Neste trabalho, estudamos as consequências causadas em um condensado de Bose-Einstein de átomos de 87Rb quando sujeito a uma excitação oscilatória externa. Para a produção do condensado utilizamos técnicas de resfriamento atômico, como o resfriamento a laser e o resfriamento evaporativo, em átomos aprisionados em uma armadilha magnética harmônica. A excitação externa é produzida através de um campo magnético quadrupolar oscilatório que é sobreposto ao campo de aprisionamento. Para uma forma fixa dessa excitação, observamos que podemos excitar modos coletivos de oscilação na amostra de condensado, em especial analisamos os modos breathing, dipolar, quadrupolar e o scissor mode. Durante o movimento dipolar do condensado na armadilha magnética, identificamos que há um escoamento contrapropagante do condensado em relação à nuvem térmica que o permeia. Esse escoamento é analisado como um movimento de dois fluidos, onde o condensado desempenha o papel de um superfluido e a nuvem térmica o de um fluido normal. Irregularidades na superfície do condensado são observadas e seus comprimentos característicos crescem na região dos pontos de retorno do movimento dipolar do condensado. Nesses pontos, a forma das irregularidades sugerem estar relacionadas com o processo de geração de vórtices na amostra superfluida. Com base nestas análises, determinamos o valor da velocidade relativa dos fluidos e qual deve ser, tipicamente, o valor da velocidade relativa crítica para que as irregularidades se tornam maiores, possibilitando a geração de vórtices. As análises apresentadas neste trabalho são dedicadas a entender os mecanismos que possibilitaram, em nosso sistema, a observação de vórtices, turbulência quântica e a granulação do condensado, em 2009. / In this work we have studied the effects caused by an external oscillatory excitation in a Bose-Einstein condensate of 87Rb. The condensate is produced through by atomic laser cooling techniques, as laser cooling and evaporative cooling, for trapped atoms in a harmonic magnetic trap. The external excitation is generated by an oscillating magnetic quadrupole field superimposed to the trapping field. For a fixed type of excitation, we observe that collective modes of oscillation are excited in the condensate sample, particularly we analyze the dipole mode, quadrupole and scissor mode. During the motion of the condensate in dipolar mode inside the magnetic trap, we have identified a counterflow, i. e. a relative motion between the condensate and the thermal cloud. This flow is analyzed as a two fluids motion, where the condensate plays the role of a superfluid and the thermal cloud a normal fluid. Irregularities on the condensate surface are observed and their characteristic lengths grow in the turning point regions of this dipolar motion. At these points, the shape of this irregularities seems to be related to the vortices generation process in a superfluid sample. Based on this analysis, we determine the velocity of the counterflow and the critical velocity for the irregularities to become larger, allowing the generation of vortices. The analyses presented in this work are dedicated to understand the mechanisms that allowed in our system the observation of vortices, quantum turbulence and the condensate granulation, in 2009.

O foco desta dissertação foi sintetizar nanopartículas de cobre plasmônicas que sejam estáveis no meio aquoso na escala de tamanho (≤ 5nm) e, a partir da investigação das propriedades fluorescentes que apresentam, estudar as diferenças entre as suas propriedades plasmônicas. Foi empregado o Ranelato (ligante de um metalofármaco) como agente estabilizante para a preparação das séries de sínteses que apresentam fluorescência com o método de redução química. Esse ligante, na forma de complexo de estrôncio, é um fármaco contra osteoporose. Na forma livre, mostrou-se altamente capaz de estabilizar diferentes estados de oxidação do cobre em um fino controle de síntese de nanopartículas de cobre, em meio aquoso, que foram altamente estáveis a oxidação, apresentando curiosamente duas populações de tamanho entre 1,8 e 15 nm. As nanopartículas apresentaram absorção de SPR no visível em 581 nm e foram caracterizadas por espectroscopia UV-Vis. Estas nanopartículas também apresentaram uma banda de emissão em 600 nm (quando excitadas em 581 nm) e foram caracterizadas por espectroscopia de fluorescência; a distribuição de tamanho por espalhamento de luz dinâmico (DLS) e o tamanho real das partículas bem como os estados de oxidação do metal, se caracterizaram por microscopia eletrônica de transmissão de alta resolução (HRTEM). Os mecanismos envolvidos na fluorescência e as possíveis transferências de energia foram estudados juntos por espectroscopia de fluorescência sincronizada. Além de todas estas técnicas utilizadas foram usadas outras técnicas como EPR e XPS de forma exploratória sem muito aprofundamento que também ajudaram na caraterização do material. Tais sínteses abrem novos e interessantes estudos sobre a natureza do ligante e a química de coordenação do ligante metal em superfície. O fenômeno de fluorescência que apresentaram as partículas nesta escala de tamanho cria futuras estratégias para aplicações biológicas, como na terapia fotodinâmica, por exemplo. / The focus of this dissertation was to synthesize copper nanoparticles plasmons in a way that they are stable in aqueous environment in size scale (≤ 5 nm) and from the investigations of the fluorescent properties they show, to study the differences among their plasmons properties. We employed Ranelate (a metalodrug ligand) as a stabilizer agent to the preparation of several syntheses that show fluorescence with the chemical reduction method. This ligand, in the form of strontium complex, is a drug against osteoporosis. In its free form, it showed high capacity of stabilizing different states of copper oxidation in a fine synthesis control of copper nanoparticles, in aqueous environment, that were highly stable oxidation, reporting, curiously, two populations of size between 1,8 and 15 nm. The nanoparticles reported absorption of SPR in the visible in 581 nm and they were characterized by UV-Vis spectroscopy. These nanoparticles also presented an emission band in 600 nm (when excited in 581 nm) and they were characterized by fluorescence spectroscopy; the distribution of size by dynamic light scattering (DLS) and the real size of the particles so as the copper oxidation states, by high resolution transmission electronic microscopy (HRTEM). The mechanisms involved in the fluorescence and the possible transferences of energy were studied together with synchronized fluorescence spectroscopy. In addition to all these techniques, other techniques such as EPR and XPS were used in an exploratory rather deep manner that also helped to characterize the material. These syntheses open new and interesting studies about the nature of ligand and the ligand-metal coordination chemistry at the surface. The phenomenon of fluorescence that reported the particles in this size scale might create future strategies for biological applications, such as in photodynamic therapy.

A combustão pulsante se apresenta como uma tecnologia promissora para atingir processos com melhor eficiência térmica com redução de emissão de alguns poluentes. Contudo, para o amadurecimento dessa tecnologia, faz-se necessário ainda pesquisas e desenvolvimentos tecnológicos para entender melhor os fenômenos envolvidos. Dentro desse contexto, o presente trabalho se propôs a estudar experimentalmente a influência do campo acústico na combustão de álcool em spray. Para esse experimento, foi projetado um queimador acústico com injetor centrífugo específico para essa tarefa. Os experimentos foram realizados em um combustor cilíndrico, vertical, com diâmetro de 25 cm, comprimento de 125 cm e refrigerado com água circulante em jaqueta. O campo acústico de ondas senoidais que excitou o combustor tinha pressão acústica entre 0 a 5kPa e a variação da freqüência entre 50 a 1300Hz. As medidas foram executadas nas freqüências de excitação do queimador. Os resultados mostraram que a presença do campo acústico pode reduzir consideravelmente as emissões de poluentes decorrentes de oxidação parcial como monóxido de carbono e hidrocarbonetos não queimados; contudo, para os óxidos de nitrogênio a redução desses só ocorre mediante algumas situações de oscilação e, sobretudo, em condições de combustão com elevado excesso de ar. Além disso, a equação da onda acústica foi calculada com as condições de contorno do experimento, concluindo-se que o deslocamento acústico é uma grandeza física melhor do que a freqüência para se estudar a combustão pulsante.

A combustão pulsante tem despertado interesse nas pesquisas atuais devido a indicações de que sua aplicação na geração de energia pode oferecer diversas vantagens, tais como economia de combustível, redução na formação de poluentes, aumento na taxa de transferência de calor por convecção e investimento reduzido, em comparação com outras novas tecnologias de combustão. Um estudo experimental foi conduzido com o objetivo de investigar os efeitos da combustão com a presença de oscilações acústicas na formação de fuligem em uma chama difusiva laminar de jato livre. O queimador de escala laboratorial operou com gás liquefeito e petróleo (GLP) com e sem oscilação, para as mesmas situações de entrada. O escoamento de combustível foi excitado acusticamente, antes da saída do queimador, por um alto-falante estrategicamente posicionado. Os experimentos foram conduzidos para uma vazão de 0.14 g/s de GLP. Para quantificar a presença de fuligem foi utilizada a técnica de incandescência induzida por laser. Os resultados indicam que em alguns casos, a combinação de freqüência e amplitude de oscilação na chama reduz a presença de fuligem praticamente à zero.

Este trabalho apresenta um estudo experimental sobre a influência do campo acústico na emissão de radicais instáveis e no perfil de velocidade de uma chama difusiva de GLP (Gás Liquefeito de Petróleo). Para tanto, foram empregadas as técnicas de espectroscopia de emissão e Velocimetria por Imagem de Partículas (PIV). Para determinadas combinações de freqüência e amplitude, a chama teve sua superfície diminuída, houve o desenvolvimento de uma região azul e a redução da altura da chama, todos indicadores de uma melhor mistura combustível-ar. Os dados espectroscópicos mostraram que os maiores sinais de emissão dos radicais, CH$^{*}$ e C$_{2}^{*}$, estavam associados à zona azul da chama e às maiores amplitudes da pressão acústica impostas ao jato de combustível. Os experimentos com PIV mostraram que o jato é modulado pelas condições de excitação acústica. No momento em que o jato era expandido, verificou-se a intensificação das instabilidades na interface jato-ar, as quais apresentaram-se como vórtices de grande escala. No momento de compressão, esses vórtices de grande escala eram "quebrados", resultando em vórtices de pequena escala no interior do jato, os quais intensificam a taxa de mistura entre combustível-ar.

Já é conhecido que nos últimos 50 anos muitos sistemas de propulsão, principalmente os motores foguete, tanto a propelente sólido como líquido, tem apresentado muitos problemas de instabilidade de combustão, sendo esta a maior preocupação durante a fase de projeto. Essas instabilidades se manifestam principalmente através de oscilações de pressão na câmara e muitas vezes na forma de modos acústicos fundamentais, ou seja, instabilidades acústicas e as mesmas podem aumentar a taxa de transferência de calor para as paredes da câmara, podendo levá-la a explosão. O presente trabalho tem como principal finalidade a avaliação de uma metodologia para o projeto de dispositivos passivos (ressonadores de Helmholtz) para o controle de instabilidades acústicas em câmaras de combustão. Como primeiros passos foram feitos ensaios acústicos para se conhecer as características acústicas da câmara. A partir destes dados foi feito um cálculo utilizando o modelo do Ressonador de Helmholtz para se definir as dimensões do ressonador a ser construído para amortecer uma determinada freqüência de ressonância selecionada. Os resultados obtidos com ensaios a frio se mostram satisfatórios no percentual de absorção para a freqüência de projeto e também em uma faixa próximo desta. Bom resultado também é obtido na predição das freqüências ressonantes da câmara. Ensaios a quente também foram realizados para verificar o comportamento do ressonador nestas condições. Os dados experimentais permitem afirmar que a metodologia empregada pode ser útil para o dimensionamento de ressonadores que permitem atenuar os efeitos de instabilidade de combustão.

Pulsating combustion is a technique that directly intervenes in combustion processes modifying pollutant emissions and increasing thermal efficiency by varying pressure and temperature in the flame region. The pulsations accelerate mixture rate between oxidant and fuel, resulting in a more intense combustion process, with low fuel waste and potential for low emission of pollutants originated by partial combustion, such as carbon monoxide, unburned hydrocarbons, and soot. The flame structure is modified by introducing an acoustic field in the process, and the flame has its color changed from yellowish, with a high formation of soot, to bluish. This bluish color of the flame is a feature of premixed flames. The main focus of this work is to use acoustic field in order to promote a homogeneous mixture between oxidant and natural gas under extremely lean conditions, thereby trying to conciliate low emissions of both incomplete combustion products and NOx. Besides, a preliminary study was carried out in order to figure out how combustion instabilities could affect the combustion process. It was verified that combustion instability occurrence is strongly influenced by energy availability and flame velocity. Moreover, when considering pollutant emissions, it was noticed that when the maximum acoustic velocity overcame the flow velocity, there was inversion of pollutant emission behavior due to flow reversibility and deceleration. Therefore, acoustic displacement is the most important parameter to understand and control pollutant emissions. Furthermore, at some conditions, especially at low frequency, it was possible to reduce partial combustion product emissions without prompting NOx formation. .

O presente trabalho está inserido no campo de investigação do movimento. Sua finalidade é a compreensão da interação entre o processo de combustão e as ondas acústicas. Experiências anteriores mostraram que sob ondas acústicas e em certas condições, a combustão não pré-misturada pode se comportar como uma combustão pré-misturada nos aspectos de baixa emissão de poluentes e mantendo a característica favorável de não estar sujeita a ignição no compartimento de pré-mistura. A informação sobre o campo de velocidades é fundamental para se entender a interação entre a chama e as ondas acústicas. Essa informação foi obtida através da técnica de velocimetria por imagem de partículas (PIV), cuja taxa de aquisição máxima é de 15 Hz, muito menor que as frequências das ondas acústicas investigadas. Para superar essa limitação, foi desenvolvida uma metodologia que a partir de medidas de velocidade uniformemente distribuídas é capaz de indicar a velocidade média do escoamento e a velocidade acústica. Foi feita uma avaliação abrangente da confiabilidade da técnica de PIV usada para medir velocidade acústica, a qual mostrou que os resultados tem alta confiabilidade. Foram realizadas com êxito medidas de velocidade acústica e de corrente acústica em escoamentos não reativos e reativos. A corrente acústica identificada difere dos tipos de correntes acústicas já conhecidas, como a de Rayleigh, de Eckart e de Schlichting, para as quais as velocidades de corrente estão numa ordem de grandeza menor que a velocidade acústica; enquanto, nesse tipo as velocidades de corrente estão na mesma ordem de grandeza que a velocidade acústica. Foi encontrado um número de Strouhal crítico, acima do qual esse tipo de corrente acústica não ocorre. Os resultados da experiência mostram que a corrente acústica encontrada move o ar periférico para o interior da chama.

Neste trabalho propõe-se uma metodologia de estimação de parâmetros da máquina síncrona e do sistema de excitação baseada na técnica de sensibilidade de trajetória e sincronização de sistemas. Diversas metodologias de estimação de parâmetros foram propostas na literatura, cada uma com suas vantagens e desvantagens. Entretanto, poucas são adequadas para a estimação de parâmetros com o gerador em operação (on-line). A metodologia de sensibilidade de trajetória foi escolhida por permitir uma completa representação da máquina síncrona e do sistema de excitação incluindo as não linearidades como, por exemplo, os limites do sistema de excitação e a saturação do gerador. Foram propostas algumas alternativas para esta técnica visando uma futura aplicação on-line. Dentre as propostas destaca-se o uso da teoria de sincronização no processo de estimação de parâmetros. A metodologia desenvolvida é aplicada para identificar os parâmetros do gerador síncrono (modelo clássico, modelo de um eixo, e modelo de dois eixos). Também são relatados alguns dos problemas encontrados no momento de estimar vários parâmetros da máquina síncrona simultaneamente. A metodologia também é aplicada com sucesso para estimar os parâmetros do sistema de excitação (tipo ST1A e DC1). Por fim, analisa-se a influência dos parâmetros estimados na estabilidade transitória. Para tal objetivo são realizados testes de estabilidade em um pequeno sistema de potência sujeito a incertezas nos parâmetros / In this work a methodology to estimate parameters of synchronous machines and their excitation system based on trajectory sensitivity technique and system synchronization is proposed. Many methodologies for parameter estimation have been proposed in the literature, each one with advantages and desadvantages. However, only some of them are adequate to estimate parameters with generator in operation (on-line). The trajectory sensitivity methodology has been chosen as it allows a complete representation of generator and excitation system including non-linearities as, for instance, the limits of excitation system and saturation of generator. Some alternatives were proposed for this technique regarding a future on-line application. Among them, the use of synchronization theories in parameter estimation process is highlighted. The methodology developed is used to estimate the parameters of generators (classical model, one-axis model and two axis-model). Some problems to simultaneously estimate several parameters of a synchronous machine are also presented. The methodology is successfully used to estimate the parameters of the excitation system (type ST1A and DC1). Finally, the influence of the estimated parameters on transient stability is analyzed. For this aim, stability tests were performed in a small power system with uncertain parameters

Neste trabalho apresentamos o estudo da variação da temperatura cinética de átomos aprisionados magneticamente bombeados por campos eletromagnéticos externos. Aprisionamos átomos de Sódio em uma armadilha magnética de quadrupolo e submetemos esses átomos a um campo magnético externo oscilante. Medimos a temperatura e o número dos átomos remanescentes na armadilha a partir de imagens de tempo de vôo. O processo de medida consiste em desligar a armadilha, deixando a nuvem atômica expandir balisticamente e então fazer uma imagem da fluorescência desses átomos gerada por um pulso de luz próximo da ressonância atômica. Do tamanho da nuvem e do número de fótons capturados podemos obter a temperatura e o número de átomos da amostra. Observamos um significativo resfriamento para algumas freqüências de oscilação do campo externo e posterior aquecimento para freqüências um pouco maiores. Observamos ainda simultaneamente ao resfriamento uma grande perda de átomos da armadilha. Por fim, apresentamos algumas simulações numéricas que reproduzem o fenômeno observado, bem como um modelo que explica os experimentos baseado em excitação seletiva dos átomos confinados pelo campo magnético externo. / In this work we present a study of the shift of the kinetic temperature of magnetically trapped atoms, excited by external electromagnetic fields. We trapped Sodium atoms in a quadrupole magnetic trap and applied an oscilating magnetic field to these atoms. We mesured the temperature and the number of the remaining atoms from time of flight images. The measure is done turning off the trap, leaving the cloud of atoms in a ballistic expansion and making an image of the fluorescence of these atoms after the shot of a near ressonant light. From the size of the cloud and the number of photons captured we can measure the temperature and number of atoms in the sample. We observed cooling of the atoms for some frequencies of the external field and heating for frequencies a bit larger. We observed that a high number of atoms were lost from the trap simultaneously with the cooling. Finally, we present numerical simulations that reproduce the observed phenomena and a model that explains the experiments\' results based on selective excitation of the trapped atoms by the external field.