertura da EI, foi utilizado um espectrorradiômetro
FieldSpec Pro [2] em diversos pontos pré-determinados desta área, com diversas
configurações de lâmpadas. Além disso, com o objetivo de estudar a variação da irradiância
no tempo, foram realizadas medições sucessivas, com o espectrorradiômetro posicionado no
centro da abertura da esfera, a cada minuto, durante duas horas.
Resultados
O resultado da simulação da probabilidade de ocorrência de cada número de reflexões
apresentou um comportamento exponencial, conforme esperado. No cálculo da atenuação, foi
feita a convolução dos valores de reflectância da superfície da EI fornecidos pelo fabricante
[1] com a probabilidade de ocorrência das reflexões calculada. Para determinar a intensidade
26
da radiação eletromagnética produzida, foi utilizada como referência uma lâmpada
incandescente halógena com filamento de tungstênio de forma helicoidal, modelo Q150T4CL
[3], de 150 W. As dimensões do filamento foram estimadas utilizando-se uma régua
milimetrada, e a transmitância do gás e do bulbo da lâmpada foi considerada como igual a 1,
já que essas informações não constavam no manual do fabricante da lâmpada. A emissividade
espectral para o tungstênio foi obtida do trabalho de De Vos [4].
O resultado obtido com o modelo para irradiância na EI é apresentado na Figura 1, juntamente
com o valor experimental. Pode-se observar que o valor simulado é significativamente maior,
provavelmente decorrente das estimativas e considerações das características da lâmpada.
2
Irradiância (w//cm )
4
3
Experimental
Simulação
2
1
0
500
1000
1500
2000
2500
Comprimento de onda (nm)
Figura 1. Gráfico da irradiância de uma Esfera Integradora [1], utilizando uma lâmpada incandescente de
filamento de tungstênio de 150 W.
Ao se estudar a uniformidade da radiância nos diferentes pontos da abertura da esfera, foi
constatado que, dentro de um raio de aproximadamente 5 cm em torno do eixo de simetria, a
irradiância era uniforme (em uma faixa inferior a 1%). A análise das medições da radiância ao
longo de duas horas mostrou que o valor dessa grandeza radiométrica não se estabilizou após
esse intervalo de tempo, ao contrário das especificações apresentadas pelos fabricantes da EI
[1], da lâmpada [3] e do espectrorradiômetro [2] utilizados.
Discussão e Conclusão
O modelo desenvolvido é bastante robusto, tendo representado com razoável fidelidade o
comportamento dos dados experimentais. Devido ao não conhecimento detalhado de todas as
características da lâmpada utilizada, o valor absoluto difere do valor experimental.
Para as próximas etapas do trabalho, pretende-se obter um melhor valor das características das
lâmpadas e investigar as causas da não estabilização do valor da radiância com o tempo, além
da linearidade da irradiância fornecida pela esfera em função da potência das lâmpadas.
Agradecimentos
Os autores gostariam de agradecer ao CNPq pela Bolsa de Iniciação Científica, inicialmente
do Sr. Marcos A. Avelisio e, posteriormente, da Sra. Milena L. Silva.
Referências
[1] USS-2000 Integrating Sphere Manual. 2005. Manual - LabSphere.
[2] FIELDSPEC PRO User Manual 2005. Manual - Analytical Devices.
[3] OSRAM Q150T4CL
[4] DE VOS, J. C. A new determination of the emissivity of tungsten ribbon. Physica v.20, p.
690-712,1954.
27
ADEQUAÇÃO DE UM MODELO SEMI-EMPÍRICO PARA O
CÁLCULO DA DOSE ERITEMATOSA: 1a. FASE
L. S. Ramos1*; A. A. Silva2
Universidade do Vale do Paraíba – Engenharia Aeroespacial, São José dos campos – SP
2
Instituto de Estudos Avançados – Divisão de Energia Nuclear, São José dos Campos – SP
*[email protected]
1
Palavras-chave: Radiação solar ultravioleta; Modelagem.
Introdução
A radiação ultravioleta (RUV) é uma radiação eletromagnética, não-ionizante que
corresponde a menos de 9% da energia eletromagnética emitida pelo sol. A importância de
estudá-la esta no fato de que ela pode produzir diversos efeitos biológicos sobre os
organismos, efeitos que tanto podem ser benéficos como a síntese da vitamina D ou maléficos
como o desenvolvimento de eritema, câncer de pele e etc.
Nesta etapa inicial foi desenvolvido um trabalho teórico sobre incidência de RUV
envolvendo as seguintes variáveis: atmosfera (quantidade de ozônio e pressão atmosférica),
albedo, radiação direta, radiação difusa, comprimento de onda da radiação e ângulo solar de
zênite (ASZ), para encontrar a radiação global.
Metodologia
Fez-se o estudo do modelo semi-empírico de Green et al (1974) para o calculo da incidência
de RUV. O estudo tem as equações abaixo onde é o comprimento da onda e o ASZ.
Radiação direta:
B
,
H
Radiação difusa:
eA
t
,
B
d
H
eD
t
,
Radiação global:
G
,
H
e
At
,
cos
e
Dt
,
O gráfico na Figura 1 mostra a intensidade da radiação global em nível do mar, atmosfera
padrão (US Standard) e 265 Unidades Dobson de coluna de ozônio. Na medida em que o ASZ
cresce, a radiação que chega à superfície diminui devido à atenuação na atmosfera. Em
280nm e 290nm a intensidade da radiação é muito baixa, portanto não aparece no gráfico.
Os resultados e fórmulas encontradas foram essenciais para a compreensão e estudo do
assunto mencionado, ou seja, a equação da radiação global é apenas o somatório da radiação
direta com a radiação difusa. A comparação dos valores de RUV prevista pelo modelo de
Green et al. com medidas experimentais não ocorreu nessa primeira fase como planejado
devido ao desligamento da ex-bolsista Vanessa C.Araújo do programa de iniciação cientifica.
No momento essa tarefa está sendo assumida pelo bolsista Luth S.Ramos.
28
Conclusões
Nesse estudo pode-se observar como a incidência de RUV varia e quais são os componentes
que a influenciam, compreendendo-se as diversas variações de intensidade das radiações
direta, difusa e global que atingem determinada região em função da superfície, ASZ,
comprimento de onda e das condições do céu (quantidade de ozônio).
0.01
280
290
300
310
320
330
340
350
360
370
380
390
400
-2
-1
) (Wm nm )
0.1
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1
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80
nm
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nm
90
ASZ (graus)
Figura 1. Radiação global em função do ASZ em nível do mar, atmosfera padrão e 265 UD de O3.
Agradecimentos
Ao CNPq pelo apoio financeiro.
Referências
[1] GREEN, A.E.S., T. SAWADA, AND E.P. SHETTLE, The middle ultraviolet reaching the
ground. Photochemistry and photobiology, v.19, p. 251-259, 1974.
29
PROCESSO PARA MONITORAÇÃO DE EXPERIMENTO COM
RADIAÇÃO USANDO REDE DE DADOS
E. R. S. Garcia1*; L. H. Claro 2
1
ETEP Faculdades – São José dos Campos – SP
2
Instituto de Estudos Avançados – Divisão de Energia Nuclear, São José dos Campos – SP.
*[email protected]
Palavras-chave: aquisição de dados, monitoração de experimentos, rede de dados.
Introdução
Na simulação de ambientes com radiação[1] em laboratórios para análise de danos da
radiação em componentes eletrônicos[2], são utilizadas fontes isotópicas de radiação. Para
proteção e segurança, torna-se necessário o desenvolvimento de um sistema de monitoração à
distância, para os experimentos a serem realizados. Neste trabalho foi montado um sistema de
aquisição de dados, utilizando o programa computacional LabVIEW[3,4], que permitiu
monitorar e disponibilizar os dados obtidos, em tempo real, usando a rede de dados do IEAv.
Objetivo e Metodologia
Na Figura 1, é apresentado o diagrama com o objetivo do trabalho. Ela representa uma
bancada de testes montada em um laboratório contendo as fontes radioativas que são
utilizadas em experimentos e a distribuição dos dados. Os experimentos são monitorados
através de um computador contendo uma placa de aquisição e alimentados por fontes de
tensão e geradores de funções. Ao se conectar este computador à rede de dados e programar
as interfaces necessárias, obtêm-se a monitoração do experimento não apenas no local, mas
em qualquer outro ponto da rede de dados, interno ou externo ao Instituto, conforme a
configuração programada.
Figura 1. Diagrama dos experimentos de danos de radiação em componentes
eletrônicos.
Para a montagem deste sistema de monitoração foi utilizado o programa LabVIEW, versão
7.1. Este programa possui ferramentas internas que facilitam a disponibilização de dados via
internet e chama de instrumentos virtuais (VI’s-Virtual Instruments), os programas que
realizam as aquisições de dados. Neste trabalho foram utilizadas duas ferramentas: o
“Servidor de WEB”, que possibilita que todos os VI’s possam ser transformados em um
arquivo “html” e o “DataSocket Server” que permite disponibilizar dados em tempo real,
através da rede internet e acessar ou manipular esses dados. Inicialmente, o VI construído
para aquisição foi transformado em texto “html”, usando a primeira ferramenta e foi
incorporado a uma “home-page” contendo informações sobre danos de radiação em
30
componentes eletrônicos. Em uma segunda etapa, foi utilizada a ferramenta “DataSocket
Server” para construir outro VI que permitiu que outros usuários pudessem ver, armazenar ou
manipular os dados que estão sendo adquiridos no laboratório, usando seu próprio
computador conectado à internet. Para a utilização destas facilidades, algumas questões
precisam ser consideradas: a) é necessário que o computador usado para acesso da página,
contenha no seu sistema operacional, um programa tipo “runtime”. Trata-se de um programa
executável, construído e disponibilizado pelos fabricantes do sistema LabVIEW contendo
rotinas básicas auxiliares. b) na construção de um VI para ser utilizado com esta metodologia,
é aconselhável o uso de imagens pequenas e com poucos detalhes. Isto ocorre devido ao fato
de que o uso de imagens com muitos detalhes e outras manipulações, provoca atrasos na
conexão com a rede, influenciando negativamente no trabalho.
A vantagem da utilização das ferramentas existentes no programa LabVIEW para distribuição
de dados através da internet esta na sua grande facilidade de utilização. Elas permitem a troca
de arquivos em diferentes protocolos (FTP, http, arquivos locais) sem a necessidade de
programação específica em cada protocolo. Além disto, qualquer computador que possua um
programa tipo “browsers” convencional (por exemplo: explorer, netscape, mozilla,...) e que
esteja conectado à rede internet, pode ser usado para monitorar um experimento de aquisição
de dados. Não é necessário que todos os usuários que participam do monitoramento possuam
o programa LabVIEW instalado em seu computador. No computador que esta instalado o
LabVIEW, é feita a aquisição dos dados do experimento e a disponibilização na rede internet.
Em um outro local, de forma simultânea, estes dados são adquiridos e armazenados. É
necessário apenas que o computador esteja conectado à rede internet.
Foram montados dois sistemas diferentes de monitoramento e aquisição de dados, um onde se
visualiza o experimento através de uma página de web e outro onde se tem acesso aos dados
obtidos no experimento em tempo real, em ambos os casos os computadores que terão acesso
à aquisição de dados não necessitam da instalação do LabVIEW.
Conclusões
A aplicação do sistema de monitoramento é útil para os experimentos com radiação,
primeiramente por motivos de segurança, mas o fato de uma das versões do sistema permitir
que outros computadores tenham acesso aos dados adquiridos torna o processo de pesquisa
mais dinâmico. É importante ressaltar que o fato dos programas necessários para o
funcionamento do sistema, excluindo o LabVIEW, serem livres torna o processo de
montagem mais rápido e de baixo custo.
Agradecimentos
O presente trabalho foi realizado com apoio do CNPq, Conselho Nacional de
Desenvolvimento Científico e Tecnológico.
Referências
[1] HOLMES-SENDLE, A.; ADAMS, L. Handbook of Radiation effects. 2 ed. New York:
Oxford University Press Inc., 2002. 614p.
[2] BATTISTI, S.; BOSSART, R.; SCHÖNBACHER, H.; VAN DE VOORDE, M. Radiation
damage to electronic components. Nuclear Instruments and Methods v.136, p. 451-472,
1976.
[3] LabVIEW. Data Acquisition Basics Manual, National Instruments, 1998.
[4] PEREIRA, J. A. LabVIEW 7-Módulo Básico. São José dos Campos: IAE-CTA, 2005.
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$
!
A
M
Abdalla, A. J. ........................................................11, 21
Alves, M. M................................................................. 1
Arnoni, L. V................................................................. 3
Avelisio, M. A. .......................................................... 25
Machado, F. B. C. ........................................................ 1
Melo, M. C. ............................................................... 25
Migliano, A. C. C..................................................... 5, 7
Miyakawa, W............................................... .........15, 17
Moreira, R. C. ............................................................ 25
B
Baggio-Scheid, V. H. ................................................. 19
Baptista, A. R. P......................................................... 21
Barboza, M. J. R......................................................... 11
Barreta, L. G. ............................................................... 3
C
Carrer, I . R................................................................ 11
Castro, R. M............................................................... 25
Claro, L. H................................................................. 29
Costa, G. P. N. ........................................................... 23
Cunha, S. A.................................................................. 5
D
Damião, A. J. ............................................................... 9
F
Ferreira, H. L. E. ........................................................ 13
Fonseca, C. E. C......................................................... 21
G
Garcia, E. R. S. .......................................................... 29
L
Lima, M. S. F............................................................. 15
Lima, R. G. A. ............................................................. 7
P
Paiva, M. S. A.............................................................. 5
Pinto, C. T. ................................................................ 25
R
Ramos, L. S. .............................................................. 27
Roberto Neto, O. .......................................................... 1
S
Sakata, F. Y. .............................................................. 15
Sampaio, R. S. ........................................................... 19
Sanches, R. P. ............................................................ 17
Santo, A. M. E. .......................................................... 15
Sbampato, M. E............................................................ 3
Silva, A. A. ................................................................ 27
Silva, J. C. F................................................................. 9
Silva, M. L................................................................. 25
T
Toledo, A. O. ............................................................... 3
V
Vasconcelos, G. ....................................................13, 23

Livro de Resumos, versão para download. - IEAv

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