A Câmara de Topo Aberto, CTA, foi adaptada para gerar um gradiente da concentração da poluição atmosférica ambiente por material particulado fino, capaz de ser utilizado em experimentos toxicológicos. Uma vez que os aerossóis urbanos são composições quimicamente complexas, com comprovada toxicidade na saúde e mecanismos de ação sobre o homem ainda pouco conhecidos, a utilização conjunta da CTA com sistemas sentinela simples e de baixo custo, capazes de detectar efeitos tóxicos agudos, constituem alternativa para avaliação desse ambiente. A Câmara de Topo Aberto, CTA, foi documentada em termos de dimensões, especificações e características operacionais, e avaliada durante 60 dias. A concentração ambiental média diária de material particulado fino no período foi de 28,6 ug/m3 e a redução média dessa concentração obtida no interior da CTA foi de 75%. Tradescantia clone 4430, KU20 e pallida cv. Purpurea foram colocadas dentro e fora da CTA para avaliar a resposta de bioensaios nesse gradiente de exposição. O protocolo de mutação em inflorescência (Trad-MCN) foi aplicado nos três espécimes vegetais, e detectou uma menor quantidade de micronúcleos no interior da CTA (p=0,002). Nos clones foram aplicados os protocolos de mutação em pêlo estaminal (Trad-SHM) e aborto em grão de pólen, tendo sido detectada menor resposta para as plantas colocadas no interior da CTA (p=0,007 para pêlo estaminal e p= 0,041 para grão de pólen). Folhas dos três espécimes foram coletadas e submetidas à análise por fluorescência de raio-X. Foi detectada redução na concentração de titânio nas folhas coletadas dentro da CTA (p=0,049). A análise fatorial identificou a presença de fontes de solo e automotiva, com menor concentração observada nas folhas colhidas dentro da CTA. A utilização da CTA com bioensaios no ambiente urbano mostrou ser capaz de detectar efeitos agudos em plantas frente ao gradiente de exposição obtido. / Open Top Chamber was modified to obtain a differential concentration on environmental pollution capable to be used on toxicological studies. Since urban aerosol constitutes a very complex chemical composition, with well known toxic action on health but requesting clarification about their biological mechanisms, the use of Open Top Chamber with low cost sentinel systems seems to be an alternative to detect acute toxic effects on such environment. Open Top Chamber was described on its dimensional and operational characteristics, and operated on a 60 days campaign. During this campaign the daily average concentration of fine particles was 28,6 ug/m3 and inside the Open Top Chamber it was obtained a reduction about 75% on such concentration. Tradescantia clone 4430, KU20 and pallida cv. Purpurea were placed inside and outside the chamber to evaluate bioassay response on each pollution concentration. The Trad-MCN bioassay detected a lower micronuclei count on plants inside the chamber (p=0,002). Clones were submitted to stamen hair mutation (Trad-SHM) and pollen mother cell abortion protocols, detecting also a lower effect on plants inside the chamber (p=0,007 for stamen hair mutation and p=0,041 for pollen mother cells abortion). Leaves of all spices were collected and submitted to X-ray fluorescence analysis. The titanium concentration was lower on samplers collected inside the chamber (p=0,049). The factorial analysis identified the presence of elements from soil and automotive sources with a lower concentration on samples collected inside the chamber. The combined use of Open Top Chamber with bioassay on urban environment is capable to detect acute effects on plants when submitted to the obtained particulate concentration reduction.

O Programa de Controle de Qualidade de sistemas geradores de raios X inclui a verificação periódica da constância dos feixes de raios X, para tanto é preciso que o físico especialista conheça as respostas dos instrumentos medidores de radiação. Neste trabalho foi analisado o comportamento das câmaras de ionização submetidas a feixes de radiação em Radiodiagnóstico nas energias de 50, 81, 90 e 102 kV. Inicialmente foram realizadas medidas experimentais com oito câmaras de ionização de quatro modelos- e, em seguida, foi simulado através do Método de Monte Carlo, com o código MCNP5, um sistema gerador de raios X e os quatro modelos de câmaras de ionização empregados na parte experimental. Com as simulações de arranjo padronizado foi calculado o valor de kerma no ar e foram comparadas, então, as respostas obtidas experimentalmente com os cálculos por simulação. As correlações obtidas entre os resultados permitiram o desenvolvimento de uma ferramenta que apresenta maiores informações para a compreensão dos equipamentos detectores utilizados, e que auxilia o especialista em física médica na análise da resposta dos detectores. / The Quality Control Program for X ray generator systems includes the periodic verification of the X rays beams constancy, therefore it is necessary that the medical physics specialist knows the measuring instruments physical response to radiation. In this work it was analyzed the behavior of ionization chambers subjected to radiation beams at diagnostic radiology energies of 50, 81, 90 and 102 kV. Initially it was performed experimental measurements with eight ionization chambers four models- and then it was simulated, by Monte Carlo Method, with the MCNP5 code an X ray generator system and the four ionization chambers models used in the experimental part. A patterned array was taken by the simulations and the air kerma value was calculated to the simulated system and then those values were compared to the experimental data. The correlations between the results allowed the development of a tool that enables a better understanding of the detectors and helps the physics specialist in the analysis of the detectors response.

Este trabalho apresenta um estudo de assinaturas de sinais de radar de alvos de geometrias simples e complexas, na faixa de freqüências de 8 - 12 GHz (banda X). Os alvos de geometrias simples estudados são: esfera, placa plana, disco, cilindro, cone e refletores de canto (diedros e triedro). Como alvo de geometria complexa caracterizado tem-se o modelo em escala da aeronave ERJ-145. Os diagramas de refletividade são obtidos em câmara anecóica, na condição quase-monoestática. A calibração do sistema de medidas, na banda X, é realizada pelo uso de uma lente de Luneberg e uma placa plana. Apresenta-se um amplo e detalhado arquivo de diagramas de RCS (Radar Cross Section), dos alvos de geometrias simples, cujas informações apóiam a caracterização do alvo de geometria complexa. A redução de RCS é também avaliada considerando-se os parâmetros geometria do alvo e a aplicação de Material Absorvedor de Radiação Eletromagnética (MARE). Entre os resultados coletados pode-se mencionar que o diedro de 50 apresenta uma redução de RCS, no ângulo de 0o, de 94% em relação ao diedro de 90, devido à contribuição da geometria. É também observado que a aplicação de MARE no diedro de 90 promove uma redução da sua RCS de 99%, em 10 GHz. A caracterização do modelo da aeronave ERJ-145 mostra a complexidade da análise de diagramas de RCS de alvos complexos.

Combustion instability problems have been experienced during nearly every rocket engine development program, characterized by chamber pressure oscillations and high density of energy release in a volume having relatively low losses. Several distinct types of instability and their physical manifestations have been observed, although the frequency and amplitude of these oscillations and their external manifestations normally vary with the type of instability. The most destructive type of instability is referred to as high frequency instability, resonant combustion or acoustic instability, which is usually eliminated by use of passive control, involving installation of baffles, resonators, or some other modification of geometry. The main purpose of this work is the experimental investigation of use of passive control devices (Helmholtz resonators and baffles) to control acoustic instabilities in combustion chambers, because this type of instability occurs in liquid rocket engines, rocket motors and industrial burners. The first step of this research is the acoustic characterization of chamber, thus cold tests were carried out on full-scale chamber model to analyze the effects of resonators. Experimental frequency spectrum data are in excellent agreement with resonant frequencies and damping rate calculated by theoretical model, demonstrating resonators efficiency to reduce the amplitude of Sound Pressure Level at given resonant frequency. Afterwards, hot tests were carried out on burner with and without resonators, identifying the frequency spectrum of acoustic pressure in chamber, which was compared with cold tests (full-scale model) results and theory by correction factors of temperature, density, and viscosity. The experimental data validated the methodology to design resonators useable to control combustion instabilities.

Combustão pré-misturada dentro de meio poroso é área de intensa pesquisa na atualidade. Isto se deve à necessidade da indústria na utilização de câmaras de combustão com alta eficiência e baixa emissão de poluentes. Aplicações desta tecnologia em áreas como produção de hidrogênio, exploração de petróleo e aquecimento doméstico estão sendo investigadas por vários grupos de pesquisa. Neste trabalho são apresentadas simulações numéricas da combustão em meio poroso. Um modelo laminar, bidimensional, baseado em uma formulação macroscópica para as equações de transporte foi adotado. A cinética química é modelada através de dois mecanismos reduzidos, 6 e 8 equações elementares. O método numérico empregado é o de volumes finitos em um sistema de coordenadas generalizadas. Foram investigados três protótipos de reatores porosos e comparados os resultados das simulações aos resultados experimentais encontrados na literatura. Esta tecnologia tem como fundamento o controle sobre a chama a partir da possibilidade de uso de diferentes materiais porosos dentro do reator. Para um melhor entendimento das características dos materiais porosos e sua influência sobre a chama, foram realizadas análises de sensibilidade de vários parâmetros relacionados aos materiais porosos e às condições de entrada no reator.

O injetor é um dos componentes críticos do motor a propelente líquido. A ele estão relacionados muitas das causas que levam ao mau funcionamento do motor. As técnicas utilizadas na caracterização dos injetores são feitas com água a pressão e temperatura ambientes. No entanto esta caracterização tende a ser pouco precisa para prever o real comportamento do injetor, devido à discrepância entre os regimes de operação encontrados nas câmaras de combustão e também à diferença entre as propriedades dos líquidos utilizados. O presente trabalho teve como objetivo estudar o comportamento de um injetor criogênico, comparando os resultados obtidos com água e com um líquido criogênico. Também foi projetada uma câmara para o estudo do injetor em combustão. Iniciou-se fazendo a escolha de um injetor adequado para os testes na câmara de combustão. Quatro modelos foram testados a procura do que apresentasse as melhores características. Nessa primeira parte, verificaram-se os tamanhos de gotas (SMD) e se fez a comparação dos valores medidos com os tamanhos de gotas calculados a partir das equações empíricas. Também foram realizadas as medidas dos ângulos de abertura dos sprays. Os testes de distribuição de massa foram realizados com um parternador e um calorímetro. Posteriormente foram representados em gráficos de curva de nível e de superfície e a qualidade de mistura analisada. A primeira câmara fabricada era inteiriça (uma peça única) de cobre com uma tomada de pressão e um ignitor gás dinâmico acoplado. Ao final dos testes verificou-se a necessidade de um estudo para um novo cabeçote e de um novo ignitor. Despenderam-se esforços no sentido de redimensionar o ignitor com alguns resultados promissores. Foram realizados ensaios com sprays de N2 líquido e álcool, utilizando a técnica de Fluorescência Induzida por Laser ("Planar Laser Induced Fluorecence", PLIF). O PLIF demonstrou ser uma excelente ferramenta para observar o comportamento dos sprays. O injetor foi testado com água e depois com álcool, para o combustível, e nitrogênio para o oxidante, utilizando Velocimetria de partículas por imageamento ("Particle image Velocimetry", PIV). Foram comparados os resultados do comportamento do líquido criogênico e da água. Finalmente, um novo modelo de câmara foi projetado, incluindo modificações que a fazem mais maleável e permitem diferentes regimes de trabalho. Este modelo deve ser testado em trabalho posterior.

O sistema de injeção de um motor foguete a propelente líquido (MFPL) é considerado uma das partes mais importantes para o perfeito funcionamento do motor. Seus parâmetros fluidos mecânicos influenciam diretamente no comportamento térmico da câmara, por conseqüência na eficiência de combustão, refrigeração do motor e também na estabilidade dinâmica de todo o motor. Esta dissertação propõe uma metodologia de cálculo para dimensionamento de injetores centrífugos líquido-líquido para motor foguete a propelente líquido, validada através da obtenção da geometria de um injetor já conhecido, o injetor do motor russo RD-109. Este trabalho também estuda aspectos experimentais de influência dos canais tangenciais de admissão de fluido no ângulo de cone, distribuição da vazão mássica e razão de mistura, que são os principais parâmetros de desempenho do injetor. O conhecimento prévio desses parâmetros é útil antes da montagem dos injetores no cabeçote, pois conhecendo seu comportamento é possível distribuí-los de maneira a melhorar a resposta dinâmica do sistema e a eficiência de combustão, otimizando os custos de ajustes do motor na fase de testes a quente.

A escolha correta dos injetores garante uma mistura rápida e um processo estável de queima na câmara de combustão de um motor foguete a propelente líquido (MFPL). Devem ser considerados parâmetros de desempenho do injetor como ângulo de cone de pulverização do spray, distribuição da vazão mássica, distribuição da razão de mistura, tamanho de gota e mecanismos de instabilidade de queima. Esta tese de mestrado apresenta uma compilação dos principais procedimentos de cálculo relativos a injetores centrífugos utilizados em MFPL, obtidos a partir da literatura russa. A comprovação deste procedimento de cálculo é feita mediante duas comparações. Uma a partir da metodologia de cálculo apresentada comparando-se os resultados das dimensões do injetor obtidos, com os dados técnicos do injetor utilizado pelo MFPL RD-0109 operado com oxigênio líquido e querosene; a outra comparação será entre os cálculos teóricos dos parâmetros de desempenho do injetor com os resultados experimentais obtidos a partir de testes a frio. No trabalho verifica-se também o comportamento do injetor quando há variação do comprimento da região do misturador Lmist, analisando as mudanças na distribuição da razão de mistura e na distribuição da vazão mássica característica do injetor centrífugo bipropelente. O conhecimento prévio do comportamento destes parâmetros de desempenho do injetor é útil na fase de testes a quente do MFPL, otimizando e reduzindo os custos de ajuste do motor. O entendimento do funcionamento do injetor centrífugo empregado em MFPL é fundamental para utilização do mesmo em futuros projetos de câmaras de empuxo e geradores de gás a serem desenvolvidos pelo IAE. Caso o projetista opte pelo emprego deste tipo de injetor, esta tese servirá de fonte de referência para o desenvolvimento do projeto.

O presente trabalho descreve uma metodologia para cálculo de câmara de combustão de motor foguete a propelente líquido baseado essencialmente na experiência russa. A câmara de combustão projetada é adequada para estágios superiores de foguete e seu desenvolvimento foi focado nas características do motor russo 8D719. Inicialmente é feito um estudo sobre o motor utilizado como referência no projeto e são efetuados os cálculos dos principais parâmetros do motor com 55kN de empuxo, pressurizado por turbobomba (ciclo aberto) e alimentado pelos propelentes etanol e oxigênio líquido, no qual a câmara de combustão projetada se insere. Basicamente, o projeto abrange o dimensionamento geométrico da câmara de combustão incluindo seu sistema de refrigeração regenerativa, a determinação do fluxo de calor ao longo de seu invólucro e a estimativa de sua capacidade de carga. Para dimensionamento da câmara adotou-se as mesmas dimensões da parte cilíndrica do motor 8D719, assim como o número de injetores e o posicionamento desses no cabeçote. Os fluxos de calor são determinados para câmara de parede dupla com canais internos e sua capacidade de carga é estimada levando em consideração apenas os esforços radiais. Os resultados obtidos no projeto estão coerentes com as literaturas utilizadas servindo de base para construção da câmara e validação do projeto.

Este trabalho apresenta o estudo e simulação numérica do escoamento no interior e exterior de um injetor centrífugo bipropelente similar a aquele empregado no motor foguete a propelente líquido RD-0110, pertencente à etapa orbital da nave espacial Soyuz, sendo considerado um dos motores mais eficientes da historia aeroespacial. Além, este trabalho apresenta o desenvolvimento de um modelo matemático capaz de predizer o diâmetro de gota de Sauter em função dos parâmetros geométricos obtidos no estudo do escoamento interno (primeira parte deste trabalho) e parâmetros geométricos externos envolvidos no estudo da estabilidade do filme e dos fenômenos de ruptura da folha cônica, considerando os efeitos da viscosidade do líquido (segunda parte deste trabalho), os tamanhos de gotas calculados com o presente modelo matemático, serão comparados com resultados obtidos a partir de equações empíricas, testes experimentais e da simulação numérica utilizando o modelo de atomização Cone. Para o caso da simulação numérica do escoamento no interior do injetor centrífugo bipropelente foi utilizada uma malha estruturada tridimensional de grande envergadura capaz de abranger três zonas importantes: a câmara de vórtices do estágio de oxidante (injetor centrífugo fechado), a câmara de vórtices do estágio de combustível (injetor centrífugo aberto) e a zona destinada para a visualização do spray, com a finalidade de compreender os fenômenos originados pela interação dos escoamentos de oxidante e combustível no interior do injetor bipropelente. Cabe mencionar que para simular os fenômenos de turbulência, foi utilizado o modelo RNG k-? em regime permanente e transiente as através do código comercial CFD Fluent 14.0. Obtendo assim, uma análise mais confiável das diferentes aplicações utilizadas no desenho e optimização dos injetores centrífugos, procurando à vez, uma adequada atomização, distribuição homogênea dos propelentes na câmara de combustão e dispersão do tamanho de gotas que leve a um processo de combustão eficiente.