Neste trabalho estudou-se a fenomenologia da observação de novos bósons vetoriais com massa da ordem de 1 TeV no LHC. Em particular, a análise foi feita para um bóson vetorial neutro que se acopla com os bósons carregados do Modelo Padrão e esses bósons decaem hadronicamente deixando uma assinatura com jatos no detector. Esse tipo de sinal possui um enorme fundo de QCD devido ao ambiente hadrônico intrínseco ao LHC, de maneira que o uso de técnicas de análise de subestrutura de jatos se tornam indispensáveis. A motivação do trabalho vem dos modelos com dimensões extras curvas que possuem torres de Kaluza-Klein de novos bósons de gauge. Estes são responsáveis por garantir a unitariedade nos espalhamentos dos bósons vetoriais do MP, estudamos em especial a primeira excitação do \'Z POT. 0\', o bóson \'Z POT. 1\'. Na análise fenomenológica vericamos que o LHC possui um grande potencial de descoberta e exclusão dessas classes de modelos além do MP. Para tanto estudamos o sinal pp -> \'Z POT. 1\' -> WW -> jatos e os processos do MP do tipo pp -> jatos, com pelo menos dois jatos na janela de massa do W. Vericamos que para um \'Z POT. 1\' de largura \'M IND. z \'IND. 1\'/10, com massa da ordem de 1 TeV e acoplamentos da ordem de \'10 POT. 3\' vezes menores que os acoplamentos do MP é possível observá-lo no LHC com 30 \'fb IND. -1\' de luminosidade integrada com 14 TeV de energia no centro de massa. / In this work we present a phenomenological study of the observation of new vector bosons with mass around 1 TeV at the LHC. We analyse a neutral vector boson that couples to the charged bosons of the Standard Model and this bosons decay hadronically leaving a multiple jets signature on the detector. This kind of signal has an enormous QCD background due to the hadronic enviroment of the LHC, making the analysis of jet substruture indispensable. The motivation for this work comes from warped extra dimensions models, wich have Kaluza-Klein towers of new gauge bosons. These are responsable for assuring the unitarity of the vector bosons scatterings in the SM. We studied the first excitation of the Z0 bosons, the Z1 boson. We veried that the LHC has a great potential of discovery or exclusion for this classes of theories beyond the SM. For the analysis, we studied the process pp -> Z1 -> WW -> jets and the background processes of the SM of the type pp -> jets, with at least two jets in the W mass window. We veried that for a Z1 with width MZ1/10 , mass of O(1 TeV) and couplings 10^3 times more weakly than those of the SM, it is possible to observe it in the LHC with 30 fb-1 of integrated luminosity in the 14 TeV run.

Este trabalho experimental tem por objetivo apresentar os estudos experimentais realizados com jatos de líquidos evaporativos (\"flash boiling\") de iso-octano. Nos estudos, o jato emergia de um diminuto bocal que descarrega em uma grande câmara de baixa pressão. O líquido ao passar pelo bocal sofria uma expansão interna alcançando elevados graus de superaquecimento ou de metaestabilidade, já que se mantinha na fase líquida. Nos experimentos, eram controladas as condições de pressão e temperatura de injeção durante um período de alguns poucos segundos suficientes para que as condições de regime permanente fossem estabelecidas. Um dos métodos para a visualização do escoamento do jato evaporativo foi o \"Schlieren\", o qual permitia visualizar elevados gradientes de densidade como normalmente ocorrem com ondas de choque, presentes nesta investigação. Também foi empregada a técnica de visualização de \"iluminação por detrás\" para que fossem comparadas as imagens obtidas por este método com o do \"Schlieren\", bem como mostrar detalhes do fenômeno em estudo. Com isso, foi possível estudar a estrutura do processo evaporativo do jato e, com o auxílio de ferramentas de filtragem matemática e manipulação das imagens obtidas, os fenômenos compressíveis envolvidos. Os perfis dos jatos observados foram: (1) filete contínuo de líquido sem evaporação, (2) jato com fragmentações ou atomizado e (3) abrupta evaporação seguida por expansão com formação de ondas de choque. Neste último caso, a inspeção das fotografias indicou que a evaporação do líquido se dava externamente ao bocal, a partir de um núcleo metaestável de líquido, o qual apresentava o formato aproximado de um cone. Também foi aplicada a teoria de ondas oblíquas de evaporação para estudar o comportamento deste cone líquido. Os ensaios foram conduzidos com três bocais cônico-convergentes de dimensões e materiais diferentes, quais sejam: bocal de aço com diâmetro de saída de 0,3 mm, bocal de aço com 0,8 mm e bocal de vidro com 0,35 mm. / The main goal of this thesis is to present results of experiments with flashing liquid jets of iso-octane. The experiments were carried out with a liquid jet issuing from a small nozzle into a low-pressure chamber. High degrees of metastability were obtained as the liquid jet expanded within the nozzle. Injection pressure and temperature were controlled to the desired testing values for a few seconds, which were found long enough to reach and keep the steady state regime. The photographic documentation of the phenomenon was obtained from a \"Schlieren\" set up using CCD camera. The \"back-lightening\" visualization technique was also used in order to compare both image techniques and to unveil some flashing phenomenon details. Analyses of these images with the help of mathematical filters as well as other image manipulating techniques enabled a qualitative visualization of the flashing liquid jet structure and geometry leaving the nozzle. Three liquid jet regimes were observed: (1) continuous liquid jet (2) partially atomized, and (3) evaporation with the presence of shock waves. In this latter case, we speculate that the evaporation took part on the liquid jet surface, which had the approximate shape of a cone. Also it was employed the oblique evaporation wave theory to explain some of the behavior of the overall evaporation process. The tests were carried out using three conical-converging nozzles made of different materials: a 0.3 mm exit diameter steel nozzle, a 0.8 mm exit diameter steel nozzle, and a 0.35 mm exit diameter glass nozzle.

Injetores supersônicos são instalados em túneis de vento transônicos com a finalidade de estender o envelope operacional baseado no número de Reynolds, sem demandar maior potência do compressor principal. O objetivo deste trabalho é estudar numericamente o processo de injeção do Túnel Transônico Piloto do CTA. A câmara de injeção contém cinco bicos injetores localizados no piso e cinco no teto do túnel, os quais operam com número de Mach 1,9, fornecendo quantidade de movimento adicional à corrente principal do circuito do túnel. Tal câmara na verdade é a própria seção de transição do túnel, a qual, por sua vez, localiza-se imediatamente antes do difusor. Devido à grande diferença entre as dimensões dos injetores e da seção transversal do túnel, onde os mesmos encontram-se montados, o tratamento tem que ser necessariamente tridimensional. Para tanto foi desenvolvido um código numérico baseado nas equações de Navier-Stokes com média de Reynolds, seguindo-se o princípio do algoritmo diagonal em diferenças finitas, e efeitos de turbulência foram previstos por meio do esquema de Spalart e Allmaras. Várias hipóteses simplificadoras foram introduzidas para tornar o problema factível e a integração numérica é realizada dividindo o domínio de cálculo em sub-regiões. Mesmo assim, devido ao grande número de pontos, foi aplicada uma técnica de malhas seqüenciais para economizar o tempo computacional. O escoamento na região de mistura foi simulado com sucesso e os resultados foram todos consistentes. Com os valores dos parâmetros conhecidos em todo o domínio computacional, foram calculados o coeficiente de perda de carga, o ganho e a eficiência do processo de injeção - parâmetros estes de grande importância na engenharia de túneis de vento. Entre diversos aspectos físicos muito interessantes, destaca-se a formação de domos de choque e expansão ao longo da direção longitudinal no processo de mistura.

Neste trabalho foram realizados estudos experimentais com objetivo de caracterizar um jato de plasma gerado pelo processo de ablação a laser de vapor de cobre em amostras metálicas (alumínio, cobre e tungstênio). Apesar de poucas referências citarem o laser de vapor de cobre no processo de evaporação de metais, verificou-se que sua utilização no processo de ablação é interessante, por apresentar alta taxa de repetição (kHz). Nos experimentos para esta caracterização utilizou-se uma sonda de Langmuir na configuração cilíndrica, e os parâmetros medidos do jato de plasma foram: temperatura e densidade de elétrons, densidade de íons e velocidade de expansão das partículas do plasma. Os resultados destes parâmetros foram obtidos em função do tempo, da intensidade do laser de vapor de cobre e da distância entre o alvo e a sonda. O limiar de intensidade do laser no processo de ablação dos metais também foi inferido, de forma teórica e experimental. A análise dos resultados deste estudo foi embasada pela Teoria de Sonda de Langmuir juntamente com aproximações da Teoria de Expansão Hidrodinâmica, adequada para tratamento de plasmas em expansão. Os valores típicos de temperatura de elétrons foram da ordem de 15 eV, de densidade de elétrons e íons foram da ordem de 108-109/cm3 e de 109-1010/cm3, respectivamente. O valor de velocidade de expansão do plasma, foi da ordem de 10 km/s para todas as amostras evaporadas.

As aplicações do escoamento de um jato em fluxo cruzado estão em diversas áreas, como na descarga do ar da cabine de aeronaves, no resfriamento das pás das turbinas a gás, no sistema de propulsão de foguetes. No presente trabalho foi realizada uma simulação numérica do escoamento em regime permanente utilizando o software FLUENT. Para validar o modelo numérico empregado baseou-se no trabalho realizado por Calay e Holdo [

O jato livre ocorre quando um fluido é expandido por meio de um bocal ou orifício para um meio no qual o escoamento não é diretamente afetado por um contorno fixo. Este tipo de escoamento possui uma considerável importância para aplicações industriais, automotivas e aeroespaciais sendo ainda que a melhor compreensão deste tipo de escoamento contribui para otimização de processos e provê análises importantes para o entendimento de fenômenos mais complexos tais como os escoamentos bifásicos e reativos. Desta forma, se faz cada vez mais necessária à realização de análises detalhadas sobre a abordagem de modelagem da turbulência, verificação de hipóteses assumidas para regiões do jato e avaliação de parâmetros que influenciam o escoamento cisalhante livre. Neste trabalho, o problema do jato livre circular axissimétrico foi analisado numericamente. As equações da conservação de massa, quantidade de movimento, energia e da turbulência foram discretizadas aplicando o método de volume finitos. Três diferentes modelos de turbulência, o k- padrão, k- realizável e o v2-f, disponíveis no programa Fluent foram avaliados para jatos livres turbulentos incompressíveis, subsônico e supersônico. Resultados numéricos para cada caso simulado foram comparados com dados experimentais disponíveis na literatura. Adicionalmente hipóteses feitas pela teoria da auto-similaridade na região denominada desenvolvida foram avaliadas. Entre os resultados obtidos se destacam que os modelos testados devem ser utilizados criteriosamente para uma determinada condição de escoamento, o esquema de discretização de segunda ordem apresenta-se como o mais indicado para condições supersônicas, enquanto para o escoamento incompressível e subsônico os esquemas de primeira e segunda ordem fornecem soluções semelhantes. Os parâmetros da região desenvolvida variam com a condição de origem do jato e não somente com a quantidade de momento na saída do jato, como supunha a teoria clássica da similaridade.

Neste trabalho são estudados jatos impingentes, bidimensionais confinados incidindo sobre uma placa aquecida que pode estar ou não coberta por uma camada porosa. O problema foi considerado bidimensional e as simulações foram feitas para o escoamento tanto no regime laminar, quanto no regime turbulento. O meio poroso foi considerado rígido, homogêneo e isotrópico. Utilizou-se o conceito da dupla decomposição para a obtenção das equações macroscópicas que modelam o meio poroso. Estas equações foram discretizadas usando-se o método dos volumes finitos e o acoplamento pressão-velocidade foi resolvido usando o conhecido método SIMPLE. Foram investigadas, principalmente, a distribuição do Nusselt local na placa de incidência e a quantidade de calor retirada da placa, com ou sem a presença do meio poroso. Viu-se que, tanto para o regime laminar quanto para o turbulento, o uso do meio poroso possibilitou amenizar os elevados gradientes de temperatura, distribuir o fluxo de calor ao longo da placa e aumentar a transferência de calor.

Materiais empregados em veículos espaciais estão sujeitos a um ambiente térmico agressivo. Estes materiais são empregados principalmente em tubeiras de exaustão dos gases de motor foguete e nas superfícies expostas ao severo ambiente da reentrada atmosférica. O ensaio em laboratório é fundamental para a qualificação dos materiais empregados em sistemas de proteção térmica de veículos espaciais. Este trabalho apresenta os resultados de pesquisas experimentais realizadas no Laboratório de Plasmas e Processos do ITA, cujo objetivo principal foi qualificar materiais utilizados em sistemas de proteção térmica de veículos espaciais. Um túnel de plasma foi concebido utilizando-se a infra-estrutura laboratorial existente, cujos principiais componentes foram: uma câmara de processos de 3,2 m3, um sistema de vácuo com capacidade de bombeamento de 500 m3/h, e uma tocha de plasma alimentada por uma fonte de energia elétrica de corrente contínua de 50 kW. Os parâmetros de operação do túnel de plasma foram otimizados para reproduzirem condições próximas do ponto crítico de reentrada do SARA (Satélite de Reentrada Atmosférica) um veículo espacial em desenvolvimento pelo IAE (Instituto de Aeronáutica e Espaço) com o objetivo de realizar experimentos científicos de micro gravidade. Foram gerados jatos de plasmas de ar e nitrogênio. O ambiente reproduzido apresentou um fluxo térmico de 2,2 MW/m2, número de Mach de 4.1, entalpia de 6,7 MJ/kg e uma altitude simulada próxima de 40 km. Foi realizada a caracterização do jato de plasma e das amostras de materiais compósitos de quartzo-fenólico, carbono-fenólico, carbono-carbono e carbono-carbeto de silício. Algumas propriedades ablativas (perda de massa e calor de ablação) e térmicas (difusividade térmica e emissividade) das amostras foram verificadas. Os efeitos da interação do plasma com os materiais foram analisados por MEV (Microscopia de Varredura Eletrônica), EDX (Energia Dispersiva de Raios X) e Difração de Raios X. Os resultados alcançados possibilitam o desenvolvimento de uma metodologia para a qualificação de materiais utilizados em sistemas de proteção térmica em ambiente de reentrada atmosférica utilizando um túnel de plasma, bem como apresentam as principais propriedades de alguns materiais largamente empregados em sistemas de proteção térmica.

Uma técnica óptica de medidas de pressão conhecida por Tinta Sensível à Pressão (Pressure Sensitive Paint -PSP) surge na década de 80 para revolucionar as medidas de campo de pressão. Já muito desenvolvida nos grandes centros de pesquisa do mundo, fornece resultados com boa precisão e alta resolução espacial, o grande avanço em relação às tomadas de pressão convencionais. Desde seu surgimento o desenvolvimento da técnica PSP é contínuo, contando com grandes conquistas na formulação das tintas, mas o seu crescimento deve-se principalmente aos avanços tecnológicos em equipamentos como as câmeras CCD e os computadores que permitiram adquirir imagens em grande quantidade e com precisão, além da facilidade e rapidez no tratamento de dados. O objetivo principal deste trabalho é entender o funcionamento da técnica PSP e aplicá-la desenvolvendo procedimentos experimentais para o Laboratório FENG, complementando suas técnicas de medidas de pressão. O trabalho foi dividido em duas partes, onde primeiramente trabalhou-se com as calibrações a priori avaliando-se o sistema PSP, principalmente o comportamento da tinta. Nesta fase verificaram-se algumas limitações do aparato experimental, como a baixa coleção de elétrons pela câmera CCD o que interfere diretamente na incerteza final das medidas, introduzindo um erro mínimo de 0,74% nas medidas de intensidade luminosa. E a dependência da tinta PSP à temperatura, o que também influencia em grande parte os resultados das medidas dos campos de pressão. Numa segunda fase realizaram-se experimentos com um jato de ar inclinado atingindo uma placa plana e os resultados foram comparados aos de tomadas de pressão convencionais distribuídas ao longo da placa. As maiores variações de pressão medidas na placa ficaram entre 3000Pa à 5500Pa e forneceram resultados em relação as medidas brutas do sistema PSP com incerteza absoluta na ordem de 1000Pa ( 25%). Quando foi utilizado para comparação das medidas o resultado do sistema PSP suavizado por um filtro mediana, bastante representativo das medidas brutas, as incertezas diminuíram para cerca de aproximadamente 400Pa ( 10%), chegando a um mínimo de 225Pa ( 3%). Um resultado bastante aquém comparado com incertezas absolutas da ordem de 22Pa já obtidas por pesquisadores no exterior. Esses resultados mostraram que ainda há muito a se fazer para obter-se medidas de pressão precisas com o sistema PSP para fluxos de baixa velocidade. Essa melhora demanda principalmente investimentos no aparato experimental, tornando-o cada vez mais sensível e capaz de medir pequenas variações nas intensidades luminosas decorrentes de pequenas variações de pressão próximas a pressão atmosférica. Um resultado importante e que pode ser usado na prática são os mapas de pressão fornecidos pela alta resolução espacial do método e que apesar das incertezas envolvidas nas medidas descrevem bem o comportamento do fluxo de ar decorrente do escoamento medido.

Este trabalho explora a implementação, caracterização e aplicação de um reator constritivo para geração de um jato de plasma de hexafluoreto de enxofre (SF6) operado em alto vácuo para corrosão de silício. Este sistema possibilita uma alta fragmentação do gás de trabalho ocasionando em uma alta concentração de flúor atômico (F) no volume da descarga. Tal densidade de F foi medida com auxilio da técnica de espectroscopia ótica de emissão através do método de actinometria. As análises foram realizadas para diferentes fluxos de SF6 e suas misturas como os gases O2 e Ar e distâncias entre a fonte do jato de plasma e o porta substrato (1-10 cm), para valores fixos de pressão na câmara de expansão (3,2 mTorr), campo magnético (7,2 mT) e potência de radiofreqüência (150W). Estas análises visam o estabelecimento de condições ótimas de processo onde a concentração de F é máxima. Posteriormente as amostras de Si foram corroídas e caracterizadas quanto a taxa de corrosão, anisotropia, uniformidade e rugosidade através do uso das técnicas de microscopia eletrônica de varredura e perfilometria óptica. Os resultados obtidos pela espectroscopia óptica indicaram altas intensidade de flúor para os plasmas gerados com as misturas de gases SF6/O2 e SF6/Ar para distancia de 1 cm, sendo que a mistura SF6/O2 produziu valores mais elevados, da ordem de 1.4x103 u.a. Através do método de actinometria foi determinada a densidade de F que variou de (0,6 - 2,5) x 1019 m-3 (correspondente a 6-25% do volume total dos gases na descarga) para os parâmetros de plasma investigados. Este resultado é comparável com as tecnologias atuais de corrosão como o ICP. As análises de perfilometria indicaram altas taxas de corrosão, que variaram de (0,2-1,4) m/min. possibilitando uma profundidade de corrosão igual a 10 m para algumas condições em um tempo de aproximadamente 7 minutos, tempo bem abaixo dos registrado em corrosões de Si com reatores convencionais como o RIE. As análises também indicaram bons valores de anisotropia (>0,85), boa uniformidade (0,01-0,14) e baixa rugosidade (25-372) utilizando-se plasmas de SF6/O2. Tais características não foram alcançadas com a mistura de Ar no plasma de SF6.