Submitted by Ana Paula Lisboa Monteiro (monteiro@univates.br) on 2008-11-20T13:24:44Z No. of bitstreams: 1 OtoMoerschbaecher.pdf: 3984836 bytes, checksum: 2287d0a95d5c6ced31f9d9bff4ba8ee4 (MD5) / Made available in DSpace on 2008-11-20T13:24:45Z (GMT). No. of bitstreams: 1 OtoMoerschbaecher.pdf: 3984836 bytes, checksum: 2287d0a95d5c6ced31f9d9bff4ba8ee4 (MD5) / Com o objetivo de dimensionar o volume de resíduos sólidos gerados na avicultura, e possíveis formas de aproveitamento por processos de reciclagem ou fontes alternativas energéticas, realizou-se a análise do ciclo de vida (ACV) das embalagens utilizadas nesta atividade pecuária. Este trabalho foi desenvolvido em parceria com a empresa Sadia S.A. que forneceu o grupo de produtos que utiliza em tratamentos terapêuticos e de higienização das instalações onde são criadas as aves destinadas ao abate. Foram identificadas 7 etapas no ciclo das embalagens poliméricas, (1) matéria-prima, (2) síntese, (3) processamento, (4) projeto, fabricação e envase do produto, que ocorre nas empresas fornecedoras de produtos avícolas. Na seqüência a etapa (5), aplicações, que é o uso dos produtos, (6) resíduos, quando ocorre a geração destes após o uso e (7) reciclagem/destinação final. Nesta etapa é descrita a reciclagem energética, e suas principais dificuldades de implementação, principalmente do ponto de vista econômico. Também constatou-se a desconformidade de identificação de polímeros utilizados na fabricação de embalagens avícolas, bem como a dimensão dos recursos desperdiçados pela não utilização destes materiais nos processos de reciclagem. Além disto apurou-se o volume de massa por unidade das embalagens para verificar o coeficiente energético destes resíduos sólidos. Também foi realizada pesquisa de campo junto aos produtores integrados da Sadia S.A., através de seus técnicos de campo, para quantificar o volume de embalagens plásticas utilizadas pelo setor e onde foi possível, além da quantificação, identificar situações problemáticas do ponto de vista ambiental, como os locais de armazenagem das embalagens após o uso, quando 63,13% dos produtores armazenam estas embalagens na propriedade. Outro aspecto importante revelado pela pesquisa é que 53,54% dos produtores não receberam 8 orientações de como proceder corretamente com os resíduos sólidos gerados na sua propriedade.

O objetivo principal do trabalho foi o de desenvolver um novo tipo de eletrodo a partir de uma rede de silicona funcionalizada com o grupo tiol. A síntese da rede foi feita através das reações de condensação e hidrólise utilizando o Poli(dimetisiloxano) (PDMS) e o alcoxisilano 3-mercaptopropil-trimetoxisilano (MPTS). A caracterização do material foi realizada utilizando as técnicas de Espectroscopia de Absorção na Região do Infravermelho e Termogravimetria. Para a realização dos experimentos eletroquímicos, foi montado um eletrodo de trabalho do tipo pasta de carbono, contendo o material preparado e carbono grafite amorfo. Um estudo da composição do eletrodo foi feito a fim de se obter um eletrodo com características que possibilitassem a detecção de metais. O comportamento eletroquímico do material foi estudado utilizando a técnica de Voltametria Cíclica tendo como molécula sonda o ferricianeto de potássio. A Técnica de Voltametria de Pulso Diferencial foi utilizada em testes de detecção utilizando soluções contendo os metais cobalto, zinco, cobre e cádmio, onde os dois últimos foram detectados. Observou-se que o cádmio pode ser detectado em concentrações mais baixas que o cobre, sugerindo que a interação do enxofre do grupo tiol é maior com o cádmio. Além disso, foram comparados os valores de detecção de cádmio obtidos por Voltametria de Pulso Diferencial e Espectroscopia de Absorção Atômica, tendo sido estes próximos. / In the present work the main objective was the development of a new type of electrode from a silicon network functionalized with the thiol group. The synthesis was made through hydrolysis and condensation reactions using Poly(dimetilsiloxane) (PDMS) and the alkoxysilane 3-mercaptopropyl-trimethoxysilane (MPTS). To characterize the material were used Infrared Absorption Spectroscopy and Thermogravimetry. For the electrochemical experiments, a carbon paste electrode containing the prepared material was prepared. A composition study was made in order to obtain a new electrode with features that allow the detection of metals. The electrochemical behavior of the material was studied using Cyclic Voltammetry with potassium ferricyanide. Differential Pulse Voltammetry Technique was used for the detection tests with solutions containing cobalt, zinc, copper and cadmium, the last two were detected. Cadmium was detected in lower concentrations than copper, suggesting that interaction with the sulfur is higher with cadmium. Furthermore, the obtained values for cadmium detection in Differential Pulse Voltammetry were compared with Flame Atomic Absorption data, presenting near values.

Submitted by Pedro Henrique Pradela Chimello null (pedropradela@hotmail.com) on 2017-06-30T18:12:00Z No. of bitstreams: 1 Dissertação Carol.pdf: 2773427 bytes, checksum: ee15b01947d2128f46b76b3178f70440 (MD5) / Approved for entry into archive by Luiz Galeffi (luizgaleffi@gmail.com) on 2017-06-30T18:18:03Z (GMT) No. of bitstreams: 1 chimello_php_me_araiq.pdf: 2773427 bytes, checksum: ee15b01947d2128f46b76b3178f70440 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-06-30T18:18:03Z (GMT). No. of bitstreams: 1 chimello_php_me_araiq.pdf: 2773427 bytes, checksum: ee15b01947d2128f46b76b3178f70440 (MD5) Previous issue date: 2017-06-21 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / O presente trabalho explora duas diferentes sínteses de polímeros impressos para o corante alimentício Tartrazina: pelo método em bulk e por precipitação. Para isso, foram avaliadas sínteses com diferentes monômeros funcionais e proporções molares entre os reagentes empregados para a polimerização. O MIP que apresentou melhor desempenho foi sintetizado pelo método de precipitação e na proporção 1:2:10 de molécula molde (Tartrazina), monômero funcional (acrilamida) e monômero estrutural (N-N´-metileno-bis-acrilamida), respectivamente. Este MIP-Tartrazina apresentou uma boa porcentagem de religação, em torno de 97%. Em seguida, foi avaliado seu desempenho na adsorção do analito por meio de isotermas de adsorção no intervalo de concentração de 0 a 300 µmol L-1 e os resultados foram satisfatórios, pois a curva obtida para o MIP apresenta um formato de “one site binding”, permitindo obter o valor de constante de associação aparente de 1,6 x 104 L µmol-1. Já com os dados obtidos, incluindo também o NIP, foi calculado o valor do fator de impressão para a concentração de 50 µmol L-1, sendo de 2,67. Todos estes resultados são atribuídos às cavidades formadas no MIP, que conferem uma alta afinidade e um reconhecimento especifico do analito. Comumente a quantidade de analito adsorvido é determinada a partir de análises indiretas da solução remanescente após a ligação do analito ao material adsorvente. Entretanto, podem induzir a erros experimentais e algumas vezes a valores de Q (adsorção do analito) negativos. Assim, neste trabalho é apresentado, pela primeira vez, os resultados obtidos por meio de medições realizadas diretamente no material adsorvente usando o modulo ATR (reflectância total atenuada) junto ao Barrelino. Permitindo introduzir uma nova técnica de caracterização de polímeros molecularmente impressos, mais versátil, direta e real da adsorção da Tartrazina no material adsorvente. Adicionalmente, rotas para imobilização do MIP-Tartrazina sobre fibras ópticas foram avaliadas, visando a construção de um optodo. Para tal, utilizou-se a imobilização via oclusão em fibras de poli(metacrilato de metila) usando Nafion®, que é um copolímero solúveis em álcoois de baixa massa molecular, e N-N dimetilformamida, que é utilizado para dispersar o copolímero. Utilizando uma massa de 6 mg de MIP como fase sensora foram obtidos resultados promissores, que poderão ser explorados em perspectivas futuras para o desenvolvimento de sensores biomiméticos ópticos e aplicados para a determinação do corante Tartrazina em amostras de diferentes matrizes de interesse alimentício. De tudo o exposto, este trabalho mostrou duas vertentes inovadoras para os polímeros impressos, a caracterização por reflectância difusa de sólidos como alternativa viável e mais adequada na obtenção de isotermas de adsorção e o uso de MIP como fase sensora na construção de optodos. Mostrando a viabilidade do material obtido, e a importância biotecnológica deste trabalho para futuras aplicações. / The present work investigates two different syntheses of imprinted polymers for the food dye Tartrazine: by bulk and by precipitation methods. For this, syntheses with different functional monomers and molar ratios among the reagents used for the polymerization were evaluated. The MIP presented better performance by precipitation method and the ratio 1:2:10 of template (Tartrazine), functional monomer (acrylamide) and structural monomer (N-N’-methylene-bis-acrylamide), respectively. This MIP-Tartrazine presented a good percentage of rebinding, around 97%. Then, adsorption performance of the analyte was evaluated by adsorption isotherms in the concentration range from 0 to 300 μmol L-1 and results were satisfactory, since the obtained curve for the MIP presents a "one site binding" form, allowing to obtain the value of apparent association constant of 1.6 x 104 L µmol-1 . With the obtained data, including also the NIP, the imprinted factor value was 2.67 for the concentration of 50 μmol L-1 . All these results can be attributed to the cavities that were formed in the MIP, which provide a high affinity and specific recognition of the analyte. Commonly, the analyte amount which was adsorbed is determined using indirect analysis of the remaining solution after the analyte binding to the adsorbent material. However, experimental errors can be induced and sometime to obtain negative values of Q (adsorption of the analyte). Thus, in this work is presented, for the first time, the results that were obtained by measurements performed directly on the adsorbent material using the diffuse reflectance of solids. This way, a new technique of characterization of molecularly imprinted polymers was introduced, with more versatile, direct and real of the Tartrazine adsorption in the adsorbent material. Additionally, routes for the immobilization of MIP-Tartrazine on optical fibers were evaluated, aiming the construction of an optode. For this, immobilization was used by occlusion in poly(methyl methacrylate) fibers using Nafion® and N-N dimethylformamide. Promising results were obtained using 6 mg of MIP as the sensing phase that could be explored in perspective future for the development of optical biomimetic sensors and applied for the Tartrazine determination in samples of different matrices of alimentary interest. Therefore, this work showed two innovative aspects for the imprinted polymers, the diffuse reflectance characterization of solids as a viable and more adequate alternative for obtaining of adsorption isotherms and the use of MIP as a sensor phase in the construction of optodes. Showing the feasibility of the material that was obtained, and the biotechnological importance of this work for future applications.

[pt] Polimeros orgânicos de natureza conjugada têm despertado bastante interessante como materiais ópticos não-lineares por serem extremamente promissores para o desenvolvimento de dispositivos fotônicos, como por exemplo dispositivos de comunicações. Além de possuírem resposta óptica não - linear intensa e rápida, seu modo de preparação e sua forma final apresentam grande flexibilidade. Do ponto de vista de aplicação, os parâmetros do material mais importantes são : a susceptibilidade não-linear de terceira ordem (x (3)) cuja parte real está relacionada com o índice de refração não-linear e a parte imaginária relacionada com o coeficiente de absorção não-linear; o tempo de resposta; o coeficiente de absorção linear no comprimento de onda de operação (alfa L); a capacidade de processamento; o limiar de dano e a estabilidade térmica. Dentre os polímeros conjugados, destaca-se a família dos politiofenos, compostos heterocíclicos de elevada estabilidade, que exibem interessantes propriedades de transporte e acentuada não-linearidade de terceira ordem. Neste trabalho as propriedades ópticas do politiofeno: X (3), partes real e imaginária; alfaL; e tempo de resposta, foram investigadas experimentalmente. A técnica utilizada para medida dos efeitos não-lineares de terceira ordem foi a técnica de Z-scan convencional. Os valores absolutos e s sinais do índice de refração não - linear e do coeficiente de absorção não-linear foram encontrados como sendo da ordem de - 10 -12 cm 2/W e - 10 - 8 cm/W, respectivamente. Para analisar os resultados experimentais foi necessário utilizar um tratamento teórico relativamente novo. Esta abordagem teórica é diferente da convencional e fornece resultados satisfatórios que descrevem bem os resultados experimentais. O tempo de resposta da não-linearidade do politiofeno foi obtido com a técnica de Z-scan resolvida no tempo, utilizando um único comprimento de onda e polarizações cruzadas. O valor obtido foi inferior à 100 os. Além de caracterizar o politiofeno, foi também demonstrada a utilização dexte polímero comoporta lógica E (AND)m através de uma medida envolvendo chaveamento Kerr. Este experimento mostrou que é possível realizar um chaveamento total óptico onde um feixe de luz é controlado por um outro feixe de luz, com duração de algumas dezenas de picossegundos. / [en] Conjugated organic polymers are of wide interest as nonlinear optical materials because of their potential applications in photonic devices, such as communication devices. They have a large and fast nonlinear optical response, as well as a great flexibility in their preparing method. For device applications, the most important parameters are: third-order optical nonlinear susceptibility X(3), which real part is related with nonlinear refractive index and imaginary part is related with nonlinear absorption coefficient; response time; absorptioon at operating wavelength alfaL; processability; damage threshold; and thermal stability. There are many conjugated polymers, and the polythiophene class, which includes high stabilityn heterocyclic compunds, is one of the most impoant because of its interesting transport properties and large third-order nonlinearity. In this work the optical properties of polythiophene: X (3), real and imaginary parts; alfaL and time response, were investigated experimentally. The Z-scan technique was used to measure the third-order nonlinear effects. The value and the sign of the nonlinear refractive index and nonlinear absorption coefficient of the polythiophene were found to be around -10 -12cm2/W and -10-8 cm/W, respectively. To analyze the experimental data it wass necessary to use a new theoretical approach. This approach is different from the conventional one and produces better fitting of the experimental results. The nonlinear response time of the polythiophene was measured using the time-resolved Z-scan technique, using a single waveguide and perpendicular polarizations. The time response is smaller than 100 ps. Besides the polythiophene characterization, it was demonstrated that this polymer can work like an AND logical gate using Kerr switching. This wxperiment showed that it is possible to make a fast (picoseconds) all- optical switch using a light beam to control another light beam.

[pt] O uso indiscriminado de polímeros derivados do petróleo como matériaprima tem resultado no acúmulo de resíduos de lenta biodegradabilidade nos aterros sanitários, pois os plásticos convencionais levam cerca de meio século para serem degradados. Diante desse cenário, o estudo de polímeros derivados de fontes renováveis, os biopolímeros, é totalmente relevante e, em muitos casos, os polímeros derivados do petróleo podem ser substituídos por biopolímeros. Pesquisas apontam a escova dental como um produto ideal para sofrer esta mudança, por ser um produto de uso pessoal rapidamente descartado e por ser, geralmente, produzido a partir do polipropileno (PP), polímero que apresenta lenta biodegradabilidade. Dessa forma, este trabalho multidisciplinar tem como objetivo o desenvolvimento de um protótipo de escova dental fabricado em poliuretano derivado do óleo de mamona, bem como a caracterização desse material a partir de ensaios de absorção de água e de saliva artificial, análise térmica dinâmico-mecânica (DMTA) e ensaios mecânicos de tração, estabelecendo uma comparação com o PP. A partir dos ensaios pode-se concluir que o PU derivado de mamona apresentou absorção de saliva superior à de água e esta, por sua vez, superior ao PP. Com relação a tração, o PP superou o PU em todos os aspectos, mostrando-se um material mais resistente e de maior rigidez. Contudo, concluiu-se que com algumas alterações no design, uma escova fabricada em PU derivado do óleo de mamona pode alcançar a mesma carga de ruptura e rigidez estrutural de uma escova convencional. / [en] Indiscriminate use of raw materials by various industries such as polymers from petroleum has been causing an ever-increasing accumulation of slow biodegrading residue materials in sanitary pits. Many modern life utensils are made out of conventional plastic that are estimated to take up to half a century to decompose. In view of this situation, the study of polymers from renewable sources, the biopolymers, is key in the search for alternatives that may decrease the damaging effects on the environment. Petroleum based polymers can in many instances be replaced by biopolymers. Amongst such products, research has been indicating that toothbrush manufacturing can make use of alternative materials. A toothbrush is a personal hygiene device that should be used for relatively short periods. It is commonly made out of polypropylene (PP), a polymer with slow biodegrading characteristics. This study uses a multidisciplinary approach and its objective is the development of a toothbrush handle made out of polyurethane derived from castor oil. Water and artificial saliva absorption, DMTA and traction experiments were carried out to compare chemical and mechanical properties of traditional polypropylene and castor oil polyurethane toothbrushes. From the tests we can conclude that the derivative of castor oil PU showed absorption of saliva superior to water and also superior to PP. With respect to traction, the PP over the PU in all aspects and is a material more resistant and more rigid. However, it was concluded that with some changes in design, a brush made of PU derivative of castor oil might reach the same tensile strength and structural rigidity of a conventional toothbrush.

[pt] O desenvolvimento de materiais com propriedades elétricas incomuns, como é o caso dos polímeros condutores, vem sendo estudado por muito tempo. Este tipo de sistema orgânico apresenta característica isolante pura, mas quando são introduzidas impurezas por meio da dopagem variam a sua condutividade de forma significativa em comparação com os metais. No presente trabalho, investigamos o transporte de carga eletrônica no sistema molecular do polímero Polianilina (PAN), através de cálculos quânticos mediante o método de Hückel e acoplado com a metodologia das funções de Green de não equilíbrio (FGNE) foram obtidas expressões para a condutância e densidade local de estados (LDOS). Realiza-se o estudo da estrutura eletrônica da PAN conformada de 200 anéis apresentando algum tipo de defeito estrutural tipo polaron o bipolaron onde os efeitos provocados pela desordem desempenham um papel fundamental. Investigamos assim a LDOS e a condutância para formações de cadeias de PAN tanto protonadas e não protonadas, verificando assim que a rede bipolarônica presente na estrutura do sistema apresenta um deslocamento da energia de Fermi para dentro da banda de valência, região de estados espacialmente estendidos onde a condutância é finita, comprovando assim a transição metal-isolante para este material. / [en] The development of materials with unusual electrical properties as is the case of conducting polymers has been studied for a long time. This type of organic system provides insulation characteristic pure, but when impurities are introduced by doping the conductivity varies significantly in comparison with metals. In this study, we investigated the transport of electronic charge in the system polymer molecular Polyaniline (PAN) through quantum calculations by the Hückel method and coupled with the methodology of Green functions of nonequilibrium (FGNE) were obtained expressions for the conductance and local density of states (LDOS). Is carried out to study the electronic structure of PAN conformed to 200 rings showing some type of structural defect type polaron bipolaron where the effects of the disorder play a key role. Thus investigated the LDOS and conductance to PAN formation of chains of both protonated and non protonated, thus verifying that the structure of the bipolaron in this system has a displacement of the Fermi energy into the valence band region of spatially extended states where conductance is finite, thus proving the metal-insulator transition for this material.

[pt] A Nanotecnologia teve seus primeiros conceitos introduzidos pelo físico americano Richard Feynman em 1959, em sua famosa palestra intitulada There´s plenty of room at the bottom (Ainda há muito espaço sobrando no fundo). Já a Inteligência Computacional tem sido utilizada com sucesso em diversas áreas no meio acadêmico e industrial. Este trabalho investiga o potencial dos Algoritmos Genéticos na otimização e síntese de dispositivos e estruturas na área de Nanotecnologia, através de 3 tipos de aplicações distintas: síntese de circuitos eletrônicos moleculares, projeto de novos polímeros condutores e otimização de parâmetros de OLEDs (Organic Light-Emitting Diodes). A síntese de circuitos eletrônicos moleculares é desenvolvida com base em Hardware Evolucionário (EHW - Evolvable Hardware) e tem como principais elementos dois dispositivos moleculares simulados em SPICE: o diodo molecular e o transistor molecular. O projeto de novos polímeros condutores é baseado em uma metodologia que combina uma aproximação tight-binding (hamiltoniano de Hückel simplificado) que representa a estrutura eletrônica de uma cadeia polimérica, empregando um AG com avaliação distribuída como mecanismo de síntese. Finalmente, a otimização de parâmetros de OLEDs é desenvolvida por meio de um método que modela o comportamento elétrico do dispositivo com multicamadas, onde cada camada possui uma proporção de MTE (material transportador de elétrons) e uma proporção de MTB (material transportador de buracos). As aplicações apresentam resultados que comprovam que o apoio de técnicas de Inteligência Computacional como os Algoritmos Genéticos no mundo nanométrico pode trazer benefícios para a criação e o desenvolvimento de novas tecnologias. / [en] The first Nanotechnology concepts were introduced by the American physicist Richard Feynman in 1959, in his famous lecture entitled There´s plenty of room at the bottom. Computational Intelligence has been successfully used in various areas in the academic and industrial worlds. This work investigates the potential of Genetic Algorithms in the optimization and synthesis of devices and structures in the Nanotechnology domain, by means of 3 types of distinct applications: synthesis of molecular electronic circuits, design of new conducting polymers and optimization of OLEDs (Organic Light-Emitting Diodes) parameters. The synthesis of molecular electronic circuits is developed based on the Evolvable Hardware (EHW) paradigm and has as main elements two molecular devices simulated in SPICE: the molecular diode and the molecular transistor. The design of new conducting polymers is based on a methodology that combines an approximated tight-binding (simplified Huckel Hamiltonian) that represents the electronic structure of a polymer chain, using a GA with distributed evaluation as the synthesis mechanism. Finally, the optimization of OLEDs parameters is developed by means of a method that models the electric behavior of multi-layer devices, where each layer has a ratio of electron transport material (ETM) to hole transport material (HTM). The applications present results that demonstrate that the use of Computational Intelligence techniques, as Genetic Algorithms, in the nanometer world can bring benefits for the creation and development of new technologies.

[pt] Desde o surgimento da ferrovia, por suas características físicas, a madeira foi o material de comportamento mais satisfatório, cumprindo as funções principais do dormente de ser o elemento de transferência de carga do trilho para o lastro. Visando a substituição da madeira, tanto por razões econômicas como ambientais, tem-se adotado e pesquisado dormentes de outros materiais, tais como concreto, aço, e polímero. O objetivo deste trabalho é conhecer as características mecânicas dos dormentes de madeira plástica composta de um polímero reforçado com fibras. A fim de verificar e avaliar os resultados, o dormente foi submetido a ensaios de fluência, flexão e de impacto, segundo as especificações dos relatórios do Instituto de Engenheira Civil de vias Férreas da Índia PUNE feitos por Gupta(2003), o relatório TRL Limit proposto por R W Jordan e G Morris, e os resultados obtidos pelo professor Ney Augusto Dumont 2006 no seu relatório de instrumentação de laboratório de um Protótipo de Dormente de Polímero. Todos os ensaios foram feitos com dormentes da empresa Wisewood Soluções Ecológicas S.A. apresentando resultados que descrevem que os dormentes atuam como vigas que suportam cargas de cisalhamento muito grandes, e uma resistência muito menor à flexão em um material não homogêneo com um comportamento viscoelástico. Uma propriedade muito importante para um dormente é a capacidade de absorção de energia. Em um carregamento de impacto a resposta estrutural depende não somente da energia de impacto, mas também da rigidez da estrutura, da rigidez do contato, e das propriedades mecânicas dos materiais. / [en] Since the beginning of railroad constructions, wood has been the most useful material to fulfil the sleeper s main function of transfering actions from the rail to the track ballast. Aiming to replace the wood for both economic and environmental reasons, sleepers of other materials such as concrete, steel, and polymer have also been adopted. The objective of this study is to understand the mechanical properties of a plastic sleeper prototype. In order to verify and evaluate the results, the sleepers were subjected to creep, bending, and impact tests, according to specifications of reports from the Indian Railway Institute of Civil Engineering in Pune, the TRL Limit report proposed by R. W. Jordan and G. Morris, and the results obtained by Professor N. A. Dumont in his 2006 Laboratory Instrumentation of a Polymer Rail Sleeper Prototype report. All tests were conducted in sleepers delivered by the company Wisewood Ecological Solutions S.A. and the results describe that the sleepers act as beams that support very large shear loads. However, they present a much lower resistance to bending, high inhomogeneity and remarkable viscoelastic behavior. A very important property of a sleeper is the ability to absorb energy. In a loading impact, the structural response depends not only on the shock absorption, but also on the rigidity of the structure, the contact stiffness, and the mechanical properties of the materials.

[pt] Nas últimas décadas, tem se desenvolvido um crescente interesse em polímeros de troca iônica capazes de responder a diversos estímulos externos, sendo utilizados nos mais variados campos da ciência como sensores, transdutores e atuadores. Este tipo de materiais em contato com soluções aquosas sofrem deformações decorrentes de mudanças de campos magnéticos, temperatura, pH, campos elétricos e/ou força iônica. Sendo o pH um dos parâmetros operacionais críticos no controle de diferentes processos químicos, os polímeros sensíveis a pH constituem uma alternativa promissora em diversas áreas de pesquisa, e de particular interesse neste trabalho; na área de monitoramento do pH aplicado à industria do petróleo. O grande potencial e funcionabilidade deste tipo de polímeros tem despertado a necessidade de estudar e entender seu comportamento através de modelos matemáticos. O objetivo deste trabalho é desenvolver um modelo químico-eletro-mecânico para o estudo do inchamento de uma resina de troca iônica em equilíbrio com uma solução aquosa eletrolítica, como função das mudanças do pH e concentração salina da solução. Com o intuito de determinar parâmetros inerentes ao equilíbrio químico associados à densidade de carga elétrica superficial da resina, foram conduzidos ensaios de titulação potenciométrica bem como medidas de inchamento para três concentrações de NaCl. Objetivando investigar a microestrutura e composição do polímero foram realizados ensaios de Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) e Espectroscopia de Infravermelho por Transformada de Fourier (FTIV). A modelagem matemática foi desenvolvida em duas escalas (micro-macro) adotando a técnica de homogeneização de estruturas periódicas. Para a modelagem do inchamento da resina foi assumida a hipótese de material linearmente elástico, incorporando os fenômenos eletro-osmóticos na escala local mediante a solução do problema de Poisson-Boltzmann e do balanço de momento linear no fluido. O sistema de equações não lineares postos na escala macroscópica foi discretizado através do Método de Elementos Finitos (Galerkin) e resolvido em forma acoplada mediante o método de Newton-Raphson. Os resultados teóricos mostram a existência de dois regimes de inchamento na resina: um regime dominado pela densidade de carga elétrica na superfície do sólido e um segundo regime onde o inchamento da resina é puramente governado pela força iônica da solução eletrolítica. / [en] In the last few decades, the interest in ion exchange polymers that are able to respond under several external stimuli has grown; these polymers are being used in the most diverse fields of science such as sensors, transducers and actuators. This type of material, when in contact with aqueous solutions, undergoes deformations caused by changes in magnetic fields, temperature, pH, electrical fields and/or ionic strength. Since the pH is a critical operating parameter in the control of different chemical processes, pH sensitive polymers have become a promising alternative in several areas of research and of particular interest in this work in the area of pH monitoring applied to the oil industry. The great potential and functionality of this type of polymers has increased the need to study and understand their behavior through mathematical models. The purpose of this study was to develop a chemo-electromechanical model to study the swelling of an ion exchange resin in equilibrium with an electrolyte solution, as a function of changes in pH and saline concentration of the solution. In order to determine parameters related to the chemical equilibrium associated with the surface electric charge density of resin, potentiometric titrations as well as measures of swelling for three NaCl concentrations were developed. Aiming to investigate the microstructure and composition of the polymer, Scanning Electron Microscopy (SEM) and Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR) tests were performed. The mathematical modeling was developed in two scales (micromacro) adopting the homogenization technique of periodic structures. For modeling the swelling of the resin, the hypothesis of linear elastic material was assumed, incorporating the electroosmotic phenomena in the local scale through the solution to the Poisson-Boltzmann problem and the balance of linear momentum in the fluid. The system of nonlinear equations placed in the macroscopic scale was discretized through the Finite Element Method (Galerkin) and the coupled equations solved with the method of Newton-Raphson. The theoretical results show the presence of two swelling regimes in the resin: a regime controlled by the charge density on the surface of the solid and a secondary regime where the swelling of the resin is purely governed by the ionic strength of the electrolyte solution.

[pt] A detecção da corrosão metálica em estruturas complexas e de difícil acesso apresenta dificuldades que até o presente não foram satisfatoriamente contornadas nos diversos setores industriais. Os sensores para avaliação da corrosão metálica baseiamse normalmente em corpos de sacrifício ou na monitoração da reação catódica que ocorre junto com o processo de oxidação e redução da corrosão. Condições ambientais, como temperatura, pressão, vazão, composição química e pH, têm influência direta sobre a agressividade do meio e seu conhecimento é fundamental para a previsão das taxas de corrosão. Na indústria do petróleo a corrosão metálica pode significar a falha prematura de equipamentos e vazamentos, causando onerosas operações de manutenção e pondo em risco a segurança e o meio ambiente. O presente trabalho mostra a concepção e desenvolvimento de um sensor de pH a fibra ótica para monitoração permanente de poços de petróleo. Dois princípios de medição foram avaliados. O primeiro, baseia-se na medida da variação do índice de refração efetivo em uma rede de Bragg, especialmente preparada para este fim, imersa em um meio contendo indicadores comerciais de pH. A segunda concepção utiliza a variação de volume proporcionada por um polímero sensível ao pH para deformar uma rede de Bragg. Os resultados experimentais obtidos demonstraram que a segunda técnica possibilita uma maior sensibilidade para as condições de operação do sensor. Esta segunda solução viabiliza também a utilização de múltiplos sensores, em uma única fibra óptica, monitorando ao mesmo tempo outras grandezas físicas que influenciam diretamente as taxas de corrosão, como pressão, temperatura e vazão. O sensor foi avaliado em meio ácido, sob diferentes condições de temperatura, produzindo resultados se sensibilidade melhor 0,01 unidades de pH. Novas investigações ainda precisam ser conduzidas para se chegar a um protótipo que possa ser testado em condições reais de operação de um poço de petróleo. / [en] Evaluation of corrosion rates in hard-to-access equipments, such as those found in petroleum production, is still a difficult task. Sensors for corrosion rate evaluation are normally based on sacrifice bodies or in the cathodic reaction that occurs with the oxidation and reduction reactions of the corrosion process. Environmental conditions like temperature, pressure, chemical composition, and pH, are fundamental factors of environment severity and have a direct influence on corrosion rate predictions. In the Petroleum Industry, metallic corrosion may cause premature failure of equipments and fluid leaks, often resulting in expensive maintenance operations and posing safety and environmental risks. This work presents new concepts for fiber optic pH sensors that may be applied for permanent monitoring of petroleum wells. Two measurements principles were evaluated. The first one is based on measurements of refractive index changes in commercial pH indicators. The second solution explores a pH sensitive polymer, whose changes in volume strains a fiber Bragg grating. Experiments reported here show that the second technique has a better sensitivity, particularly under the operation conditions found in oil wells. It also allows the use of multiple fiber optic sensors simultaneously monitoring other physical quantities, such as temperature, pressure, and flow rate, which directly affect corrosion rates. The sensor was tested in acid environment, with special attention paid to temperature, solubility and response time. The sensitivity achieved was better than 0.01 pH units. More experiments still need to be performed in order to produce a prototype that will be testes in real operation conditions in producing petroleum well.