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[en] ANALYSIS OF THE FEASIBILITY OF DRILLING OF ROCKS WITH LASERS / [pt] ANÁLISE DA VIABILIDADE DA PERFURAÇÃO EM ROCHAS COM A UTILIZAÇÃO DO LASERRENATO AMARO 27 February 2019 (has links)
[pt] Um dos maiores desafios na perfuração das rochas carbonáticas, situadas a grandes profundidades, é superar as baixas taxas de penetração que vem sendo obtidas na perfuração de poços verticais e direcionais. Para vencer este desafio, um grande esforço vem sendo desenvolvido em várias linhas de pesquisa, tanto no desenvolvimento de novos conceitos de brocas como na seleção de um sistema de perfuração que apresente um melhor desempenho. Para atingir este objetivo, estão sendo priorizados procedimentos e sistemas de perfuração que apresentem menores níveis de vibração, pois este fenômeno além de reduzir a eficiência da perfuração, também compromete o tempo de vida útil dos equipamentos e, por consequência, acarreta a redução da confiabilidade do sistema e eleva o custo por metro da perfuração. Por conseguinte, novas tecnologias de brocas e sistemas de perfuração estão em desenvolvimento e, dentre as novas tecnologias, podemos diferenciar aquelas que promovem melhorias nas tecnologias convencionais e as tecnologias francamente inovadoras, aquelas que utilizam novos mecanismos para cortar ou fragilizar a rocha. Dentre as tecnologias inovadoras, a perfuração assistida por laser é uma das mais promissoras, nesta versão o feixe da energia radiante tem a função principal de fragilizar a rocha, facilitando o avanço da perfuração. Esta dissertação tem por objetivo realizar uma avaliação das possibilidades de aplicação da tecnologia laser na perfuração de rochas. O meio através do qual o laser deverá atuar nas aplicações futuras é analisado sobre o enfoque das suas propriedades físico-químicas. Dessa forma, o conhecimento da interação com o fluido de perfuração é o ponto de partida para a análise de viabilidade. Inicialmente, análises de absorção ótica foram realizadas em alguns tipos de fluido utilizados na indústria do petróleo e, na sequência, foram realizados testes de bancada com um dispositivo eletro-mecânico, especialmente desenvolvido, para servir de base para o laser, com potência máxima de 1500 W, direcionado sobre amostras de rochas carbonáticas. A análise de absorção ótica tem por
objetivo compreender melhor o processo de interação do laser com o fluido de perfuração. Os testes de absorção ótica foram realizados para avaliar a absorção da luz, na faixa de comprimento de onda entre 800 nm até 1200 nm. A partir destas informações foi dado o primeiro passo no conhecimento da interação com o fluido de perfuração. Na seqüência da abordagem, um resumo, em nível de pesquisa bibliográfica é apresentado com os estudos, análises e testes de bancada já realizados por vários pesquisadores para verificar o estágio de desenvolvimento desta tecnologia inovadora. A partir deste conhecimento, será possível fazer uma inferência sobre as reais possibilidades desta tecnologia e iniciar um levantamento preliminar sobre os pontos considerados críticos para a sua aplicação, no cenário de perfuração de um poço de petróleo. O cenário de perfuração, como se sabe, é um ambiente agressivo, sujeito a altas vibrações, temperaturas e pressões elevadas. Para concluir, serão apresentados os resultados obtidos em teste de bancada com dispositivo especificamente construído para a fundamentação das conclusões da dissertação. Dentre os aspectos mais relevantes, podemos mencionar: a determinação da durabilidade do sistema, considerando a resistência da lente de focalização ao aquecimento provocado pelo laser e, também, uma avaliação da eficiência do processo sob o ponto de vista do valor obtido para a energia específica. Em resumo, o objetivo final dessa dissertação é o de concentrar em um documento as informações mais atualizadas sobre a utilização do laser na perfuração de rochas e apresentar uma análise, ainda que preliminar, sobre os possíveis pontos de melhoria que permitam viabilizar esta tecnologia no futuro. / [en] One of the biggest challenges in drilling the carbonate rocks located at great depths is to overcome low penetration drilling rates that have been obtained in vertical and directional wells. To overcome this challenge, a great effort is being developed on multiple lines of research. All of them are focused in new concepts of drilling procedures and the selection of a drilling system that presents a better performance. To achieve this goal, new procedures are being designed and drilling systems with lower vibration levels are under development. Vibration reduces the efficiency of drilling, also decreases the lifetime of equipment and consequently causes a reduction in reliability of all system and raises the drilling costs. Consequently, new drill bit technologies and drilling systems are being developed and, among the new technologies we can differentiate those that only promote improvements in conventional technologies and those innovative technologies, in which new mechanisms to cut or weaken the rock are used. The drilling assisted laser is one of the most promising mechanism in which the radiant energy beam has the primary function to weaken the rock increasing the performance of drilling process. This dissertation aims to perform an assessment of the possibilities of laser technology in rock drilling applications. The laser will have to pass through the drilling fluid in the future applications so it is very important to understand their physicochemical properties and their mutual interaction. For this reason, the knowledge of the interaction with the drilling fluid is the starting point for this work. First of all, it will be accomplished an analysis of optical absorption in some types of fluid used in the oil industry. After that, it will be performed bench testing with an electro-mechanical device that will support a laser whose maximum power can reach 1500 W and it will be pointed to carbonate rock samples. The optical absorption analysis aims to better understand the interaction of the laser with the drilling fluid. The optical absorption tests are performed to evaluate the absorption of light in the wavelength range from 800 nm to 1200 nm. From this information, it will be taken the first step to understand the interaction with the drilling fluid, which is the starting point for the feasibility study of the use of lasers. Following the approach, a literature review will be presented with the studies, analysis and bench testing already conducted by various researchers to check the stage of development of this new technology. Taking into account this knowledge, it will be possible to make an initial approach about the actual possibilities of this technology and initiate a preliminary survey on the questions that are critical to its application in a drilling scenario in the well construction, an aggressive environment which is subject to high vibrations, high temperatures and pressures. To conclude, we present the results obtained in bench testing with device specifically built for supporting the conclusions of the dissertation. Among the most relevant aspects, we can mention the durability of the system, considering the focusing lens lifetime under the heating effects caused by the laser. Another point, it is to make an evaluation of the performance of drilling process, considering the specific energy. In summary, the ultimate goal of this dissertation is to concentrate in a single document the most current information about the use of laser drilling and present an analysis, though preliminary, about the possible improvement points that will allow the feasibility of this technology in the future.
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[en] APPLICATIONS OF LASER INDUCED FLUORESCENCE TO ENVIRONMENTAL MONITORING / [pt] APLICAÇÕES DE FLUORESCÊNCIA INDUZIDA POR LASER EM MONITORAMENTO AMBIENTALPAULO CESAR DE CAMPOS BARBOSA 27 October 2003 (has links)
[pt] A tomada de consciência dos riscos ambientais em escala
global e o desenvolvimento científico e tecnológico têm
incrementado a demanda pelo sensoriamento das condições
ambientais marítimas. A distribuição da população do
fitoplâncton é o indicador mais utilizado para avaliar a
qualidade e a biomassa de ambientes marinhos. Uma
característica diferencial do fitoplâncton é a presença da
clorofila a, que apresenta fluorescência in vivo na região
do vermelho do espectro visível, e que permite o uso de
técnicas de sensoriamento remoto para sua detecção.
Um radar-laser baseado na detecção da fluorescência do alvo
é mais comumente denominado LIF-LIDAR (Laser Induced
Fluorescence - LIght Detection And Ranging) e se constitui
em uma ferramenta útil para o monitoramento da distribuição
de clorofila a nos oceanos, principalmente quando se
utiliza uma radiação laser na faixa de comprimento de onda
associada à cor verde. O LIDAR-PUC, cuja fonte de excitação
é o 2º harmônico de um laser de Nd-YAG, foi ajustado para a
detecção e discriminação espectral de emissões inelásticas
decorrentes da excitação a 532nm; em especial, a
fluorescência da clorofila a.
Nesta tese foram desenvolvidos algoritmos para a extração
de parâmetros de interesse ambiental, em especial a
concentração relativa da clorofila a. Estas metodologias
foram testadas quanto a sua repetitividade, linearidade e
aplicabilidade em ambiente real. Finalmente, os valores
calculados foram analisados em conjunto, indicando sua
utilidade para o monitoramento efetivo de ambientes
marinhos. / [en] Global scale environmental risks and scientific and
technological development have increased demands on marine
environment monitoring.
Phytoplankton distribution is the most frequently used
marker employed to assess biomass in marine environment.
Analysis of chlorophyll-a plays a central role on
phytoplankton studies once this pigment, present in every
phytoplankton algae species, exhibits fluorescence in the
red region of visible spectrum, thus allowing its detection
by remote sensing techniques. A radar-laser based on
fluorescence detection, usually called a LIF-LIDAR
(Laser Induced Fluorescence - LIght Detection And Ranging),
is a valuable tool for monitoring chlorophyll-a
distribution in ocean waters, especially when green
light lasers are employed. LIDAR-PUC was settled to
function with its second harmonic Nd-YAG laser as
excitation source. The equipment was adjusted for detection
and spectral discrimination of inelastic emissions
resulting from excitation at 532nm, with special attention
to chlorophyll a fluorescence. In this study, algorithms
were developed for the extraction of environmental
parameters such as relative chlorophyll a concentration.
These algorithms were analyzed regarding the following
aspects: repeatability, linearity and applicability
to the real world. Finally, ensembles were analyzed,
pointing to their usefulness for effective marine
environment monitoring.
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[en] COUPLED-CAVITY FIBER-LASER / [pt] LASER À FIBRA COM CAVIDADES ACOPLADASEDUARDO THIESEN MAGALHAES COSTA 14 June 2004 (has links)
[pt] Neste trabalho, desenvolvemos um laser a fibra, monomodo
e de cavidades acopladas, cujo meio de ganho é uma Fibra
Dopada com Érbio. As duas cavidades, C1 e C2, foram
feitas no mesmo pedaço de fibra dopada, com a mesma
concentração de Érbio (Er) e mesmo índice de refração. A
Fibra Dopada com Érbio usada era também dopada com
Germânio (Ge), que aumenta a fotossensitividade da fibra.
Portanto, foi possível escrever Redes de Bragg na mesma
fibra para serem usadas como os espelhos da cavidade. A
configuração do laser consiste em três Redes de Bragg,
escritas no mesmo núcleo da fibra, centradas em 1532nm e
separadas por 30cm. As reflectividades das Redes de Bragg
eram de 95 por cento, 80 por cento e 60 por cento. Com essa configuração simples de
cavidades acopladas, conseguimos uma emissão laser
estável e monomodo. Será apresentado também um estudo
teórico para descrever o sistema. / [en] In this work, we developed a single mode coupled cavity
fiber laser, in which the gain medium is an Erbium Doped
Fiber. The two cavities, C1 and C2, were made in the same
piece of the doped fiber, with the same concentration of
Erbium (Er) and the same refraction index. The Erbium Doped
Fiber used was codoped with Germanium (Ge), which increases
the photosensitivity of the fiber. Therefore, it was
possible to write bragg Gratings in the same fiber to be
used as the cavity mirrors. The laser configuration
consists of three Bragg Gratings, written in the core of
the fiber, centered in 1532 nm and separated by 30cm. Ther
Bragg Grating reflectivities were 95 per cent, 80 per cent and 60 per cent. With
this simple configuration of coupled cavities, a stable,
single mode laser emission was achieved. A theoretical
study to describe the system will also be presented.
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[en] APPLICATION OF LASERS FOR PERFORATION OF PETROLEUM WELLS / [pt] APLICAÇÃO DE LASER PARA CANHONEIO DE POÇOS DE PETRÓLEOMARIO GERMINO FERREIRA DA SILVA 26 February 2019 (has links)
[pt] Esta dissertação apresenta os resultados de um estudo visando à avaliação do uso de lasers de alta potência para operações de canhoneio em poços revestidos e cimentados em reservatórios carbonáticos, cujo objetivo é introduzir furos laterais nas paredes do poço para permitir o escoamento do fluido do reservatório para o poço. Numa revisão bibliográfica de patentes internacionais publicadas na última década, levantou-se o atual estado da arte do uso de lasers para perfuração de rochas. Foram publicados 226 documentos de patentes desde o ano de 2008, indicando a grande relevância tecnológica do tema desta dissertação. São apresentados os resultados de testes de Resistência a Compressão e análises de microtomografia, realizados em amostras de pastas de cimento com formulações usadas nos poços do Pré-sal e de rochas carbonáticas com características próximas às encontradas nesses reservatórios. O laser a fibra utilizado apresentava potência de até 1,5 kW e comprimento de onda de 1.064 micrômetros. Para a caracterização destes materiais, antes e após a produção de canhoneios, foram realizados ensaios de Difração de Raios X e de Espectrometria de Fluorescência de Raios X. Na avaliação da estrutura das amostras, foram utilizados um tomógrafo de raios-X e um microtomógrafo. Energia específica estimada em 243 J/mm(3) para carbonato. Testes em corpos de prova compostos de revestimento/cimento/carbonato. Com laser de potência de 1,5 Kw por 80 segundos, produziram furos de 5 mm de diâmetro e 50 mm de profundidade. Os resultados obtidos demostram, ainda que preliminarmente, o potencial do uso dessa tecnologia em operações de canhoneio. / [en] This thesis presents the results of a study evaluating the application of highpowered lasers when perforating cement-lined wells in carbonate rock reservoirs. The focus is on the creation of lateral channels in the walls of the well to allow the flow of the oil into the well. Through an intensive literature review of the international patents published in the last decade, the current state-of-the-art use of lasers in the perforation of rocks was evaluated. Specifically, 226 patent documents were found to have been published since 2008, showing the great importance of laser technology in this field. The results of the Resistance to
Compression tests and the microtomography analysis are presented, showing samples of the cement slurry formulation used in pre-salt wells and carbonate rocks with characteristics close to the ones found in these types of reservoirs. The fiber laser utilized presented an output of up to 1.5kW and a wavelength of 1,064 micrometers. The characterization of this material, before and after the production of perforations, was analyzed using X-ray Diffraction and X-ray Fluorescence Spectroscopy. To evaluate the structure of the samples, X-ray tomography and microtomography were employed. The specific energy was estimated at 243 J/mm(3) for the carbonate rocks. The final tests to represent the well architecture were realized with samples of liner/cement/carbonate. By means of lasers with the power of 1.5kW for 80 seconds, channels with 5mm diameters and 50mm depths were produced. The results obtained show, although only preliminarily, the potential of using this technology in perforation operations.
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[en] INTERFEROMETRIC LINEAR LASER MEASURING SYSTEM CALIBRATION BY COMPARATIVE METHOD / [pt] IMPLEMENTAÇÃO E VALIDAÇÃO DE MÉTODO COMPARATIVO DE CALIBRAÇÃO DE SISTEMA DE MEDIÇÃO LINEAR POR INTERFEROMETRIA LASERWELLINGTON SANTOS BARROS 24 June 2003 (has links)
[pt] O presente trabalho tem por objetivo implantar um método
para calibração de sistema de medição linear por
interferometria laser por meio de comparação a um outro
sistema laser de referência. O referido método é
considerado mais simples que a calibração por componentes
realizada atualmente e, conforme demonstrado no trabalho,
apresenta confiabilidade metrológica que atende a
exatidão necessária para as aplicações dos laseres em
metrologia dimensional, vindo suprir uma necessidade
metrológica dos laboratórios credenciados pelo Instituto
Nacional de Metrologia, Normalização e Qualidade Industrial
(Inmetro) e do parque industrial brasileiro, usuários
destes sistemas de medição. A implantação do sistema para
calibração de lasers de medição foi baseada em normas
internacionais de calibração e de cálculo da incerteza de
medição e utilizou um sistema laser de referência calibrado
no Inmetro, com rastreabilidade a padrões nacionais, com as
menores incertezas possíveis. O método de medição
implantado realiza a calibração de um sistema laser por
comparação a outro utilizando medições feitas a partir do
deslocamento da mesa onde é a apoiado o prisma óptico. O
que é de fato analisado é a diferença das medições dos dois
sistemas laser para um mesmo deslocamento. Foram
registradas as diferenças das indicações de 200 mm em 200
mm de deslocamento, em um total de 2000 mm, que variaram de
0,027 µm a 0,690 µm. Foram realizadas três medições para
cada deslocamento e quatro repetições completas do
procedimento em dias diferentes, com variação do desvio
padrão de 0,009 µm a 0,098 µm e incertezas expandidas
que variaram de 0,109 µm a 0,306 µm. São apresentadas a
metodologia de calibração, cálculos das correções, fontes
de erros e cálculos da incerteza de medição para a
comparação de sistemas laseres de medição linear. / [en] The present work aims at the implementation of a
calibration method for interferometric linear laser
measurement systems by comparison to another reference
system. The proposed method is considered simpler than the
calibration by components that is carried out today at
Inmetro (National Institute of Metrology, Standardization
and Industrial Quality) and, as demonstrated along
this work, presents the metrological reliability and
accuracy necessary for several applications of lasers in
dimensional metrology. This approach will supply the
metrological needs of several laboratories accredited by
Inmetro and of the Brazilian industry in general, users of
such measurement systems, regarding cost and time of
calibration. The method implemented was based on
international technical standards related to calibration
and uncertainty calculation and used a reference system
calibrated at Inmetro, with traceability to national
standards, with the lowest uncertainties that could be
achieved. The said method performs the calibration of a
laser system by comparison to another through measurements
of the displacement of the table where the optical prism
rests. What is indeed analyzed is the difference of the
measurements obtained by the two laser systems for the same
table displacement. The differences were recorded for each
displacement of 200 mm, in a total of 2,000 mm, their
variation being from 0.027 µm to 0.690 µm. The whole
procedure was repeated four times, in different days,
with three measurements for each displacement. Their
standard deviation varied from 0.009 µm to 0.098 µm while
their expanded uncertainties varied from 0.109
µm to 0.306 µm depending on the value of the displacement.
The calibration methodology, correction calculation, errors
sources and measurement uncertainty calculations for the
linear measurement laser systems comparison are presented in
this dissertation.
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[en] MEASUREMENT OF SHORT PULSES IN SEMICONDUCTOR LASER USING INTERNAL SECOND-HARMONIC GENNERATION / [pt] MEDIÇÃO DE PULSOS CURTOS EM LASER SEMICONDUTOR USANDO A GERAÇÃO INTERNA DE SEGUNDO HARMÔNICOALESSANDRA LANG DE ALMEIDA CUNHA 21 August 2006 (has links)
[pt] Neste trabalho apresenta-se a implementação de um sistema
de medição de pulsos ópticos curtos gerados por lasers
semicondutores. Através de uma técnica indireta de medida,
que usa a radiação de segundo harmônico gerada
internamente nesses lasers, a duração dos pulsos curtos de
luz é estimada. São apresentadas as principais
considerações teóricas e experimentais envolvidas com a
emissão de segundo harmônico em diodos lasers e são
discutidas as principais limitações da técnica. Mostra-se
que embora a determinação exata da duração dos pulsos
exija medidas adicionais, é possível inferir com boa
resolução temporal a duração de pulsos ópticos gerados nos
regimes de chaveamento de ganho e mode-locking. / [en] In this work the implementation of a measurement system of
short optical pulses generated by semiconductor lasers is
presented. This indirect method estimates the pulse
duration using the internally generated second harmonic
radiation from these lasers. The main theoretical and
experimental considerations related with the second
harmonic emission are also presented. Although the precise
pulse duration requires aditional measurements it is
possible to estimate the duration of optical pulses
generated by gain-switching and mode-loching regimes with
good time-resolution.
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[en] THE USE OF LASER WELDING FOR THE CREATION AND PRODUCTION OF JEWEL / [pt] EMPREGO DA SOLDA A LASER NA CRIAÇÃO E PRODUÇÃO DE JÓIASANA NEUZA BOTELHO VIDELA 24 February 2010 (has links)
[pt] A tecnologia de solda a laser começa a ser muito utilizadas pelas grandes
indústrias do setor joalheiro brasileiro. Entretanto, devido ao seu alto valor, é
mais empregada pelas empresas de maior porte. O objetivo desta pesquisa foi
verificar a influência do uso da solda a laser para promover a inovação no
design, ou seja, verificar a contribuição da tecnologia para a criação e produção
de jóias. Através de uma pesquisa bibliográfica, onde analisamos o design de
jóias perante o conceito de inovação, e de uma pesquisa-ação – metodologia que
prevê a participação da pesquisadora nos atendimentos às empresas, verificamos
que o acesso à tecnologia a laser pode promover a inovação no design de jóias,
aqui entendido como diferenciação na configuração, aumento de qualidade e/ou
redução do tempo do processo produtivo. / [en] The technology of laser welding is beginning to be widely used by large
industries of the Brazilian jewelry industry. However, due to its high value, it is
only used by larger companies. The objective of this research was to examine the
influence of the use of laser welding to promote innovation in design, or check
the contribution of technology to the creation and production of jewelry.
Through a literature search, where we analyze the jewel design using the concept
of innovation, and an action research - methodology that provided the
researcher s participation in consultations to businesses, check if access to laser
technology can promote innovation in design of jewelry, here understood as
differences in configuration, high quality and / or reducing the duration of the
production process.
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[en] DEVELOPMENT OF A NATURAL GAS BURNER FOR THE STUDIES OF COMBUSTION IN TURBULENT FLOWS / [pt] DESENVOLVIMENTO DE UM QUEIMADOR DE GÁS NATURAL PARA ESTUDOS DA COMBUSTÃO EM ESCOAMENTOS TURBULENTOSMIGUEL ANGEL ALVAREZ AQUINO 27 June 2007 (has links)
[pt] Neste trabalho apresenta-se um estudo experimental de
escoamentos
turbulentos quimicamente inertes e reativos em um
queimador tipo obstáculo. O
objetivo principal é a caracterização do escoamento
através da obtenção do campo
de velocidade instantâneo utilizando técnicas óticas não
intrusivas. As técnicas
empregadas foram a Velocimetria Laser Doppler (LDV) e a
Velocimetria por
Imagem de Partículas (PIV), as quais possibilitaram a
medição das componentes
transversal e longitudinal da velocidade do escoamento em
estudo. Os resultados
experimentais obtidos foram comparados com aqueles
oriundos da simulação
numérica usando um programa computacional existente. São
analisados os
acordos e as discrepâncias obtidas, colocando-se em
evidência a capacidade e as
limitações de cada uma das técnicas utilizadas. / [en] This work presents an experimental study of chemically
inert and reactive
turbulent flows in a Bluff-Body burner. The main objective
is the characterization
of the flow through of the measurement of instantaneous
velocity fields by using
non intrusive optical techniques. The techniques employed
were Laser Doppler
Velocimetry (LDV) and Particle Image Velocimetry (PIV),
which makes possible
the measurement of the transversal and longitudinal
components of the flow
velocity. The experimental results were compared with
those obtained from a
numerical simulation using a comercial computational
program. The agreements
and discrepancies obtained between the two experimental
techniques and from
experiments and computation were demonstrated and analized.
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[en] ANALYSIS OF HIGH-POWER LASER INTERACTION WITH ROCKS IN THERMAL SPALLATION DRILLING PROCESS / [pt] ANÁLISE DA INTERAÇÃO DA LUZ LASER DE ALTA POTÊNCIA COM ROCHAS NOS PROCESSOS DE PERFURAÇÃO POR FRAGMENTAÇÃO TÉRMICA03 November 2020 (has links)
[pt] Neste estudo é apresentada a análise da interação da luz laser de alta potência com rochas nos processos de perfuração por fragmentação térmica. O objetivo principal do trabalho é estabelecer, através de um estudo experimental, a possibilidade de utilizar a tecnologia a laser na perfuração de rochas duras, tais como o granito, quartzo, entre outros. Sua motivação encontra-se na aplicação de novas tecnologias para desenvolver ferramentas que melhorem a eficiência no processo de perfuração de poços (maior taxa de penetração), e conseguir retirar a maior quantidade de material fragilizado pela irradiação do laser. Para isto, foi necessário fazer uma montagem opto–mecânica envolvendo um sistema de limpeza que ajudasse a remover o material fragilizado pela ação do laser, usando-se gás de nitrogênio a alta pressão. Foram analisados diferentes intervalos de tempo de exposição da radiação do laser nas rochas, para avaliar a taxa de volume retirado, e a quantidade de energia específica requerida para perfurar diferentes materiais, em função da potência e do tempo de irradiação do laser. Seguindo a revisão bibliográfica na seleção do material, foram escolhidos três tipos de materiais (granito branco, granito cinza e travertino) conhecidos comercialmente no Brasil e que têm similitude (na composição química) com as rochas encontradas nas formações do Pré-sal. A partir desta seleção, foi indispensável conhecer a composição química dos materiais através de fluorescência, raios X, e Microscopia de Varredura (MEV). Além disso, estudou-se o comportamento termomecânico das rochas carbonáticas através de análises térmicas (Termogravimetria e Análise Térmico Diferencial), para identificar e compreender os fenômenos envolvidos no processo de perfuração. Os resultados obtidos são analisados para parametrizar as variáveis em consideração, melhorando as condições do processo de perfuração por fragmentação térmica, dependendo do material estudado. / [en] This study presents the analysis of the interaction of high power laser light with rocks in thermal fragmentation drilling processes. The main objective of the work is to establish, through an experimental study, the possibility of using laser technology in the drilling of hard rocks, such as granite, quartz and others. The motivation is the application of new technologies to develop tools that improve the efficiency in the well drilling process (higher penetration rate), and to be able to remove the largest amount of material weakened by laser irradiation. For this, it was necessary to make an opto-mechanical assembly involving a cleaning system that would help to remove the material weakened by the action of the laser, using nitrogen gas at high pressure. Different exposure time intervals of laser radiation in the rocks were analyzed to evaluate the volume rate removed and the amount of specific energy required to drill different materials, depending on the power and irradiation time of the laser. Following the literature review in selecting the material, three types of materials (white granite, gray granite and travertine) known commercially in Brazil and that are similar (in chemical composition) to the rocks found in the pre-salt formations were chosen. From this selection, it was essential to know the chemical composition of the materials through fluorescence, X-rays, and Scanning Microscopy (SEM). In addition, the thermomechanical behavior of the carbonate rocks wasstudied through thermal analysis (Thermogravimetry and Differential Thermal Analysis) to identify and understand the phenomena involved in the drilling process. The results obtained are analyzed to parameterize the variables under consideration, improving the conditions of the drilling process by thermal fragmentation, depending on the material studied.
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[pt] MATERIAIS NANOESTRUTURADOS: NÃO LINEARIDADE ÓPTICA E APLICAÇÕES / [en] NANOSTRUCTURED MATERIALS: OPTICAL NONLINEARITIES AND APPLICATIONSGLEICE CONCEICAO MENDONCA GERMANO 09 August 2022 (has links)
[pt] Materiais nanoestruturados tem um espaço proeminente nos avanços
tecnológicos devido a suas propriedades físicas e químicas que podem ser bem
diferentes das encontradas no mesmo material em forma de bulk. Na primeira parte
desta tese foram investigados, como centros espalhadores em laser aleatório (RL)
materiais nanoestruturados naturais, como exemplo disso são o quartzito e a
celulose. Nesse contexto, usamos celulose e o quartzito como centros espalhadores
de lasers aleatórios, em suspensão com etileno glicol, com o intuito de caracterizar
esses sistemas como lasers aleatórios, definindo-se o limiar laser e a variação da
largura a meia altura do espectro de emissão laser. São apresentadas também outras
configurações do laser aleatório como o filme espesso de celulose e onda guiada
com suspensão de quartzito.
Uma outra área de pesquisa com grande impulso, após a descoberta do
grafeno, é aquela associada aos materiais 2D, tais como os Dicalcogenetos de
Metais de Transição (TMDs). Na segunda parte desta tese está relacionada com a
caracterização de propriedades ópticas não lineares (ONL) que tem uma enorme
importância para aplicações de materiais 2D em dispositivos optoeletrônicos e em
nanofotônica. Já na segunda parte dessa tese foram caracterizadas as propriedades
de ONL térmica e eletrônica de materiais do tipo TMDs, para a determinação dos
valores do índice de refração não linear e o coeficiente de absorção não linear desses
materiais, usando a técnica de varredura Z (Z-Scan). / [en] Nanostructured materials have a prominent place in technological advances
due to their physical and chemical properties that can be quite different from those
found in the same material in bulk form. In the first part of this thesis, random laser
scattering centers (RL) were investigated. natural nanostructured materials such as
quartzite and cellulose. In this context, we used cellulose and quartzite as scattering
centers for random lasers, suspended with ethylene glycol, to characterize these
systems defining the laser threshold and full width half maximum (FWHM) of these
random lasers. Other random laser configurations are also presented, such as thick
cellulose film and guided wave with quartzite suspension.
Another area of research with great impetus, after the discovery of graphene,
is that associated with 2D materials, such as Transition Metal Dichalcogenides
(TMDs). The second part of this thesis is related to the characterization of nonlinear
optical properties (NLO) which is of enormous importance for applications of 2D
materials in optoelectronic devices and in nanophotonics. In the second part of this
thesis, the thermal and electronic NLO properties of TMD-type materials were
characterized, to determine the values of the nonlinear refractive index and the
nonlinear absorption coefficient of these materials, using the Z- scan technique.
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